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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Faservlies-Herstellungsverfahren aus Fasergemischen von Trägerfasern und Bindefasern sowie die zugehörige Faservlies-Herstellungsanordnung.
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Ein Faservlies ist eine Struktur aus Fasern begrenzter Länge, Filamenten oder geschnittenen Garnen. Da für Faservliese eine Vielzahl an Rohstoffen genutzt werden können und es eine Vielzahl an Herstellungsverfahren gibt, können Faservliese einem breiten Spektrum von Anwendungsanforderungen gezielt angepasst werden.
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So gibt es Faservliese mit mehreren Kilogramm Gewicht pro Quadratmeter für Isolationen und auch Vliese mit weniger als einem Gramm Gewicht pro Quadratmeter für Kunststoffe, sogenannte Nanovliese.
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Entsprechend den Anforderungen unterscheiden sich die Faservliese in ihrem Aufbau.
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Faservliese mit hoher Absorption beispielsweise sind dicht, haben einen hohen Strömungswiderstand und bestehen aus dünnen oder sehr dünnen Fasern.
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Faservliese zur Wärmeisolation hingegen sind voluminöser.
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Wenn Faservliese einer mechanischen Belastung unterliegen und elastische Eigenschaften aufweisen, so haben sie bevorzugt in Belastungsrichtung ausgerichtete Fasern. Solche Vliesisolationen werden beispielsweise in Fahrzeugen unter dem Teppich oder hinter der Stirnwand eingesetzt oder auch für die Herstellung von luftdurchlässigen Matratzen verwendet.
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Die Fasern können im Faservlies unterschiedlich orientiert sein. Es wird zwischen orientierten Vliesen, bei denen die Fasern sehr stark in eine Richtung orientiert sind, Kreuzlage-Vliesen, , bei denen durch ein Übereinanderlegen von einzelnen Faserfloren oder Vliesen mit einer Längsorientierung der Fasern zum Gesamtvlies mittels Kreuzlegern die Fasern vorzugsweise in zwei Richtungen orientiert sind und Wirrlage-Vliesen, bei denen die Fasern beziehungsweise die Filamente jede beliebige Richtung einnehmen können, unterschieden.
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Im Stand der Technik wird bei der Herstellung von Faservliesen zwischen verschiedenen Herstellungsverfahren unterschieden. Mechanisch gebildete Vliese sind solche, die mittels Karde oder Krempeln oder in Airlayverfahren hergestellt werden. Beim Karde- oder Krempelverfahren handelt es sich um ein trockenes Herstellungsverfahren bei dem mehrere Lagen Vliese übereinandergelegt werden. Die Fasern liegen zumeist flächig, parallel zur Oberfläche. Es entstehen je nach Ablageart der Vliese orientierte Vliese oder Kreuzlagevliese. Werden spezielle Krempel verwendet, so können auch Wirrlagevliese gebildet werden.
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Aerodynamisch gebildete Vliese sind solche, die aus Fasern mittels eines Luftstroms auf einer luftdurchlässigen Unterlage gebildet werden. Werden die Vliese über Airlayanlagen hergestellt, so werden die Fasern auf ein luftdurchlässiges Band abgesaugt und liegen in der Fläche orientiert. Je nach Ablage und Bandtransportgeschwindigkeit entsprechend können die Fasern bis zu einem Winkel zwischen 70° und 80° zur Oberfläche aufgestellt werden ohne dabei jedoch vollständig senkrecht zu stehen. Hierbei nehmen die Fasern an beiden Oberflächen einen entgegengesetzten Winkel ein, was eine starke Krümmung der Fasern bewirkt.
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Bei hydrodynamisch gebildeten Vliesen werden Fasern in Wasser aufgeschwemmt und auf einer wasserdurchlässigen Unterlage abgelegt. Dieses Verfahren wird auch als Nassverfahren bezeichnet.
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Elektrostatisch gebildete Vliese entstehen durch die Bildung und Ablage von Fasern aus Polymerlösungen oder -schmelzen unter Einwirkung eines elektrischen Felds.
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Senkrecht zur Oberfläche stehende Fasern können mit dem Struto-Verfahren, welches auch als Wavemacker- oder V-Lap-Verfahren bezeichnet wird, erhalten werden. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren bei dem aus einem gekardeten Vlies mit horizontaler Faserlage ein flächiges Vlies mit senkrechten Falten erzeugt wird.
