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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ausbildung
einer Längsfaserbahn,
wobei eine Schicht von im Wesentlichen parallelen Fasern auf eine
Trägerschicht
aufgetragen wird, und die Längsrichtung
der Fasern parallel zur Längsrichtung der
Bahn ausgerichtet sind.
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Genauer
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Bildung einer Bahn
dieses Typs in einem fortlaufenden Prozess, so dass die Länge dieser Bahn
im Prinzip unendlich lang sein kann. Eine Bahn dieser Art wird im
folgenden Text mit dem Begriff „fortlaufende" Bahn bezeichnet.
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Die
Herstellung einer Längsfaserbahn
in einem fortlaufenden Prozess ist an und für sich bekannt. Dies beinhaltet
im Grunde, dass die Fasern auf einer Seite einer fortlaufenden Bahn
von Trägermaterial
aufgetragen werden, parallel zueinander und parallel zur Längsrichtung
der Trägerbahn,
während
eine gute reproduzierbare Haftung zwischen Fasern und Trägerschicht
sichergestellt ist. Die Längsfaserbahn
wird auf diese Weise gebildet, das heißt, das zusammengefügte Produkt
aus Trägerbahn
und aufgetragener Parallelfaserschicht kann dann zu einer Rolle
aufgewickelt werden.
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In
einem Prozess dieses Typs werden die in Längsrichtung ausgerichteten
Zugkräfte
auf die Fasern und auf die Trägerbahn
ausgeübt,
um die Fasern und die Trägerbahn
durch eine Produktionsvorrichtung zu transportieren. In dieser Produktionsvorrichtung
werden zum Beispiel die Fasern von einer Materialspule oder einen
Garnspannrahmen abgewickelt, wo die Fasern in Form von Fadenbündeln oder Fadensträngen aufgewickelt
sind. Es ist bevorzugt, dass diese Bündel oder Stränge ausgebreitet
sind, so dass einzelne Fäden
vor dem Kontakt mit der Trägerschicht
so möglichst
gut nebeneinander angeordnet werden. Zu diesem Zweck werden die
Fasern in einem gewundenen Bereich über mehrere die Ausbreitung
bewirkende Elemente gezogen, wobei für diesen Zweck eine relativ
hohe Zugkraft erforderlich ist. Durch diese hohe Zugkraft wird eine
relativ hohe Spannung in den Fasern erzeugt. Weiterhin wird die Zugkraft
durch eine Zugrolle ausgeübt,
und wegen der hohen Zugkraft tritt ein Schlupf zwischen der Zugrolle
und den Fasern auf. Zum Transport der Trägerbahn reicht eine geringere
Zugkraft aus, so dass die Spannung und der Schlupf, die in der Trägerbahn auftreten,
viel geringer sind. In der Praxis wurde dann entdeckt, dass der
Unterschied in Spannung und Schlupf, der einerseits bei der Trägerschicht
und andererseits bei den Fasern auftritt, zu Problemen führen kann,
wie zum Beispiel einer unerwünschten Krümmung der
Längsfaserbahn.
Je nach Material der Trägerschicht
können
die lockeren Fasern auch einen größeren oder kleineren Grad an
Komprimierung der gebildeten Längsfaserbahn
verursachen.
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Ein
weiteres Problem bei dieser Verbindung ist, dass beim Aufwickeln
eine relativ hohe Zugkraft erforderlich ist.
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Ein
weiteres Problem, das entstehen kann, ist, dass die gebildete Längsfaserbahn
immer noch relativ hohe Belastungen enthält und dass ein mit Hilfe der
Längsfaserbahn
hergestelltes Gebrauchsprodukt immer noch geringe Flexibilität und Brauchbarkeit
aufweist.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen
Probleme zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine in den Fasern
vorherrschende Zugspannung verringert, bevor die Fasern auf die
Trägerschicht
aufgetragen werden, dergestalt, dass die Spannung in den Fasern
im Wesentlichen gleich der Spannung in der Trägerschicht ist. In diesem Kontext
ist es bevorzugt, dass die Belastung der Fasern und der Trägerschicht
an der Position, an der die Fasern und die Trägerschicht aufeinander aufgetragen
werden, minimal ist, d. h. nicht größer als erforderlich, damit
die verbundene Bahn durch die Vorrichtung transportiert werden kann.
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In
der vorliegenden Erfindung werden die Fasern in einer höheren Geschwindigkeit
an einen Verbindungsort transportiert als die Trägerbahn. Der relative Geschwindigkeitsunterschied
kann ausgewählt werden,
um die Unterschiede in Spannung und auftretenden Schlupf auszugleichen,
so dass in der zusammengefügten
Längsfaserbahn
keine Längenunterschiede
vorliegen, wenn sich die in den Materialien vorherrschende Spannung
gelöst
hat. Es können auch
gewisse Vorteile bestehen, wenn den Fasern eine noch höhere Geschwindigkeit
verliehen wird.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen zweier Bahnen an Folienmaterial
aufeinander sind an und für
sich aus der
britischen Patentoffenlegung
2,170,186 bekannt, wobei eine der Folienbahnen aus einer
Materialspule durch ein Paar Laminierrollen herausgezogen wird.
Gemäß dieser
Offenlegung ist es das Ziel, dass die beiden Bahnen aufeinander
mit einem einheitlichen Spannungsgrad aufgetragen werden, um zu
verhindern, dass sich das laminierte Material wellt. Zu diesem Zweck
beschreibt die Offenlegung eine Vorrichtung, in der der Spannungszustand
einer Folie direkt gemessen wird, basierend auf der Dicke dieser
Folienbahn, wobei das so funktioniert, dass bei abnehmender Dicke oder
Breite einer Folienbahn die Spannung abnimmt. Weiterhin umfasst
die in dieser Offenlegung beschriebene Vorrichtung Mittel zum Einstellen
des Belastungszustands in dieser Folienbahn in gesteuerter Weise,
wobei das Ergebnis der Dickenmessung als Steuersignal verwendet
wird. Zu diesem Zweck umfasst die in der Offenlegung beschriebene
Vorrichtung unter anderem eine steuerbare Bremse für eine Materialspule;
auf diese Weise wird der Spannungszustand der einen Folienbahn über die
gesamte Länge
der Folienbahn gesteuert, von der Materialspule bis zu den Laminierrollen.
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Diese
Offenlegung bezieht sich jedoch nicht auf die Aufbringung von Fasern
auf einer Trägerbahn.
Wie oben beschrieben, werden die Fasern, bevor sie mit der Trägerschicht
in Kontakt kommen, in einem gewundenen Abschnitt über mehrere
der Ausbreitung dienende Elemente gezogen, wofür eine relativ hohe Zugkraft
erforderlich ist, so dass in dem gewundenen Abschnitt eine relativ
hohe Spannung in den Fasern auftritt. Es ist dann nicht möglich, die
in
GB 2,170,186 beschriebene
Technik zu verwenden, bei der im Grunde der Belastungszustand über die gesamte
Länge der
Folienbahn gesteuert wird. Im Unterschied dazu ist in der vorliegenden
Erfindung vorgesehen, dass die in den Fasern vorherrschende Zugspannung
verringert wird, bevor die Fasern auf der Trägerschicht verbunden werden.
