DE19640542A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von thermoplastischem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen der Schmelz und Ver­ teilungs-Technologie thermoplastischer Kunststoffe, insbesondere einen Speisebehälter zum Schmelzen und Verteilen sog. warmschmelzender Kleber
Dem Stand der Technik gemäß werden Kleber, die unmittelbar vor ihrem Aufbringen auf einen Untergrund geschmolzen und verflüssigt werden als warmschmelzende Kleber bezeichnet. Warmschmelzende Kleber sind als Schüttgut handelsüblich, z. B., als Chicklets, Pellets, Streifen oder Brocken; sie sind ferner als Massengut in einem Behälter, z. B. einer Büchse, einem Eimer oder einem Faß erhältlich. Ein Faß Klebermaterial für großflächige Anwendungen kann so groß sein wie ein übliches 200 l Faß.

Aufgabe der Erfindung ist, verschiedene Probleme zu lösen, die beim Schmel­ zen von Kunststoffen, z. B., warmschmelzender Kleber auftreten.

Dem Stand der Technik gemäß werden speisebehälterartige Vorrichtungen zur Verflüssigung warmschmelzender Kleber verwendet. Wenn warm­ schmelzende Kleber als Massengut in einem Vorrats-Behälter verwendet werden, ist es wünschenswert, daß das Kleber-Massengut aus dem Vorrats- Behälter so entleert wird, daß es ausreichend geschmolzen ist, wenn es mit dem beheizten Schmelzrost am Boden des Speisebehälters in Berührung kommt. Ein unterhalb des Schmelzrostes angeordnetes, beheiztes Reservoir nimmt den geschmolzenen oder verflüssigten warmschmelzenden Kleber auf, nachdem er den Schmelzrost verlassen hat, und hält ihn in einem warmen, flüssigen Zustand. Ein Ausgang des Reservoirs führt üblicherweise zu einem Verteiler und dann zu einer Pumpe, die den flüssigen warmschmel­ zenden Kleber zu anderen Geräten pumpt., z. B., zu Vorrichtungen zum Aufbringen des Klebermaterials auf Untergrund-Oberflächen.

Dem Stand der Technik gemäße Speisebehälter für warmschmelzende Kleber besitzen üblicherweise ein oder mehrere um den Speisebehälter angeordnete Heizelemente. Das oder die Heizelemente können an der Sei­ tenwand des Speisebehälters befestigt sein, um einen darin eingesetzten Behälter zu beheizen. Um eine Klebermasse aus einem Behälter zu lösen, muß Kleber entlang der inneren Oberflächen der Behälterwände derart aufgeweicht oder geschmolzen sein, daß die Gravitationskraft auf die Kle­ bermasse die Klebe- oder Reibungs-Kräfte überwindet, die die Klebermasse an den Wänden oder den Boden des Behälters hält. Nach ausreichender Beheizung löst sich die Klebermasse von den Wänden des Fasses, gleitet aus dem Faß und kommt in Berührung mit dem Schmelzrost, wo die Kleber­ masse in kleine Portionen aufgeteilt und wirksam geschmolzen wird.

Dem Stand der Technik gemäße Speisebehälter für warmschmelzende Kleber werden üblicherweise aus relativ dicken Blechplatten oder einem dicken Guß-Metall hergestellt, wobei das Metall üblicherweise ein guter Wärmeleiter ist, z. B. Aluminium. Die dicken Wände der dem Stand der Technik gemäßen Speisebehälter schaffen ein gleichmäßiges Temperatur­ profil entlang der Wände des Speisebehälters. Infolge der Wärmeleitfähigkeit und der Masse des Speisebehältermaterials sind Temperaturunterschiede zwischen den um den Speisebehälter angeordneten Heizelementen relativ gering. Üblicherweise hält man diese dickwandigen Speisebehälter für vorteilhaft, infolge ihrer gleichmäßigen Wärmeabgabe an die im Speisebehäl­ ter angeordneten Kleberbehälter.

Obwohl diese dickwandigen Speisebehälter unter einigen Einsatzbedingungen zufriedenstellend arbeiten, zeigen sie jedoch verschiedene Probleme. Z.B. die relativ dicken Speisebehälter-Wände erreichen nur langsam die erforderliche Temperatur. In gleicher Weise halten die Speisebehälter-Wände die Wärme sehr gut, so daß die Abkühlung nur sehr langsam erfolgt. Ferner gestatten dicke Speisebehälter-Wände nicht die schnelle Anpassung der Temperatur der Speise­ behälter-Wände während des Lösens und des Fallens einer Klebermasse aus einem Faß oder einem anderen Vorrats-Behälter; d. h., sie gestatten es nicht, die dem Speisebehälter und damit dem Kleberbehälter zugeführte Wärme zu ändern oder zu regeln. Ferner hat die Beheizung der gesamten Wandlänge des Vorrats­ behälters, nachdem die Klebermasse sich aus dem Faß gelöst hat und auf den Schmelzrost gefallen ist, einen Energieverlust zur Folge, da Bereiche des Speise­ behälters und des Vorratsbehälters beheizt werden, wenn sie kaum noch Kleber enthalten.