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Als Verfahren zur anschließenden Verfestigung der auf oben beschriebene Weise entstandenen Vliese sind unterschiedliche Möglichkeiten bekannt, wie die Möglichkeit eines Reibschlusses oder der Kombination eines Reib- und eines Formschlusses auf mechanische Art und Weise oder die Möglichkeit eines Stoffschlusses, welcher sowohl chemisch durch Zugabe eines Bindemittels als auch thermisch über den Einsatz von Thermoplasten erzielt werden kann. Das meistangewandte Verfahren für die Verfestigung ist der Einsatz von Thermoplasten in Form von niedrig schmelzendem Kunststoff, bevorzugt in Faserform. Diese sogenannten Bindefasern haben einen Schmelzbereich von 100 - 200 °C und liegen bevorzugt als Kompaktfaser oder als Bikomponentenfaser vor.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 034 159 offenbart eine diskontinuierliche Lösung zur Herstellung von Vliesbauteilen mit senkrecht zur Oberfläche orientierten Fasern, in welcher die Fasern in eine mit Durchströmöffnungen versehene Form über einen Luftstrom transportiert werden, wobei die Form geteilt ausgebildet ist und vor dem Befüllen auseinander gefahren wird, nach dem Befüllen das Fasermaterial durch Schließen der Form komprimiert und anschließend das Fasermaterial durch Heißluft erwärmt wird bis sich die Fasern miteinander verbunden haben, wobei die Fasern in der Form vor dem Komprimieren senkrecht zu der Zufuhrrichtung und in Richtung der aus der Form ausströmenden Luft orientiert werden.
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Ferner ist aus der Druckschrift
WO 2006 092 029 eine textile Läppmaschine einen geneigten Kamm aufweisend bekannt, der eine vertikal abfallende Faserstoffbahn auf ein Siebband eines durch einen Ofen laufenden Endlosförderers ablegt. Die hin- und hergehende Druckstange drückt die durch den Kamm gebildeten Falten in eine Haieinheit, die sich über die Breite des Maschengürtels erstreckt. Die Einheit hat eine Zahnplatte, die die gefaltete Bahn und die Längsfinger, die über dem Förderer liegen und eine flache Überlappungszone bilden, anfangs verlangsamt. Eine Textilkarte führt die Faserstoffbahn der Läppzone zu und der Ofen verschmilzt alle niedrigschmelzenden synthetischen Fasern in der Bahn mit den umgebenden Fasern, um ein Vlies mit einer Dichte von 80-2000 g / m
2 zu ergeben. Die Kammbahnrichtung bleibt konstant und die Drückerleiste und die Haieinheit werden auf den Kamm zu und von ihm wegbewegt. Die Antriebe zu Kamm und Drücker sind unabhängig.
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In der
WO2009056745 ist ein aerodynamisches Verfahren beschrieben bei dem die Fasern zwischen mindestens einer bewegten porösen Wand mittels Luftstroms transportiert werden und die Luft von außen abgesaugt wird. Dabei legen sich lange Fasern bevorzugt entlang der porösen Wand ab, während vorwiegend kurze Fasern sich senkrecht zum Luftstrom ablegen.
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Von der Firma Cormatex ist eine Anlage bekannt die die Fasern in einen Kanal ablegt und auch seitlich absaugt.
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Die Probleme im Stand der Technik sind, dass alle Verfahren zur Herstellung von Faservliesplatinen mit senkrecht zur Oberfläche orientierten Fasern im Rahmen der Streuung eine gleiche Dichte längs und quer der Platine haben.
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Nachteilig für alle diese Verfahren ist, dass nach einer Formgebung mit unterschiedlichen Dicken, in den dünnen Bereichen die Dichte deutlich höher als im Ausgangsmaterial ist. Dies führ zum einen zu einem höheren Gewicht und zum anderen werden die dünnen Bereiche steif und oft weniger akustisch wirksam.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und effizientes, wirtschaftliches, kontinuierliches, aerodynamisches Herstellungsverfahren zur Produktion von Faservliesen mit senkrecht zur Oberfläche orientierten Fasern und definierter Dichteverteilung über die Länge und Breite des Faservlieses sowie eine Anordnung hierzu bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem kontinuierlichen Faservlies-Herstellungsverfahren aus Fasergemischen von Trägerfasern und Bindefasern gemäß Hauptanspruch sowie einer zugehörigen Faservlies-Herstellungsanordnung gemäß nebengeordnetem Anspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Das kontinuierliche Faservlies-Herstellungsverfahren aus Fasergemischen von Trägerfasern und Bindefasern umfasst die Schritte:
- a. Zuführen von Fasern;
- b. Auflösen / -kämmen und Öffnen der Fasern;
- c. Mischen der Fasern;
- d. aerodynamisches Ausrichten und Ablegen der Fasern mittels Luftstrom zwischen zwei sich gegenüberliegenden, mit gleicher Geschwindigkeit laufenden, luftdurchlässigen Transportbändern durch zeitliche und über die Breite örtlich unterschiedliche Luftabsaugung von außen im vorderen Abschnitt der Transportbänder, wobei mindestens 80 % der Fasern in dem entstehenden Faservlies senkrecht zur Oberfläche der Transportbänder angelagert sind;
- e. thermisches Verfestigen des entstandenen Faservlieses durch Erwärmen mittels Heißluft oder kurzwelliger Strahlung und Kühlen.
