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Die
Erfindung betrifft eine Bespannung für Maschinen zur Herstellung von
Faserstoffbahnen, insbesondere einen Pressfilz; ferner ein Verfahren
zur Herstellung einer Bespannung.
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Bespannungen
für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere
in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, sind insbesondere
für den Einsatz im Nassteil derartiger Maschinen in einer
Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt.
Dabei handelt es sich um endlos umlaufende Bänder, die
sich im Wesentlichen über die gesamte Maschinenbreite erstrecken und
der Ausbildung und Führung der Faserstoffbahn durch die
Maschine dienen. Je nach Anordnung im Nassteil können diese
unterschiedlich aufgebaut sein. Dabei besteht eine grundsätzliche
Anforderung darin, die Faserstoffbahn möglichst optimal
zu entwässern und eine Rückbefeuchtung zu vermeiden, um
den Energieaufwand für die sich an den Nassteil anschließende
Trocknung möglichst gering zu halten. Die Entwässerung
in den sich an die Former anschließenden Pressenpartien
erfolgt durch Aufbringen von Druck durch das entsprechende Band
hindurch, das heißt von der die Faserstoffbahn stützenden
Seite, welche hinsichtlich ihrer Anordnung auch als Ober- beziehungsweise
Außenseite bezeichnet wird zur gegenüberliegenden
Unter- beziehungsweise Innenseite eines derartigen Bandes, insbesondere
in Pressenpartien in Form eines Pressfilzes. Bespannungen in Form
von Pressfilzen können je nach Anordnung und Ausführung
unterschiedlich ausgebildet sein. Diese umfassen in der Regel zumindest eine
Grund- und eine Deckschicht, die als Gewebe, Gelege, Gewirk, Fadenschar
etc. ausgeführt sein kann und die miteinander mechanisch
und/oder thermisch verbunden sind.
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Aus
der Druckschrift
EP
0 285 376 B1 ist ein Verbundstoff, insbesondere ein Pressfilz,
vorbekannt, welcher auf Abstand liegende lineare Fäden umfasst,
die sich im Wesentlichen in gleicher Richtung erstrecken und über
einen polymeren Verbundfüllstoff miteinander verbunden
sind, wobei der Verbundfüllstoff jeden Faden über
seine gesamte Längserstreckung zumindest teilweise umhüllt.
Der polymere Verbundfüllstoff umfasst Ausnehmungen, die seitlich
versetzt zu den Fäden angeordnet sind und sich durch den
gesamten Verbundfüllstoff hindurch erstrecken. Die so gebildete
gitterförmige Struktur, welche besonders bevorzugt aus
Polyurethan bestehen kann und eine Membran bildet, wird als Mittellage
in ein Filzband eingelagert und dient der Verbesserung des Rückstellvermögens,
wenn dieses den Pressspalt einer Pressenpartie verlässt.
Die Herstellung derartiger Membranen erfolgt durch Extrudieren des
Verbundfüllstoffes. Dazu werden die auf Abstand liegenden
Fäden, von denen jeder mit einer entsprechenden polymeren
Ummantelung zu versehen ist, erhitzt, um diesen polymeren Werkstoff
zum Schmelzen zu bringen und sich daran anschließend eine Fließbewegung
des Werkstoffes in festgelegte Bahnen zwischen den Fäden
zur Herstellung einer Verbindung zwischen benachbarten Fäden
erzeugt, woran sich ein Abkühlvorgang anschließt.
Bedingt durch den Aufbau der Membran weist diese für eine
Mittellage eine relativ große Dicke auf und führt
aufgrund ihrer massiven Struktur mit Ausnehmungen zu hohem Filzgewicht.
Die Flexibilität ist eingeschränkt und die Herstellung
ist kostenintensiver.
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Eine
andere Ausführung einer Papiermaschinenbespannung, insbesondere
eines Pressfilzes, ist in der
EP
1 127 976 beschrieben. In dieser Druckschrift ist ein Verfahren
zur Herstellung eines Papiermaschinenbandes offenbart, das eine
Trägerstruktur, eine Schicht aus Fasermaterial an wenigstens
einer papierberührenden Oberfläche des Bandes
und eine Schicht aus thermo-plastischem Material zwischen der Trägerstruktur
und der Schicht aus Fasermaterial umfasst. Durch Zufuhr von Wärme
und Druck wird das thermoplastische Material geschmolzen, so dass
es vom Inneren des Bandes nach außen durch die Faserschicht
hindurchgelangt, wodurch das so gebildete flächige Gebilde
im Wesentlichen undurchlässig wird, wobei durch Wärme,
Druck und Dauer des Erwärmens die Faserverteilung in der imprägnierten
Schicht des Fasermaterials gesteuert wird. Das thermoplastische
Material kann in Form einer porösen Membrane vorgesehen
sein, die auf die Oberfläche eines Pressfilzgrundgewebes gelegt wird.
Das Fasermaterial kann ferner in Form einer Vlieslage oben auf der
Membran angeordnet werden. Die gesamte Struktur wird dann vorzugsweise
vernadelt.
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Des
weiteren ist aus der
WO 03/076046 ein Pressband
bekannt, das eine Basisschicht, eine Vlieslage und zumindest eine
niedrig schmelzende polymere Filmschicht, insbesondere aus elastomerem
thermoplastischem Polyurethan aufweist, wobei die polymere Schicht
zusammen mit der Vlieslage vernadelt und einer thermischen Behandlung
unterzogen wird, um die Fasern der Vlieslage teilweise einzukapseln.