Anders ausgedrückt,
wenn ein Beobachter auf einer Faser mitreisen würde, würde er zuerst einen relativ
hohen Belastungszustand in einem bestimmten Bereich bemerken und
dann nachfolgend in einen Bereich eintreten, in dem der hohe Spannungszustand
verringert wird. Über
die gesamte Länge
einer Faser betrachtet, von der Materialspule bis zur Verbindungsstation,
weist diese Faser daher einen ersten Faserteil mit einem hohen Belastungszustand
und einen zweiten Faserteil mit bedeutend geringerem Belastungszustand
auf.
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En
Verfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 wird in
EP-0.724.949 offengelegt.
Das Dokument legt ein Verfahren offen, bei dem die Fasern auf eine
Trägerschicht
in Sinuswellenform aufgelegt werden. Die auf die Fasern ausgeübte Zugkraft
ist relativ gering. Die Zugkraft wird durch die Fusionsrolle ausgeübt.
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Es
wird weiterhin hervorgehoben, dass
GB-1.337.442 einen
Vliesstoff aus mehreren Schichten aufgelockerter Fasern offenlegt.
Diese Fasern werden auf die Trägerschicht
in aufgelockertem Zustand im Zickzack-Muster aufgelegt. Eine Zuführungsrolle
zieht die Fasern von einer Materialrolle, ohne dass sich ein Vorbehandlungsabschnitt
zwischen der Materialrolle und der Zuführungsrolle befindet, so dass
nur geringe oder keine innere Belastung in den Fasern vorliegt.
Die Fasern werden sehr reichlich auf die Trägerschicht aufgetragen, um
das Zickzack-Muster zu bilden.
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Diese
und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden ausführlicher
in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen dieselben Referenzziffern
dieselben oder ähnliche
Teile angeben, wobei:
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1 eine
diagrammatische perspektivische Ansicht mehrerer Komponenten einer
Vorrichtung zur Herstellung einer Längsfaserbahn ist, um den Herstellungsprozess
von Längsfaserbahnen
zu veranschaulichen;
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2 diagrammatisch
eine Seitenansicht einer bekannten Vorrichtung zum Herstellen einer Längsfaserbahn
ist;
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2A das
Detail A aus 2 in vergrößertem Maßstab darstellt;
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3 diagrammatisch
eine Seitenansicht, ähnlich
der in 2 , eines Teils einer Produktionsvorrichtung zum
Herstellen einer Längsfaserbahn
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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4A und 4B diagrammatisch
Blockdiagramme einer Steueranordnung der Herstellungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
sind;
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und 5 diagrammatisch
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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1 stellt
diagrammatisch einen möglichen Herstellungsprozess
einer Längsfaserbahn 100 dar. Die
Bahn 100 wird aus Fasern gebildet, wobei die Fasern über eine
bestimmte Breite der herzustellenden Längsfaserbahn 100 nebeneinander
gehalten werden, was in einer Ausführungsform etwa 1,6 m ist.
In diesem Fall entspricht die Längsrichtung
der Fasern der Längsrichtung
der Längsfaserbahn.
Im Prinzip besitzen die Fasern eine fortlaufende Länge.
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Die
Fasern können
verschiedene Erscheinungsformen haben. Die Fasern können als
Bündel oder
Stränge
vieler Fäden
gebildet sein, wobei jeder Faden eine Dicke von etwa 10 μm aufweisen
kann. Die Anzahl der Fäden
kann zwischen einigen Zehn und einigen Tausend liegen, beträgt aber
in der Regel zwischen 250 – 2500.
Je nach Anzahl und Dicke der Fäden
kann die Dicke einer Faser in der Regel im Bereich von 100 m bis
zu wenigen Millimeter betragen. Die Fasern können aber auch eine streifenartige
oder bandartige Form haben, mit Abmessungen, die erheblich größer sind
als die der Fäden;
bandartige Fasern haben in der Regel eine Dicke im Bereich von 10–100 m und
in der Regel eine Breite zwischen 1–5 mm.
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Die
vorliegende Erfindung kann für
Fasern jeder gewünschter
Form verwendet werden: sowohl für
Fasern in Bündelform
als auch für
Fasern in Bandform.
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Ja
nach Material der Fasern können
sie in einer Imprägnierungsstation 10 über einen
oberen Bereich einer Imprägnierrolle 3 geleitet
werden, wobei ein unterer Bereich davon in ein Bad mit einem Matrixmaterial 4 getaucht
wird. Eine Zugkraft F, die in Längsrichtung
der Fasern 2 gerichtet ist, wird auf die Fasern ausgeübt, mit
dem Ergebnis, dass die Fasern durch die Imprägnierstation 10 in
ihrer Längsrichtung durchgezogen
werden. In dem Prozess rotiert die Imprägnierrolle 3 durch
den Behälter
mit Matrixmaterial 4, wobei das Matrixmaterial 4 auf
die Fasern 2 aufgetragen wird, die in Kontakt mit der rotierenden
Imprägnierrolle 3 durch
diese Imprägnierrolle 3 stehen.
Auf diese Weise werden die Fasern 2 mit dem Matrixmaterial 4 imprägniert.
Die Materialien der Matrix 4 und der Fasern 2 sind
aneinander dergestalt angepasst, das die Fasern 2 gut am
Matrixmaterial 4 haften.
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Die
imprägnierten
Fasern 2 werden auf die Trägerschicht 6 aufgetragen,
wobei zu diesem Zweck die imprägnierten
Fasern 2 zusammen mit der Trägerschicht 6, die
von einer Materialspule 6' kommt,
in eine Verbindungsstation 20 zu einer Fusionsrolle 5 geführt werden,
die mit einer oder mehreren druckausübenden Rollen 5' versehen sein
kann. Die Trägerschicht 6 kann
eine Bahn aus zum Beispiel Papier, Folie, einen Faservlies usw.
sein. Wenn angemessen, kann die Oberfläche der Trägerschicht 6 mit einem
Plastikmaterial versehen sein, das mit dem Matrixmaterial 4 identisch
sein kann. Die Temperatur der Fusionsrolle 5 kann dann
so reguliert werden, dass eine gute Adhäsion zwischen den imprägnierten
Garnen 2 und dem Plastikmaterial 6 erzielt wird.
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Die
Trägerschicht 6 erreicht
die Fusionsrolle 5 an einer früheren Position als die Fasern 2,
in der Rotationsrichtung der Fusionsrolle 5 gesehen, was
in 2 im Uhrzeigersinn ist. In der Folge befindet
sich die Trägerschicht 6 zwischen
der Fusionsrolle 5 und den Fasern 2.