Ein anderes Problem der dem Technik gemäßen Speisebehälter für warmschmel­ zende Kleber betrifft den in dem Speisebehälter verbleibenden Kleber, während ein neuer Vorratsbehälter in den Speisebehälter eingesetzt wird. Insbesondere, wenn die Beheizung entlang des Speisebehälters während der Freigabe der Klebermasse und während des Einsetzens des neuen Vorratsbehälters voll aufrecht enthalten wird, wird sie in Verbindung mit der Beheizung des Schmelz­ rostes und anderer Heizvorrichtungen eine Überhitzung und damit eine Ver­ kohlung oder andere Zersetzungen des Klebers bewirken.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Speisebehälter für thermoplastisches Material, insbesondere für warmschmelzende Kleber vorzuschlagen, der ungleichmäßig beheizt werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Speisebehälter vorzuschlagen, der schnell auf verschiedene Temperaturen in verschiedenen Bereichen des Speisebehälters aufgeheizt werden kann.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verkohlung oder eine Zersetzung des Materials in dem Speisebehälter zu verhindern, während ein neues Faß oder ein neuer Behälter in den Speisebehälter geladen wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen dünnwandigen Speisebehälter vorzuschlagen, der sich wirtschaftlich herstellen läßt und eine zonengeregelte Wärmeeinbringung gestattet. Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungs­ gemäß eine Vorrichtung zum Schmelzen thermoplastischer Kunststoffe, wie z. B., thermoplastische warmschmelzende Materialien, insbesondere Kleber, vorgeschlagen, mit einem temperaturgeregelten Speisebehälter, der definierte Zonen besitzt, die sich unabhängig voneinander regeln lassen. Insbesondere besitzt der Speisebehälter einen ersten Raum zur Aufnahme des zu schmelzen­ den thermoplastischen Kunststoffes und einen zweiten Raum zum Schmelzen des thermoplastischen Kunststoffes. Erste und zweite Heizelemente übertragen Wärme an den ersten und zweiten Raum, bzw. die Heizzonen des Speisebehäl­ ters; das erste und das zweite Heizelement sind mit je einer Regelung ausgerü­ stet, um die Heizelemente unabhängig voneinander derart zu betreiben, daß das erste und das zweite Heizelement mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden können. Eine Behälteraufnahme, dient zur Aufnahme eines Behälters mit thermoplastischen Kunststoff innerhalb des Speisebehälters derart, daß das offene Ende des Behälters in den zweiten Raum mündet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Speisebehälter wirtschaftlich aus gewalztem Metallblech hergestellt, das eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt. Das Metallblech ist vorzugsweise Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von ungefähr 2,5 mm. Mit Abstand zueinander entlang der Höhe des Speisebehälters angeordnete Heizbänder umgeben die Außenwand des Speisebehälters derart, daß Wärme in relativ lokalen Bereichen unmittelbar an den Heizbändern durch die dünne Wand des Speisebehälters in den ersten Raum geleitet wird. Da die Speisebehälterwand aus einem Material besteht, das im Vergleich zu Aluminium ein relativ schlechter Wärmeleiter ist, wird die Wärme durch die dünne Wand, jedoch nicht in Längsrichtung in der Wand in andere Bereiche des Speisebehälters geleitet. D.h., durch den dünnwandigen Speisebehälter werden kostensparend separate Heizzonen geschaffen. Ein wesentlicher Vorteil der separaten Heizzonen ist, daß z. B. eine untere Zone auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden kann als eine obere Zone, wäh­ rend des Einsetzens eines Behälters und während einer beabsichtigten relativ intensiven Beheizung um das Massengut aus einem neuen Behälter freizugeben. Da der untere Raum während dieser Zeit auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, wird die Gefahr einer möglichen Verkohlung oder Zersetzung des Klebers in dieser Zone reduziert. Ferner kann, wenn das Material in den unteren Raum gelangt ist, die Temperatur des unabhängig geregelten oberen Raumes reduziert werden.

Vorzugsweise ist ein drittes Heizelement am Kopf des ersten Raumes angeord­ net, in einem Bereich, der eine Öffnung des ersten Raumes umgibt, die den Behälter aufnimmt; das dritte Heizelement wird unabhängig von dem ersten und dem zweiten Heizelement geregelt, so daß eine dritte Heizzone geschaffen wird. Ein Schmelzrost ist in dem zweiten Raum bzw. Heizzone angeordnet, die relativ zu dem ersten Raum bzw. Heizzone vorzugsweise in einem unteren Teil des Speisebehälters zur Aufnahme thermoplastischen Kunststoffes, wie wie z. B. Kleber, angeordnet ist. Ein viertes Heizelement ist operativ mit dem Schmelz­ rost verbunden; vorzugsweise werden das zweite und das vierte Heizelement zusammen geregelt, d. h., derart, daß sie beide mit der gleichen Temperatur im gleichen Heizzyklus der zweiten Heizzone betrieben werden. Es wird jedoch unterstellt, daß diese Heizelemente auch ebensogut unabhängig voneinander geregelt werden können.

Zwischen dem Schmelzrost und dem Reservoir ist eine Verlängerung des Speisebehälters angeordnet, die aus dem gleichen dünnen Metallblech besteht wie der obere Teile des Speisebehälters. Diese Verlängerung bildet eine Wärme­ sperre zwischen dem Schmelzrost und dem Reservoir derart, daß sich die Schmelzrost-Heizelemente und die Reservoir-Heizelemente besser unabhängig voneinander betreiben lassen. Zum Betrieb der zweiten und der vierten Heizel­ emente ist eine bedarfsabhängige Regelung vorgesehen; d. h. für den Betrieb der Heizelemente des Schmelzrostes und des unteren Speisebehälter, wenn der Spiegel der Flüssigkeit im Reservoir unter ein vorgegebenes Niveau absinkt.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Betrieb einer oben beschriebe­ nen Schmelzvorrichtung für warmschmelzenden Kleber vorgeschlagen. Das Verfahren beinhaltet generell, das Beheizen des ersten Raumes mit einer ersten Temperatur, um die Verflüssigung des thermoplastischen Materials und die Bewegung des Kunststoffes aus dem offenen Ende des Behälters in die zweite Kammer zu bewirken, und das Beheizen der zweiten Kammer mit einer zweiten Temperatur, die niedriger ist als die erste Temperatur. Im allgemeinen wird die erste Temperatur über der empfohlenen Anwendungs- oder Verteilungs-Tempe­ ratur des Thermoplastischen Kunststoffes liegen. Genauer gesagt, kann die erste Temperatur bei warmschmelzenden Kunststoffen ungefähr 40°C oder mehr höher sein als die zweite Temperatur.