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Des
weiteren beschreibt die
US 5,508,094 ein
Pressband für eine Pressenpartie, das eine mehrlagige,
kompressible elastische Struktur umfasst und drei Lagen von Schussgarnen
aufweist, von denen eine der drei Lagen Mehrkomponentengarne umfasst,
wobei die Mehrkomponentengarne jeweils eine Mehrzahl von nass tragenden
Teilen aufweisen, während das verbleibende Schussgarn in
allen drei Lagen Monofilamentgarne sind, wobei die drei Lagen von
Schussgarnen eine obere Lage, eine mittlere und eine untere Lage
bilden und die Schussgarne in der unteren Lage Monofilamentgarne
größeren Durchmessers umfassen, als die Monofilamentgarne
in jeder der drei anderen Lagen und ein erstes System von Kettgarnen,
welche Kettgarnmonofilamentgarne sind, und die Kettgarne des ersten
Systems mit den Schussgarnen der drei Lagen von Schussgarnen in einem
sich wiederholenden Muster verwebt sind, so dass das Pressenband
mit einer extrem feinen papierkontaktierenden Oberfläche
ausgebildet werden kann, mit einer offenen nicht papierkontaktierenden Oberfläche
und einer Struktur mit adäquatem Leervolumen zur Speicherung
von aus einer Papierbahn ausgepresstem Wasser. Dadurch werden mit
Polyurethan beschichtete Multi- oder Monofilamentgarne realisiert,
die in die Basisstruktur gewoben werden, welche das Entwässern
unterstützen und dem Pressband Flexibilität verleihen.
Bei allen Ausführungen wird eine möglichst leichte
Struktur mit niedrigem Flächengewicht angestrebt.
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Die
Technologie der Spectra
TM-Membran basiert
im Wesentlichen auf der aus der Druckschrift
EP 0 285 376 B1 beschriebenen
Technologie. Bei dieser werden im Wesentlichen Polyurethankomponenten oder
andere Polymernetzwerke in einem Filz in Form einer porösen
Innenmembran eingesetzt. Diese Technologie stellt zwar eine Reihe
von Vorteilen in Bezug auf Entwässerung/Markierung und
Vibration zur Verfügung, beruht aber auf einem relativ
aufwendigen Verfahren, wobei die Extrusion von Mantel- und Kernfäden
sowie das anschließende Abwickeln von einem Gatter auf
eine Membranmaschine und schließlich Verschweißen
der einzelnen Teilbreiten zu einer Gesamtbreite erfolgt.
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Dabei
hat sich gezeigt, dass die Polyurethane eine relativ hohe Dichte
aufweisen, die zu sehr hohen resultierenden Flächengewichten
des Pressfilzes führen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bespannung für
eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere
einen Pressfilz, derart weiterzuentwickeln, dass diese neben einer
hohen Wasseraufnahmekapazität und einem guten Wasserweiterleitungsvermögen
durch eine hohe Rückstellbarkeit und auch exzellente Vibrationsdämpfungseigenschaften
charakterisiert sind und ferner auch das Gesamtgewicht der Pressbänder
insgesamt möglichst gering gehalten werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
der Ansprüche 1 und 30 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Eine
erfindungsgemäß ausgeführte Bespannung
für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere
ein zumindest einlagiger Pressfilz, ist dadurch charakterisiert,
dass in zumindest einer Lage oder auf einer Lage Mikrokörper
vorgesehen sind. Bei diesen handelt es sich um geometrische Gebilde,
die durch ein Volumen beschreibbar sind, um welches die jeweilige
Lage reduziert wird, so dass über die eingebetteten Mikrokörper
die Eigenschaften der Bespannung, insbesondere dessen Gewicht, stark
beeinflusst werden können.
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Bei
den Mikrokörpern handelt es sich je nach Ausführung
um symmetrische oder unsymmetrische Gebilde, die in einem Koordinatensystem
durch eine Erstreckung in Längen-, Breiten- und Höhenrichtung charakterisierbar
sind, wobei die maximale Erstreckung in jeweils einer dieser Richtung ≤ 1000 µm
beträgt, bevorzugt ≤ 300 µm, besonders
bevorzugt ≤ 120 µm, ganz besonders bevorzugt ≤ 70 µm.
Die Größe und deren Menge über die Bespannung
verteilt ist derart gewählt, dass eine erhebliche Gewichtsreduzierung
erzielt werden kann, wobei die Größe zur Vermeidung
eines Hervorstehens vorzugsweise zumindest kleiner als die maximale
Dicke der jeweiligen Lage, in welche diese eingebracht sind, sind.
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Um
tatsächlich eine Gewichtsreduzierung zu erhalten, ist das
Gewicht der Mikrokörper pro Volumeneinheit kleiner ist
als das Gewicht des Materials der die Mikrokörper enthaltenden
Lage pro Volumeneinheit. Die Gewichtsreduktion beträgt
dabei vorzugsweise bis zu 50%.
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Vorzugsweise
werden Mikrokörper mit globularer Struktur, das heißt
kugelförmige Gebilde, eingesetzt. Diese zeichnen sich durch
ein optimales Oberflächenvolumenverhältnis aus.
Ferner ist die Oberfläche durch eine Krümmung
beschreibbar, wobei keine scharfkantigen Übergänge
zwischen unterschiedlichen Oberflächenbereichen erfolgt.
Dadurch kann der Mikrokörper in Form einer Mikrokugel in
optimaler Weise in jegliche Art von Lagen eingearbeitet und eingebettet
werden, ohne unter Beanspruchung, insbesondere während
des Durchlaufens einer Presseneinheit hier aufgrund der Struktur
benachbarte Fasern etc. zu schädigen.
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Als
Lage ist hier eine flächige Struktur zu verstehen, die
je nach Anordnung eben beziehungsweise planar oder gekrümmt
ausgebildet ist und durch eine Erstreckung in Längen- und
Breitenrichtung charakterisiert ist, die erheblich größer
als die Erstreckung in Höhenrichtung ist. Der Begriff Lage
ist dabei hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion zu verstehen,
wobei die Lagen jeweils unterschiedlich aufgebaut sein können.
