DE69126667T2

DE69126667T2 - Schmelzblasdüse

Info

Publication number: DE69126667T2
Application number: DE69126667T
Authority: DE
Inventors: Martin Anthony Dawsonville Ga 30534 Allen; John Thomas Dawsonville Ga 30534 Fetcko
Original assignee: J&M Laboratories Inc
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2011-10-12
Also published as: EP0701010A1; WO1992007121A3; US5421941A; US5269670A; KR930702562A; AU8862691A; DE69126667D1; US5605706A; EP0553237A1; US5145689A; JPH06502453A; AU655441B2; JP2623169B2; KR100192731B1; WO1992007121A2; EP0553237B1; US5445509A; CA2094253C; CA2094253A1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das Schmelzblasen im allgemeinen und speziell verbesserte Schmelzblasdüsen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung eine modulare Düsenkonstruktion, die den absatzweisen Betrieb einzelner Module vorsieht, wodurch Schmelzblasmaterial in einem vorbestimmten Muster aufgetragen werden kann. Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Heizeinrichtungs/Schmelblasdüsenbaueinheit. In einem spezifischen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Auftragen eines Klebstoffs oder einer Bahn auf eine Windelfolie.
Bein Schmelzblasen handelt es sich um ein Verfahren, bei dem heiße Luft mit hoher Geschwindigkeit (die normalerweise als "Primärluft" bezeichnet wird) dazu eingesetzt wird, geschmolzene Fasern, die aus einer Düse extrudiert worden sind, entweder auf eine Sammeleinrichtung zu blasen, so daß eine Bahn gebildet wird, oder auf ein Substrat, so daß ein Überzug oder ein Verbundstoff erzeugt wird. In dem Verfahren wird eine Düse eingesetzt, die mit (a) einer Mehrzahl von Öffnungen versehen ist, die in einer Spitze einer dreiecksförmigen Düsenspitze ausgebildet sind, und mit (b) flankierenden Luftkanälen. Beim Austreten extrudierter Stränge der Polymerschmelze aus den Öffnungen, dehnt und zieht die konvergierende heiße Luft mit hoher Geschwindigkeit aus den Luftkanälen die stränge durch Einziehkräfte nach unten, wobei kleinste Fäden erzeugt werden.
Die Fäden werden auf deren Enddurchmesser gestreckt, der im Fall von Polyolefinpolymeren, wie zum Beispiel Polypropylen, bei 0,5 bis 20 Mikron (Durchschnittswert) liegt, und der bei Polymeren, die in Klebstoffen und Sprühbeschichtungen verwendet werden, zwischen 10 und 200 Mikron liegt. Bei den aus der Düse extrudierten Stränge kann es sich um unterbrochene oder ununterbrochene Fasern handeln. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff "Faden" auf unterbrochene sowie auf ununterbrochene Stränge.
Das Schmelzblasverfahren entwickelte sich aus Laborforschungen des Naval Research Laboratory, wobei diese Forschungsergebnisse in Naval Research Laboratory Report 4364 "Manufacture of Superfine Organic Fibers", 15. April 1954, veröffentlicht worden sind. Exxon Chemical entwickelte eine Mehrzahl kommerzieller Schmelzblasdüsen, Verfahren und Produkte für den Endverbraucher, wie dies zum Beispiel in den U.S. Patenten US- A-3.650.86, US-A-3.704.198, US-A-3.755.527, US-A-3.825.379, US- A-3.849.241, US-A-3.947.537 und US-A-3.978.185 offenbart wird, um nur einige zu nennen. Beloit und Kimberly Clark entwickelten andere Düsenkonstruktionen. Bei repräsentativen das Schmelzblasen betreffenden Patenten dieser beiden Unternehmen handelt es sich um die U.S. Patente 3.942.723, US-A-4.100.324 und US-A-4.526.733. In den U.S. Patenten US-A-4.889.476, US-A- 4.818.463 und US-A-4.889.476 werden in letzter Zeit entwickelte Verbesserungen von Schmelzblasdüsen offenbart.
Eine Hauptkomponente der Schmelzblasdüsenbaueinheit ist die Düsenspitze, bei der es sich um ein bearbeitetes Stahlelement mit einem dreiecksförmigen Nasenstück handelt, durch das Öffnungen ausgebildet sind. In der Düsenbaueinheit sind auf gegenüberliegenden Seiten des konvergierenden dreiecksförmigen Nasenstücks Luftkanäle ausgebildet, die an dem Scheitel zusammenlaufen, an dem die Polymerschmelze aus den Öffnungen austritt. Bei den meisten dem Stand der Technik entsprechenden Schmelzblasdüsen wird eine lange Düsenspitze (kennzeichnenderweise mit einer Länge von 10 bis 120 Inch oder mehr) verwendet, die nebeneinander angeordnete Öffnungen aufweist, die dazwischen einheitliche Zwischenabstände aufweisen. Um durch die Primärluft die gewünschten Luftwiderstandskräfte auf die Fäden vorzusehen, beträgt der Öffnungswinkel des Nasenstücks (der die Richtung der Luftströmung bestimmt) etwa 60º, so daß die Primärluft eine Hauptgeschwindigkeitskomponente aufweist, die parallel zu der Fadenspinnung verläuft.
Des weiteren werden die Schmelzblasdüsenbaueinheiten kontinuierlich betrieben. Eine Unterbrechung der Polymerströmung bringt die folgenden Probleme mit sich: (a) das Polymer tropft weiter aus den Polymeröffnungen; und (b) die Luft neigt dazu, das Polymer von den Düsenspitzen zu saugen, was zu einer unerwünschten Nachströmung führt. Wenn zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine Schmelzblasdüse abgeschaltet wird, strömt weiter Polymer aus der Düse, bis sich das Restpolymer aus dem Verteiler, aus dem Siebpackungsabschnitt und aus der Düsenspitze durch Schwerkraft und Ansaugkräfte von selbst entleert hat. Dabei kann es sich bei herkömmlichen Düsen um bis zu 5 Pfund Schmelzmasse handeln.
Ein weiteres Merkmal, das nicht alle aber die meisten Schmelzblasdüsen aufweisen, ist das Lufterwärmungssystem. Die für die Lufterwärmung eingesetzte Energie ist eine der teuersten Betriebskomponenten von Schmelzblassystemen. Im allgemeinen wird die Luft unter Druck gesetzt und strömt durch einen Ofen, wobei die Luft ferner durch große Isolierleitungen an Luftverteilerrohre an der Düsenbaueinheit geleitet wird. Der Einsatz eines einzigen Ofens für das System bringt nicht nur konstruktionelle Probleme mit sich (da für die Unterbringung des Ofens und der großen Leitungen sehr viel Platz erforderlich ist), vielmehr ist auch der Energieverbrauch sehr hoch (aufgrund des Wärmeverlustes zwischen dem Ofen und der -Düsenbaueinheit). Selbst kleine Verbesserungen des Wärmewirkungsgrades können sehr große Einsparungen an Energiekosten mit sich bringen.
Der Stand der Technik kann in bezug auf Schmelzblasdüsen wie folgt zusammengefaßt werden: es besteht Bedarf (a) zur Bereitstellung einer absatzweisen Polymerabgabe aus den Düsen sowie (b) zur Verbesserung der Lufterwärmungseinrichtungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Düsenbaueinheit, die folgende Merkmale aufweist: (a) absatzweisen Betrieb zur Regelung bzw. Steuerung der Schmelzblaspolymerablagerung; (b) eine modulare Schmelzblasdüsenbaueinheit; (c) ein verbessertes Lufterwärmungssystem; und (d) eine Mehrzahl separater Schmelzblasdüseneinheiten, die parallel zueinander betrieben werden können, um den Einsatz verschiedener Harze und verschiedener Muster zu ermöglichen.