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Die
Kombination der Trägerschicht 6 mit
den darauf angebrachten Fasern 2 wird im Folgenden als Längsfaserbahn 100 bezeichnet.
Diese durchläuft
einen Trocknungsbereich 7, in dem die imprägnierten Fasern
trocknen, und wird dann auf eine Rolle 8 aufgewickelt.
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Als
Alternative zur Imprägnierung
können
die Fasern auch einer anderen Form von Vorbehandlung vor Auftragen
auf einer Trägerschicht
unterzogen werden.
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Für eine ausführlichere
Beschreibung eines möglichen
Verfahrens zur Herstellung einer Längsfaserbahn wird auf das
holländische Patent 1006092 verwiesen.
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Am
Eingang der Vorrichtung können
die Fasern zum Beispiel von einer Materialspule oder einem Garnspannrahmen
gezogen werden, die der Einfachheit halber nicht dargestellt werden.
Unabhängig
von der Form der Fasern ist es bevorzugt, dass die Faserschicht
auf der Trägerschicht
möglichst
dünn ist
und dass die Fasern möglichst
nah nebeneinander liegen. Im Besonderen, wenn die Fasern als Bündel einer
Vielzahl von Fäden
gebildet sind, ist es bevorzugt, dass die Fadenschicht auf der Trägerschicht
eine Dicke aufweist, die geringer ist als die Dicke dieser Stränge oder
Bündel,
und im Allgemeinen ist es sogar für die Fadenschicht auf der
Trägerschicht
bevorzugt, eine Dicke zu haben, die der Dicke der einzelnen Fäden entspricht.
Hierzu werden die aus der Materialspule oder dem Garnspannrahmen
stammenden Fadenbündel
zuerst über
die der Ausbreitung dienenden Elemente gezogen, die die Bündel ausbreiten
und dadurch dünner
machen. Je mehr die Bündel
ausgebreitet werden und je dünner somit
ein Bündel
wird, umso mehr ist eine höhere Zugkraft
erforderlich..
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2 zeigt
eine Seitenansicht einer bekannten Vorrichtung 1 zum Herstellen
einer Längsfaserbahn. 2A zeigt
vergrößert, dass
die Fasern 2 im Bereich vor der Imprägnierrolle 3 hinter
die ersten der Ausbreitung dienenden Elemente 11 geführt werden, und
im Bereich zwischen der Imprägnierrolle 3 und der
Fusionsrolle 5 hinter die zweiten der Ausbreitung dienenden
Elemente 12 geführt
werden, wobei die der Ausbreitung dienenden Elemente relativ scharfe Richtungsänderungen
in der Faser verursachen, um auf diese Weise die Fasern auszubreiten
und zu positionieren, bevor die Fasern die Fusionsrolle 5 erreichen.
Die der Ausbreitung dienenden Elemente 11, 12 üben eine
relativ hohe Reibungskraft auf die Fasern 2 aus, so dass
die Zugkraft F, die auf die Fasern 2 ausgeübt werden
muss, relativ hoch sein muss. Die Zugkraft F muss durch die Fusionsrolle 5 zugeführt werden,
in der Form einer Reibungskraft, die beim Fasereingang der Fusionsrolle 5 vorherrscht,
d. h. der Position, an der die Fasern 2 die Fusionsrolle 5 erreichen.
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Entlang
des Umfangs der Fusionsrolle 5 nimmt die in den Fasern
herrschende Belastung gemäß der folgenden
Formel ab: F(α) = F·exp(–f·α) (1)wobei f der
wirkende Reibungskoeffizient zwischen der Fusionsrolle 5 und
den Fasern 2 ist, und wobei α bder Winkelabstand (in rad)
gemessen vom Fasereingang entlang des Umfangs der Fusionsrolle 5 ist.
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Dieselbe
Formel gilt für
den Ausgang der Fusionsrolle 5, d. h. den Punkt, an dem
die Längsfaserbahn 100 die
Fusionsrolle 5 verlässt.
In diesem Fall muss für α der durch
die Fasern 2 eingeschlossene über die Fusionsrolle 5 Winkel
eingetragen werden. Diese Belastung muss durch die Aufwickelrolle 8 gebildet
werden.
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Wie
bekannt, ist die Zugspannung in einer Faser mit der elastischen
Spannung verknüpft.
Im folgenden Text wird die relative Steigerung in der Länge ΔL/L, wobei
L die Länge
des belastungsfreien Zustands ist, als Maß für die Spannung ε verwendet. Das
Verhältnis
zwischen Spannung und Zugspannung hängt vom Elastizitätsmodul
ab, der eine Materialeigenschaft ist.
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Wegen
der erforderlichen relativen Zugkraft F, sind die Fasern 2 am
Fasereingang der Fusionsrolle 5 relativ hoher Spannung
unterworfen. Weniger Kraft ist für
das Abwickeln der Trägerschicht 6 von der
Materialspule 6' erforderlich,
und daher ist die Spannung, die in der Trägerschicht 6 am Fasereingang
der Fusionsrolle 5 auftritt viel geringer als die Spannung
in den Fasern 2. Anders ausgedrückt, wenn die Fasern 2 und
die Trägerschicht 6 miteinander
fusioniert werden, ist die Spannung auf den Fasern 2 relativ
gesehen höher
als die Spannung auf der Trägerschicht 6.
Wenn sich die Fasern 2 und die Trägerschicht 6 nach
der Fusion in einen belastungsfreien Zustand entspannen, wobei die
Spannung beseitigt ist, so dass die Fasern 2 und die Trägerschicht 6 in
ihre ursprüngliche
Länge zurückkehren,
treten Probleme auf Grund der Fasern in der Längsfaserbahn auf, die sich
in höherem
Maß als
die Trägerschicht
entspannen oder zurückspringen.
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Die
Wirkung wird durch die Tatsache verstärkt, dass wegen der erforderlichen
relativ hohen Zugkraft F ein Schlupf zwischen der Trägerschicht 6 und
den Fasern 2 am Fasereingang der Fusionsrolle 5 auftritt.
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Ein
erstes Ziel der Erfindung ist die Verringerung der Probleme, die
mit der auftretenden Spannung zusammenhängen. Hierzu schlägt die vorliegende
Erfindung vor, dass an der Stelle, an der die Fasern 2 und
die Trägerschicht 6 verbunden
werden, die Spannung für
die Fasern und die Spannung auf der Trägerschicht im Wesentlichen
einander gleich gemacht werden.