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Die
Mikrokörper können ferner im Querschnitt oval,
vieleckig, insbesondere trapezförmig oder rechteckig ausgestaltet
sein, ferner mit einer beliebigen Geometrie.
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Die
Integration der Mikrokörper erfolgt derart, dass diese
als einzelne Elemente in der jeweiligen Lage vorhanden sind, wobei
diese sich berühren können, jedoch kein direkter
Verbund zwischen diesen besteht. Die Bindung beziehungsweise Einbindung
in der Lage erfolgt allein aufgrund der Beschaffenheit der Lage,
je nach Ausführung aus Fäden oder Verbundstoffen
durch Einbettung in diese beziehungsweise in die jeweilige Verbindung
zwischen diesen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausbildung werden Mikrokörper verwendet,
die als Hohlkörper vorliegen. Diese können bevorzugt
mit Luft oder mit einem Gas oder aber auch mit einer Flüssigkeit
befüllt sein, wobei die erstgenannten Möglichkeiten
von erheblichem Vorteil sind, da diese zu einer Gewichtsreduzierung
in hohem Maße führen.
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Die
Oberflächen der Mikrokörper, insbesondere Mikrohohlkörper,
ganz besonders bevorzugt Mikrohohlkugeln, sind vorzugsweise starr
ausgebildet, dass heißt ist nicht elastisch, so dass bei
einer Verformung der Lage während eines Pressendurchganges
diese Mikropartikel eingebettet in die Lage mit dieser diese Verformung
mitmachen und ferner im Bereich der Mikropartikel eine stärkere
Verformung stattfindet, die anhand der Mikropartikel zu einer verbesserten
Rückstellwirkung beiträgt. Die Oberfläche des
einzelnen Mikrokörpers ist dazu durch eine Shore A-Härte
im Bereich von einschließlich 20 bis einschließlich
100, vorzugsweise im Bereich von einschließlich 40 bis
einschließlich 85 charakterisiert.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung sind die Mikrohohlkörper,
insbesondere Mikrokugeln, aus Glas, insbesondere Borosilikatglas gefertigt.
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Dabei
werden zum einen die positiven Eigenschaften derartiger Mikrohohlkörper
aus Borosilikatglas genutzt, insbesondere messbare und gleich bleibende Produktparameter,
geringe Dichte, die zu einer starken Gewichtsreduzierung führt,
insbesondere im Einsatzbereich. Die Glashohlkugeln sind chemisch
inaktiv, das heißt nicht brennbar, nicht porös und
ausgezeichnet gegen Wasser resistent. Das niedrige Gewicht bei hoher
Druckfestigkeit kann als besonderer Vorteil herausgestellt werden.
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Derartige
Mikrohohlkörper in Form von Mikrohohlkugeln aus Borosilikatglas
sind aus der Druckschrift
WO 2006/055612 A1 vorbekannt. Der Offenbarungsgehalt
bezüglich einer Zusammensetzung aus einer polymeren Matrix
und einer Mehrzahl von Mikrokörpern wird hiermit vollumfänglich
in den Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift mit einbezogen.
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Gemäß einer
ersten besonders vorteilhaften Ausführung werden die Mikrokörper
vorzugsweise über die gesamte Erstreckung in Längen-,
Breiten- und Höhenrichtung der jeweiligen Lage beziehungsweise
Struktur einer Bespannung eingebracht, so dass sich insbesondere über
die Breite beim Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen gleichmäßige
Eigenschaften ergeben. Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführung kann jedoch auch über die Breite in
Breitenrichtung, das heißt quer zur Maschinenrichtung,
beim Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen,
das heißt in Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn betrachtet, eine
zonenweise Anordnung erfolgen, wobei beispielsweise hier besonders
in den Randbereichen derartige Einlagerungen erfolgen und somit über
die Mikrokörper weitere Eigenschaften realisiert werden können,
beispielsweise ein Einfluss auf die Entwässerung.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung wird eine Teilchendichte
von ≤ 0,6 g/cm3 gewählt.
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Die
Mikrokörper können je nach Anforderung und Einlagerungsort
porös oder nicht porös ausgebildet sein. Ihre
Verteilung kann unregelmäßig über die gesamte
Erstreckung der Bespannung in Längen- und Breitenrichtung
erfolgen. Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführung kann deren Verteilung jedoch auch zonenweise
gesteuert, insbesondere in Breitenrichtung erfolgen, um auch Einfluss
auf die Eigenschaften der Bespannung in diesen Bereichen und rückwirkend
auf die zu fertigende Materialbahn zu nehmen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung werden derartige Mikrokörper
in Bespannungen, insbesondere Pressfilzen, zum Einsatz gelangen,
die durch eine perforierte Gitterstruktur charakterisiert sind,
welche beispielsweise in zwei Vlieslagen integriert ist beziehungsweise
sandwichartig von diesem umschlossen ist. Bezüglich der
Ausbildung perforierter Gitterstrukturen besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Diese weist beispielsweise eine Dicke von etwa 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise
0,75 mm auf und liegt in Form einer Lage oder Schicht vor. Ferner ist
die Gitterstruktur durch eine Vielzahl von Ausnehmungen, die sich
in Höhenrichtung durch diese erstrecken und somit an der
Ober- und Unterseite offen sind, auf, welche auch als Poren bezeichnet
werden. Eine derartige Gitterlage kann beispielsweise mehr als 40.000
Poren/m2, bevorzugter mehr als 500.000 Poren/m2 aufweisen. Daraus resultiert ein Öffnungsbereich
im Bereich von etwa 1–30%, bevorzugt 15–50%.
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Der
Abstand zwischen den einzelnen Poren kann dabei gleich oder unterschiedlich
eingestellt werden, um insbesondere durch Variation der Anzahl der
Poren und deren Verteilung Einfluss auf die gewünschte
Bespannung, insbesondere über die Maschinenbreite betrachtet,
zu nehmen.