Ein neuartiges Merkmal der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Schmelzblasdüse ist das innere Ventil mit externem Stellglied. Durch die Programmierung des Ventilstellglieds kann das Ventil geöffnet und geschlossen werden, um die Strömung des Polymerschmelzmaterials durch die Düse zu regeln. Es konnte festgestellt werden, daß die Polymerströmung dadurch unterbrochen oder angehalten werden kann, daß der Polymerströmungskanal so gestaltet wird, daß das Volumen der Polymerschmelze zwischen dem Ventil und dem Düsenauslaß begrenzt wird, wobei keine bzw. eine zu vernachlässigende Polymernachströmung oder ein Tropfen des Polymers auftritt, und zwar auch bei kontinuierlichem Betrieb der Schmelzblasluft.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Ventil in der Düse einen Ventilsitz und einen Schaft mit einem Ende, das so bemessen ist, daß es mit dem Ventilsitz zusammenpaßt, und wobei das andere Ende funktionsfähig mit dem Ventilstellglied verbunden ist. Der Ventilsitz und der Schaft sind so gestaltet, daß ein Druck- oder ein Frequenzimpuls in Verbindung mit der Betätigung des Schaftes erzeugt wird. Die Hochimpulsströmung durch die Düse wirkt unterstützend bei der Beseitigung sowie der Verhinderung des Aufbaus von Polymerresten auf bzw. in den Öffnungen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Düse eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Schmelzblasdüseneinheiten, die separat und unabhängig voneinander (mit Ausnahme der Luftströmung) betätigt werden können. Die Einheiten können mit separaten Harzen gespeist sowie unter unterschiedlichen Bedingungen (z.B. Strömungsrate) betrieben werden, um eine Mehrzahl verschiedener Muster zu erzeugen. Wenn die Düsenbaueinheit mit inneren Ventilen versehen ist, ist jedes Ventil (ein Ventil für jede Einheit) funktionsfähig mit einem modularen Ventilstellglied verbunden. Die Ventilstellglieder können so programmiert werden, daß die Polymerströmung durch bestimmte Einheiten unterbrochen wird, während die Polymerströmung durch andere Einheiten weiter andauert. Diese Selektionsmöglichkeit eignet sich besonders für das Auftragen von Klebstoffen oder Polymerschmelze auf ein Substrat mit einer vorbestimmten bzw. mit einer vorgegebenen Form (z.B. eine Windelgrundfolie).
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die in der Leitung vorgesehene elektrische Heizeinrichtung, die direkt mit der Düsenbaueinheit verbunden ist, um die Luft zu erwärmen. Die elektrische Heizeinrichtung mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht den Einsatz von Luftzufuhrleitungen mit deutlich geringerem Durchmesser. Des weiteren müssen die Zufuhrleitungen nicht isoliert werden. Von größter Bedeutung ist es wahrscheinlich, daß die Strahlungswärmeverluste verringert werden können, da die Luft unmittelbar nach bzw. oberhalb der Düsenbaueinheit erwärmt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 eine Perspektivansicht, die eine erfindungsgemäß gestaltete Düsenbaueinheit veranschaulicht;
Figur 2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Düsenbaueinheit, wobei Teilstücke im Aufriß dargestellt sind;
Figur 3 eine Seitenansicht der Düsenbaueinheit aus Figur 1, wobei Einzelheiten der Einheit dargestellt sind;
Figur 4 eine Draufsicht eines Produktmusters, das durch die Düsenbaueinheit aus Figur 1 erzeugt worden ist;
Figur 5 eine Schnittansicht der Baueinheit aus Figur 3, wobei innere Einzelheiten der Einheit dargestellt sind;
Figur 6 eine vergrößerte Ansicht der Düsenspitze aus Figur 5;
Figur 7 eine Schnittansicht der Baueinheit aus Figur 5, wobei die Schnittebene entlang der Linie 7-7 verläuft;
Figur 8 eine Schnittansicht der Düsenbaueinheit aus Figur 5, wobei die Schnittebene entlang der Linie 8-8 verläuft;
Figur 9 eine Schnittansicht der Düsenspitze aus Figur 6, wobei die Schnittebene entlang der Linie 9-9 verläuft;
Figur 10 eine perspektivische Schnittansicht der Düsenspitze aus der Baueinheit aus den Figuren 1-3, 5 und 6;
Figur 11 eine Perspektivansicht einer Heizeinrichtung, die in der Baueinheit aus den Figuren 1 und 3 eingesetzt werden kann, wobei Teilstücke zur Darstellung von inneren Teilen im Aufriß dargestellt sind; und
die Figuren 12 bis 14 eine alternative Ventilbaueinheit, die in der absatzweise betriebenen Schmelzblasdüse eingesetzt werden können.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In bezug auf die Figuren 1 bis 3 und 5 umfaßt eine erfindungsgemäße Düsenbaueinheit 10 einen Düsenkörper 11, eine Ventilbaueinheit 12, die eine Mehrzahl von Ventilstellgliedern 15 (in den Figuren 2 als 15A-15D dargestellt), eine Düsenspitzenbaueinheit 13, eine Luftzufuhrleitung 14 mit einer in der Heizeinrichtung 16 vorgesehenen Luftheizeinrichtung 16 und einer Polymerzufuhrleitung 17 umfaßt.
Wie dies nachstehend im Text genauer beschrieben wird, wird dem Körper 11 Polymerschmelze zugeführt und durch die Öffnungen in der Düsenspitze 13 extrudiert, wobei Fäden (oder Fasern) 18 erzeugt werden. Heißluft wird jeder Seite der Fadenreihe 18 zugeführt, um die Fäden zu strecken und zu verfeinern. Die Fäden 18 werden auf einem geeigneten Substrat 19 oder einer Sammeleinrichtung abgelagert, wie zum Beispiel auf einem sich drehenden Sieb oder einer Fördereinrichtung. Der Betrieb der Ventilbaueinheit 12 sorgt für eine selektive absatzweise Polymerströmung, so daß verschiedene Muster erzeugt und auf dem Substrat bzw. auf der Sammeleinrichtung 19 gesammelt werden können. Die Form und die Art des Musters können durch Programmierung der Funktionsweise des Ventils verändert werden.
Beim Einsatz kleiner Öffnungen (die zum Schmelzblasen von Polymeren normalerweise im Größenbereich von 0,010 bis 0,020 Inch liegen) kann die Ansammlung kleinster Fäden in Form einer nichtgewebten Bahn vorgesehen werden. Wenn die Düsenbaueinheit 10 zum Schmelzblasen von Klebstoffpolymeren betrieben wird, kann es sich bei der Ansammlung um eine Klebstoffschicht 20 auf einem Substrt 19 handeln, wie dies in der Abbildung aus Figur 1 dargestellt ist. Die Düsenbaueinheit 10 kann auch bei anderen Anwendungen des Schmelzblasens von Polymeren eingesetzt werden, wie zum Beispiel für Beschichtungen bzw. Überzüge. Ebenfalls möglich sind andere Sammelvorrichtungen, wie zum Beispiel Filterzylinder, Verbundwerkstoffe und dergleichen.
Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden in bezug auf die vier Hauptkomponenten der Erfindung beschrieben: (1) der Düsenkörper 11, (2) die Ventilbaueinheit 12, (3) die Düsenspitzenbaueinheit 13 und (4) die Lufterwärnungs- bzw. - heizeinrichtung 16.