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Wenn das Absaugen in dessen Saugleistung an den sich gegenüberliegenden, luftdurchlässigen Transportbändern jeweils identisch ist, so ergibt sich eine senkrechte Orientierung der Fasern zur Oberfläche der Transportbänder mit einer homogenen Verteilung im Querschnitt. Mit einer zeitlich variierenden Saugleistung kann über die Vlieslänge die Dichte variiert werden. Über die Bandgeschwindigkeit der Transportbänder können die Dichte und damit die Eigenschaften des entstehenden Faservlieses mit eingestellt werden. Werden Saugleistung und Bandgeschwindigkeit gekoppelt wird der zu erzielende Effekt der gewünschten Dichte und Eigenschaftsänderung verstärkt. Durch eine örtlich und zeitlich unterschiedliche Intensität der Saugleitung über die Breite des Faservlieses ist eine Dichteverteilung auch über die Breite möglich. Damit können Vlies mit örtlich begrenzten Dichteunterschieden längs und quer innerhalb einer Platine hergestellt werden.
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Wenn die Bandgeschwindigkeit der Transportbänder und die Saugleistung der Luftabsaugung miteinander gekoppelt sind, können die Eigenschaften des Faservlieses in Bezug auf beispielsweise die Dichte optimal eingestellt werden und es wird möglich bei entsprechender Voreinstellung bei Änderung eines Anlagenparameters den anderen automatisch anzupassen.
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Die Saugleistung kann ergänzend zudem über die Breite definiert unterschiedlich eingestellt und/oder zeitlich variiert werden.
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Das über das aerodynamische Ausrichten und Ablegen entstandene Faservlies kann über eine Zerschneidevorrichtung in Abschnitte zerteilt werden, wobei das Zerteilen entweder nach dem Kühlen über einem Trichter oder nach dem Erwärmen und nachfolgendem Kühlen stattfinden kann. So ist es möglich passend für die weitere Verwendung zugeschnittenes Produkt zu erhalten. Die Länge der einzelnen Produktabschnitte, im Folgenden als Faservliesplatinen bezeichnet, kann hierbei über die zeitliche Häufigkeit des Zerschneidevorganges gesteuert werden.
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Die Erwärmung des Vlieses kann in einer Variante über kurzwellige Strahlen erfolgen.
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Nach dem Erwärmen zerteiltes Faservlies kann vor dem Kühlvorgang abschnittsweise in Form einzelner Faservliesplatinen in dreidimensionale Formteile überführt und darin abgekühlt werden, so dass das Produkt nach Durchführung des Faservliesplatinen-Herstellungsverfahrens bereits fertig geformt ist und seinem Verwendungszweck zugeführt werden kann.
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Die Faservlies-Herstellungsanordnung weist eine Zufuhranordnung für Trägerfasern, eine Zufuhranordnung für Bindefasern, wenigstens eine Auflöse- / -kämmanordnung oder einen Faseröffner zum Aufkämmen, Vereinzeln, Lockern und Lösen der Träger- und / oder Bindefasern, wenigstens ein Mischsystem zum Durchmischen der gelösten Fasern, sowie weiter ein Transportsystem mit Luftabsaugung im vorderen Abschnitt des Transportsystems zur Ausrichtung und Ablage der Fasern bestehend aus Luftleitkanälen und Drucksteuerdüsen und mit einer Wärmequelle im hinteren Abschnitt des Transportsystems mit nachfolgender Kühlquelle zur thermischen Verfestigung des entstandenen Faservlieses; wobei der vordere Abschnitt des Transportsystems mit Luftabsaugung aus sich gegenüberliegenden, mit gleicher Geschwindigkeit laufenden, luftdurchlässigen Transportbändern besteht und die gelösten und gemischten Fasern zwischen den sich gegenüberliegenden Transportbändern befördert werden und sich die Fasern aufgrund der Luftabsaugung in unterschiedlicher Dichte über die Breite und Länge des Faservlieses von außen an den Transportbändern senkrecht zu den Transportbändern anordnen.