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Ferner
kann eine symmetrische oder unsymmetrische Verteilung der Poren
vorliegen und die einzelnen Poren können hinsichtlich ihrer
geometrischen Form und Größe unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Form der Poren ist dabei nicht beschränkt. Dabei kann
die Porenform über die Höhenrichtung variieren
oder aber konstant sein. Ferner sind Querschnitte in dieser Richtung
betrachtet in kreisrunder, ovaler oder eckiger Form denkbar. Die
Mikrokörper sind dabei in den von den Poren freien Bereichen
der extrudierten Gitterstruktur, insbesondere in den gitterbildenden
Bereichen beziehungsweise den Zwischenverbindungsbereichen. Durch
die Poren und die Anordnung dieser Mikrokörper wird dabei
das freie Volumen erhöht.
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Der
Verbundfüllstoff besteht aus zumindest Anteilen eines oder
mehrerer thermoplastischer Elastomere, insbesondere thermoplastischer
Polyurethane oder aus einem oder mehreren thermoplastischen Elastomeren,
insbesondere thermoplastischen Polyurethanen. Die Mikrokörper
sind in den von den Ausnehmungen freien Bereichen angeordnet. Die
so erstellte perforierte Gitterstruktur ist Bestandteil zumindest
einer Lage der Bespannung.
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Die
Bespannung weist gemäß einer Ausführungsform
zumindest eine obere Deckschicht auf, die mit dem Verbundfüllstoff
haftend verbunden ist, insbesondere vernadelt. Vorzugsweise erfolgt
ein sandwichartiges Einschließen der Gitterstruktur zwischen zwei
derartigen Schichten, die auch unterschiedlich ausgeführt
sein können.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung ist die perforierte Gitterstruktur
Bestandteil eines verstärkenden Elementes oder auf dieses
aufgebracht. Das verstärkende Element kann dabei in vorteilhafter Weise
einen Träger bilden. Dabei kann das verstärkende
Element und/oder der Träger unabhängig voneinander
ausgewählt aus beispielsweise wenigstens einem Flächengebilde
in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geleges, Vlieses oder einer Fadenschar,
gegebenenfalls uni- oder multidirektional orientiert oder einer
Kombination aus diesen ausgewählt werden. Das verstärkende
Element und/oder der Träger können einschichtig
beziehungsweise einlagig sein oder aus mehreren Lagen bestehen.
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Ist
die Bespannung mehrlagig ausgebildet, wobei die einzelnen Lagen
aus wenigstens einem Flächengebilde in Form eines Gewebes,
Gewirkes, Geleges, Gitterstruktur, Vlieses oder einer Fadenschar,
gegebenenfalls uni- oder multidirektional orientiert oder einer
Kombination aus diesen gebildet sind, können die Mikrokörper
in zumindest einer Lage in dem aus einem Flächengebilde
in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geleges, Gitterstruktur, Vlies
oder einer Fadenschar, gegebenenfalls uni- oder multidirektional
orientiert oder einer Kombination aus diesen, angeordnet sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
zumindest einlagigen Bespannung ist dadurch charakterisiert, dass
zumindest einer Lage bei der Herstellung Mikrokörper, insbesondere
Mikrohohlkörper, zugesetzt werden.
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Umfasst
die Bespannung zumindest eine perforierte Gitterstruktur, welche
aus einer Mehrzahl von zueinander beabstandet angeordneten und linear
ausgerichteten Fäden besteht, die über einen Verbundfüllstoff
miteinander verbunden werden, wobei der Verbundfüllstoff
die Fäden wenigstens teilweise entlang ihrer Erstreckung
umschließt unter Ausbildung von Ausnehmungen, die sich
durch den gesamten Verbundfüllstoff erstrecken, wird die
perforierte Gitterstruktur mit den nachfolgend genannten Verfahrensschritten
hergestellt: Vorschub in Längsrichtung einer Anordnung
von auf Abstand nebeneinander angeordneten Fäden und wenigstens
teilweise einbettende Zuordnung in einen polymeren Verbundfüllstoff,
welcher als flüssige oder plastische Masse mit zugesetzten
Mikrokörpern, insbesondere Mikrohohlkörpern bereitgestellt
wird und nachfolgend Hindurchführen der in den Verbundfüllstoffes
eingebetteten Fäden durch eine Pressanordnung und Verfestigung,
wobei die die Pressenanordnung bildenden Walzen einander intervallmäßig
in Axialrichtung und über die in Umfangsrichtung verteilten
Abständen unter Ausbildung der Ausnehmungen im Verbundfüllstoff
berühren.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend
anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes
dargestellt:
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1a und 1b verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung stark vereinfacht die
Anordnung und Integration von Mikrohohlkörpern in einer
Bespannung;
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2a–2c verdeutlichen
mögliche geometrische Formen von Mikrohohlkörpern;
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3a und 3b verdeutlichen
eine besonders vorteilhafte Ausführung einer perforierten Gitterstruktur
mit Mikrohohlkörpern in zwei Ansichten;
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4 verdeutlicht
weitere mögliche Ausführungen von Bespannungen
mit erfindungsgemäßer Integration von Mikrokörpern,
insbesondere Mikrohohlkugeln;
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5 verdeutlicht
ein Verfahren zur Herstellung einer Bespannung mit Mikrohohlkugeln.
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Die 1a verdeutlicht
in schematisiert stark vereinfachter Darstellung eine Ausführung
einer erfindungsgemäß ausgestalteten Bespannung 1, insbesondere
für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen,
vorzugsweise in Form eines Pressfilzes 2 in einem Axialschnitt.