Düsenkörper (Figuren 2, 5, 7 und 8)

Gemäß der Darstellung aus Figur 2 handelt es sich bei dem Düsenkörper 11 um einen verhältnismäßig großen, elongierten Stahlkörper, der andere Komponenten bzw. Bestandteile trägt. Obwohl die Struktur des Körpers 11 integral ist, kann der Körper als eine Mehrzahl separater Funktionseinheiten 11A, 11B, 11C und 11D betrachtet werden, wobei die Einheiten jeweils unabhängig voneinander sind. Das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 umfaßt vier nebeneinander angeordnete Einheiten 11A-11D, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, daß der Körper 1 bis 100 Einheiten aufweisen kann. Ferner wird hiermit festgestellt, daß in Figur 1 eine Düsenbaueinheit 10 dargestellt ist, die 9 Stellglieder 15 aufweist, was bedeutet, daß der Düsenkörper 11 mit 9 Einheiten versehen ist.
Nachstehend wird nur eine (die Einheit 11A) der Einheiten 11A- 11D in Einzelheiten beschrieben, wobei hiermit festgestellt wird, daß die in allen Einheiten 11A-11D ausgebildeten Polymer- und Luftkanäle allgemein identisch sind. Bei der Beschreibung der Einheit 11A und deren zugeordneten Stellglieds 15A in bezug auf die Figuren 5 und 6 wird die Buchstabenkennung weggelassen. Jedoch weist jede der anderen Einheiten 11B-15D entsprechende Teile auf. Die Beschreibung in bezug auf Figuren, in denen mehr als eine Einheit abgebildet ist, umfaßt die Buchstabenkennung zur Bezeichnung der separaten Einheiten.
Zuerst wird bezug auf die Abbildung aus Figur 5 genommen. In dem Düsenkörper 11 sind sich schneidende Polymerkanäle 23 und 24 ausgebildet. Der Kanal 23 sieht über den Sammelverteiler 22 eine Verbindung mit der Polymerzufuhrleitung 17 vor, und der Kanal 24 ist vertikal mit dem Ventilstellglied 15 sowie der Düsenspitzenbaueinheit 13 ausgerichtet. In der Abbildung aus Figur 1 tritt die Polymerzufuhrleitung 17 vertikal in den Verteiler 22 ein. (In den Figuren 3, 5 und 7 ist der Eintritt der Zufuhrleitung 17 in den Verteiler 22 zur Vereinfachung der Beschreibung horizontal dargestellt.) In dem Düsenkörper 11 ist ferner eine Öffnung 26 ausgebildet, die sich von dem Kanal 24 nach oben erstreckt und in einer Gewindesenkung 27 endet.
Das untere Ende des Kanals 24 weist ein Gewinde zur Aufnahme des Einsatzes 28 mit einem darin ausgebildeten Anschluß 29 auf. Der Einlaß in den Anschluß 29 ist so geformt, daß ein Ventilsitz 30 vorgesehen wird, wie dies nachstehend im Text genauer beschrieben wird.
Wie dies aus der Abbildung aus Figur 8 am besten deutlich wird, wird jeder Polymerkanal 23A-D durch einen Verteiler 22 gespeist, der eine Ausgleichssammeleinrichtung 25 in Form eines Kleiderbügels aufweist, der die vier Einlässe der Kanäle 23A- 23D überspannt. In bezug auf die Abbildung aus Figur 5 erfolgt die Polymerströmung durch den Körper 11 von der Leitung 17 durch die Sammeleinrichtung 25, durch die Strömungskanäle 23 und 24 jeder Einheit in parallelem Strömungsmuster, wobei die Entleerung durch den Anschluß 29 jeder Einheit erfolgt. Die Strömung weist durch jede Einheit vorzugsweise die gleiche Geschwindigkeit auf.
Wie dies in der Abbildung aus Figur 7 dargestellt ist, weist die Unterseite des Düsenkörpers 11 einen ausgeschnitten Abschnitt auf, der eine elongierte Luftkammer 39 definiert. Die gemäß der vorstehenden Beschreibung an dem Düsenkörper 11 angebrachten runden Einsätze 28A-28D trennen die Luftkammer 39 von den Polymerströmungskanälen. Die durch die Endwände 34, 35 und die Seitenwände 36, 37 definierte Luftkammer 39 ist durch den Düsenkörper 11 ohne Unterbrechung vorgesehen und umgibt die Einsätze 28A-28D der Einheiten.
In den Abbildungen aus den Figuren 5 und 7 erstrecken sich eine Mehrzahl von Luftkanälen 32 durch den Körper 11 in die Kammer 39. Die Luftkanäle 32 sind entlang der Wand 36 des Düsenkörpers 11 verteilt angeordnet, um eine allgemein gleichmäßige Luftströmung in die Kammer 39 vorzusehen. Die Luft wird durch die Sammeleinrichtung 33 zugeführt, die in dem Block 22 ausgebildet sein kann.
Die in der Leitung vorgesehene elektrische Heizeinrichtung 16 ist unmittelbar oberhalb der Sammeleinrichtung 33 mit dem Einlaß des Luftblocks verbunden. Somit strömt die Luft aus der Luftleitung 14 durch die Heizeinrichtung 16, durch die Luftsammeleinrichtung 33, durch die Luftkanäle 32 und parallel in die Kammer 39.

Düsenspitzenbaueinheit (Figuren 6, 9 und 10)