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Nachfolgend kann an das Transportsystem mit Luftabsaugung und Wärmequelle ein Förderband zum Abtransport des Faservlieses angeordnet sein.
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Weiter kann sich auf dem Förderband eine Zerschneidevorrichtung zur Zerteilung des Faservlieses in Abschnitte / Faservliesplatinen befinden.
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Weiter kann nachfolgend an das Förderband und die Zerschneidevorrichtung dreidimensionale Formteile angeordnet sein.
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Bevorzugt laufen die beiden Transportbänder parallel. Gezielt kann der Abstand der luftdurchlässigen Transportbänder zueinander über ihre Länge verringert und somit das Vlies vorkomprimiert werden.
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Der Luftabzugsbereich ist über die Breite in einzelne getrennt ansteuerbare Bereiche unterteilt. Die Steuerung kann dabei über Querschnittsänderungen bei gleiche Saugdruck oder über eine Änderung des Saugdrucks erfolgen.
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In Koppelung mit der Bandgeschwindigkeit und des zentralen Saugdrucks können Vlies mit definiert örtlich unterschiedlichen Dichten erzielt werden.
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In einer ersten Ausführung verlässt das Vlies ohne Übergabe in ein anderes Transportsystem das Band im erkalteten Zustand.
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In einer anderen Ausführung wird das erwärmte Vlies in Platinenabschnitte geschnitten, in die untere Hälfte eines 3 - D Formwerkzeuges, welche unten entlanggefahren wird abgelegt, das Werkzeug mit der Werkzeugoberhälfte geschlossen, das Produkt in die Endform verpresst und das dreidimensionale geformte Produkt abgekühlt.
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Weiter kann die Kühlquelle für die thermische Verfestigung nachfolgend an die Wärmequelle im hinteren Abschnitt des Transportsystems oder den Inhalt des dreidimensionalen Formteils kühlend angeordnet sein.
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Als Wärmequelle und auch Kühlquelle für die thermische Verfestigung können verschiedene Ansätze gewählt werden. Die Wärmequelle kann beispielsweise in Form eines Heißluft-Luftstromes ausgebildet sein. In einer besonderen Ausführung wird das Vlies mittels kurzwelliger Strahlen erwärmt.
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Die Kühlung das Vlieses kann über Kaltluft oder über Kontakt, bevorzugt im 3-D Formwerkzeug erfolgen.
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Die Faservliesplatine besitzt insbesondere, wenn sie entsprechend hergestellt wurde (mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mittels der Anordnung) eine definierte Dichteverteilung über die Länge und die Breite besitzt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen in der Abbildungsbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht zwingend beschränkend zu werten sind:
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Es zeigen:
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der senkrechten Ausrichtung der Fasern zwischen zwei parallel verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern;
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Faservliesplatine;
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Faservlies-Herstellungsanordnung mit getrennten Zufuhranordnungen von Trägerfasern und Bindefasern, gemeinsamen Mischsystem und parallel verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern;
- eine schematische Darstellung einer über die Breite differenzierte Luftführung und -saugung;
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des hinteren Abschnittes einer Faservlies-Herstellungsanordnung mit parallel verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern, einer Wärmequelle, einer Kühlquelle und einer Zerschneidevorrichtung;
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des hinteren Abschnittes einer Faservlies-Herstellungsanordnung mit parallel verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern, einer Wärmequelle, einer Zerschneidevorrichtung und einem dreidimensionalen Formteil und
- eine mögliche Dichteverteilung für eine Bodenisolation eines Personenkraftwagens.
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An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, das funktionsgleiche Bauteile mit einheitlichen Bezugszeichen versehen sind.
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In ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit senkrecht orientierten Fasern 3 zwischen zwei parallel verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4' dargestellt.
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zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Faservliesplatine 2 aufweisend senkrecht orientierte Fasern 3.
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zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Faservlies-Herstellungsanordnung 1 mit getrennten Zufuhranordnungen 5, 5' von Trägerfasern und Bindefasern, getrennten Faseröffnern 6, 6', gemeinsamen Mischsystem 7 und parallel oben und unten verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4'. Die Fasern werden jeweils von der Zufuhranordnung 5, 5' in einen Faseröffner 6, 6' geführt. An die Faseröffner 6, 6' schließt sich ein gemeinsames Mischsystem 7 zur Durchmischung der Fasern für eine homogene Verteilung an.