Dieser ist zumindest einlagig, im dargestellten Fall beispielhaft
zweilagig ausgeführt, umfassend eine erste obere Lage 3 und
eine zweite untere Lage 4, die miteinander verbunden sind,
wobei die Verbindung je nach Ausführung der einzelnen Lagen 3 und 4 mechanisch
oder thermisch oder anderweitig vorgenommen werden kann. Unter einer
Lage wird dabei eine flächige planare oder gekrümmte
Struktur verstanden, deren Abmessungen in einem Koordinatensystem
in X, Y, Z-Richtung als Längen-, Breiten- und Höhenrichtung
beschreibbar sind und bei welcher die Erstreckung in Längen-
und Breitenrichtung jeweils größer ist als in
Höhenrichtung, d. h. die Länge und Breite sind
größer als die Dicke. Erfindungsgemäß sind
zumindest in einer der Lagen 3 und/oder 4, hier gemäß der
Darstellung des Details A in der oberen Lage 3, geformte
Mikrokörper 5 vorgesehen. Bei diesen handelt es
sich um geformte Volumenelemente, die im Koordinatensystem durch
Abmessungen in Längen-, Breiten- und Höhenrichtung
(x, y, z) charakterisiert sind. Zur Verdeutlichung der Anordnung
dieser wurde auf die Darstellung der weiteren, die Lagen 3, 4 bildenden
Elemente und deren Struktur in den einzelnen Ansichten und Darstellungen
verzichtet. Die maximale Erstreckung der Abmessungen der Mikrokörper 5 in
einer Richtung beträgt ≤ 1000 µm. Die einzelnen
Mikrokörper 5 sind dabei in der Lage 3 vorzugsweise
unregelmäßig angeordnet beziehungsweise durchsetzen
diese. Die Anordnung erfolgt im Koordinatensystem betrachtet gemäß Detail
A sowohl in Höhenrichtung z als auch in Breitenrichtung
y unregelmäßig. Die unregelmäßige
Anordnung in X- und Y-Richtung ist in der 1b in
einer Ansicht von oben beispielhaft wiedergegeben. Dabei ist ein
Großteil der einzelnen Mikrokörper 5 frei
von einer Kopplung beziehungsweise Verbindung mit den jeweils anderen
Mikrokörpern 5. Mikrokörperanordnungen, die
eine Ansammlung dieser mit zumindest linien- oder flächenförmige
Berührung einzelner Mikrokörper 5 vorsehen,
sind möglich, jedoch ist in der jeweiligen Lage, hier der
Lage 3, keine in allen Richtungen aus den Mikrokörpern 5 gebildete
durchgängige Schicht möglich, sondern lediglich
eine Einzelanordnung der Mikrokörper 5. Bei den
Mikrokörpern 5 handelt es sich um geformte Mikrovolumenelemente. Diese
können hinsichtlich ihrer geometrischen Ausführung
in ihrer Beschaffenheit verschiedenartig ausgeführt sei,
um unterschiedliche Eigenschaften zu erzielen. Damit die Mikrokörper 5 nach
Möglichkeit keinen Einfluss auf die von der oberen Lage 3 gebildete, die
Faserstoffbahn führende Oberfläche 7 ausübt,
ist die maximale Erstreckung der Mikrokörper in der Richtung
mit der maximalen Ausdehnung je nach geometrischer Form derart bemessen,
dass diese kleiner als die Dicke d der jeweiligen Lage, hier der
Lage 3, ist, welche der Erstreckung in Z-Richtung entspricht.
Die Mikrokörper sind dabei in der Regel mit einer maximalen
Erstreckung in den einzelnen Richtungen x, y, z von ≤ 1000 µm
ausgebildet.
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Je
nach gewünschter Eigenschaft der Bespannung werden die
geometrische Form und die Ausgestaltung der Mikrokörper
gewählt. Um eine hinsichtlich ihres Flächengewichtes
besonders leichte Bespannung 1 zu gewährleisten,
sind vorzugsweise eine Vielzahl von Mikrokörpern 5 in
Form von Mikrohohlkörpern 50 in der zumindest
einen Lage, hier beispielhaft der oberen Lage 3, vorgesehen.
Die Integration erfolgt dabei vorzugsweise in den Lagen 3 beziehungsweise
den Lagenbereichen der einzelnen Lagen, die hinsichtlich der verwendeten
Materialien pro Volumeneinheit durch ein höheres Gewicht
charakterisiert sind.
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Die 2a bis 2d verdeutlichen
dabei beispielhaft eine Vielzahl geometrischer Formen von Mikrokörpern 5.1 bis 5.4 in
Form von Mikrohohlkörpern 50.1 bis 50.4.
Gemäß 2a sind
die Mikrohohlkörper 50.1 mit einer freien Geometrie
ausgestattet, das heißt, die Oberfläche 6.1 des
Mikrohohlkörpers 50.1 besteht aus einer Vielzahl
aneinander gereihter Oberflächenbereiche, die plan oder
gekrümmt ausgebildet sind. Die maximale Erstreckung im
Koordinatensystem x, y, z entspricht dabei jeweils den maximalen
Erstreckungen in dieser Richtung.
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Die 2b verdeutlicht
demgegenüber beispielhaft eine besonders vorteilhafte Ausführung
der Mikrohohlkörper 50.2 in Form von sogenannten
Mikrohohlkugeln 500. Diese sind in ihrem Innenraum mit
einem Gas, vorzugsweise Luft, befüllt. Diese stellen damit
eine Art Hohlraumvolumen VH in der jeweiligen
Lage, hier der Lage 3 gemäß 1 bereit, welches frei von Volumen des
Materials für die Lage 3 ist. Die Mikrohohlkugeln 500 sind
globular. Die globulare Form ermöglicht die Ausbildung
gekrümmter Oberflächen 6.2, die frei
von scharfkantigen Übergängen ist. Somit ist der
Mikrohohlkörper 50.2 in Form der Mikrohohlkugel 500 auch
unter Belastung der Bespannung 1, insbesondere des Pressfilzes 2, optimal
mit seiner Oberfläche an die Umgebung in der Lage 3 angepasst
und ist auch unter Verformung in dieser fest fixiert. Der maximale
Durchmesser D500 der Mikrohohlkugeln 500 beträgt ≤ 1000 µm,
besonders bevorzugt ≤ 500 µm, ganz besonders bevorzugt ≤ 120 µm,
ganz besonders bevorzugt ≤ 60 µm. Der Durchmesser
D500 wird an der Oberfläche 6.1 gemessen.