Die Düsenspitzenbaueinheit 13 ist an der Unterseite des Düsenkörpers 11 angebracht und bedeckt die Luftkammer 39. Diese Baueinheit umfaßt eine übereinander vorgesehene Anordnung von drei Elementen: eine Übertragungsplatte 41, eine Düsenspitze 42 und die Luftplatten 43 und 44. Die Übertragungsplatte 41 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge des Düsenkörpers 11 und ist an diesem durch Bolzen 46 angebracht, die durch Senkungsöffnungen 47 treten. Paare von Luftlöchern bzw. Luftöffnungen 48 und 49 erstrecken sich konvergierend durch die Dicke der Platte 41. Die Paare der Luftlöcher 48 und 49 (wie dies in Figur 9 am besten ersichtlich ist) sind für jede der Einheiten 11A-11D vorgesehen. Die Einlässe der Luftlöcher 48 und 49 stehen an gegenüberliegenden Seiten der Reihe der Einsätze 28 in Verbindung mit der Luftkammer 39. Wie dies in Figur 6 am besten ersichtlich ist, weist jedes Paar von Löchern 48 und 49 eine einwärts gerichtete konvergierende Konizität zueinander auf.
Ein zentraler Polymerkanal 51 ist mit dem Anschluß 29 sowie dem Polymerkanal 24 des Düsenkörpers 11 ausgerichtet. In der unteren Oberfläche der Platte 41 sind longitudinale Kanäle 52 ausgebildet (in Figur 9 mit 52A-52D bezeichnet). Jeder Kanal 52 tritt ein kurzes Stück in die Dicke der Übertragungsplatte 41 ein und erstreckt sich im wesentlichen über die Breite der Einheit, wobei er von dessen benachbarten Kanälen getrennt ist. Gemäß der Darstellung aus Figur 9 sind die Kanäle 52A-52D longitudinal ausgerichtet, und sie erstrecken sich in Kombination im wesentlichen über die gesamte Länge der Platte 41. Die Enden der Kanäle 52 sind vorzugsweise eng beabstandet, so daß die Öffnungen entlang der Düsenspitze im wesentlichen über die ganze Länge der Düsenspitze einheitliche Zwischenabstände aufweisen. In der Übertragungsplatte 41 sind ferner Bolzenlöcher 50 ausgebildet, die dazu dienen, die Düsenspitze 42 und die Luftplatten 43 und 44 zu befestigen, wie dies nachstehend im Text beschrieben wird.
Wie dies in Figur 10 am besten ersichtlich ist, umfaßt die Düsenspitze 42 ein konisches Nasenstück 53 mit dreieckiger Querschnittsform, das durch Flansche 54 flankiert wird. In der Abbildung aus Figur 6 ist die Basis 58 der Düsenspitze 42 entgegengesetzt zu dem Nasenstück 53 im wesentlichen flach und so bemessen, daß sie auf die exponierte Unterseite der Übertragungsplatte 41 paßt. Das konische Nasenstück 53 umfaßt konische und sich schneidende Oberflächen 57a und 57b. Durch die Düsenspitze 42 erstreckt sich eine Mehrzahl von Luftkanälen 55 und 56 (Figur 5). Jeder Strömungskanal umfaßt einen Abschnitt 55a, der mit einem Luftkanal 48 der Platte 41 ausgerichtet ist, sowie einen Abschnitt 55b, der sich an einem mittleren Abschnitt der Oberfläche 57a entleert, und wobei der Kanal ferner einen Abschnitt 56a aufweist, der mit einem Strömungskanal 49 der Platte 41 ausgerichtet ist, sowie einen Kanal 56b, der sich an dem Mittelabschnitt der Oberfläche 57b enleert.
In der flachen Oberfläche 58 der Düsenspitze 42 ist eine Mehrzahl von Kanälen 59 ausgebildet, die die gleiche Größe und Form wie die Kanäle 52 der Übertragungsplatte 41 aufweisen. Die Kanäle 59 und 52 bilden elongierte Polymerströmungs- Verteilerkammern 60 für die Öffnungen 61, wie dies in den Abbildungen aus den Figuren 2 und 5 dargestellt ist. Durch die Düsenspitze 42 erstreckt sich eine Mehrzahl von Strömungskanälen, die in den Öffnungen 61 enden.
Der Auslaß jedes Luftkanals 55b bzw. 56b bildet einen Winkel mit der dem Kanal entsprechend zugeordneten Oberfläche 57 bzw. 58. Die Achsen der Auslässe der Kanäle 55b bzw. 56b definieren einen Winkel (B) mit der Oberfläche 57a bzw. 57b, der zwischen 75º und 90º liegt, wobei der Winkel vorzugsweise zwischen 80º und 90º liegt. Vorzugsweise liegen die Achsen der Kanäle 55b, 55a, 48, 49, 56c und 56b in der gleichen vertikalen Ebene. Für jede Kammer 60A-60D der Einheiten sind etwa 5 bis 20 Paare von Luftkanälen vorgesehen, oder anders ausgedrückt 2 bis 15 Paare je Inch der Düsenfläche.
Die Flansche 54 der Düsenspitze 42 sind mit Gewindelöchern 62 versehen, die ein Anschrauben der Übertragungsplatte 41 durch die Bolzen 63 an die Flansche ermöglicht. Die in den Flanschen 54 ausgebildeten Löcher 64 ermöglichen die Einführung der Bolzen 46 zur Befestigung der Übertragungsplatte 41 an dem Körper 11. Die Luftplatten 43 und 44 sind mit Löchern (nicht abgebildet) versehen, die zu dem gleichen Zweck mit den Löchern 64 ausgerichtet sind.
Die Luftplatten 43 und 44 sind durch Bolzen 66, die durch Senkungslöcher 67 verlaufen, die nahe der Basis des Nasenstücks 53 vorgesehen sind, an jede Seite des Nasenstücks 42 geschraubt. Der flache Abschnitt 68 jeder Luftplatte 43 und 44 paßt auf die äußere Oberfläche jedes Flansches 54. Jede Platte 43 und 44 ist durch Bolzen 63 an den Flanschen angebracht.
Jede Luftplatte 43 und 44 weist eine Oberfläche 69a bzw. 69b auf, die eine Verjüngung mit dem gleichen Winkel wie die Verjüngung der Nasenstückoberflächen 57a bzw. 57b aufweist. Die Bolzen 66 erstrecken sich mit einem Winkel durch die Löcher 67 in der Platte 43 bzw. 44 und werden in das Nasenstück 53 geschraubt, wobei die Luftplatten 43 und 44 an der Düsenspitze 42 befestigt werden. Im zusammengebauten Zustand stößt die Plattenoberfläche 69a an den konischen Oberflächen 57a an, und die Plattenoberfläche 69b stößt an der konischen Oberfläche 57b an. Auf der Unterseite jeder Platte 43 und 44 sind ferner Gewindelöcher zur Aufnahme der Bolzen 63 vorgesehen.
Angrenzend an die flache Oberfläche 69a bzw. 69b jeder Luftplatte 43 und 44 sowie gegenüber dem Scheitelbereich des Nasenstücks befindet sich eine Oberfläche 71a und 71b mit entsprechendem Abstand zu der Oberfläche 57a in bezug auf die Luftplatte 43 sowie der Oberfläche 57b in bezug auf die Luftplatte 44. Zwischen den Oberflächen 69a und 71a befindet sich eine gebogene Rille 72a, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Nasenstücks 53 erstreckt. In ähnlicher Weise befindet sich zwischen der Oberfläche 69b und 71b der Platte 44 eine zweite Rille 72b. Jede Rille 72a und 72b ist mit entsprechenden Luftlöchern 55b bzw. 56b ausgerichtet, so daß die daraus austretende Luft in die Rille 72a bzw. 72b eintritt.
Der Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 71a und 57a für jede Luftplatte 43 sowie 71 und 57b für jede Luftplatte 44 leitet Luft zu jeder Seite der Reihe von Öffnungen 61, und zwar allgemein in Form konvergierender Schichten. Dieser Zwischenraum, der als "Luftzwischenraum" bezeichnet wird, liegt normalerweise im Bereich von 0,0007 bis 0,020 Inch. Die Luftplattenkanten 73a und 73b sind gegenüber angeordnet und bilden den Luftkanalauslaß 70. Der Versatz der Kanten 73a und 73b beträgt axial entlang der Öffnungen 61 gemessen -0,020 bis +0,020 Inch. Der Öffnungswinkel A des Nasenstücks 53 an dem Scheitel liegt im Bereich von 70º bis 120º, vorzugsweise im Bereich von 80º und 100º sowie am besten zwischen 85º und 95º. Diese Rillen 72a und 72b dienen zum Ausgleich der Luftströmung durch den Luftzwischenraum. Jede Rille 72a, 72b weist vorzugsweise ein Volumen auf, das mindestens 5mal größer ist (vorzugsweise 5 bis 2omal größer) als das Volumen zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 71a und 57a.

Ventilbaueinheit (Figur 5)

