Title:
Klebstoffauftragsverfahren und dafür geeignete Düse
Kind Code:
B3


Abstract:

Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems für Heiß- oder Kaltleime und eine Düse zur Anwendung in einem solchen Dosiersystem, wobei das erfindungsgemäße Dosiersystem nicht auf Heiß- und Kaltleime beschränkt ist, sondern Anwendung finden kann bei der Verarbeitung von Klebstoffen und thermoplastischer Vergussmassen aller Art.




Inventors:
Walther, Thomas (47803, Krefeld, DE)
Jochheim, Markus (40885, Ratingen, DE)
Wattrodt, Christian (12169, Berlin, DE)
Application Number:
DE102016000065A
Publication Date:
06/08/2017
Filing Date:
01/06/2016
Assignee:
Baumer hhs GmbH, 47829 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10230831A1N/A2004-01-22



Claims:
1. Verfahren zum Dosieren und Auftragen eines Klebstoffs, umfassend die Verfahrensschritte:
– Bereitstellen eines fließfähigen Klebstoffs für eine Klebstoffauftragsvorrichtung,
– Beaufschlagen des fließfähigen Klebstoffes mit einem Druck,
– Dosieren des bereitgestellten Klebstoffs an einem Austrittskanal der Klebstoffauftragsvorrichtung durch ein Öffnen und Schließen einer Verschlusseinrichtung für den Austrittskanal,
– Auftragen des Klebstoffs durch wenigstens eine Düse (1) oder eine Düsenkappe,
wobei die Düse (1) oder die Düsenkappe zumindest abschnittsweise mit einer klebstoffabweisenden Flüssigkeit benetzt wird, wobei die Düse (1) oder die Düsenkappe eine Oberflächenstrukturierung aufweist, deren Oberflächentopographie ausgeführt ist, die klebstoffabweisende Flüssigkeit zu fixieren.

2. Verfahren zum Dosieren und Auftragen eines Klebstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe, zumindest abschnittsweise über die Düse (1) aufgezogen, gesteckt oder gestülpt wird

3. Verfahren zum Dosieren und Auftragen eines Klebstoffs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffauftragsvorrichtung zwischen zwei Stellungen in einer Produktionsmaschine bewegt wird, wobei in einer ersten Stellung die Düse (1) mit der klebstoffabweisenden Flüssigkeit benetzt wird und in einer zweiten Stellung der Klebstoff auf ein Substrat aufgetragen wird.

4. Verfahren zum Dosieren und Auftragen eines Klebstoffs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffauftragsvorrichtung einen schwenkbaren Arm oder einen Schieber aufweist, der unter die Düse (1) der Klebstoffauftragsvorrichtung fährt, um diese mit klebstoffabweisender Flüssigkeit zu benetzen, wobei der schwenkbare Arm oder der Schieber einen getränkten Schwamm oder eine Vertiefung aufweist, welche die klebstoffabweisende Flüssigkeit aufnimmt.

5. Klebstoffauftragseinrichtung mit einer Düse (1), einem elektromagnetischen Antrieb, einem Dosierkolben, einem elektrischen Anschluss (3), einem Fluidanschluss (4) und einer Hubregulierung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) eine poröse und/oder strukturierte Oberfläche zur Aufnahme einer klebstoffabweisenden Flüssigkeit aufweist.

6. Klebstoffauftragseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse und/oder strukturierte Oberfläche abschnittsweise oder vollflächig auf die Oberfläche der Düse (1) aufgebracht wird.

7. Klebstoffauftragseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) zumindest abschnittsweise mit einer Beschichtung, vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall, überzogen wird und die Oberfläche der Beschichtung die poröse und/oder strukturierte Oberfläche bildet.

8. Klebstoffauftragseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) zumindest abschnittsweise in eine Düsenkappe einführbar ist und die Düsenkappe vorzugsweise aus einem Sintermetall, einer mikroporösen Folie oder einem Kunststoff besteht und die Oberfläche der Düsenkappe die poröse und/oder strukturierte Oberfläche bildet.

9. Klebstoffauftragseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel zwischen der klebstoffabweisenden Flüssigkeit und der porösen und/oder strukturierten Oberfläche kleiner π/2 ist.

10. Klebstoffauftragseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse und/oder strukturierte Oberfläche durch Laserstrukturierung, Photo- oder Elektronenstrahllithographie, Ätzung oder Mikroprägung im Nano- oder Mikrometerbereich erzeugt wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dosiersystems für Heiß- oder Kaltleime und eine Düse zur Anwendung in einem solchen Dosiersystem. Das erfindungsgemäße Dosiersystem ist nicht auf Heiß- und Kaltleime beschränkt, sondern kann Anwendung finden bei der Verarbeitung von Klebstoffen und thermoplastischer Vergussmassen aller Art.

Leim- oder allgemein Klebstoffauftragssysteme finden Ihre Anwendung unter anderem in der Verpackungsindustrie. Beispielhafte Anwendungsgebiete stellen die Faltschachtelproduktion, die Bogenverarbeitung (zum Beispiel für die Herstellung von Briefumschläge, Versandtaschen etc.) und/oder das Falzkleben, beispielsweise bei der Verarbeitung von Wellpappen oder Faltschachteln dar.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Klebstoffauftragssysteme ist die Elektronikindustrie. Der Klebstoffauftrag dient dazu Komponenten auf Baugruppen zu fixieren oder zu vergießen. Klebstoffauftragssysteme finden auch Anwendung in der Automobilindustrie. Hier dienen die Klebstoffe dazu, Bauteile oder Baugruppen in Automobilen zu fixieren.

Eine bekannte und hier beispielhaft aufgeführte Klebstoffauftragsvorrichtung basiert auf Dosierventilen, wie sie beispielsweise in der DE 41 13 445 C2 beschrieben sind. Die Dosierventile verfügen im Allgemeinen über einen Dosierkolben, der Bestandteil eines Elektromagneten ist und durch den der Dosierkolben nach oben bewegt werden kann. Die Abwärtsbewegung erfolgt im Allgemeinen durch eine Druckfeder. In einem nicht eingeschalteten Zustand des Magneten liegt der Dosierkolben durch den vorhandenen Federdruck auf dem Ventilkörper, im Detail auf der Düse, auf. Das Ventil ist geschlossen. Es wird kein Klebstoff appliziert. In einem eingeschalteten Zustand des Magneten wird die Federkraft überwunden und der Dosierkolben von dem Ventilkörper abgehoben: Das Ventil ist geöffnet. Der Klebstoff wird appliziert. In einer anderen Variante ist der Ventilkörper in den Grundkörper integriert, auf den eine so genannte Vorschraubdüse angeschraubt oder anderweitig befestigt wird. Die Erfindung ist keineswegs auf das hier benannte Antriebssystem beschränkt. Das Dosiersystem kann auch einen pneumatisch betätigten Aktor, einen direkt oder indirekt wirkenden Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweisen, mit dem ein Dosierkolben zwischen einer das Dosierventil öffnenden oder schließenden Stellung bewegt wird.

Die Klebstoffauftragsvorrichtung umfasst einen Düsenkörper und mindestens einen in dem Düsenkörper ausgebildeten Fluidkanal, der mit einer Fluidquelle verbindbar ist und eine Austrittsöffnung aufweist, durch welche das Fluid ausströmen und abgegeben werden kann.

Klebstoffauftragsvorrichtungen mit derartigen Düsenanordnungen sind regelmäßig Teil eines komplexen Auftragssystems, das einen Behälter für das Fluid, eine Förderpumpe oder einen Druckbehälter und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der einzelnen Komponenten umfasst. Das Substrat, auf welches das Fluid aufgetragen werden soll, wird bei vielen Anwendungen mit Hilfe einer Fördereinrichtung relativ zu der Klebstoffauftragsvorrichtung bewegt, oder die Klebstoffauftragsvorrichtung ist an einem Roboterarm oder dergleichen befestigt und auf diese Weise relativ zu dem Substrat bewegbar.

Ziel ist hierbei ein möglichst präzises Kleben, insbesondere sowohl hinsichtlich der Positionierung des Klebstoffs als auch hinsichtlich der applizierten Menge des Klebstoffs. Ein präzises Kleben erfordert zusätzlich das Vermindern von Verschmutzungen, insbesondere im Bereich der Dosierdüsenöffnung.