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Gemäß einem
ersten Ansatz im Kontext der vorliegenden Erfindung kann zu diesem
Zweck die Spannung in der Trägerschicht 6 erhöht werden,
zum Beispiel durch Bremsen der Materialspule 6' , so dass eine
höhere
Zugkraft auf die Trägerschicht 6 beim
Eingang von Trägerschicht
und Bahn der Fusionsrolle 5 ausgeübt wird. Ein Nachteil dieser
Lösung ist
aber, dass sie eine höhere
Belastung auf der Maschine verursacht und dass die Längsfaserbahn 100 um
die Materialspule 8 unter sehr hoher Belastung aufgewunden
wird. Das Problem kann gelöst
werden, indem die intere Zugspannung der Längsfaserbahn 100 in
einem Entspannungsbereich verringert wird, zum Beispiel entlang
von Lockerungsrollen, vor Eintritt in den Trocknungsbereich 7,
so dass eine geringere Zugspannung zum Aufwickeln auf die Spule 8 erforderlich
ist.
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Ein
weiteres Problem ist jedoch, dass es schwierig zu bestimmen ist,
wie groß die
Spannung in der Trägerschicht 6 sein
sollte und damit, welche Zugspannung in der Trägerschicht 6 vorherrschen sollte.
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Ein
zweites Ziel der Erfindung ist, auch diese Nachteile zu überwinden.
Weiterhin, möchte
die Erfindung die mit dem Schlupf verbundenen Probleme lösen. Zu
diesem Zweck wird gemäß dieser
Erfindung die Belastung in den Fasern 2 verringert, bevor die
Fasern 2 mit der Trägerschicht 6 verbunden
werden.
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In
der Vorrichtung gemäß des Stands
der Technik wird die Zugkraft F, die erforderlich ist, um die Fasern 2 durch
die Imprägnierstation 10 und
entlang den der Ausbreitung dienenden Elementen 11, 12 zu ziehen,
durch die Fusionsrolle 5 bereitgestellt. In der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, ist eine Spann- und Lockerungsstation 130, die
die Funktion der Bereitstellung der erforderlichen Zugkraft F übernimmt,
und dann die in den Fasern 2 vorherrschende Spannung verringert,
bevor die Fasern die Fusionsrolle 5 erreichen, zwischen
den der Ausbreitungen dienenden Elementen 11, 12 der
Imprägnierstation 10 und
der Kombinationsrolle 5 der Verbindungsstation 20 angeordnet.
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3 ist
eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung 101 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Auf der linken Seite der Abbildung befindet sich eine Vorbehandlungsstation 110,
die mit der Imprägnierstation 10 gemäß dem Stand
der Technik identisch sein kann und daher nicht weiter beschrieben
wird. Auf der rechten Seiten der Abbildung befindet sich die Fusionsrolle 5 einer
Verbindungsstation 120 und eine gebildete Längsfaserbahn 100,
die die Fusionsrolle 5 verlässt. Die gebildete Längsfaserbahn 100 wird
in einem Trocknungsbereich getrocknet und auf eine Spule aufgewickelt,
wobei der Trocknungsbereich 7 und die Aufwickelspule 8 gemäß dem Stand der
Technik verwendet werden können,
die daher nicht ausführlicher
beschrieben werden.
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Im
Grunde kann die Verbindungsstation 120 mit der Verbindungsstation 20 gemäß dem Stand
der Technik identisch sein. Von der Materialspule 6' wird die Trägerschicht 6 zu
Fusionsrolle 5 geführt,
wobei die Trägerschicht 6 von
der Materialspule 6' durch
die angetriebene Fusionsrolle 5 abgezogen wird. Dies erfordert
relativ wenig Kraft und die Zugspannung, die in der Trägerschicht 6 auftritt,
wie auch die daraus resultierende Spannung in der Trägerschicht 6,
ist gering.
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Die
Spann- und Lockerungsstation 130 enthält eine angetriebene Zugrolle 31.
Von der Vorbehandlungsstation 110 kommen die Fasern 2 zu
einem Eingang 32 der Zugrolle 31 und umlaufen
einen relativ großen
Teil des Umfangs der Zugrolle 31, bevor sie einen Ausgang 34 der
Zugrolle 31 erreichen. Der umspannte Winkel kann in einer
Größenordnung
im Bereich zwischen 180° bis
270° liegen,
vorzugsweise mindestens 200°.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere druckausübende Rollen 33 entlang
des Umfangs angeordnet. Die Oberfläche der Zugrolle 31 ist
in Bezug zum Material der Fasern 2 ausgewählt, und
das flüssige
Matrixmaterial so, dass es einen guten Reibungskoeffizienten bieten
kann: das Material kann, zum Beispiel, ein Gummimaterial sein, aber
auch ein Edelstahl.
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Die
Zugrolle 31 zieht die Fasern durch die Vorbehandlungsstation 110,
so dass am Eingang 32 der Zugrolle 31 eine relativ
hohe Zugspannung in den Fasern 2 vorliegt, so dass diese
Fasern sich unter einer relativ hohen Spannung e am Eingang 32 der Zugrolle 31 befinden.
Am Ausgang 34 der Zugrolle 31 hat die Belastung
in den Fasern 2 und die zugehörenden Spannungen ε erheblich
abgenommen, gemäß der oben
aufgeführten
Formel (1).
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In
bekannten Vorrichtungen muss die auf die Fasern ausgeübte Zugkraft
durch die Reibungskraft bereitgestellt werden, die durch die Oberfläche der Trägerschicht
erzeugt wird. Da in diesem Fall der Reibungskoeffizient relativ
niedrig ist, ist der Schlupf relativ groß. Daher bietet die vorliegende
Erfindung bereits den Vorteil, dass die Zugkraft nun durch eine eigene
Zugrolle bereitgestellt wird, deren Oberfläche mit einem höheren Reibungskoeffizienten
ausgewählt
werden kann, so dass der zwischen Fasern und Zugrolle auftretende
Schlupf geringer ist als der Schlupf zwischen Fasern und Trägerschicht,
der in der bekannten Vorrichtung auftritt.
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Im
folgenden Text wird der zwischen den Fasern und der Zugrolle auftretende
Schlupf als Geschwindigkeitsverhältnis η bezeichnet,
das als Verhältnis
zwischen der Umfangsgeschwindigkeit v(31) der Zugrolle 31 und
der linearen Geschwindigkeit v(32) der gespannten Fasern 2 am
Eingang 32 der Zugrolle 31 definiert ist: η =
v(31)/v(32) (2)
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Die
Fasern 2 können
direkt vom Ausgang 34 der Zugrolle 31 zum Fasereingang
der Fusionsrolle 5 transportiert werden. Für Fachleute
ist es klar, dass die Position der Zugrolle 31 bezüglich der
Fusionsrolle 5 sich dann von der in 3 dargestellten
unterscheiden muss, und dass in diesem Fall die Rotationsrichtung
der Zugrolle 31 entgegengesetzt zu der von Fusionsrolle 5 sein muss.