Die Ventilbaueinheit 12 sorgt für eine absatzweise Polymerströmung durch dem Düsenkörper 11 und die Düsenspitzenbaueinheit 13 für jede Einheit 11A-11D. Abbhängig von der Konstruktion des Ventilschafts handelt es sich bei der absatzweisen Strömung um eine aussetzende Strömung oder um eine pulsierende Strömung, die so programmiert werden kann, daß sie die gewünschte Bahn oder ein gewünschtes Klebstoffmuster erzeugt.
Der Mechanismus zur Betätigung des Ventils ist für die aussetzende sowie für die pulsierende Betriebsweise gleich und in der Abbildung aus Figur 5 dargestellt. Die Baueinheit umfaßt ein pneumatisches Ventilstellgliedmodul 15, einen Schaft 82 mit einer Ventilspitze 83, die so gestaltet ist, daß sie mit dem Ventilsitz 30 des Einsatzes 28 zusammenwirkt. Jedes Stellgliedmodul 15A-15D ist an die obere Oberfläche des Düsenkörpers 11 für die entsprechende Einheit 11A-11D angeschraubt, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
Das Ventilstellgliedmodul 15 umfaßt einen Kolben 81, der sich in einer zylindrischen Kammer 84 hin- und herbewegt, die durch miteinander verbundene Gehäuseelemente 86 und 87 definiert wird. Eine Fluiddichtung 88 ist an der Grenzfläche zwischen den Elementen 86 und 87 vorgesehen. Der Kolben 81 umfaßt eine Metallscheibe 89 mit einer erhöhten bzw. geprägten Oberfläche 91, einen äußeren O-Ring 92, der so bemessen ist, daß er abdichtend mit den Wänden der Kammer 84 eingreift, und eine Mutter 93. Eine Druckfeder 94, die sich zwischen der Scheibe 89 (die geprägte Oberfläche 91 umgebend) und der Oberseite der Kammer 84 angeordnet ist, belastet den Kolben 81 nach unten gegen die untere Oberfläche der Kammer 84.
Oben auf dem Gehäuseelement 86 ist eine Kniestückverbindung 96 angebracht, die mit der Rohrleitung 97 verbunden ist. Das Kniestück 96 befindet sich in Fluidverbindung mit der Kammer 84 und dient dazu, Luft zu und von der Kammer 84 oberhalb des Kolbens 81 zu leiten.
Das untere Gehäuseelement 87 weist eine Seitenöffnung 98 auf, die sich durch das Element erstreckt. Die Rohrleitung 99 ist mit der Öffnung 98 verbunden und dient dazu, Luft unterhalb des Kolbens 81 in die Kammer 84 einzuführen und aus dieser zu entziehen.
Das obere Ende des Schaftes 82 ist an der Mutter 93 des Kolbens 81 angebracht und erstreckt sich nach unten durch die Öffnung 101, die in der Unterseite des Gehäuseelements 87 ausgebildet ist. Ein Paar gegenüberliegender Laufbuchsen 102 und 103 verbindet das Gehäuseelement 87 und den Düsenkörper 11 miteinander. Die Laufbuchse 102 wird gemäß der Darstellung durch die Bezugsziffer 104 mit dem Gehäuse 87 verschraubt, wobei dazwischen eine Fluiddichtung 106 vorgesehen ist. Die Laufbuchse 103 wird mit der Senkung 27 verschraubt, wobei dazwischen eine Fluiddichtung 107 vorgesehen ist. Die Laufbuchsen 102 und 103 weisen zentrale Öffnungen 108 auf, durch die der Schaft 82 verschiebbar angebracht wird. Die Baueinheit der Gehäuseelemente 86 und 87 und der Laufbuchsen 102 und 103 wird in der übereinander vorgesehenen Anordnung gehalten und ist durch die Bolzen 111 an dem Düsenkörper 11 angebracht. Diese modulare Konstruktion ermöglicht eine einfache Installation und Entfernung der Ventilbaueinheitsmodule 15.
In der Kammer 84 ist ein Einstellknopf 112 vorgesehen, der eine Einstellung des Kolbenhubs ermöglicht. Der Knopf 112 ist mit einem stationären Abschnitt 115 verschraubt und mit einer Stange 113 verkeilt, die durch die Öffnung 114 in der Verbindungseinrichtung 96 verläuft. Das Ende der Stange 83 greift mit der Oberfläche 91 ein. Bei einer Drehung des Knopfes 112 in eine Richtung, werden der Knopf 112 und die Stange 113 nach oben bewegt, wodurch die Länge des Kolbenhubs vergrößert wird. Bei einer Drehung des Knopfes 112 in die andere Richtung, werden der Knopf 112 und die Stange 113 abgesenkt, wodurch die Länge des Kolbenhubs verkürzt wird.
Der Kolben 81 wird durch ein Regelventil betätigt, bei dem es sich um ein magnetbetätigtes Vierwegeventil mit zwei Stellungen 116 handeln kann, das durch Luftzufuhr betätigt wird. Elektrische Steuerungseinrichtungen 117 aktivieren und deaktivieren das Solenoid des Regelventils 116. Zum Öffnen des Ventils wird das Solenoid erregt, wodurch eine Luftströmung von dem Regelventil 116 durch die Leitung 99 in die Kammer 84 unterhalb des Kolbens 81 bewirkt wird, während die Luft in der oberen Kammer 84 durch die Leitung 97 und das Ventil 116 ausgelassen wird. Der Kolben 81 bewegt sich nach oben gegen die Feder 94, bis die Kolbenoberfläche 91 die Stange 113 berührt.
An der deaktivierten Normalstellung des Systems drückt die Feder 94 den Kolben 81 und den Schaft 82 nach unten, bis die Schaftspitze 83 auf dem Ventilsitz 30 sitzt, wodurch die Polymerströmung durch den Anschluß 29 zu der Düsenspitzenbaueinheit 13 abgesperrt wird. Eine Erregung des Regelventils 116 bewirkt, daß der Kolben 81 und der Schaft 82 nach oben bewegt werden, wodurch der Anschluß 29 geöffnet wird, so daß Polymer zu der Düsenspitzenbaueinheit 13 fließen kann.
In dem in der Abbildung aus Figur 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Ventilbaueinheit schließt der Ventilschaft den Anschluß bzw. die Öffnung 29, wodurch eine aussetzende Polymerströmung bewirkt wird. In den Abbildungen aus den Figuren 12 bis 14 ist eine alternative Ventilbaueinheit dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Ventileinsatz 128 und die Spitze 183 des Schaftes 182 (die dem Einsatz 28, dem Sitz 83 und dem Schaft 82 entsprechen) gemäß der Darstellung aus Figur 12 ausgeführt. In dem Sitz 128 ist eine große Öffnung 120 ausgebildet, die eine Verjüngung zu einer dazwischenliegenden zylindrischen Öffnung 121 unmittelbar oberhalb des Einsatzsitzes 129 aufweist. Die Öffnung 130 führt zu dem Übertragungsplattenkanal 51. Der Durchmesser des Schaftes 182 ist so bemessen, daß der Schaft enganliegend in die Öffnung 121 paßt, und dabei eine Hin- und Herbewegung des Schaftes 182 in die und aus der öffnung 121 ermöglicht. Bei den meisten Anwendungen sind Zwischenabstände von 0,005 bis 0,0125 cm (0,002 bis 0,005 Inch) ausreichend. Im Betrieb wid die Schaftspitze 183 bei offenem Ventil gemäß der Darstellung aus Figur 12 in der Öffnung 120 positioniert. Wenn eine pulsierende Strömung durch die Düsenspitzen-Polymerströmungskanäle einer bestimmten Einheit verlangt wird, wird das Ventilstellglied 15 dieser Einheit erregt, wodurch bewirkt wird, daß die Schaftspitze 183 durch die Öffnung 121 tritt, bis die Schaftspitze 183 ganz oder fast auf dem Sitz 129 sitzt. Somit wirkt die Schaftspitze 183 als Kolben in dem Zylinder 121, wobei das Polymer durch die Öffnung 130 gedrückt wird. Diese Wirkung erfolgt schnell, und somit wird ein Druckstoß bzw. ein Druckimpuls erzeugt, der die etwaigen Polymerströmungskanäle oder die Düsenspitzenöffnungen leert. Der Hub der Schaftspitze 183 ist veränderlich, wobei der Hub allgemein etwa 0,5 cm (0,2 Inch) beträgt. Die Kolbenwirkung erhöht die Polymerströmung durch den Zylinder 121 mindestens um das 5fache der normalen Strömung und vorzugsweise um das 10 bis 500fache, wobei eine Erhöhung um das 20 bis 100fache am meisten bevorzugt wird.