Das Hohlraumvolumen VH bestimmt sich unter Berücksichtigung
der Wandstärke der Mikrohohlkugeln 500. Denkbar
ist auch die Füllung mit einem gasförmigen Medium.
Vorzugsweise jedoch lediglich Luft.
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Die 2c verdeutlicht
beispielhaft anhand einer Perspektivansicht eine weitere mögliche
geometrische Ausgestaltung im Querschnitt betrachtet der Mikrohohlkörper 50.3,
hier mit rechteckigem Querschnitt mit gerundeten Übergängen.
Der Mikrohohlkörper 50.3 ist hier durch eine Länge
l in x-Richtung und eine Breite b in y-Richtung charakterisiert. Die
Höhe ist mit h bezeichnet. Die maximale Erstreckung wird
hier durch die Längenrichtung und damit die Erstreckung
I bestimmt. Diese liegt in den bereits genannten Bereichen.
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2d verdeutlicht
eine mögliche weitere Ausgestaltung der Mikrohohlkörper 50.4 mit
mehreckigem, vorzugsweise dreieckigem Querschnitt. Dabei sind, wie
auch für 2c die Übergänge
an den Oberflächen vorzugsweise abgerundet und nicht scharfkantig.
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Jede
der in den 2a bis 2d dargestellten
geometrischen Formen, welche beispielhaft sind, wobei jedoch die
in der 2b dargestellte Ausführungsform
als besonders vorteilhafte Ausführung zum Einsatz gelangt,
führt in der Lage 3 in Abhängigkeit der
verwendeten Materialien und des Aufbaus der Lage 3 zu einer
Verminderung des für den Aufbau dieser aufzubringenden
Volumens durch Bereitstellung von Hohlraumvolumen, wobei das Hohlraumvolumen
VHgesamt gleich der Summe der einzelnen
Hohlraumvolumina aller in der jeweiligen Lage enthaltenen Mikrohohlkörper 50 darstellt.
Dieses ist derart zu wählen, dass zum einen durch das Hohlraumvolumen
eine starke Reduzierung des Gewichtes erzielt wird, jedoch die Stabilität
der Lage 3, 4 erhalten bleibt.
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Die
einzelnen Oberflächen 6.1 bis 6.4 der einzelnen
Mikrohohlkörper 50.1 bis 50.4 beziehungsweise
Mikrohohlkugeln 500 sind entweder je nach Materialwahl
für die Mikrohohlkörper 50, insbesondere 50.1 bis 50.4 starr
ausgebildet oder aber zumindest teilweise elastisch. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung sind die Mikrohohlkörper 50.2 in
Form von Mikrohohlkugeln 500 in Form von Mikrohohlglaskörpern
ausgeführt. Die Mikrohohlglaskörper liegen in
Form von sogenannten Glasblasen oder Glasballons vor, die in der
jeweiligen Lage, bezogen auf 1 beispielhaft
in der Lage 3, integriert sind. Diese sind globular und
weisen damit ein optimales Verhältnis zwischen Volumen
und Oberfläche auf. Die Herstellung derartiger Mikrohohlkörper
kann durch Spritzen, Gießen oder Formen erfolgen. Diese werden
gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung
aus alkaliarmem Borsilikatglas gefertigt. Dieses ist nicht brennbar,
nicht porös und weist damit eine ausgezeichnete Resistenz
gegenüber Wasser auf, das heißt, dass über
die Mikrohohlkörper 50 keinerlei Wasseraufnahme
und Einlagerung erfolgt. Durch die spezielle Art der Zusammensetzung
kann für die Mikrohohlkörper 50 ein niedriges
Gewicht bei unverändert hoher Druckfestigkeit erzielt werden.
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Die
durchschnittliche Teilchendichte der Mikrohohlkugeln 500 aus
Borsilikatglas beträgt ≤ 0,6 g/cm3,
ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 und 0,6 g/cm3.
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Die
Mikrohohlkugeln 500 sind vorzugsweise entsprechend dem
Prospekt „3MTM Glass Bubbles Mikro-Glashohlkugeln"
der Firma 3M Deutschland GmbH, SMD-0305/GB/G-3M/T ausgeführt.
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Die 3 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes
aus einem Axialschnitt durch eine Bespannung 1, insbesondere
einem Pressfilz 2, und die 3b in
einer Perspektivansicht eine besonders vorteilhafte Anwendung der
Anordnung von Mikrohohlkörpern 50, insbesondere
Mikrohohlkugeln 500 in einer Membran 19. Bei dieser
Ausbildung handelt es sich um eine Ausführung einer Lage 3 nach
dem SpectraTM-Membranprinzip. Die Lage 3 ist
hier beispielhaft als Vlieslage 30 ausgeführt,
deren zur Faserstoffbahn gewandten Oberfläche 7 diese
abstützt. Die Lage 3, insbesondere die Vlieslage
in Form eines Lagengebildes, umfasst eine die Membrane bildende perforierte
Gitterstruktur 8, die aus zueinander beabstandet angeordneten
linearen Fäden 9, die sich im Wesentlichen in
gleicher Richtung parallel zueinander erstrecken und einen polymeren
Verbundfüllstoff 10 gebildet wird, der die einzelnen
Fäden 9 miteinander verbindet und jeden der Fäden 9 über
seine gesamte Längserstreckung zumindest teilweise umhüllt.