Gemäß der Idee
der Erfindung bietet dies bereits den Vorteil, dass die Spannung
in den Fasern verringert wird, bevor sie die Fusionsrolle 5 erreichen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform
umfasst die Spann- und Lockerungsstation 130 eine Zwischenrolle 37,
die zwischen der Zugrolle 31 und der Fusionsrolle 5 angeordnet
ist, und die Faser 2 werden, bevor sie die Fusionsrolle 5 von
der Zugrolle 31 zum Zwecke der Verbindung mit der Trägerschicht 6 erreichen,
entlang dieser Zwischenrolle 37 geführt. Dies ermöglicht eine
weitere Lockerung der Fasern 2.
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Im
Grunde ist es möglich,
mehrere Zwischenrollen hinzuzufügen,
aber Tests haben gezeigt, dass es nicht notwendig ist, die Verringerung
der Belastung, die in den Fasern 2 am Fasereingang der Fusionsrolle 5 vorherrscht,
so zu verwirklichen, dass sich die Fasern meist nur unter geringer
Spannung befinden, die der geringen Spannung in der Trägerschicht 6 an
der Position des Fasereingangs der Fusionsrolle 5 sehr ähnlich ist.
Eine geringe Zugkraft ist dann ausreichend, um die fusionierte Längsfaserbahn 100 aufzuwickeln.
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Ein
wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass die Zugkraft
P, die auf die Fasern 2 ausgeübt werden soll, durch eine
Zugrolle 31 bereitgestellt wird, die vor der Fusionsrolle 5 angeordnet ist,
und dass sich die Fasern 2 vor Erreichen der Fusionsrolle 5 entspannen
können.
Ein weiter wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass
es nun möglich
ist, dass die Fasern der Fusionsrolle 5 dergestalt bereitgestellt
werden, dass die lineare Geschwindigkeit im entspannten Zustand
der linearen Geschwindigkeit der Trägerschicht im entspannten Zustand
entspricht.
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Da
die Zugspannung, die zum Abwickeln der Trägerschicht 6 von der
Materialspule 5' erforderlich ist,
relativ gering ist, ist die in der Folge verursachte Belastung in
der Trägerschicht
vernachlässigbar. Wenn
die Umfangsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 mit v(5)
bezeichnet wird, kann die Länge
der Trägerschicht 6,
die die Fusionsrolle 5 in einem Zeitintervall x erreicht,
als L = τ·v (5)
bezeichnet werden, und dieselbe Länge verlässt die Fusionsrolle 5.
In der Vorrichtung des Stands der Technik erreichen die Fasern 2 den
Eingang der Fusionsrolle in gespannten Zustand. Dies bedeutet, dass
im selben Zeitintervall τ die
Länge der
Fasern, die die Fusionsrolle 5 in gespannten Zustand erreichen,
gleich L = τ·v (5)
ist, aber wenn diese Fasern entspannt sind, beträgt die Länge, die in dem Zeitintervall
verarbeitet wird, nur L/(1 + ε).
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In
der Folge wird die Zugrolle 31 mit einer Umfangsgeschwindigkeit
v(31) angetrieben, die höher
ist als die Umfangsgeschwindigkeit v(5) der Fusionsrolle, dergestalt,
dass v(31) im Wesentlichen gleich η·(1 + ε)·v(5) ist, so dass die Fasergeschwindigkeit
v(32) am Eingang 32 der Zugrolle 31 im Wesentlichen
gleich (1 + ε)·v(5) ist,
wodurch sichergestellt ist, dass die Länge der Fasern, die den Fasereingang
der Fusionsrolle 5 in entspannten Zustand erreichen, im
Wesentlichen gleich L = τ·v(5) ist.
Darüber
hinaus wird wegen der geringeren Spannung in den Fasern 2 kaum
noch Schlupf zwischen den Fasern 2 und der Trägerschicht 6 am
Fasereingang der Fusionsrolle 5 auftreten. Das Gesamtergebnis
der vorliegenden Erfindung ist, dass in der hergestellten Längsfaserbahn 100 kaum
weitere Längen-
und Belastungsunterschiede zwischen den Fasern und der Trägerschicht
auftreten.
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Die
Zwischenrolle 37 dreht sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit,
die der Umfangsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 entspricht.
Zu diesem Zweck kann die Zwischenrolle 37 eine von einem
Motor angetriebene Rolle sein, aber die Zwischenrolle 37 kann
aber auch eine freilaufende Rolle sein, die auf die Fusionsrolle 5 gepresst
wird, so dass die Zwischenrolle 37 durch die rotierende
Fusionsrolle 5 angetrieben wird.
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Im
Grunde ist es möglich,
dass die Zugrolle 31 und die Fusionsrolle 5 von
derselben Winkelgeschwindigkeit angetrieben werden, während die
Zugrolle 31 einen größeren Durchmesser
als die Fusionsrolle 5 aufweist, um auf diese Weise die
verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Der Durchmesser
D(31) der Zugrolle 31 müsste
dann im Wesentlichen gleich η·(1 + ε)·D(5) sein,
wobei D(5) der Durchmesser der Fusionsrolle 5 ist. Andererseits ist
es im Prinzip auch möglich,
dass die Zugrolle 31 und die Fusionsrolle 5 identische
Durchmesser aufweisen, aber mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten
angetrieben werden, um auf diese Weise die Unterschiede in den Umfangsgeschwindigkeiten
zu erzeugen. Die Winkelgeschwindigkeit ω(31) der Zugrolle 31 müsste dann
im Wesentlichen gleich η·(1 + ε)·ω(5) sein,
wobei ω(5)
die Winkelgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 ist.
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In
beiden Fällen
ist es aber ein Nachteil, dass die in den Fasern 2 auftretende
Spannung und der auftretende Schlupf exakt vorab bekannt sein müssen und
dass die Vorrichtung nicht flexibel an Änderungen in der relativen
Spannung der Fasern 2 und dem auftretenden Schlupf angepasst
werden kann, zum Beispiel als Ergebnis von Veränderungen in den verwendeten
Materialien.
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Daher
ist vorzugsweise zumindest eine der angetriebenen Rollen mit einem
Antriebssteuerungssystem ausgestattet, in dem die Rotationsgeschwindigkeit
der anderen angetriebenen Rolle gemessen wird und die Rotationsgeschwindigkeit
der einen Rolle in einem festen Verhältnis zur gemessenen Rotationsgeschwindigkeit
der anderen Rolle reguliert wird.
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4A veranschaulicht
dies anhand eines Beispiels, in dem die Zugrolle 31 mit
einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit durch einen Motor 41 angetrieben
wird, wobei die Rotationsgeschwindigkeit abhängig von den Produktionsanforderungen manuell
auf ein höheres
oder niedrigeres Niveau eingestellt werden kann, wie durch H1 angegeben.
Weiterhin kann diese Geschwindigkeit prinzipiell im Laufe der Zeit
Variationen unterliegen. Die aktuelle Rotationsgeschwindigkeit der
Zugrolle 31 wird mit einem Sensor 45 gemessen,
der ein Messsignal S1 an eine Steuereinheit 44 liefert,
zum Beispiel einen Mikrocontroller oder Ähnliches. Die Steuereinheit 44 erzeugt ein
Steuersignal S2 für
einen Motor 42, der die Fusionsrolle 5 antreibt.