Weitere Vorteile der Erfindung sind für die mit dem Stand der Technik ver­ trauten aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den dargestellten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Speisebehälters mit schematisch dargestellten Heizelementen

Fig. 2 einen Speisebehälter wie Fig. 1, jedoch zum besseren Verständnis ohne verschiedene Heizungsregler, der eine Masse warmschmelzendes Kle­ bers beim Verlassen des Behälters vor der Berührung mit einem Schmelz­ rost zeigt;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Heizelement-Regelung;

Fig. 4 ein Logikdiagramm einer erfindungsgemäßen Heizelementschaltung für einen Speisebehälter für warmschmelzende Kunststoffe.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schmelzvorrichtung 10 mit einem in einem Gehäuse 13 angeordneten Speisebehälter 12. Das Gehäuse 13 enthält auch andere Komponenten der Vorrichtung 10, wie z. B., elektrische und strömungs­ technische Regelungskomponenten, die jedoch zum Zwecke einer besseren Übersicht nicht dargestellt sind. Der Speisebehälter 12 besteht aus dünnem gewalztem Stahlblech, vorzugsweise ungefähr 2,5 mm dick. Der Speisebehälter 12 besitzt einen einen Transportbehälter aufnehmenden oberen Teil 14 und eine Klebermasse aufnehmenden unteren Teil 16. Ein Deckel 18 ist mittels eines Scharniers 20 am oberen Ende 22 des Gehäuses 13 zum Verschluß des Speise­ behälters 12 befestigt. Ein Ende 25 eines Transportbehälters 24 ist vor dem Einsatz in dem Speisebehälter 12 geöffnet worden. Der Transportbehälter 24 wird dann umgestülpt und das danach obere Ende kann entweder entfernt oder punktiert werden, um eine Belüftung des Innenraumes des Transportbehälters 24 zu gewährleisten. Üblicherweise ist das dem Deckel 18 benachbarte obere Ende 23 des Behälters 24 vor dem Einsetzen des Transportbehälters 24 in den oberen Teil 14 des Speisebehälters 12 das untere Ende des Transportbehälters 24 gewesen.

Gemäß Fig. 1 ist der Behälter 24 vorzugsweise mit Abstand zu einem Schmelz­ rost 30 angeordnet, wenn er in den Speisebehälter 12 eingesetzt ist. Dies kann dadurch geschehen, daß das offene Ende 25 des Behälters 24 von mehreren, z. B., vier länglichen Faßauflageelementen 28 getragen wird, die sich vom peripheren Auflagerteil des Schmelzrostes 30 aufwärts erstrecken. Die Faß­ auflageelemente 28 erstrecken sich ferner vom unteren Teil 16 des Speisebe­ hälters 12 radial nach innen. Die Auflagerelemente 28 sind vorzugsweise aus einem hochfesten Material, z. B. Kohlenstoffstahl, hergestellt, daß nicht leicht durch schwere Fässer beschädigt werden kann, und das eine niedrigere Wärme­ leitfähigkeit besitzt. In Abhängigkeit von der Anwendungsart können die Aufla­ geelemente 28 auch aus einem besser wärmeleitenden Material z. B. Aluminium hergestellt sein. Obere Flächen 28a jedes Auflagerelementes 28 nehmen eine periphere Kante oder einen Randteil des offenen Endes 25 des Fasses 24 auf. Gemäß Fig. 1 und 2 ragen die Auflagerelemente 28 derart über die Kante oder den Rand des Fasses 24 radial nach innen, daß sie je ein Auflager für die Klebermasse 26 bilden und so ein freies Fallen der Klebermasse 26 aus dem Faß 24 und damit eine mögliche Beschädigung des Schmelzrostes 30 verhin­ dern. Der Transportbehälter 24 kann z. B. ein 200 l Faß sein, das eine Masse 26 eines warmschmelzenden Klebers in Form eines Klumpen enthält.

Alternativ kann der Transportbehälter 24 oberhalb des Schmelzrostes 30 innerhalb des Speisebehälters 12 von einem Ring oder Gitter getragen werden, wie im US Patent 4.724.983 an Claassen beschrieben, oder er kann mit einer Klammervorrichtung gehalten werden, wie in US Patent 4.919.308 an Maikrzak beschrieben.

Im unteren Teil 16 des Speisebehälters 12 können an seiner Innenwand mehre­ re Heizrippen 34 befestigt sein. Die Heizrippen 34 sind ausführlich in der US Patentanmeldung No.----------- Anwaltsaktenzeichen NOR-790 "Thermopla­ stik Material Melting Operatus" (Schmelzvorrichtung für thermoplastischen Kunststoff) beschrieben, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und deren Beschreibung Bestandteil dieser Anmeldung ist.

Mit weiterem Bezug auf Fig. 1 und 2 kann der Schmelzrost 30 mehrere sich kreuzende, beheizte Gitterelemente 36, 38 enthalten, die zwischen sich Öff­ nungen bilden, durch die geschmolzener bzw. flüssiger warmschmelzender Kleber passieren kann. Gemäß Fig. 1 und 2 können die Gitterelemente 36, 38 je ein Heizelement 42 enthalten, obwohl nur die Heizelemente 42 der Gitter­ elemente 36 in den Zeichnungen dargestellt sind. Zwischen dem Schmelzrost 30 und einem unteren Reservoir 44 ist eine zylindrische Verlängerung 43 des Speisebehälters 12 angeordnet. Die Verlängerung 43 und das Reservoir 44 nehmen den flüssigen warmschmelzenden Kunststoff auf, der den Schmelzrost 30 verläßt. Um diesen warmschmelzenden Kunststoff in einem für die Auf­ bringung geeigneten, flüssigen Zustand zu halten, sind in dem Reservoir 44 konventionelle Heizelemente 45 angeordnet. Die Verlängerung 43 ist aus dem gleichen dünnen Blechmaterial hergestellt wie die Speisebehälterteile 14 und 16, wie aus dem teilweise geschnittenen Bereich gem. Fig. 1 ersichtlich ist. In der Speisebehälter-Verlängerung 43 ist ein Niveaugeber 47 angeordnet, der nachstehend beschrieben wird. Der Niveaugeber 47 ist durch einen Leiter 51 mit einem Regler verbunden, dem er anzeigt, wann der Schmelzprozeß im Speisebehälterteil 16 in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsniveau im Reservoir 44 und der Verlängerung 43 aktiviert oder deaktiviert werden muß. Vorzugs­ weise ist der Niveaugeber 47 ein Hochtemperatur-Sensor, der von der Firma Rechner-Elektronix Industries in Niagara Falls, N.Y. unter der Produkt Nr. KS- 25G-M32 verkauft wird.