Die Düsenverschmutzung wird durch Partikel beim Dosieren bzw. Auftragen des Klebstoffs generiert. Die Partikel werden insbesondere durch das Öffnen und Schließen des Dosierkolbens verursacht. Sie sind sozusagen ”Reste” des Klebstoffs, die sich beim Öffnen und Schließen noch in dem Raum zwischen dem Dosierkolben und dem Ventilkörper befinden und beim Schließvorgang weggeschleudert werden oder wegspritzen. Auch wird der Klebstoff nicht kugelförmig appliziert, sondern die dosierte Menge durch die Anhaftung des Klebstoffs an der Wand des Fluidkanals der Düse langgestreckt mit einem zum Ende hin immer dünneren Austrittsfaden, der bei dem Verlassen der Düse in kleine Partikel, auch Satelliten genannt, zerfällt. Eine andere und häufige Ursache von Düsenverschmutzungen ist insbesondere bei einer Dosierung mit hohem Klebstoffdruck, dass die dosierte Klebstoffmenge auf das Substrat aufprallt und durch diesen Aufprall Teile des Klebstoffs wegspritzen, die als Partikel (Satelliten) in der Luft schweben.

Eine andere, stark von den Klebstoffeigenschaften abhängige Verschmutzungsbildung ist die Fadenbildung. Diese Fäden können sich von dem Düsenausgang bis zu dem Substrat erstrecken Wird der Faden getrennt, können aufgrund der häufig elastischen Eigenschaften des Klebstoffs dieser zurückschnellen und sich um die Düse legen.

Diese Partikel (Satelliten) oder Fäden lagern sich häufig an der Düse, speziell der Düsenspitze an, und können zu Auftragsstörungen bei der Klebstoffapplikation führen. Typische Klebstoffauftragsstörungen sind zum Beispiel die Ablenkung des Klebstoffstrahls. Der Klebstoff gelangt nicht an den vorgesehenen Ort auf dem Substrat. Fehlverklebungen und Verschmutzungen an den Maschinen können die Folge sein.

Die Verschmutzungen haben auch eine wirtschaftliche Dimension. Bei schnell laufenden Faltschachtelklebemaschinen muss die Produktion in der Stunde mehrfach unterbrochen werden, um die Düsen von anhaftendem Klebstoff zu reinigen. Die Produktivität und der Ausstoß sinken. Es besteht durch die Verschmutzung zudem die Gefahr von Fehlbeleimungen, die zu Ausschuss bzw. Makulatur führen.

Das Problem ist in der Industrie weit bekannt und so sind aus dem Stand der Technik viele Ansätze bekannt, dem Problem der Düsenverschmutzung zu begegnen.

Die Schrift EP 2 386 363 A2 schlägt vor, die beim Dosieren generierten Partikel des Klebstoffs durch ein elektrostatisch geladenes Bauteil anzuziehen bzw. aufzufangen und/oder durch das angelegte elektrische Feld auf ein Bauteil anzuziehen und zu fixieren. Diese Lösung kann funktionieren, wobei das elektrische Feld des elektrostatischen Fängers zur Ladung des herumfliegenden Partikels passen muss. Nachteilig ist, dass der elektrostatische Fänger ebenfalls gereinigt werden muss.

Gerade Kaltleime trocknen physikalisch und sind häufig im ausgehärteten Zustand schwer und aufwendig zu entfernen.

Die Schriften DE 00 0009 115 872 U1 und DE 10 2007 008 822 U1 beschreiben unter anderem einen Schieber, der die Düsenöffnung in Ruhephasen abschließt und reinigen soll. Die Praxis jedoch hat gezeigt, dass die eine Funktion >>Verhinderung des Eintrocknen des Klebstoffs<< durch einen solchen Schieber gut erfüllt wird, die Reinigungswirkung eher gering ist. Der Klebstoff wird auf dem mit einem PTFE-Belag versehenen Schieber mehr verschmiert als mitgenommen und gereinigt. Eine vergleichbare Lösung zeigt die EP486159A1, die eine Wischeinrichtung offenbart, die mit der Düse einer Auftragsvorrichtung in Kontakt gebracht werden kann.

Die Schrift DE 20 2007 013 289 U1 schlägt vor, eine Bahn, die von einer Abwickelstation abgewickelt wird und von einer zweiten Station aufgewickelt wird, in Ruhezeiten mit der Auftragsdüse in Kontakt zu bringen und diese durch das Vorbeiführen der Bahn eines Reinigungstuchs zu reinigen. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendig, lässt eine beliebige Anordnung der Klebstoffauftragsventile in der übergeordneten Maschine nicht zu und erfordert eine Überwachung und Wartung des Reinigungsmaterials. Eine ähnliche Vorrichtung schlägt die DE69732753T2 vor, die eine Klebstoffauftragsstation vorschlägt, die ein Reinigungsband enthält. Die Klebstoffauftragsvorrichtung ist dabei in verschiedene Positionen verlagerbar.