Luftheizeinrichtung (Figur 11)

Eine in der Leitung vorgesehene elektrische Heizeinrichtung 16 ist durch einen kurzen Nippel 118 direkt mit dem Verteiler 22 verbunden (wie dies in Figur 3 dargestellt ist). Luft mit Umgebungstemperaturen strömt aus der Leitung 14 durch die Heizeinrichtung 16. Dort wird sie bei normalen Luftströmungsraten (0,5 bis 30 SCFM pro Inch der Düsenlänge (z.B. Länge der Reihe der Öffnungen 61)) bei Druckabfällen von 0,068 bis 1,378 bar (1 bis 20 psi) auf Temperaturen im Bereich von 148 bis 537ºC (300 bis 1000ºF) erhitzt.
Gemäß der Darstellung aus Figur 11 umfaßt die Heizeinrichtung 16 ein Gehäuse 73 und schlangenförmige Heizelemente 74. Die Elemente 74 sind zusammenhängend und an einem Kern 75 aus einem Isoliermaterial angebracht, wie zum Beispiel an einem Kern aus einem Keramikwerkstoff. Der Kern 25 erstreckt sich axial in das Gehäuse 73 und weist einen Duchmesser von 0,1 bis 0,3 des Innendurchmessers des Gehäuses auf. Die Innenseite des Gehäuses 73 ist vorzugsweise mit einer Isoliereinlage 76 versehen. Der Innendurchmesser des Gehäuses liegt im Bereich von 0,1 bis 7,5 cm (0,25 bis 3 Inch) und vorzugsweise im Bereich von 1,25 bis 7,5 cm (0,5 bis 3 Inch).
Der Kern 75 ist gerippt ode spiralförmig, um die Elemente 74 mit axialem Zwischenabstand zueinander zu halten. Bei den Elementen 74 handelt es sich um kontinuierliche schlangenartige Wicklungen, die sich von dem Kern 75 radial auswärts erstrecken, und deren äußere Spitzen einen geringen Abstand zu der Innenwand 76 aufweisen. Die Wicklung 74 ist in Form sich von dem Kern 75 auswärts erstreckender dünner Schleifen vorgesehen, wobei jede Schleife in einem Winkel von den benachbarten Schleifen versetzt angeordnet ist. Der Winkelversatz kann innerhalb eines großen Bereichs schwanken, wobei Werte zwischen 10 und 45º gute Ergebnisse liefern. Das Verhältnis der Hauptachse jeder sich radial auswärts erstreckenden Schleife ist 2 bis 5mal größer als die Nebenachse jeder Schleife. Der elektrische Leiter 77 verbindet die Spulen bzw. Wicklungen 74 mit einer Stromversorgungseinheit (220 Volt Wechselspannung), und wobei die Rückleitung 78 durch den Kern 75 erfolgen kann und mit der Stromversorgungseinheit verbunden ist. Normalerweise werden Schleifenabstände von 0,02 bis 0,25 je linearen Inch des Kerns eingesetzt. Die elektrischen Spulen 74 können aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0,025 bis 0,33 cm (0,010 bis 0,080 Inch) hergestellt werden. Eine bei der vorliegenden Erfindung verwendbare elektrische Inline- Heizeinrichtung wird von Sylvania GTE Co. hergestellt. Zur Minimierung der Wärmeverluste wird eine direkte Anbringung der Heizeinrichtung 16 an der Düsenbaueinheit bevorzugt, bzw. eine Anbringung mit einem Abstand von 30 cm (12 Inch) und vorzugsweise mit einem Abstand von 15 cm (6 Inch) zu der Düsenbaueinheit.

Funktionsweise

Die Bestandteile der Düsenbaueinheit 10 werden gemäß der Abbildung aus Figur 3 zusammengebaut. Die Düsenspitze 13 wird an dem Düsenkörper 11 angebracht, und das Ventilstellglied wird so eingestellt, daß der gewünschte Hub vorgesehen wird. Die Steuereinrichtungen werden so eingestellt, daß die Ventilstellglieder 15 so programmiert werden, daß die gewünschten Muster erzeugt werden.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, kann die Düsenbaueinheit 10 zum Schmelzblasen von Klebstoffen, zur Sprühbeschichtung von Harzen sowie zur Bahngestaltung von Harzen verwendet werden. Die Klebstoffe weisen Ethylenvinylacetate auf (z.B. 20-40 Gewichtsprozent Vinylacetat). Diese Polymere weisen allgemein geringere Viskositäten auf als die Polymere, die zum Schmelzblasen von Bahnen verwendet werden. In den U.S. Patenten US-A-4.497.941, US-A-4.325.853 und US-A-4.315.842 werden herkömmliche Heißschmelzklebstoffe offenbart, wobei die Offenbarungen dieser Patente hierin durch Verweis enthalten sind. Bei dem obengenannten Heißschmelzklebstoffen handelt es sich nur um veranschaulichende Beispiele, wobei auch andere Heißschmelzklebstoffe verwendet werden können.
Die kennzeichnenden Harze zur Gestaltung von Schmelzblasbahnen umfassen einen weiten Bereich von Polyolefinen, wie zum Beispiel Propylen und Ethylen-Homopolymere sowie Copolymere. Spezifische Thermoplaste umfassen Ethylenacrylcopolymerisate, Nylon, Polyamide, Polyester, Polystyrol, Poly(methylmetacrylat), Polytrifluorchlorethylen, Polyurethane, Polycarbonate, Siliconsulfid und Polyethylenterephthalat, Pech und Mischungen der obengenannten Stoffe. Polypropylen ist das bevorzugte Harz. Die obige Auflistung ist nicht einschränkend bzw. umfassend, da ständig neue und verbesserte Thermoplaste zum Schmelzblasen entwickelt werden.
Für Beschichtungen und Überzüge können die gleichen Polymere wie für das Schmelzblasen von Bahnen verwendet werden, wobei diese Polymere etwas niedrigere Viskositäten aufweisen. Schmelzblasharze können vom Fachmann für eine bestimmte Anwendung einfach ausgewählt werden.
Beim Schmelzblasen von Harzen zur Gestaltung von Bahnen und Verbundstoffen wird die Düsenbaueinheit 10 mit einem herkömmlichen Extruder oder einem Polymerschmelze-Abgabsystem verbunden, wie dies etwa in der U.S. Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 447.930 offenbart wird, die am 8. Dezember 1989 eingereicht wurde, wobei die Offenbarung aus dieser Patentanmeldung hierin durch Verweis enthalten ist. Bei jedem System sollte ein Polymer-Umgehungskreis für eine absatzweise Betriebsweise vorgesehen sein.
Die Anzahl der Einheiten in jeder Düsenbaueinheit 10 ist von der Art der Anwendung abhängig. Das System aus der Abbildung aus Figur 1 umfaßt neun Einheiten zum Auftragen von Klebstoff auf eine Windelfolie, und zwar in dem in der Abbildung aus Figur 4 dargestellten Muster. Bei den in dem Versuch verwendeten Klebstoffen handelte es sich um Kontaktklebstoffe. Wie dies in den Abbildungen aus den Figuren 1 und 3 am besten ersichtlich ist, wird die Windelgrundfolie (Substrat 19) einer Transportrolle zugeführt, wobei die Windelgrundfolie unter der Düsenbaueinheit 10 durchgeführt wird. Die Baueinheit wurde bei Polymertemperaturen von 148ºC (300ºF) und einer Lufttemperatur von 162ºC (325ºF) betrieben. Durch den absatzweisen Einsatz der verschiedenen Einheiten erhält man das Klebstoffmuster aus Figur 4.
Zu Beginn werden alle Einheiten mit offenen Ventilen betrieben. Wenn die Lage 19 die Beinausschnittbereiche 122 und 123 der Windel erreicht, werden die beiden äußeren Module auf jeder Seite der Reihe von Modulen betätigt, so daß die Polymerströmungsventile der entsprechenden Einheiten geschlossen werden. Die Polymerströmung wird in den Bereichen 122 und 123 unterbrochen, während das Polymer in dem zentralen Bereich 124 weiter strömt. Hiermit wird festgestellt, daß die Düse so konstruiert ist, daß die Streifen 125 und 126 frei bleiben. Am Ende der Ausschnittbereiche 122 und 123 wird der Betrieb aller Einheiten wieder aufgenommen. Am Ende der Windel werden alle Ventile für einen kurzen Zeitraum abgeschaltet, um zwischen dieser Windel und der nächsten einen Zwischenraum vorzusehen. Die Düsenbaueinheit stellt 400 Windeln pro Minute her. Auf die Klebstoffe wird eine Windelfolie aufgetragen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Einheiten der Düsenbaueinheit 10 mit pulsierenden Ventilen versehen (Figuren 12 bis 14), um eine Säuberung bzw. Entleerung des Polymerkanals zu gewährleisten. Es wurde ein Versuch zur Gestaltung einer Bahn unter Verwendung eines Schmelzblaspolymers (PP, MFR 35) durchgeführt.
Insgesamt wurden 8 Einheiten verwendet, mit einer vorgesehenen Düsenbreite von 30 cm (12 Inch). Die Düsenbaueinheit wurde bei einer Polymertemperatur von 148ºC (300ºF) und einer Lufttemperatur von 162ºC (325ºF) betrieben. Die Polymer- und Luftströmungsraten lagen bei 100 Gramm je Minute und 1 SCFM je Inch der Düse. Die Düsenbaueinheit erzeugte eine Bahn mit einer Flächenmasse der Bahn von 3 Gramm je m². Während dem Einsatz wurde eine Öffnung durch Polymerreste verstopft. Das Stellglied der Problemeinheit wurde manuell betätigt, um durch die Betätigung des Ventils gemäß der Darstellung aus Figur 12 einen Polymerstoß durch die Öffnungen zu schicken. Die Öffnung wurde durch einen einzigen Impuls freigelegt.
Die wichtigen Abmessungen jeder Düsenbaueinheit sind wie folgt gegeben:
Ein wichtiges Merkmal der gemäß der vorliegenden Erfindung gestalteten Düsenbaueinheit ist deren absatzweise Betriebsweise. Es wird bevorzugt, daß das Volumen zwischen dem Ventilsitz und dem Öffnungsauslaß 0,12 cm³/cm (0,3 cm³/Inch) der Düsenfläche beträgt, wobei ein Volumen zwischen 0,08 bis 0,12 cm³/cm (0,2 bis 0,3 cm³/Inch) bevorzugt wird.