Das Reservoir 44 besitzt einen Auslaß 46, der mit einer konventionellen Ver­ teiler- und Pumpen-Einheit 48 verbunden ist, die den flüssigen warmschmelzen­ den Kunststoff zu einer Verteilungsvorrichtung für warmschmelzenden Kunst­ stoff pumpt (nicht dargestellt), deren Art von dem speziellen Anwendungsver­ fahren abhängt. Gem. Fig. 1 und 2 ist unterhalb des Reservoirs 44 eine Grund­ platte 49 vorgesehen für die senkrechte Unterstützung der Schmelzvorrichtung 10 im Gehäuse 13.

Ein Heizband 50 innerhalb des Deckels 18 umgibt das Ende 23 des Behälters 24 und beheizt den Deckel 18. Heizbänder 52, 54, 56 sind in Längsrichtung entlang des oberen Teiles 14 des Speisebehälters 12 derart mit Abstand zuein­ ander angeordnet, daß sie im Bereich des Gehäuses des Behälters 24 weitge­ hend zwischen seinen Enden 23 und 25 angeordnet sind. Ein weiteres Heizband 58 ist in der Nähe des Schmelzrostes 30 um den unteren Teil 16 des Speisebe­ hälters 12 angeordnet; es beheizt den unteren Teil 16 sowie die Heizrippen 34, und in einem geringeren Umfang die Stahl-Auflagerelemente 28 durch Wärme­ leitung durch den Speisebehälter-Teil 16.

Im Deckel 18 ist ein Temperaturgeber 60 in Berührungskontakt mit dem Heiz­ band 50 angeordnet, um die Temperatur der Heizzone 61 zu messen. Ein zweiter Temperaturgeber 62 ist in einem wärmeleitenden Block 64 angeordnet, der auf dem Heizband 54 befestigt ist. Der Temperaturgeber 62 mißt die Tem­ peratur der Heizzone 63 in dem Behälteraufnahmeteil 14 des Speisebehälters 12, die von den Heizbändern 52, 54, 56 beheizt wird und die unmittelbar unterhalb des Deckels 18 und der Heizzone 61 angeordnet ist. Ein weiterer Temperaturgeber 66 ist innerhalb eines wärmeleitenden Blockes 68 angeordnet, der an dem Heizband 58 des unteren Teiles 16 des Speisebehälters 12 befestigt ist. Der Temperaturgeber 66 mißt die Temperatur der Heizzone 67 im Speisebe­ hälter 12, die allgemein als unterer Aufnahmeteil 16 des Speisebehälters 12 definiert ist. Ein vierter Temperaturgeber 70 ist in dem Schmelzrost 30 angeord­ net; er mißt die Temperatur des Schmelzrostes 30, der von den Heizelementen 42 beheizt wird. Vorzugsweise sind die Temperaturgeber 60, 62, 66, 70 Standard Nickel Thermoelemente (Standard Resistance Temperature Devices RTD) mit einem Widerstand von 120 Ohm. Es können weitere Temperaturgeber vorgesehen werden und/oder die Positionierung der in den Zeichnungen darge­ stellten Temperaturgeber geändert werden, entsprechend den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung.

Gemäß Fig. 3 liefern die Temperaturgeber 62, 66, 70, 60 Temperatur-Rückkop­ pelungssignale auf den Ausgängen 74, 76, 78, 80, die mit den Temperatur­ schnittstellen 82, 84, 86, 87 in einem programmierbaren Regler 88 verbunden sind. Vorzugsweise sind die Geberschnittstellen 82, 84, 86, 87 RTD-Schnitt­ stellen. Der Regler 88 besitzt einen Microprozessor 90 der Programme durch­ führt, die im Speicher 92 gespeichert sind. Zu von den im Speicher 92 gespei­ cherten Betriebsprogrammen vorgegebenen Zeiten fragt der Microprozessor 90 Analog-Signale von dem Analog/Digital (A/D)-Converter 95 ab. Bei aufeinander folgenden Abfragen liest der A/D-Converter 94 nacheinander die Werte der Analog-Signale der Temperaturgeber 62, 66, 70, 60, die von den zugeordneten Schnittstellen 82, 84, 86, 87, verarbeitet werden. Die die Temperatur re­ präsentierenden Analog-Signale werden von dem A/D-Converter in entsprechen­ de Digitalsignale der Temperatur umgewandelt, die dann über den Bus 96 übertragen und im Speicher 92 gespeichert werden. Der Speicher 92 enthält ferner verschiedene Temperatur-Sollwerte für die Heizzonen 61, 63, 67 in­ nerhalb des Speisebehälters 12. Diese Sollwerte sind entweder vom Regler 88 vorgegebene Sollwerte oder vom Benutzer über die Operateur-Ein/Aus-Gabe 98 eingegebene Werte. Der Microprozessor 90 erhält die vom Benutzer eingegebe­ nen Temperatur-Sollwerte über die Operateur-l/O-Schnittstelle 100, und spei­ chert die vom Benutzer eingegebenen Sollwerte im Speicher 92. Zusätzlich können Temperatur-Sollwerte in Abhängigkeit von den bestehenden Prozeß­ bedingungen vom Microprozessor 90 berechnet werden.