Die Schrift EP0568365B1 schlägt vor, die Beschichtungsdüse in Stillstandszeiten der Produktion mit einer zweiten Düse mit einer Reinigungsflüssigkeit zu beaufschlagen, die Anhaftungen beseitigt. Diese Lösung ist maschinenbautechnisch schwer umzusetzen, da typischerweise Klebstoffauftragsvorrichtungen häufig in Maschinen neu platziert werden müssen. Dies würde bedeuten, dass die Reinigungsdüse und Auffangvorrichtungen für die Reinigungsflüssigkeit versetzt werden müssen. Dies ist praktisch schwer umsetzbar. Zudem haben Versuche gezeigt, dass für die Beseitigung von Klebstoffen die Auftragsdüse aufgrund der hohen Klebrigkeit und starken Anhaftung des Klebstoffs die Reinigungsflüssigkeit mit einem sehr hohen Druck appliziert werden muss. Dies führt zu weiteren Verschmutzungen der Umgebung durch die Reinigungsflüssigkeit. Eine ähnliche Lösung schlägt die Schrift US3876144 vor. Hier wird vorgeschlagen ein Lösemittel in einen Luftstrom einzubringen, der gegen die Düse eines Auftragssystem gerichtet ist.

Die Schrift DE 00 0007 704 627 U schlägt vor, in die Düse eine Nut einzubringen, die sich von dem Rand bis zur Düsenöffnung erstreckt. Mit dieser Lösung soll die Bildung eines Leimschwanzes und die daraus entstehenden Verschmutzungen vermieden werden. Diese Lösung hat sich nicht in der Praxis durchgesetzt. Zudem wirkt diese Ausführungsart einer Düse ausschließlich auf die Bildung eines Leimschwanzes, beseitigt aber nicht die anderen Ursachen der Düsenverschmutzung.

Die Schrift EP000001802191 A2 schlägt vor, die Düse mit einer Düsenkappe zum Umhüllen, die leicht lösbar ist. Diese Lösung ist eine pragmatische Lösung, bedingt aber für den Austausch weiterhin eine Produktionsunterbrechung. Zudem sind bei modernen Maschinen die Klebstoffauftragsvorrichtungen aufgrund der Sicherheitseinrichtungen und hoher Integration in die übergeordnete Produktionsmaschine nicht immer leicht zu erreichen. Zudem muss der Anwender mehrere Düsen vorhalten.

Es wurden auch vielfach Versuche gemacht, Düsen mit einer flüssigkeitsabweisenden Beschichtung, die z. B. mit PTFE-Bestandteilen versehen ist, zu beschichten. Die praktische Erfahrung zeigte jedoch, dass der Klebstoff aufgrund seiner häufig hohen Klebrigkeit dennoch an den beschichteten Oberflächen anhaftet. Die Düsen lassen sich zwar wesentlich leichter und rückstandsfrei reinigen, die Problematik, die durch anhaftenden Klebstoff entsteht, wird aber nicht beseitigt.

Die Vielzahl der Schriften, die eine Reinigung einer Auftragsdüse betreffen, und die keineswegs auf die zuvor aufgeführten Schriften beschränkt sind, zeigt, dass für diese Problematik bis jetzt keine zufriedenstellende Lösung gefunden wurde. Die wirtschaftliche Bedeutung einer solchen Lösung ist jedoch hoch, da eine Reduzierung des Reinigungsaufwands eine deutliche Steigerung der Produktivität der Produktionsmaschinen zur Folge hätte.

Vor dem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dosierung für fließfähige Materialien bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik zumindest vermindert. Insbesondere soll es möglich sein, eine potentielle Verunreinigung oder eine nachteilige Beeinflussung im Allgemeinen durch die generierten Partikel zumindest zu reduzieren.

Ziel der Erfindung ist es zudem, die Aufgabe ohne großen apparativem Aufwand für eine Reinigungseinrichtung zu erreichen, indem die Düsenverschmutzung von Anbeginn an möglichst vermieden oder zumindest derart minimiert wird, dass die Anzahl der notwendigen Produktionsunterbrechungen für die Düsenreinigung vermindert sind.