Alternative Einsatzmöglichkeiten

Die durch die vorstehenden Beispiele veranschaulichte erfindungsgemäß gestaltete Düsenbaueinheit 10 ist sehr vielseitig. Zusätzlich zum Schmelzblasen von Klebstoffen für Windeln sowie zur Herstellung von Bahnen kann die Düsenbaueinheit wie folgt eingesetzt werden: zum Schmelzblasen von Polymer-Unterschichten auf Metalle; zum Schmelzblasen von Verbundlagen mit ausgewähltem Muster auf ein Substrat; zum Schmelzblasen von Klebstoffen in oder auf nichtgewebte Stoffe (z.B. Spinnvlies), um die Fasern zu verbinden; zum Schmelzblasen von Polymerzusätzen auf oder in nichtgewebte Stoffe. Ferner können in jeder Einheit verschiedene Harze verwendet werden, wofür in den Düseneinlaßkanälen 23 einfach ein anderes Polymerzuführungssystem verwendet wird. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind für den Fachmann erkennbar.

Claims

1. Schmelzblasdüse mit einem Düsenkörper, wobei eine Düsenspitzenbaueinheit an dem Düsenkörper angebracht ist und mit einer Düsenspitze, wobei die Düse folgendes umfaßt:

(i) eine Basis (42), die an dem Düsenkörper (11) angebracht ist;

(ii) ein Nasenstück, das sich von der Basis nach außen erstreckt und in einem elongierten Scheitel endet, und wobei in dem Scheitel eine Polymerauslaßeinrichtung vorgesehen ist; und

(iii) an der Düsenspitze angebrachte Luftplatten (43, 44), die in Kombination mit dem Nasenstück (53) konvergierende Luftschlitze definieren, die am oder nahe an dem Scheitel des Nasenstücks enden; und mit Einrichtungen zum Leiten von Luft zu den Luftschlitzen, um einen Luftstrom in Form konvergierender Luftschichten auf jeder Seite des Scheitels vorzusehen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzblasdüse folgendes umfaßt:

(a) einen Düsenkörper (11) mit einer Befestigungsoberfläche und einer Mehrzahl separater Polymerströmungskanäle (24), die nebeneinander in beabstandeter Anordnung darin ausgebildet sind, wobei jeder Strömungskanal (24) (i) einen Einlaß und (ii) einen Auslaß aufweist, der in der Befestigungsoberfläche des Düsenkörpers (29) ausgebildet ist;

(b) eine Düsenspitzenbaueinheit (13) mit:

(i) einer elongierten Basis mit einer Oberfläche (58), die an der Befestigungsoberfläche des Düsenkörpers (11) angebracht ist und eine Mehrzahl elongierter Polymersammelkammern definiert, die Ende-an-Ende und dicht aneinander angeordnet sind und sich in einer Linie entlang der Länge der Basis erstrecken, wobei sich jede Sammelkammer in Fluidübertragungsverbindung mit einem der Ausläße der Polymerströmungskanäle des Düsenkörpers befindet, wodurch die von den Sammelkammern empfangene Polymerschmelze entlang der Länge der Basis verteilt wird;

(ii) einer Düsenspitze (42), die an dem genannten Körper (11) angebracht ist, die ein Nasenstück (53) aufweist, das sich von der Basis der Düsenspitze nach außen erstreckt und in einem elongierten Scheitel endet, und mit Polymerauslaßeinrichtungen in dem Scheitel, die mit einer zugeordneten Polymersammelkammer (60) verbunden sind, um die Polymerschmelze aus dem elongierten Scheitel zu extrudieren;

(iii) an der Düsenspitze (42) vorgesehenen Luftplatten (43, 44) mit Oberflächen (71A, 71B), die in Verbindung mit dem Nasenstück (53) elongierte, konvergierende Luftschlitze definieren, die am oder nahe dem elongierten Scheitel des Nasenstücks enden;

(c) Einrichtungen zum Leiten von Luft zu den Luftschlitzen, um einen Luftstrom in Form konvergierender Luftschichten auf jeder Seite des Scheiteis vorzusehen;

(d) Einrichtungen (25) zur Abgabe einer Polymerschmelze an jeden Einlaß der Polymerströmungskanäle (24) in dem Düsenkörper (11), wodurch die Polymerschmelze in parallelen, nebeneinander liegenden Strömen durch die Düse fließt, mit einem Polymerströmungskanal (24), einer Sammelkammer (60), die sich durch den elongierten Scheitel in dem elongierten, konvergierenden Luftschichten entleert;

(e) ein in jedem Polymerströmungskanal angebrachtes Ventil zur Regelung der Strömung durch dieses hindurch; und

(f) eine Ventilstellgliedbaueinheit für jedes Ventil und Einrichtungen zur Betätigung des Ventilstellglieds, um jedes Ventil selektiv zu öffnen und zu schließen.

2. Schmelzblasdüse nach Anspruch 1, wobei die Polymerauslaßeinrichtung in dem Scheitel Einrichtungen zum Entleeren der Polymerschmelze als eine Mehrzahl von Fäden umfaßt.

3. Schmelzblasdüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerauslaßeinrichtung in dem Scheitel eine Mehrzahl von Öffnungen (61) umfaßt, die nebeneinander entlang dem Scheitel angeordnet sind.

4. Schmelzblasdüse nach Anspruch 3, wobei die Öffnungen entlang des Nasenstücks mit einem Abstand von 5 bis 40 Öffnungen pro Inch beabstandet sind.

5. Schmelzblasdüse nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Abstand zwischen den elongierten Sammelkammern ausreichend nahe ist, so daß der Abstand der Öffnungen entlang des Nasenstücks gleichmäßig über die Länge der Düsenspitze beabstandet ist.

6. Schmelzblasdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Länge des Scheitels, die Länge der Luftplatten und die Länge der ausgerichteten Sammelkammern im wesentlichen gleich sind.