Der Regler 88 bildet einen geschlossenen Temperatur-Regelkreis in den bevor­ zugten Heizzonen 61, 63, 67 (Fig. 1), in dem er eine bekannte Proportional- Integral-Ableitungs-(Proportional Integral Deavative; PID)-Regelung durchführt unter Benutzung der im Speicher 92 gespeicherten Temperatur-Sollwerte und der Temperatur-Rückführungssignale, die von den Temperaturgebern 60, 62, 66, 70 aufgenommen worden sind. Der programmierbare Regler 88 erzeugt Ausgangssignale über die Bus-Schnittstelle 102 und die Digital-Ein/Aus-Ga­ beeinheit 104 für über die zugeordneten Ausgangsleitungen 106, 108, 110, 112, um die verschiedenen Heizelemente 50, 52, 54, 56, 58 und 42 EIN oder AUS zu schalten, um die Temperaturen in den Heizzonen 61, 63, 67 (Fig. 1) auf dem gewünschten Temperatur-Sollwert zu halten. Die Heizelemente im Reservoir 44 (Fig. 1) werden auch von dem programmierbaren Regler 88 gere­ gelt und durch die Ein/Aus-Gabeeinheit 104 über die Ausgangsleitung 114 in konventioneller Art betrieben. Die digitale Ein/Aus-Gabeeinheit 104 erhält auch ein digitales Eingangssignal von einer Verstärkereinheit 89. Die Verstärker­ einheit 89 ist vorzugsweise eine Einheit von Rechner Electronics Industries, Product No. KSA-70-250-S-88. Der Reservoir-Niveaugeber 47 sendet ein Analog-Signal zur Verstärkereinheit 89, das das Flüssigkeitsniveau im Speisebe­ hälterteil 43 (Fig. 1) repräsentiert, dadurch daß der Niveaugeber 47 entweder in Kontakt oder nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit ist. Das vom Geber 47 emp­ fangene Signal wird der Ein/Aus-Gabeeinheit 104 als digitales Ein/Aus-Gabesi­ gnal übermittelt, das verwendet wird, um die Heizelemente 42 und 58 zu betreiben. D.h., wenn das Flüssigkeitsniveau unter den Geber 47 (Fig. 1) abfällt, wird das "Ein"-Signal gesendet und die Ein-/Aus-Einheit 104 schaltet die Heizelemente 42 und 58 ein. Wenn das Flüssigkeitsniveau den Geber 47 erreicht, wird ein "Aus"-Signal gesendet und die Ein-/Aus-Einheit 104 schaltet die Heizelemente 42 und 58 aus.

Fig. 4 zeigt ein Speisebehälter-Heizungs-Regelungs-Programm, das zur Durch­ führung der Erfindung einsetzbar ist. Dieses Programm ist in einem Speicher 92 gespeichert; es wird zu geeigneten Zeiten des Betriebszyklus von einem Micro­ prozessor 90 der Programmsteuerung 88 ausgeführt.

Gemäß Fig. 1 und 3 und in Verbindung mit Fig. 4 ist der Speisebehälter 12, jederzeit, wenn die Schmelzvorrichtung 10 in Betrieb ist, zur Aufnahme eines neuen Behälters 24 bereit. Zu diesem Zeitpunkt wird der Deckel 18 geöffnet und ein neuer Behälter 24 mit einem nach unten gerichteten offenen Ende 25 in den Speisebehälter 12 eingesetzt; dabei ist das andere Ende 23 vorzugsweise offen oder besitzt mindestens eine geschnittene oder gestanzte Belüftungsöff­ nung. Nachdem der Behälter 24 geladen und der Deckel 18 geschlossen wor­ den ist, drückt der Operateur eine Schalttaste oder erzeugt auf andere Art ein Eingabesignal an die programmierbare Regelung über das Operateur Ein-/Aus- Element 98, das über die Operateur Ein-/Aus-Schnittstelle 100 ein Behälter-Neu- Signal erzeugt, das gemäß Fig. 4 seinerseits vom Logikelement 105 des Micro­ prozessors 90 erfaßt wird.