Dabei soll es insbesondere möglich sein, die Erfindung in bereits bestehende Dosierungskonzepte integrieren zu können bzw. die bekannten Dosierungskonzepte erweitern zu können. Gelöst werden die Aufgaben durch ein Verfahren zum Betreiben einer Klebstoffauftragsvorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen und Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Die Klebstoffauftragsvorrichtung kann auch als Dosiersystem zum Auftragen eines fließfähigen Materials, insbesondere eines Klebstoffs, bezeichnet werden. Sie kann nachfolgend auch so bezeichnet sein. Das fließfähige Material ist insbesondere ein Klebstoff, der für viele Anwendungen, insbesondere auch bei der Verleimung cellulosehaltiger Werkstoffe, wie Karton, Papier und Holz, allgemein auch als Leim bezeichnet wird. Im Folgenden wird in der Beschreibung für den fließfähigen Klebstoff auch der Begriff eines fließfähigen Materials gebraucht. Das fließfähige Material ist als solches bei der gewählten Arbeitstemperatur oder der Umgebungstemperatur fließfähig oder es kann fließfähig gemacht werden, zum Beispiel durch eine Temperaturerhöhung und/oder ein Verdünnungsmittel. Die Dosiervorrichtung ist oder umfasst vorzugsweise ein Dosierventil. Der Ausgangskanal ist als Düse ausgebildet. Die Verschlusseinrichtung ist vorzugsweise ein Anker oder ein Dosierkolben.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Beschichtung mit einer klebstoffabweisenden Flüssigkeit, wie beispielsweise einem flüssigen Öl die Klebstoffanhaftung an der Düse in einem hohen Maße verhindert. Der Klebstoffpartikel oder Satellit gleitet an der Flüssigkeitsoberfläche des Öls ab, fällt auf das Substrat und wird mit diesem abtransportiert.

Auch wenn im Folgenden immer von Ölen gesprochen wird, gelten die Aussagen auch für alle anderen Flüssigkeiten die klebstoffabweisende Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise eine geringe Oberflächenspannung. Es ist ebenfalls möglich, dass auch mit gereinigtem Wasser vergleichbare Effekte erzielt werden. Öle haben jedoch gegenüber Wasser den Vorteil, dass sie höchstens unbedeutend verdunsten und somit der gewünschte Effekt für eine längere Zeit aufrechterhalten bleibt. Der Begriff Öl steht daher als Synonym für alle Flüssigkeiten mit vergleichbarer Oberflächenspannung, die für die Anwendung geeignet sind. Die erfinderische Lösung ist daher keineswegs nur auf den Einsatz von Ölen beschränkt.

Es zeigte sich jedoch auch, dass schon kleinste Benetzungsstörungen des Öls zu einer Anhaftung von Klebstoffpartikeln an den von dem Öl unbenetzten Bereichen der Düsenoberfläche führen. Ein Ziel der Erfindung muss daher eine gleichmäßige Benetzung der Düsenoberfläche in den dafür vorgesehenen Bereichen sein.

Zudem ist jeder Eintrag eines fremden Stoffes, wie z. B. eines Öls auch in geringen Mengen in das Produkt zu vermeiden. Neben geruchlichen und geschmacklichen Beeinträchtigungen des Produktes kann der Öleintrag zu ästhetisch störenden Flecken auf dem Produkt führen.

Dies führt zu dem Ziel der Erfindung eine dauerhafte Anhaftung des Öls an der Oberfläche der Düse zu gewährleisten. Das Öl soll nicht fließen und möglichst dauerhaft, zu mindestens während eines Produktionszyklus, ortsfest an der Düsenoberfläche verbleiben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Klebstoffauftragsvorrichtungen durch ungleichmäßige Bewegungen der Produktionsmaschine Vibrationen ausgesetzt sein können. Diese Vibrationen dürfen nicht zu einem Fließen oder Ausbildungen von Ansammlungen des Öls führen.

Die Anhaftung und gleichmäßige Beschichtung des Öls kann verbessert werden, wenn die Oberfläche der Düse eine poröse und/oder strukturierte Oberfläche aufweist, in deren Kapillaren, Poren oder Oberflächentopographie das Öl fest verankert ist. Die Anhaftung wird verbessert durch die gegenüber dem Ursprungszustand vergrößerte Oberfläche und/oder durch Kapillarkräfte und/oder Veränderung der Oberflächenspannung des strukturierten Materials.