7. Schmelzblasdüse nach Anspruch 3, wobei jeder Sammelkanal (60) 10 bis 500 Öffnungen (61) speist, wobei die genannten Öffnungen (61) entlang des Nasenstücks (53) mit Zwischenabständen von 4 bis 20 Öffnungen je cm (10 bis 50 Öffnungen je Inch) beabstandet sind.

8. Schmelzblasdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Volumen der Strömungskanäle zwischen dem Ventil zur Regelung der Polymerströmung und dem Auslaß der Öffnungen (61) nicht mehr beträgt als 0,12 cm³ pro cm (0,3 cm³ pro Inch) der Düsenlänge.

9. Schmelzblasdüse nach Anspruch 8, wobei das genannte Volumen zwischen 0,08 und 0,12 cm³ pro cm (0,2 und 0,3 cm³ pro Inch) der Düsenlänge beträgt.

10. Schmelzblasdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Polymerströmung durch die Polymerströmungskanäle (24) in dem Düsenkörper (11) folgendes umfaßt:

(a) einen Ventilsitz (30), der in jedem der Polymerströmungskanalauslässe (29) angebracht ist; und

(b) eine Ventilstellgliedbaueinheit für jeden Ventilsitz (30), und mit (i) einem an dem Düsenkörper (11) angebrachten Ventilstellglied (15); (ii) einem Ventilschaft (82), der an einem Ende mit dem Ventilstellglied (15) verbunden ist, wobei dessen anderes Ende (83) zum Sitz auf dem Ventilsitz (30) vorgesehen ist; und (iii) eine Einrichtung zum Aktivieren des Ventilstellglieds (15) zum selektiven Bewegen des Ventilschaftes (62) an eine offene oder an eine geschlossene Stellung auf dem Ventilsitz (30).

11. Schmelzblasdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einrichtung zum Aktivieren des Ventilstellglieds folgendes umfaßt: (a) einen Zylinder (84), der an dem genannten Düsenkörper (11) angebracht ist; (b) einen Kolben (81), der in dem genannten Zylinder (94) angebracht und an dem genannten einen Ende des genannten Schafts (82) angebracht ist; und (c) Einrichtungen (116, 117) zum Hin- und Herbewegen des genannten Kolbens (81) in dem genannten Zylinder (84), wodurch der Schaft (82), der das eine Ende (83) einschließt, im Verhältnis zu dem genannten Ventilsitz (30) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung hin- und herbewegbar ist.

12. Schmelzblasdüse nach Anspruch 11, wobei der genannte Ventilsitz in Form eines Anschlusses (129) vorgesehen ist und eine zylindrische Öffnung (121) unmittelbar oberhalb des genannten Anschlusses (129) aufweist, die so bemessen ist, daß sie das genannte eine Ende (183) des genannten Schaftes (182) enganliegend aufnimmt, wodurch die Abwärtsbewegung des genannten einen Endes (183) des genannten Schaftes (182) in der genannten zylindrischen Öffnung (121) einen Fluidstoß durch den genannten Anschluß (129) und durch die unterhalb gelegenen Polymerströmungskanäle und die Öffnungen (61) erzeugt.

13. Schmelzblasdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das genannte Nasenstück (53) konvergierende Oberflächen aufweist, die am Scheitel des Nasenstücks enden, wobei der Öffnungswinkel (A) zwischen der genannten Oberfläche zwischen 85º und 95º liegt.

14. Schmelzblasdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Düse folgendes umfaßt:

(a) eine Leitung (14) zum Abgeben von Luft an den Düsenkörper (11), wodurch Luft durch den Luftkanal des Düsenkörpers (11) und die Luftkanäle (55, 56) der Düsenspitzenbaueinheit (13) strömt; und

(b) eine in der Leitung befindliche elektrische Heizeinrichtung (16), die in der Nähe des Düsenkörpers (11) in der Luftleitung (14) angebracht ist, wodurch die durch die Leitung (14) abgegebene Luft unmittelbar vor dem Eintreten in den Düsenkörperluftkanal (33) ausgelassen wird.

15. Schmelzblasdüse nach Anspruch 14, wobei die genannte in der Leitung befindliche Luftheizeinrichtung (16) folgendes umfaßt: ein hohles Gehäuse (73) mit einem Innendurchmesser zwischen 0,64 und 7,6 cm (0,25 bis 3 Inch); einen axial in dem genannten Gehäuse (73) angeordneten Kern (75) aus Isoliermaterial; und einen gewickelten elektrischen Widerstandsdraht (74) mit einem Durchmesser zwischen 0,025 bis 0,20 cm (0,010 bis 0,080 Inch), der um den genannten Kern (75) gewickelt ist, wobei sich die genannten Wicklungen (74) in ovalen Schleifen radial nach außen erstrecken, wobei sich deren Hauptachse von dem genannten Kern (75) radial nach außen erstreckt, wobei die Hauptachse jeder Schleife einen anderen Winkel aufweist als die Hauptachse der benachbarten Schleifen.

16. Schmelzblasdüsenbaueinheit nach Anspruch 15, wobei der Kern (75) einen Durchmesser zwischen 0,1 bis 0,3 des Durchmessers des röhrenförmigen Gehäuses (73) aufweist, und wobei des Verhältnis der Hauptachse zu der Nebenachse jeder Schleife zwischen 5:1 und 7:1 liegt.

17. Schmelzblasdüsenbaueinheit nach den Ansprüchen 14 bis 15, wobei der Druckabfall durch die genannte Heizeinrichtung (16) bei Strömungsraten zwischen 5 und 200 SCFM zwischen 1 und 20 psi liegt, und wobei die Heizeinrichtung (16) in der Lage ist, die Temperatur der genannten eintretenden Luft um mindestens 200ºC zu erhöhen.

18. Verfahren zum Auftragen eines Heißschmelzklebstoffs auf ein Substrat unter Verwendung einer Schmelzblasdüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Schmelzblasdüseneinheiten geregelt und absatzweise betrieben werden, um das Auftragen von Schmelzblasmaterial in einem vorbestimmten Muster auf das Substrat zu ermöglichen.

19. Verfahren zum Auftragen eines Polymerüberzugs (20) auf ein Substrat (19) unter Verwendung einer Schmelzblasdüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Substrat (13) kontinuierlich unter einer Schmelzblasdüse (10) hindurchgeführt wird, die mit einer Mehrzahl von Schmelzblaseinheiten (15) versehen ist, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

(i) Schmelzblasen eines Polymers aus allen Einheiten (11A bis 11D) in der Reihe auf die sich darunter bewegenden Substrate (19), um eine vollständige Breite des Überzugs (20) über eine vorbestimmte Länge zu bilden;

(ii) Unterbrechen des Schmelzblasens des Polymers aus den Einheiten (11A, 11D), die sich an entgegengesetzten Enden der Reihe von Einheiten (11A-11D) befinden, während das Schmelzblasen aus den zentralen Einheiten (11B, 11C) in der Reihe fortgesetzt wird, so daß Beinausschnittbereiche (122, 123) ohne Überzug bleiben, während der zentrale Abschnitt (124) über eine vorbestimmte Länge überzogen wird;

(iii) Wiederaufnehmen des Schmelzblasens aus allen Einheiten (11A-11D), um auf dem Substrat (19) einen Überzug (20) über eine vorbestimmte Länge in voller Breite vorzusehen; und

(iv) Unterbrechen des Schmelzblasens des Polymers aus allen Einheiten (11A-11D);

und wobei die Schritte (i) bis (iv) wiederholt werden, um eine Reihe geformter Uberzüge auf dem Substrat (19) zu erzegen.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei es sich bei dem Substrat um eine Grundfolie für eine Windel handelt, und wobei der Überzug in der Form einer Windel aufgetragen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei es sich bei dem Polymer um einen Heißschmelzklebstoff handelt.