Nachdem die programmierbare Regelung 88 festgestellt hat, daß ein neuer Behälter geladen worden ist, schaltet das Logikelement 154 des Microprozes­ sors 90 die Temperatur-Sollwerte der Deckelheizung 50 der Heizzone 61 und der oberen Speisebehälter-Heizungen 52, 54, 56 der Heizzone 63 auf ihre zugeordneten Klebermasse-Falltemperatur-Sollwerte und startet einen Kleber­ masse-Fall-Zeitzähler. Die Klebermasse-Fall-Temperatur-Sollwerte der Zonen 61 und 63 liegen typischerweise höher als die Kleberaufbringungs-Temperatur- Sollwerte; sie sind so gewählt, daß die äußere Schicht der Klebermasse 26 innerhalb des Behälters 24 schnell geschmolzen wird, so daß die Klebermasse 26 sich löst und gem. Fig. 2 allmählich aus dem Behälter 24 gleitet oder fällt. Dabei werden die Klebermasse-Falltemperatur-Sollwerte von der Art des Klebers im Behälter abhängen; sie werden oberhalb der Aufbringungstemperatur aber unterhalb der Flammtemperatur des Klebers liegen. Üblicherweise liegen die Klebermasse-Falltemperatur-Sollwerte vorzugsweise ungefähr 56°C (100°F) über der empfohlenen Aufbringungstemperatur des Klebers. Die Klebermasse- Falltemperatur-Sollwerte der Deckelheizung 50 und der oberen Speisebehälterheizungen 52, 54, 56 können die gleichen Werte sein; sie sind für PUR- Kleber auf ungefähr 177°C (350°F) und für PSA-Kleber auf 204 bis 232°C (400 bis 450°F) eingestellt. Da der Speisebehälter 12 sehr dünne Metallwände besitzt, wird die Wärme der oberen Speisebehälter-Heizungen 52, 54, 56 schnell durch den Speisebehälter 12 an den Behälter 24 übertragen. Dadurch weicht der äußere Umfang der Klebermasse auf und schmilzt, so daß sie aus dem Behälter 24 gleiten kann, wo sie wirksam von dem Schmelzrost 30 ge­ schmolzen wird.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, durch die der Operateur informiert werden kann, daß die Klebermasse 26 aus dem Behälter 24 gefallen ist und daher der Behälter 24 entfernt werden kann. Eine dieser Möglichkeiten ist im Verfahrens­ schritt 156 in Fig. 4 dargestellt. Wie bereits erwähnt, beinhaltet diese Möglich­ keit die Verwendung eines Zeitzählers, der anzeigt, daß seit dem Start des Entleerungszyklus ausreichend Zeit vergangen ist, so daß das Klebermaterial mit dem Schmelzrost 30 in Berührung gekommen ist. Bei Verwendung eines Zeit­ zählers ist zu beachten, daß die Zeit, die erforderlich ist, bis die Klebermasse 26 aus dem Behälter 24 gleitet und in Berührung mit dem Schmelzrost 30 kommt, von der zu entleerenden Kleberart, der Konstruktion des Behälters (Stahl, faserverstärkter Kunststoff, o. dgl.), von der Belüftung des Behälters und auch von den verschiedenen Temperatursollwerten der verschiedenen Heizzonen abhängt. Diese Zeitperiode kann jedoch aus Versuchen und Erfahrung mit einem gegebenen Klebermaterial und wie erwähnt weiteren Parametern ermittelt werden.

Alternativ kann ein automatisches System verwendet werden, um festzustellen, daß der Behälter 24 entfernt werden kann. Ein solches automatisches System ist in der gemeinsam eingereichten US-Patentanmeldung No.------------ Anwaltsaktenzeichen: NOR-773 mit dem Titel: "Melting Operating with Material Release Sensing System" (Schmelzvorrichtung mit Materialfreigabe-Sensorsy­ stem); diese Beschreibung ist durch Referenz integraler Bestandteil dieser Erfindung. Ein solches System kann den Operateur durch geeignete Mittel, wie z. B., durch die programmierbare Regelung 88 informieren, daß der Behälter 24 aus dem Speisebehälter 12 entfernt werden kann.

Wenn die Kleber-Fallzeit, wie in Fig. 4 im Verfahrensschritt 156, o. dgl. festge­ stellt und das Kleber-Fallsignal, wie erwähnt, von einem Kleber-Fall-Sensorsy­ stem empfangen worden ist, schaltet der Microprozessor 90 im Verfahrens­ schritt 158 die Deckelheizung 50 aus und die oberen Speisebehälter-Heizungen 52, 54, 56 auf ihre Stand-By-Temperatur-Sollwerte. Die Werte für die Stand-By- Temperatur-Sollwerte werden vorzugsweise so gewählt, daß der Kleber wäh­ rend einer normalen Entleerungsoperation nicht an den Wänden des Speisebe­ hälters 12 stocken bleibt. Die Stand-By-Temperatur-Sollwerte sollten jedoch auch ausreichend niedrig sein, so daß die oberen Speisebehälter-Heizungen 52, 54 und 56 kein nennenswertes Schmelzen des Klebers bewirken. Wie bereits beschrieben, kann das Heizband 58 im unteren Teil 16 des Speisebehälters 12 einen Temperatursollwert haben, der gleich dem Temperatursollwert der Schme­ lzrostheizung 42 ist. Der Verfahrensschritt 158 gestattet unterschiedlich wähl­ bare Temperatursollwerte in den drei Heizzonen 61, 63 und 67 des Speisebe­ hälters 12, so daß ein korrektes Schmelzen der Klebermasse bewirkt wird.

Der Ablauf des Kleberfall-Zeitzählers 156 oder ein Kleberfall-Ausgangssignal eines Kleberfall-Sensorsystems bedeutet gleichzeitig, daß die Klebermasse 26 aus dem Behälter 24 gefallen ist und gem. Fig. 2 von einer Kombination ver­ tikaler Tragelemente 28 und dem Schmelzrost 30 getragen wird. Wie bereits erwähnt, kann der Behälter 24 dann aus dem Speisebehälter 12 entfernt wer­ den; und der Microprozessor 90 überträgt im Verfahrensschritt 160 ein Aus­ gangssignal an das Operateur-Ein-Aus-Element 98, das anzeigt, daß der Behäl­ ter 24 entfernt werden kann.

Zu diesem Zeitpunkt kann gem. Fig. 1 der Inhalt des Speisebehälters 1 2 entlang der Höhe des Speisebehälters 12 auf drei unterschiedlich voneinander wähl­ baren Temperaturen gehalten werden. Unter den meisten Betriebsbedingungen wird der Temperatursollwert der Heizzone 67 im unteren Teil 16 des Speisebe­ hälters 12 gleich dem gewünschten Temperatursollwert des Schmelzrostes 30 gewählt. Der Temperatursollwert der Heizzone 67 kann jedoch unabhängig vom Temperatursollwert der Heizung des Schmelzrostes 30 gewählt werden, wenn dies gewünscht wird oder für eine spezielle Aufbringungsart erforderlich ist.