Der polymere Verbundfüllstoff 10 weist Ausnehmungen 11 auf,
die seitlich versetzt zu den Fäden 9 angeordnet
sind und durch den gesamten Verbundfüllstoff 10 in
Höhenrichtung, das heißt in Z-Richtung, erstrecken
und somit Poren bilden. Bei dieser perforierten Gitterstruktur 8 handelt
es sich um eine extrudierte Gitterstruktur, die durch ein bestimmtes
vordefiniertes Flächengewicht charakterisiert ist. Die
Ausnehmungen 11, welche die Poren bilden und sich vorzugsweise
vollständig durch die Gitterstruktur 8 erstrecken,
sind hinsichtlich ihrer Querschnittsgeometrie vorzugsweise gleich
oder aber unterschiedlich ausgeführt und können
hinsichtlich ihrer Größe gleich oder unterschiedlich
dimensioniert sein. Dies betrifft insbesondere den theoretisch möglichen Durchgangsquerschnitt
durch den Verbundfüllstoff 10, welcher zwischen
der zur zu stützenden Faserstoffbahn weisenden Oberfläche
in Richtung zur entgegengesetzt ausgerichteten Oberfläche
variieren kann. Die zwischen den Ausnehmungen 11 gebildeten
Verbindungen können als Zwischenverbundstrukturelemente 22 bezeichnet
werden, die jedoch mit der gesamten Struktur eine bauliche Einheit
bilden. Die einzelnen Ausnehmungen 11 weisen eine Größe
im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 1,2 mm bevorzugt 0,4 mm bis
0,8 mm auf. Die geometrische Form der Ausnehmungen im Querschnitt
in Durchgangsrichtung betrachtet kann kreisförmig, trapezförmig,
rhomboid, rautenförmig, dreieckig, viereckig, vieleckig,
oval oder beliebig ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist, wie bereits
ausgeführt, zumindest eine derartig perforierte Gitterstruktur 8 in
einer Vlieslage 30 vorgesehen. Denkbar ist jedoch auch
die Ausbildung der einen oder mehreren Lagen, insbesondere Lagengebilden
aus einer oder mehreren derartigen Strukturen, die durch Zwischenlagen
voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß sind
in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Mikrohohlkugeln 500 im
Verbundfüllstoff 10 vorgesehen. Die Anordnung
erfolgt dabei vorzugsweise versetzt zu den die Poren bildenden Ausnehmungen 11 durch
Zumischung während des Herstellungsprozesses des Verbundfüllstoffes 10.
Dadurch ergeben sich unabhängig von den Ausnehmungen 11 für
den Verbundfüllstoff 10 Bereiche mit geringerem
spezifischem Flächengewicht, bedingt durch das durch die
Mikrohohlkugeln 500 eingeschlossene Hohlraumvolumen VH. Dadurch kann für die gesamte
perforierte Gitterstruktur 8 das Gesamtgewicht, bezogen
auf einen bestimmten vordefinierten Flächenbereich, d.
h. pro Maßeinheit, beispielsweise Gramm pro Quadratmeter
erheblich reduziert werden, wobei Gewichtsreduzierungen bis zu 40%
je nach Ausführung und Anzahl der Mikrohohlkörper 50,
deren Anordnung und Verteilung über den gesamten Flächenbereich
der Bespannung 1 realisiert werden.
-
Die
Anordnung erfolgt unregelmäßig über einen
Volumenbereich, d. h. nicht nur in einer Ebene sondern vorzugsweise
auch in Höhenrichtung.
-
Die 3b verdeutlicht
eine Ansicht im Querschnitt betrachtet. Erkennbar ist ferner die
mit dem Verbundfüllstoff 10 beziehungsweise der
perforierten Gitterstruktur 8 verbundene Deckschicht 12. Diese
wird beispielsweise durch Vernadlung von kurzen Fasern realisiert.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung
ist die die Membran 19 bildende Gitterstruktur 8 unter
Ausbildung einer Vlieslage 30 beidseitig mittels einer
weiteren Schicht 23 eingebettet.
-
Die 3a und 3b stellen,
wie bereits ausgeführt, eine besonders vorteilhafte Ausführung der
Anordnung von Mikrohohlkugeln 500 in einer perforierten
Gitterstruktur 8 dar. Andere Ausführungen sind
ebenfalls denkbar.
-
4 verdeutlicht
beispielhaft eine mehrlagige Ausführung einer Bespannung 1.
Diese umfasst mehrere Lagen, die miteinander verbunden sind. Dargestellt
sind beispielhaft eine Vlieslage 30, umfassend die Membran 19,
die zwischen Lagen beziehungsweise Lagengebilden aus 3, 20 und 21
und 4 eingebettet ist. Die Vlieslage 30 kann wie in 3 dargestellt ausgeführt sein.
Die übrigen Lagen 3, 20, 21, 4 können
verschiedenartig ausgeführt sein, vorzugsweise sind diese
als Flächengebilde in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geleges,
Vlieslage oder einer Fadenschar, gegebenenfalls uni- oder multidirektional
orientiert oder einer Kombination aus diesen ausgeführt.
-
Ferner
denkbar, jedoch nicht dargestellt, ist die Verwendung einer oder
aber auch einer Mehrzahl derartig perforierter Gitterstrukturen 8 in
unterschiedlichen Lagen, die durch eine oder mehrere Lagen voneinander
separiert sind. Eine derartige Gitterstruktur 8 kann dabei
Bestandteil eines Trägerelementes sein oder auf dieses
aufgebracht werden. Ferner kann dieser Bestandteil einer mit dem
Träger verbundenen Lage oder eines Lagengebildes sein. Dabei
kann das Trägerelement beispielsweise aus einem Flächengebilde
in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geleges, Vlieslage oder einer Fadenschar, gegebenenfalls
uni- oder multidirektional orientiert oder einer Kombination aus
diesen bestehen.