Die erfindungsgemäße Oberfläche wird, nachträglich nach dem grundlegenden Herstellungsprozess, in oder auf den Düsengrundkörper oder eine Düsenkappe, die über den Düsengrundkörper aufgezogen, gesteckt oder gestülpt wird, erzeugt, ein- bzw. aufgebracht. Der grundlegende Herstellungsprozess umfasst einige oder mehrere der folgenden Arbeitsschritte: Drehen, Fräsen, Schleifen, Polieren, Tiefziehen oder Gießen.

Die erfindungsgemäße Oberfläche enthält offene Poren, Kapillaren oder andere Oberflächenstrukturen, die geeignet sind Flüssigkeiten auf der Oberfläche zu fixieren. Vorzugsweise fördern diese Strukturen ein Spreiten der Flüssigkeit in dem vorgesehenen Gebiet, um eine gleichmäßige Benetzung zu ermöglichen. Die Strukturen liegen dabei typischerweise im Nano- oder Mikrometerbereich.

Die Benetzbarkeit von Oberflächen ist abhängig von der spezifischen Oberflächenspannung der aufgetragenen Flüssigkeit, der Sauberkeit, der Rauheit und des Profils der Oberfläche. Eine Möglichkeit zur quantitativen Bestimmung der Benetzbarkeit liefert der statische Kontaktwinkel der aufgetragenen Flüssigkeitstropfen. Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen der an der Tropfenkontur angelegten Tangente und der Grenzfläche zum benetzten Stoff. Bei einem Kontaktwinkel kleiner π/2 bezeichnet man die Oberfläche als hydrophil.

Mit Hilfe der Wenzel-Gleichung lässt sich berechnen, welcher Rauheitsfaktor benötigt wird, um einen gewissen Kontaktwinkel zu erreichen. Die Gleichung lautet: cosθ = r·cosθ0r = ASL/Af

Hierbei ist θ der Kontaktwinkel für die raue Oberfläche, r der Rauheitsfaktor, ASL ist die tatsächliche Kontaktfläche zwischen Tropfen und Festkörper, Af ist eine geometrische Projektion der tatsächlichen Kontaktfläche auf eine glatte Oberfläche und θ0 ist der Youngsche Kontaktwinkel auf einer glatten Oberfläche.

Wie man anhand der Gleichung erkennen kann, werden hydrophile Oberflächen durch eine Erhöhung des Rauheitskoeffizienten noch hydrophiler. Die Gleichung ist jedoch ausschließlich bei relativ geringen r-Werten gültig, da die benetzende Flüssigkeit von den größeren Unebenheiten komplett absorbiert würde.

Diese Strukturierung kann direkt in den Düsenkörper eingebracht werden, z. B. durch eine Laserstrukturierungsmethode, Beschichtung aus dem Plasma oder durch Mikroätzen. Die Strukturen können aber auch alternativ in eine Kappe eingebracht werden, die über den Düsengrundkörper gesteckt, gestülpt oder aufgezogen wird.

Damit auch bei stärkster Neigung die Flüssigkeit an der Oberfläche haften bleibt handelt es sich im Idealfall um einen monomolekularen Film und einen Kontaktwinkel von Null Grad.

Das Material der Kappe ist nicht auf einen metallischen Stoff beschränkt, sondern kann auch Kunststoffe umfassen. Die Kappe kann aus einem metallischen Sintermaterial bestehen.

Alternativ kann auch eine mikroporöse Folie über die Düse gezogen oder geschrumpft werden. Diese Ausbildung ist eine spezielle Ausprägung der erfindungsgemäßen Kappe, die über die Düse gezogen, gesteckt oder gestülpt wird.