Zusammenfassend ist das in Fig. 4 dargestellte Speisebehälter-Heizprogramm ein Unterprogramm, das der Microprozessor 90 zu gegebenen Zeiten während eines Hauptprogrammes durchführt, das ein im Speicher 92 gespeichertes andersartiges konventionelles Betriebsprogramm sein kann. Jedesmal wenn dieses Unterprogramm abgelaufen ist, kehrt der Microprozessor 90 zum Haupt­ programm zurück, wie in Verfahrensschritt 162 dargestellt ist.

Obwohl dies für den Betrieb der Schmelzvorrichtung 10 beim Laden eines neuen Behälters 24 nicht notwendig ist, ist es im allgemeinen wünschenswert und bekannt, daß ein Aufwärmzyklus für die Systemkomponenten vorgesehen sein sollte, obwohl dies zum besseren Verständnis im Logikschaltbild Fig. 4 nicht dargestellt ist. Wenn sich die Schmelzvorrichtung 10 (Fig. 1) auf Umgebungs­ temperatur befindet, tritt beim Einschalten ein Kaltstart auf und die Schmelzvorrichtung 10 muß vor dem Beginn eines Verteilungsvorganges auf eine ge­ wünschte Temperatur gebracht werden. In anderen Situationen kann eine Unterbrechung des Verteilungsprozesses auftreten, während der der geschmol­ zene Kleber im Reservoir 44 unter seine gewünschte Temperatur abkühlt. In diesen Situationen kann es erforderlich sein, daß die Schmelzvorrichtung 10 einen Aufwärmzyklus durchläuft, um vor der Fortsetzung des Aufbringungs­ prozesses eine gewünschte Temperatur zu erhalten.

Ein Aufwärmzyklus, der mit der Erfindung angewendet wird, beinhaltet die Regelung des Speisebehälters auf eine Stand-By-Temperatur und des Schmelz­ rostes, des Reservoirs und anderer stromabwärts angeordneter Komponenten auf einen Temperatursollwert. Insbesondere kann die Heizung 50 der Heizzone 61 ausgeschaltet werden. Die Heizzone 63 kann auf eine Stand-by-Temperatur gerade oberhalb des Aufweichpunktes des Klebers reduziert werden, z. B. auf ungefähr 127°C (260°F) für PSA-Kleber bis hin zur kompletten Abschaltung der Heizungen, wie z. B. für PUR-Kleber. Die Heizzone 67 und auch das Reser­ voir 44 und andere stromabwärts angeordnete Komponenten können auf einen Sollwert geregelt werden. Die Sollwerttemperatur für die Heizung 58, den Schmelzrost 30, das Reservoir 44 und andere stromabwärts angeordnete Komponenten kann ungefähr 138°C (250°F) für PUR-Kleber und ungefähr 177°C (350°F) für PSA-Kleber sein.

Bei Beendigung des Anfahr- oder Aufwärm-Zyklus befindet sich das System in einem betriebsbereiten Zustand und die Systemkomponenten befinden sich in vorgegebenen Zuständen. Z.B., kann die Deckelheizung 50 ausgeschaltet sein, so daß die Temperatur der Heizzone 61 nicht durch die Deckelheizung 50 geregelt wird, sondern abhängig ist von der Wärme, die an die Heizzone 61 oder den Deckel 18 durch Wärmeleitung und Konvektion von der Heizzone 63 übertragen wird. Im betriebsbereiten Zustand sind die Temperatursollwerte der Heizungen 52, 54 und 56 in Abhängigkeit von der aufzubringenden Kleberart entweder unter die Aufbringungstemperatur Sollwerte oder die Temperatur des flüssigen Klebers im Reservoir gesetzt. Wenn z. B. PSA-Kleber im Speisebehälter 12 verwendet wird, kann der Stand-by-Temperatur-Sollwert im Bereich von ungefähr 110°C (230°F) bis 149°C (300°F) liegen. Wenn der Speisebehäl­ ter 24 dagegen PUR-Kleber enthält, der im allgemeinen eine niedrigere Auf­ bringungstemperatur besitzt, können die Heizungen 52, 54 und 56 aufgeschaltet sein, da die von dem Schmelzrost und/oder dem Reservoir erzeugte Wärme ausreicht, um die gewünschte Temperatur in der Zone 63 zu erreichen. Dies ist eine Temperatur, die verhindert, daß die Klebermasse 26 an den Innenwänden des Speisebehälters stockt.

Der dünnwandige Speisebehälter 12 ist vorteilhafter als dem Stand der Technik gemäße Vorrichtungen, da die von den Heizbändern 52, 54 und 56 erzeugte Wärme wirksamer zum Behälter 24 und der darin enthaltenen Klebermasse 26 übertragen wird, als bei den dem Stand der Technik gemäßen massiven Speise­ behälter. Die erforderliche Energie kann reduziert werden, da der obere Speise­ behälterteil 14 schnell auf den Klebermasse-Fall-Temperatur-Sollwert aufgeheizt und dann seine Temperatur auf eine Betriebstemperatur abgesenkt werden kann, die keine Überhitzung oder zu starkes Schmelzen des Klebers bewirkt.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Verflüssigungs- und Versorgungs- Vorrichtung für thermoplastischen Kleber mit einem Schmelz-Speisebehälter mit mehreren getrennt voneinander geregelten Heizzonen. Der Speisebehälter besteht aus dünnem, gewalztem Metallblech mit einer relativ niedrigen Wärme­ leitfähigkeit, z. B. Kohlenstoffstahl. Entlang der Höhe des Speisebehälters sind Heizungen angeordnet, die mittels Thermostaten oder Temperatursensoren derart unabhängig voneinander geregelt werden, daß während verschiedener Stadien des Schmelz- und Entleerung-Prozesses die Wärme in einer ungleich­ mäßigen Art an dem im Speisebehälter befindlichen thermoplastischen Kleber übertragen wird.