Die Steuereinheit 44 ist ausgelegt, um das Steuersignal
S2 dergestalt zu erzeugen, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 ein korrektes
Verhältnis
bezüglich
der Umfangsgeschwindigkeit der Zugrolle 31 aufweist. Wenn
gewünscht
kann die Rotationsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 mit
einem Rollensensor 43 gemessen werden, der ein Rückmeldungssignal
S3 für
die Steuereinheit 44 erzeugt.
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Statt
eines eigenen Motors 42 wäre es möglich, ein Übertragungssystem zu verwenden,
das die Fusionsrolle 5 mit dem ersten Motor 41 verbindet, wobei
das Übertragungsverhältnis des Übertragungssystems
variabel ist und durch die Steuereinheit 44 gesteuert wird.
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Das
Verhältnis
zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 und
der Umfangsgeschwindigkeit der Zugrolle 31, der im Folgenden
als ξ bezeichnet
wird, kann ein bestimmter konstanter Wert sein, aber es ist auch
möglich,
dass das Verhältnis
eine manuell anpassbare Konstante ist, wie diagrammatisch angegeben.
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Während des
Starts der Vorrichtung kann das benötigte Verhältnis ξ relativ einfach anhand von Tests
bestimmt werden. Anfangs werden ξ und
damit die Rotationsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 auf ein
zu niedriges Niveau eingestellt, was visuell durch die Tatsache
erkannt werden kann, dass die Fasern 2 lose zwischen der
Zugrolle 31 und der Zwischenrolle 37 und/oder
zwischen der Zwischenrolle 37 und der Fusionsrolle 5 hängen. Dann
werden ξ und
damit die relative Rotationsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 erhöht, bis
die Fasern 2 gerade straff gespannt sind. Ein erheblicher
Vorteil dieses Anpassungsverfahrens ist, dass es die exakten Werte
der Spannung ξ,
die in den Fasern 2 auftritt, nicht bekannt sein müssen.
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Das
beschriebene Anpassungsverfahren kann mit einer relativ geringen
Transportgeschwindigkeit der gebildeten Längsfaserbahn 100 durchgeführt werden,
da das eingestellte ξ im
Grunde nicht von dieser Transportgeschwindigkeit abhängt und daher
unabhängig
von der Produktionsrate ist. Wenn die Produktionsrate erhöht werden
soll, reicht es die Geschwindigkeit des Motors 41 (H1)
zu erhöhen;
die Steuereinheit 44 passt die Geschwindigkeit der Fusionsrolle 5 automatisch
in geeigneter Weise an die höhere
Geschwindigkeit der Zugrolle 31 an.
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Es
ist offensichtlich, dass ein ähnliches
Anpassungsverfahren möglich
ist, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Zugrolle von der Rotationsgeschwindigkeit
der Fusionsrolle abgeleitet wird.
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Im
obigen Text wurde beschrieben, dass die Fasern 2 von einer
Materialspule oder einem Garnspannrahmen stammen können. Dies
impliziert, dass die Fasern nach der Herstellung auf eine Materialspule
oder auf eine Garntrommel eines Garnspannrahmens aufgewickelt werden,
und dass sie für
einen Auftrag auf eine Trägerschicht
von einer Spule oder Trommel dieses Typs abgewickelt werden müssen. Weiterhin
impliziert dies, dass die Länge
einer ohne Eingriff fortlaufend herstellbaren Faserbahn vor allem auf
die Länge
der Faser begrenzt ist, die auf eine Materialspule oder Trommel
aufgewickelt werden kann. Wenn die Spule oder die Trommel leer ist,
muss sie durch eine neue ersetzt werden und der Anfang der neuen
Faser muss in die Vorrichtung eingeführt werden.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist aber besonders geeignet, um direkt nach einer Extrudier-Produktionsvorrichtung
nachgelagert angeordnet zu sein, so dass das Aufwickeln und Abwickeln
vermieden werden kann, während
eine höhere
Bahnlänge
einfacher möglich
wird.
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Dies
wird ausführlicher
mit Bezugnahme auf die diagrammatische Darstellung in 5 erläutert. 5 stellt
diagrammatisch eine Produktionsvorrichtung 200 dar, die
einen Extruder 210 enthält,
der in diesem dargestellten Beispiel, eine flache Folie 201 zuführt. In
einer Schneidevorrichtung 220 wird die flache Folie 201 in
schmale Bänder 202 geschnitten.
In einer Spannstation 230 werden die schmalen Bänder 202 gespannt,
wobei die Spannstation 230 in diesem Fall als eine Kombination
aus zwei aufeinanderfolgenden Gruppen 231, 232 von
Transportrollen 232 veranschaulicht wird, die eine höhere Transportgeschwindigkeit
aufweisen als die erste Gruppe von Transportrollen 231.
Als Ergebnis des Spannens erhalten die Fasern 203 die gewünschte Breite,
Festigkeit und Starrheit. Es sollte klar sein, dass in diesem Fall
eine hohe Zugspannung in den Fasern 203 vorliegt.
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Dann
laufen die Fasern 204 durch einen Lockerungsbereich 240,
um die in den Fasern 204 vorherrschende Zugspannung zu
verringern. Die Fasern erreichen dann den Ausgang 299 der
Produktionsvorrichtung 200.
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Normalerweise
würden
die Fasern vom Ausgang 299 zu einer Aufwickelstation geführt, um
auf eine Spule oder Trommel aufgewickelt zu werden. Dies wird als
gestrichelte Linien in 5 dargestellt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
im Gegensatz dazu die hergestellten Fasern direkt vom Ausgang 299 in
die Vorbehandlungsstation 110 der Vorrichtung 101,
wie in 3 dargestellt, geführt werden.
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Es
ist daher auch möglich,
dass die flache Folie 201 auf beiden Seiten mit einer Klebeschicht versehen
wird, so dass die gebildeten Fasern direkt auf die Trägerschicht 6 laminiert
werden können;
in diesem Fall kann die Imprägnierrolle 3 weggelassen werden.
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In
dem mit Bezug auf 5 erörterten Beispiel, ist der Extruder
eine Vorrichtung des Typs, der eine flache Folie 201 zuführt, so
dass die gebildeten Fasern 204 bandartige Fasern sind,
mit einer Breite von in der Regel 2–3 mm. Wenn die Produktionsvorrichtung
zur Herstellung von Fäden
gedacht ist, ist der Extruder 201 von einem anderen Typ.
Im Besonderen hat der Extruder 210 dann einen Erweiterungskopf
mit vielen Ziehmitteln, die Vorfäden
liefern, d. h. drahtähnliche
Extruktionsprodukte mit einer Dicke größer als die gewünschte Dicke
der herzustellenden Fäden.