Bei der Laserstrukturierungsmethode wird durch einen Laserimpuls geringste Mengen des Materials mittels kurzer Laserimpulse abgetragen oder die Oberfläche durch lokale Schmelzen verändert und somit eine Mikrostrukturierung der Oberfläche geschaffen. Durch die Nutzung von Lasersystemen mit unterschiedlicher Pulsdauer (Femto-, Piko- und Nanosekundenbetrieb) ist es möglich, die Oberflächenparameter wie Periodizität, Strukturtiefe oder Aspektverhältnis gezielt zu variieren und somit den Einfluss der auf die Flüssigkeitsfixierung und -verteilung zu studieren. Abhängig von dem Düsenmaterial können unterschiedliche Lasertypen zur Anwendung kommen, wie zum Beispiel Picosekunden-, Femto- oder Excimerlaser. Materialien können unter dem Einfluss von ultrakurzen Laserpulsen sich selbst organisierende Mikrostrukturen bilden. Form und Größe der Strukturen beeinflussen die Eigenschaften der Oberfläche und können gezielt durch Laserparameter verändert werden. Die durch den Laserimpuls eingebrachte Wärme verändert die Oberflächentopographie und die oberflächennahen mikrostrukturellen sowie chemischen Eigenschaften der Oberfläche in einer definierten Weise.

Die so geschaffenen Oberflächeneigenschaften dienen dazu das Öl fest an der Oberfläche zu verankern, gegebenenfalls die Spreiten des Öls zu fördern und diese möglichst dauerhaft ortsfest auf der strukturierten Oberfläche zu fixieren.

Alternativ zu der Einbringung der Grundkörper können diese mit einem Laser in eine Beschichtung eingebracht werden, die zuvor auf den Düsengrundkörper aufgetragen wurde. Eigenschaften von Beschichtungen lassen sich oftmals leichter steuern und so gezielter auf die Anforderungen des Laserstrukturierungsverfahrens abstimmen.

Die Mikroätzung kann mit bekannten Ätzverfahren, z. B. nasschemisch, erfolgen. Zur Strukturierung können bekannte Verfahren der Photo- oder Elektronenstrahllithographie eingesetzt werden. Der Nachteil des Ätzverfahrens ist jedoch, dass der Fluidkanal der Düse während des Ätzvorgangs geschützt werden muss, da eine Oberflächenstrukturierung des Fluidkanals sich negativ auf die Klebstoffabgabe auswirken würde. Die Anhaftung des Klebstoffs an den Wänden des Fluidkanals wäre ausgeprägter und die unerwünschte Schwanzbildung mit der Folge einer erhöhten Verschmutzung wäre verstärkt.

Eine andere Möglichkeit wäre mittels einer Plasmabeschichtung eine poröse Schicht auf den Düsengrundkörper abzuscheiden.

Diese Strukturierungsmethoden können alternativ auch auf eine Kappe eines beliebigen Materials angewandt werden, die über den Düsengrundkörper gezogen oder gesteckt wird.

Die zweite grundlegende Strukturierungsmethode ist die Beschichtung der Düse aus der flüssigen Phase. Die Flüssigkeit kann aufgestrichen, aufgesprüht oder in einer anderen geeigneten Weise appliziert werden. Geeignete Flüssigkeiten sind Beschichtungen, die vorzugsweise offene Mikroporen oder andere geeignete Strukturen ausbilden können. In der Nanotechnologie sind eine Vielzahl geeigneter Beschichtungsstoffe bekannt, die diese Eigenschaften aufweisen. Diese werden zum Beispiel angewandt, um Gläser dauerhaft bedruckbar zu gestalten.

Die Beschichtung kann auch nachträglich durch die bekannten Strukturierungsverfahren, wie Laserstrukturierung, Photolithographie und/oder Ätzung strukturiert werden. Die Beschichtung kann auch geprägt werden, indem sie im verformbaren Zustand mit einer Prägeform in Kontakt gebracht wird.

Die Flüssigkeit trocknet nach dem Auftragen physikalisch durch Verdunsten, durch Härtung mit aktinischer Strahlung oder durch eine anderes, geeignetes Härtungsprinzip.

Die Beschichtung kann auch eine Beschichtung sein, die chemisch vernetzt. Beispiele hierfür sind Zweikomponentenbeschichtungen oder Beschichtungen, die unter Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzen.

Alle nach der Montage an der Klebstoffauftragsvorrichtung außen liegenden Oberflächen der Düse sollen eine erfindungsgemäße Mikrostrukturierung aufweisen, nicht jedoch die innenliegenden Oberflächen, wie die des Fluidkanals und gegebenenfalls die Oberfläche des Ventilsitzes.