Obwohl eine Ausführungsform der Erfindung sehr detailliert beschrieben ist, ist nicht beabsichtigt, die Erfindungsansprüche auf solche Details zu beschränken. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für die mit dem Stand der Technik Vertrauten ersichtlich. Z.B. kann bei einer Heizungsregelung eines Speisebehäl­ ters mit mehreren Heizzonen das Ende 23 des Behälters 24 entweder offen oder geschlossen sein. Unter verschiedenen Situationen kann eine andere Anzahl von Heizzonen als die beschriebenen von Vorteil sein. Anstelle von Sensoren und der PID-Temperaturregelung können Thermostate verwendet werden. Anstelle des programmierbaren Reglers können andere Logik-Regel-Geräte verwendet werden, z. B. Relais-Logik-Elemente, um die Heizungen thermostatisch zu regeln, usw.

Die Erfindung ist daher generell nicht auf die beschriebenen und dargestellten spezifischen Details beschränkt. Demgemäß sind Modifikationen dieser Details möglich, ohne vom Gegenstand und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Verflüssigen und Verteilen von flüssigem thermoplasti­ schen Material, insbesondere Kleber mit einem ersten Raum zur Aufnahme und zum teilweisen Schmelzen des thermoplastischen Materials und einem zweiten Raum zum weiteren Schmelzen des thermoplastischen Materials, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine erste Heizung operativ mit dem ersten Raum verbunden ist; eine zweite Heizung operativ mit dem zweiten Raum verbunden ist; und eine Regelung mit der ersten und der zweiten Heizung verbunden ist, um die erste Heizung unabhängig von der zweiten Heizung derart zu betreiben, daß der erste und der zweite Raum auf verschiedene Temperaturen geheizt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Heizung operativ mit dem ersten Raum verbunden ist; und die Regelung die dritte Heizung unabhängig von der ersten und der zweiten Heizung betreibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Transportbehäl­ ter-Auflagerung zur Aufnahme eines Transportbehälters mit thermoplastischem Material in dem Speisebehälter derart, daß ein offenes Ende des Transportbehäl­ ters in den zweiten Raum mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speise­ behälter aus gewalztem Metallblech besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalz­ te Metallblech ungefähr 2,5 mm dick ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalz­ te Metallblech Stahl ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raum in einen oberen Teil und der zweite Raum in einem unteren Teil des Speisebehälters angeordnet ist; ein Schmelzrost zur Aufnahme thermoplasti­ schen Material in einem unteren Teil des zweiten Raumes angeordnet ist; und eine vierte Heizung operativ mit dem Schmelzrost verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung die zweite und die vierte Heizung gemeinsam betreibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung die erste Heizung derart betreibt, daß der erste Raum auf eine höhere Tempera­ tur geheizt wird als der zweite Raum.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Temperatur über der Aufbringungstemperatur liegt, mit der das flüssige thermo­ plastische Material schließlich aus der Vorrichtung abgeben wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung die erste Heizung derart betreibt, daß der erste Raum auf eine niedrigere Tem­ peratur geheizt wird als der zweite Raum.

12. Vorrichtung zum Verflüssigen und Verteilen flüssigen thermoplastischen Materials mit einer vorgegebenen Verteilungstemperatur, gekennzeichnet durch einen Speisebehälter mit einem ersten Raum zur Aufnahme und partiellen Schmelzung thermoplastischen Materials und einem zweiten Raum zum weite­ ren Schmelzen des thermoplastischen Materials; eine erste operativ mit dem ersten Raum verbundene Heizung; eine zweite operativ mit dem zweiten Raum verbundene Heizung; und eine mit der ersten und der zweiten Heizung ver­ bundene Regelung, um die erste Heizung unabhängig von der zweiten Heizung derart zu betreiben, daß die erste Heizung selektiv mit einer höheren Tempera­ tur betrieben wird als die vorgegebene Verteilungstemperatur.

13. Verfahren zum Betreiben einer Schmelzvorrichtung mit einem Speisebe­ hälter mit einem ersten Raum zur Aufnahme eines zu schmelzenden thermopla­ stischen Materials und einem zweiten Raum zum Schmelzen des thermoplasti­ schen Materials, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: Einsetzen des thermoplastischen Materials in den ersten Raum, Beheizen des ersten Raumes einer ersten Temperatur zum Aufweichen und partiellen Schmelzen des thermo­ plastischen Materials, um die Bewegung des thermoplastischen Materials auf dem ersten Raum in den zweiten Raum zu bewirken und Beheizung des zweiten Raumes mit einer zweiten Temperatur, die niedriger ist als die erste Temperatur und die das thermoplastische Material weiter schmilzt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verfahrensschritt des Einbringens thermoplastischen Materials in den ersten Raum das Einsetzen und Lagern eines Behälters mitthermoplastischem Material derart in den ersten Raum beinhaltet, daß ein offenes Ende des Behälters in den zweiten Raum mündet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisebe­ hälter aus gewalztem Metallblech besteht; und der Heizschritt das Beheizen des ersten Raumes mit einer an dem Speisebehälter befestigten Heizung enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur ungefähr 56°C (100°F) niedriger ist als die erste Temperatur.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisebe­ hälter aus gewalztem Metallblech besteht; und der Heizschritt die Beheizung des ersten Raumes mit einer an dem Speisebehälter befestigten Heizung bein­ haltet.

18. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Verfahrens­ schritt Reduzierung der ersten Temperatur, wenn sich das thermoplastische Material aus dem ersten Raum in den zweiten Raum bewegt hat.

19. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Verfahrens­ schritt Beheizung eines Teiles des ersten Raumes mit einer Heizung, die un­ abhängig von einer Heizung geregelt wird, die einen anderen Teil des ersten Raumes beheizt.

20. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verfahrens­ schritte: Feststellung der Bewegung des thermoplastischen Materials aus dem ersten Raum in den zweiten Raum; und Reduzierung der Temperatur des ersten Raumes nach der Feststellung der Bewegung des thermoplastischen Materials aus dem ersten in den zweiten Raum.