Auf ähnliche
Weise zu der oben in Verbindung mit bandähnlichen Fasern erörterten
werden die Vorfäden
in einer Spannstation 230 in Fäden gespannt. Daher bleibt
die Gestaltung der Produktionsvorrichtung 200 im Grunde
identisch, mit der Ausnahme, dass die Schneidevorrichtung 220 weggelassen werden
kann.
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Für eine detailliertere
Beschreibung der verschiedenen Faserherstellungsprozesse wird auf
das Buch „Synthetische
Fasern" [Synthetic
Fibres] von F. Fourne, 1995, ISBN 3-446-16058-2 verwiesen.
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Daher
bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung 101 zur
Herstellung einer Längsfaserbahn 100,
wobei fortlaufende Fasern 2 in der Längsrichtung der Trägerschicht 6 aufgetragen
werden. In einem Vorbehandlungsabschnitt muss eine relativ hohe
Zugkraft F auf die Fasern ausgeübt
werden, die zu einer relativ großen Spannung E führt. Vor
Auftragen der Fasern 2 auf Trägerschicht 6, wird
die Belastung in den Fasern verringert. Der Antrieb der Fasern in
der Vorbehandlungsstation ist getrennt vom Antrieb der Trägerschicht,
wobei die Transportgeschwindigkeit der Fasern im Vorbehandlungsabschnitt
getrennt als eine Funktion der Transportgeschwindigkeit der Trägerschicht
dergestalt reguliert wird, dass die Transportgeschwindigkeit der Fasern
in entspanntem Zustand im Wesentlichen gleich der Transportgeschwindigkeit
der Trägerschicht
im entspannten Zustand ist. Das Ergebnis ist eine Längsfaserbahn
(100), die im Wesentlichen keine Längenunterschiede und Belastungsunterschiede zwischen
den Fasern 2 und der Trägerschicht 6 aufweist.
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Im
obigen Text wurde mit Bezugnahme auf 4A erläutert, dass
die Zugrolle 31 und die Fusionsrolle 5 getrennt
angetrieben werden können,
so dass es eine Konstante, ein vorbestimmtes Verhältnis ξ zwischen
ihren Umfangsgeschwindigkeiten v(5), gibt. In diesem Fall sind daher
v(31) und v(5) Steuerparameter und es gibt Erfassungseinrichtungen 45 und 43 für die Umfangsgeschwindigkeit.
Es ist jedoch auch möglich,
dass die Trägerschicht 6 und die
Fasern 2 als Steuerparameter für die linearen Geschwindigkeiten
verwendet werden, wie in 4B veranschaulicht.
In dieser Beispielausführungsform umfasst
die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung 46 einer ersten
Transportgeschwindigkeit, die den Fasern 2 zugeordnet ist
und die lineare Transportgeschwindigkeit v(2) der Fasern 2 direkt
vor dem Fasereingang der Fusionsrolle 5 misst, wie auch
eine Erfassungseinrichtung 47 einer zweiten Transportgeschwindigkeit,
die der Trägerschicht 6 zugeordnet
ist und die lineare Transportgeschwindigkeit v(6) der Trägerschicht
misst. Die Erfassungseinrichtung 46 der ersten Transportgeschwindigkeit,
die den Fasern 2 zugeordnet ist, liefert ein erstes Messsignal
S4, das repräsentativ
für die
lineare Transportgeschwindigkeit v(2) der Fasern 2 direkt
vor dem Fasereingang der Fusionsrolle 5 ist, d. h. im entspannten
Zustand, und die Erfassungseinrichtung 47 der zweiten Transportgeschwindigkeit,
die der Trägerschicht
zugeordnet ist, liefert ein zweites Messsignal S5, das für die lineare
Transportgeschwindigkeit v(6) der Trägerschicht 6 repräsentativ
ist. Die Steuereinheit 44 empfängt beide Messsignale S4 und
S5 und ist dafür
ausgelegt, eine Steuersignal S2 für den Antriebsmotor der Fusionsrolle 42 zu
erzeugen, und damit die Rotationsgeschwindigkeit der Fusionsrolle 5 dergestalt
zu steuern, dass die beiden Messsignale S4 und S5 im Wesentlichen
miteinander identisch sind, was bedeutet, dass die lineare Transportgeschwindigkeit
v(2) der Fasern 2 direkt vor dem Fasereingang der Fusionsrolle 5 im
Wesentlichen gleich der linearen Transportgeschwindigkeit v(6) der
Trägerschicht 6 ist.
Es muss dann kein Geschwindigkeitsfaktor ξ bestimmt werden und ein anfängliches
Einstellungsverfahren kann weggelassen werden.
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Die
Steuereinheit 44 kann als einfacher Differenzverstärker gestaltet
sein, der ein erstes Messsignal S4 am nicht-invertierenden Eingang
empfängt und
das zweite Messsignal S5 an dem invertierenden Eingang. Die Rotationsgeschwindigkeit
der Fusionsrolle 5 muss dann nicht mehr länger gemessen
werden.
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Es
ist offensichtlich, dass auch in diesem Fall eine mögliche Variante
besteht, bei der der Antriebsmotor 42 der Fusionsrolle
als Hauptmotor und der Antriebsmotor 41 der Zugrolle als
Nebenmotor angetrieben wird.
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Darüber hinaus
kann es anstelle der linearen Transportgeschwindigkeit v(6) der
Trägerschicht 6 auch
möglich
sein, die Umfangsgeschwindigkeit v(5) der Fusionsrolle als Referenzgeschwindigkeit
zu verwenden.
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Im
obigen Text wurde erläutert,
dass es möglich
ist, im Umfang der Erfindung Fasern in einer praktisch belastungsfreien
Form auf die Trägerschicht
aufzubringen, so dass Längenunterschiede und
Belastungsunterschiede im Endprodukt (der Längsfaserbahn) zwischen den
Fasern einerseits und der Trägerschicht
andererseits im Wesentlichen beseitigt sind. In der Folge kann ein
aus den gemäß der Erfindung
hergestellten Längsfaserbahnen
gefertigtes Gebrauchsprodukt flexibler sein als ein Gebrauchsprodukt,
das aus den Längsfaserbahnen
gemäß dem Stand
der Technik hergestellt ist, was bereits einen Vorteil darstellt.
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Es
gibt Gebrauchsprodukte, die in der Praxis relativ hohen Stoßbelastungen
ausgesetzt sein können.
Ein Beispiel für
eine Gebrauchsprodukt dieser Art ist ein Airbag. Die Belastung führt direkt
zu einer Stoßbelastung
in den Fasern. Die vorliegende Erfindung sieht eine Längsfaserbahn
vor, in der Stoßbelastungen
im Wesentlichen durch die Trägerschicht absorbiert
werden und die nur in einer nachfolgenden Phase eine Belastung auf
die Fasern ausüben.