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zeigt in der Frontansicht eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Faservlies-Herstellungsanordnung 1 mit getrennten Zufuhranordnungen 5, 5' von Trägerfasern und Bindefasern, getrennten Faseröffnern 6, 6', gemeinsamen Mischsystem 7 und parallel oben und unten verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4'. Die Fasern werden jeweils von der Zufuhranordnung 5, 5' in einen Faseröffner 6, 6' geführt. An die Faseröffner 6, 6' schließt sich ein gemeinsames Mischsystem 7 zur Durchmischung der Fasern für eine homogene Verteilung an.
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Über ein System aus mehreren Ventilatoren 15-1 - 15-4 wird der Luft-, Faserstrom über einen Umlenkkanal 16 in die zwei parallelen, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4' geführt.
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Über eine Luftabsaugung 8, 8' ,81 - 8.10 von außen an den luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4' wird über die Vliesbreite mit unterschiedlicher Stärke auch zeitlich veränderlich abgesaugt und die Fasern kondensieren senkrecht zur Oberfläche der Transportbänder in unterschiedlicher Dichte. Der Start der Luftabsaugung 81- 8.10 ist am Anfang der Transportbänder ausgeführt und das Ende der Luftabsaugung 82 liegt direkt vor dem Anlagenbereich für die thermische Verfestigung. Für die thermische Verfestigung sind eine Wärmequelle 9 und eine Kühlquelle 10 hintereinandergeschaltet. Anschließend wird das fertige Faservlies in nachfolgenden Produktionsschritten weiterverarbeitet.
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In ist eine schematische Darstellung des hinteren Abschnittes eines Ausführungsbeispiels einer Faservlies-Herstellungsanordnung 1 mit parallel oben und unten verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4', einer Wärmequelle 9, einer Kühlquelle 10 und einem nachfolgenden Förderband 11 mit Zerschneidevorrichtung 12. Die fertigen Faservliesplatinen 2 werden in einem Produktsammelbehälter 13 aufgefangen. Das Ende der Luftabsaugung 82 liegt direkt vor dem Anlagenbereich für die thermische Verfestigung mit Wärmequelle 9 und Kühlquelle 10.
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zeigt eine schematische Darstellung des hinteren Abschnittes eines Ausführungsbeispiels einer Faservlies-Herstellungsanordnung 1 mit parallel oben und unten verlaufenden, luftdurchlässigen Transportbändern 4, 4', einer Wärmequelle 9, einem nachfolgenden Förderband 11 mit Zerschneidevorrichtung 12 und dreidimensionalen Formteilen 14. Die untere Hälfte eines dreidimensionalen Formteils 14 wird unter den warmen und somit gut formbaren Faservliesplatinen 2 entlanggefahren. Endet das Förderband 11, so werden die Abschnitte einzeln auf den unteren dreidimensionalen Formteilhälften abgelegt. Die oberen Formteilhälften werden anschließend mit einem festgelegten Druck auf die unteren jeweils mit einer Faservliesplatine 2 gefüllten Formteilhälften gepresst und die Faservliesplatine 2 somit ausgeformt. Die Kühlung der erwärmten und in den dreidimensionalen Formteilen 14 geformten Faservliesplatinen erfolgt jeweils in den unteren Hälften der dreidimensionalen Formteile 14 vor der Übergabe in einen Produktsammelbehälter 13. Es wird ein fertig ausgeformtes Faservliesprodukt erhalten.
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zeigt für eine Bodenisolation eines Personenkraftwagens eine mögliche Dichteverteilung. In den Fußaufstellbereichen ist die Dichte höher für dieses Beispiel bei 70 kg/m3, im Tunnel und unter den Sitzen bei 30 kg/ m3
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faservlies-Herstellungsanordnung
- 2
- Faservliesplatine
- 3
- Senkrecht orientierte Fasern
- 4, 4'
- luftdurchlässiges Transportband
- 5, 5'
- Zufuhranordnung
- 6, 6'
- Faseröffner
- 7, 7'
- Mischsystem
- 8, 8'
- Luftabsaugung 8-1 - 8-10
- 81
- Start Luftabsaugung
- 82
- Ende Luftabsaugung
- 9
- Wärmequelle
- 10
- Kühlquelle
- 11
- Förderband
- 12
- Zerschneidevorrichtung
- 13
- Produktsammelbehälter
- 14
- Dreidimensionales Formteil
- 15-1 -15 -4
- Ventilatoren zur Luftsteuerung
- 16
- Umlenkkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010034159 [0015]
- WO 2006092029 [0016]
- WO 2009056745 [0017]