Die strukturierte Oberfläche wird vor der Produktionsaufnahme mit Öl benetzt. Diese Benetzung kann manuell erfolgen, indem der Bediener zum Beispiel mit einem ölgetränkten Lappen oder Wischtuch über die Düse reibt.

Die Benetzung kann aber auch automatisiert erfolgen, in dem die Klebstoffauftragsvorrichtung aus der Arbeitsposition in eine zweite Position verfahren wird und die Düse dort in ein Ölbad eingetaucht oder mit einem ölgetränkten Material, zum Beispiel einem schwammartigen Material, benetzt wird.

Das automatisierte Verfahren kann auch erfolgen, indem ein Verschlussschieber oder eine andere geeignete Verschlusseinrichtung in Produktionsunterbrechungen an bzw. unterhalb der Düse der Klebstoffauftragsvorrichtung gefahren wird und diese mit Öl benetzt. Die Einrichtung weist dann zum Beispiel einen getränkten Schwamm auf oder eine Vertiefung, die das Öl beinhaltet.

Das automatisierte Benetzungsverfahren kann immer dann geschehen, wenn eine Produktionsunterbrechung vorliegt.

Vorzugsweise wird hierfür ein geruchlich neutrales Öl eingesetzt, dass lebensmittelrechtliche Zulassung besitzt.

1 zeigt beispielhaft eine Klebstoffauftragsvorrichtung, mit einer Düse (1), einem Modul (2), das einen elektromagnetischen Antrieb und den Dosierkolben umfasst, einen elektrischen Anschluss (3) für die Übermittlung der Steuersignale und Stromversorgung, einen Fluidanschluss (4), über den der Klebstoff der Klebstoffauftragsvorrichtung zugeführt wird, und einer Hubregulierung (5), die den Hubweg des Dosierkolbens beschränkt. Der Dosierkolben kann mehrteilig sein.

In dieser speziellen Ausführung einer Klebstoffauftragsvorrichtung wird das zu beschichtende Substrat durch einen Gleitschuh (6) auf Abstand zu der Austrittsöffnung der Düse (1) gehalten. Es ist daher ein Luftspalt zwischen der Düsenaustrittsöffnung und dem zu beschichteten Substrat vorhanden.

Wie zuvor schon aufgeführt, ist die Erfindung nicht auf das elektromagnetische Antriebssystems beschränkt, sondern kann auch auf Klebstoffauftragsvorrichtungen Anwendung finden, die einen pneumatischen Antrieb, einen Piezoantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb aufweisen, der geeignet ist, eine Verschlussvorrichtung für den Austrittskanal so zu bewegen, dass diese abwechselnd zwischen einer öffnenden und einer schließenden Position bewegt wird.

2 zeigt eine Düse (1), die eine Austrittsöffnung (7) für den Klebstoff aufweist, durch die der Klebstoff auf das Substrat appliziert wird, und ein Gewinde (8), mit dem die Düse (1) mit dem Modul (2) verschraubt wird.

Die Bauform der Düse (1) ist nicht erfindungswesentlich. Die Erfindung kann auf alle bekannten Düsenbauformen Anwendung finden. Dies gilt ebenso für die Befestigung der Düse. Diese kann auch gesteckt, geklemmt oder in einer anderen geeigneten Art befestigt sein.

3 zeigt eine Düse (1) mit einem Gewinde (8) und einem Ventilsitz (9), der Teil der Düse (1) ist. Der Ventilsitz wird durch den Verschlusskörper der Klebstoffauftragsvorrichtung im unbetätigten Zustand verschlossen. Der Ventilsitz muss im Sinne der Erfindung nicht Bestandteil der Düse sein. Die Düse kann auch als Vorschraubdüse ausgeführt sein, wobei der Ventilsitz Bestandteil des Grundkörpers oder Moduls der Klebstoffauftragsvorrichtung ist.

4 zeigt den Bereich der erfindungsgemäßen Oberfläche (10), der sich von der Düsenaustrittsöffnung (7) entlang des Schafts der Düse erstreckt.

5 zeigt, dass die erfindungsgemäße Oberfläche (10) sich auch nur auf Teilbereiche der außen liegenden Düsenoberfläche erstrecken kann. Vorteilhafterweise ist die Oberfläche nur in dem unmittelbaren Umgebungsbereich der Düsenaustrittsöffnung (7) vorhanden. In diesem Bereich ist die größte Gefahr einer Düsenverschmutzung vorhanden.