Zu diesem Zweck, wenn die Fasern 2 mit der Trägerschicht 6 verbunden
werden, ist absichtlich eine höhere
Faserlänge
im Vergleich zur Länge
der Trägerschicht
vorgesehen. Der Zweck ist, dass die Geschwindigkeiten der Zugrolle 31 und
der Fusionsrolle 5 dergestalt gesteuert werden, dass in
einem entspannten Zustand der gebildeten Längsfaserbahn 100 die
Länge der
Fasern größer ist
als die Länge
der Trägerschicht 6.
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Es
ist offensichtlich, dass dann in einer fertigen Längsfaserbahn 100,
die Fasern 2 vollständig entspannt
sind. In der Folge wird die Längsfaserbahn flexibler:
Das Biegen ist nun einfacher, da die Fasern 2 nicht direkt
der Zugspannung unterworfen sind. Wenn ein Gebrauchsprodukt wie
ein Airbag einer Belastung unterworfen wird, wird die Vergrößerung der Länge der
Längsfaserbahn
anfangs dazu führen, dass
eine Zugspannung nur in der Faserbahn vorliegt, bis die Faserbahn
in einem solchen Ausmaß gespannt
wurde, dass die Fasern 2 straff sind; nur dann wird eine
weitere Zunahme in der Länge
der Längsfaserbahn
auch eine Zugspannung in den Fasern verursachen.
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Die
zusätzliche
Länge der
Fasern 2 bezüglich
der Trägerschicht 6 wird
hier durch den Parameter λ gemäß der folgenden
Formel ausgedrückt: L(2) = (1 + λ)·L(6) (3)wobei L(2)
die Länge
der Fasern 2 entsprechend einer Länge L(6) der Trägerschicht 6 in
einem spannungsfreien Zustand ist. Die zusätzliche Länge kann im Bereich von einem
Hundertstel Prozent bis zu der Größenordnung von 5% festgelegt
werden, vorzugsweise wird λ im
Bereich zwischen 0,001 bis 0,01 ausgewählt.
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Durch
die zusätzliche
Länge weisen
die Fasern 2 eine Wellenform auf der Trägerschicht 6 auf. Diese
Wellenform kann auch aus ästhetischen
Gründen
in dekorativen Anwendungen der Längsfaserbahn
gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt sein.
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Eine
Querfaserbahn kann aus einer verbesserten Längsfaserbahn gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, indem Bahnsegmente aus einer fortlaufenden
Faserbahn geschnitten werden und dann diese Websegmente durch die
ursprünglichen
Seitenkanten aneinander befestigt werden. In der dann gebildeten
Bahn bilden die Fasern einen Winkel bezüglich der Längsrichtung der Bahn, entsprechend
dem Winkel der Schneidelinie, entlang dem die ursprüngliche
Längsfaserbahn
in Segmente geschnitten wurde, wobei der Winkel vorzugsweise gleich
90° ist.
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Ein
Beispiel einer bekannten Technik zum Herstellen einer Querfaserbahn
wird in
EP-B-0,705,162 beschrieben.
Zuerst wird eine fusionierte Bahn hergestellt, bei der eine Längsfaserbahn auf
die Trägerschicht
aufgetragen wird, die alle Kräfte in
einer Richtung senkrecht zur Faserrichtung absorbieren kann. Dann
werden Segmente einer bestimmten Länge aus der fusionierten Bahn
herausgeschnitten. Dann werden die Trägerschichten dieser Segmente
mit den aneinanderstoßenden
Längskanten aneinander
befestigt. Schließlich
wird eine dritte Schicht auf die Faserschichten der Segmente aufgetragen,
die miteinander befestigt wurden. Dann wird die Trägerschicht
entfernt.
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Es
sind auch andere Verfahren zum Herstellen einer Querfaserbahn vorstellbar.
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Eine
aus Segmenten einer Längsfaserbahn hergestellte
Querfaserbahn gemäß der vorliegenden Erfindung
bietet Vorteile gegenüber
bekannten Querfaserbahnen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es auch möglich,
ein kreuzweise angeordnetes Gewebe herzustellen, das mit einer Längsfaserbahn
gemäß der vorliegenden
Erfindung beginnt. Ein kreuzweise angeordnetes Gewebe umfasst zwei
oder mehr Faserschichten, wobei die Fasern der einen Schicht mit den
Fasern der anderen Schicht einen Winkel bilden. In einer Ausführungsform
sind die Fasern in einer ersten Schicht parallel zur Längsrichtung
der Bahn, und die Fasern in einer anderen Schicht bilden einen Winkel
größer Null
und von vorzugsweise 90° bezüglich der
Längsrichtung
der Bahn. Die erste Schicht ist eine Längsfaserbahn gemäß der vorliegenden
Erfindung und die andere Schicht ist eine Querfaserbahn gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Für Fachleute
ist es offensichtlich, dass der Gültigkeitsbereich der vorliegenden
Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt ist, sondern
dass verschiedene Ergänzungen
und Modifikationen hierzu möglich
sind, ohne vom Umfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen im
Anhang definiert, abzuweichen. Zum Beispiel können die Fasern 2 auf
der Fusionsrolle 5 zwischen der Oberfläche der Fusionsrolle 5 und
der Trägerschicht 6 angeordnet sein,
wenn die Fasern 2 die Fusionsrolle früher als die Trägerschicht 6 erreichen.
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Im
obigen Text wurde auf eine Imprägnierbehandlung
als Beispiel einer Vorbehandlung Bezug genommen, ein alternatives
Beispiel einer Vorbehandlung kann das Aufbringen einer Beschichtung sein.
Das Ausbreiten der Faserbündel
an und für
sich ist auch bereits eine Vorbehandlung.
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Im
obigen Text wurde erläutert,
dass die Fasern als Bündel
vieler Fäden
gebildet sein können. Bei
der Erörterung
von Problemen und der Erörterung
von Maßnahmen,
die die vorliegende Erfindung zum Lösen dieser Probleme vorschlägt, macht
die Unterscheidung zwischen Fäden
und Fasern keinen großen
Sinn; schließlich
tritt bei Fasern und in den einzelnen Fäden Spannung auf und der angespannte Zustand
herrscht bei Fasern und bei einzelnen Fäden vor, und die Entspannung
tritt sowohl bei Fasern wie auch bei den einzelnen Fäden auf.
Daher wurde in der obigen Erörterung
der beispielhaften Ausführungsformen
immer aus Gründen
der Einfachheit der Begriff „Faser" verwendet. Man kann
aber auch sagen, dass wenn die einzelnen Fasern nebeneinander auf
der Trägerschicht
angeordnet sind, dass genau genommen nicht mehr von einer „Faser" gesprochen werden
kann. Daher wird ausdrücklich
hervorgehoben, dass in den folgenden Ansprüchen der Begriff „Faser" nicht nur ein Fadenbündel bezeichnen,
sondern sich auch auf einzelne Fäden
beziehen soll.