-
Bezüglich
des Materials und der Eigenschaften des Verbundfüllstoffes 10 besteht
eine Vielzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise umfasst dieser oder
besteht aus zumindest einem Anteil oder vollständig aus
einem Polymer, bevorzugt aus Polyamiden oder einer Polyamid enthaltenden
Zusammensetzung, welcher bei der Herstellung der Gitterstruktur 8 die
Mikrohohlkörper 50 zugesetzt werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß dadurch
charakterisiert, dass während eines bekannten Verfahrens
zur Herstellung einer perforierten Gitterstruktur
8 aus
Fäden
9 und einem Verbundfüllstoff
10 diesem
Mikrohohlkörper
50, insbesondere Mikrohohlkugeln
500 zugemischt
werden. Die Zumischung erfolgt dabei während des Extrusionsprozesses.
Das übrige Verfahren zur Herstellung einer derartigen perforierten
Gitterstruktur
8 kann entsprechend der Druckschrift
US 4,740,409 ausgebildet
werden. Diesbezüglich wird auf den Offenbarungsgehalt dieser
Druckschrift verwiesen, welcher hier vollumfänglich bezüglich
des Verfahrens mit einbezogen wird. Die
5 verdeutlicht
dabei anhand eines Signalflussbildes das erfindungsgemäße
Verfahren. Dabei wird eine Anordnung aus Fäden
9,
welche als Monofilament beziehungsweise Einzelfäden beziehungsweise
Multifilamenten oder Mehrfachfäden oder gesponnenen Fäden
vorliegen können, in ein Extrudermundstück
13 eingeführt,
welches an einer Extrudiereinrichtung
14 angeschlossen
ist und das mit dem Verbundfüllstoff
10 im fließfähigen
Zustand befüllt wird. Fäden
9 sind zur
Realisierung einer besseren Verarbeitbarkeit sowie ihrer Ausrichtung
vorgespannt und der Austritt
15 des Extrudermundstückes
13 ist
zur Realisierung und Ausführung eines bandartigen, das
heißt vorzugsweise endlosen flächigen Gebildes
geformt, das eine seitlich nebeneinander liegende Anordnung paralleler
Fäden
9 besitzt, die im geschmolzenen Kunststoff-Füllstoffmaterial
eingehüllt sind. Dabei werden dem geschmolzenen Kunststoff-Füllstoffmaterial
Mikroholkugeln
500 zugesetzt, wobei vorzugsweise über
eine Mischeinrichtung
16 eine nach Möglichkeit
gleichmäßige Verteilung der Mikrohohlkugeln realisiert
wird. Das dann daraus geformte Band
17 wird unmittelbar
an eine Vernadelungseinrichtung
18 geführt, insbesondere durch
eine Antriebswalze, während sich das Füllstoffmaterial
noch im geschmolzenen Zustand befindet. Die Antriebswalze wird dabei
von einem mit variabler Drehzahl antreibbaren Motor angetrieben,
wobei die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Extrudermundstück
13 und
die Drehzahl der Antriebsmaschine derart aufeinander abgestimmt
werden, dass hier vorzugsweise Geschwindigkeitsidentität
besteht. Unmittelbar nach der Berührung mit dem Nadelabschnitt wird
das so gebildete Band beispielsweise durch eine Heißpresseinrichtung
24 geführt
und hier Wärme und einem Druck ausgesetzt, um das noch
weiche Extrudat in Nuten zwischen den einzelnen Nadeln der Nadeleinrichtung
zu drücken. Die innerhalb des Bandes befindlichen Fäden
werden in Eingriff mit den in Maschinenrichtung verlaufenden Nuten
gebracht, wobei sie von dem sich verfestigten Kunststofffüllstoffmaterial
umgeben und in dieses eingehüllt werden. Ferner wird das
Kunststoff-Füllstoffmaterial gleichermaßen in
in Querrichtung verlaufende Nuten gedrückt, um dadurch
die Zwischenverbindungsstrukturelemente zu bilden und somit die
Gitterstruktur
8 auszubilden.
-
Die
Figuren verdeutlichen beispielhaft mögliche Ausgestaltungen.
Diese sind nicht abschließend, sondern stellen lediglich
Beispiele möglicher Ausführungsformen dar. Die 1 bis 4 verdeutlichen mögliche
theoretische Ausführungsformen und sind nicht beschränkt
im Hinblick auf den Schutzbereich erfindungsgemäß ausgeführter
Gitterstrukturen, insbesondere Bespannungen. Andere Möglichkeiten der
Kombinationen von Material und der Anordnung sind je nach gewünschtem
Verhalten der zu bildenden Bespannungen denkbar.
-
- 1
- Bespannung
- 2
- Pressfilz
- 3
- obere
Lage
- 4
- untere
Lage
- 5
- Mikrokörper
- 6
- Oberfläche
- 7
- Oberfläche
- 8
- perforierte
Gitterstruktur
- 9
- Faden
- 10
- Verbundfüllstoff
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Deckschicht
- 13
- Extrudermundstück
- 14
- Extrudiereinrichtung
- 15
- Austritt
- 16
- Mischeinrichtung
- 17
- Band
- 18
- Vernadlungseinrichtung
- 19
- Membran
- 20
- Lage
- 21
- Lage
- 22
- Zwischenverbundstrukturelemente
- 23
- Schicht
- 24
- Heisspresseinrichtung
- 30
- Vlieslage
- 50
- Mikrohohlkörper
- 500
- Mikrohohlkugel
- VH
- Hohlraumvolumen
- l
- Länge
- b
- Breite
- h
- Höhe
- X,
Y, Z
- Koordinaten
- D500
- Durchmesser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0285376
B1 [0003, 0007]
- - EP 1127976 [0004]
- - WO 03/076046 [0005]
- - US 5508094 [0006]
- - WO 2006/055612 A1 [0022]
- - US 4740409 [0058]