Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 29, ein Verfahren zur Herstellung einer Mineralfaserplatte gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 32 sowie eine Mineralfaserplatte gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 51.
In den letzten Jahren sind verschiedene Verbesserungen bei der Herstellung von Mineralfaserplatten bekannt geworden. Eine wesentliche Verbesserung der Mineralfaserplatten kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Fasern im Herstellungsprozess umorientiert werden, sodass diese vorherrschend senkrecht zu den grossen Flächen der Platte ausgerichtet sind. Dadurch lässt sich die Drucksteifigkeit und die Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene wesentlich erhöhen.
Die Umorientierung von Fasern in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess durch Stauchen einer Faserbahn ist beispielsweise durch die DE-A-1 635 620 bekannt geworden. Gemäss dieser Offenbarung kann durch eine Stauchung um bis zu 35% die Drucksteifigkeit, die Abschälfestigkeit und das Erholungsvermögen der fertigen Faserflächenbahnen wesentlich verbessert werden. Die in der DE-A-1 635 620 angeführten Beispiele beschreiben eine vorgängige Dickenkomprimierung und eine anschliessende, relativ geringe Längskomprimierung bei gleicher oder grösser werdender Schichtstärke.
Ein Problem bei der Längskomprimierung eines Vlieses ist die unerwünschte Faltenbildung an der Filzoberfläche. Die WO 91/14 816 erwähnt, dass durch eine einstufige Kompression von mehr als 30% an der Oberfläche des Filzes bereits Falten erscheinen. Um die Faltenbildung zu vermeiden, wird der Einsatz von wenigstens zwei Förderelementen, deren Einflussbereiche sich gegenseitig überlappen, vorgeschlagen. Die Förderelemente sind Nockenwellen mit Nockenscheiben. Es wird gelehrt, 4 bis 12 hintereinander angeordnete Förderelemente einzusetzen und die Geschwindigkeit von einem Förderelement zum nächsten in Förderrichtung jeweils um 10 bis 20% zu vermindern, sodass eine kontinuierliche Geschwindigkeitsreduzierung resultiert.
In einer bevorzugten Variante wird der Filz auf etwa 70% der Nominalstärke komprimiert und dann durch die Förderelemente geleitet, welche v-förmig angeordnet sind, sodass sich ein in Transportrichtung sich erweiternder Transportweg ergibt.
Gemäss der EP-A-0 133 083 können Produkte mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erhalten werden, wenn das Vlies wenigstens zwei Längskomprimierungsvorgängen unterworfen wird. Der Kompressionsgrad jeder Kompressionsstufe wird dabei auf einen Wert begrenzt, der geringer ist, als derjenige bei dem sich die Flächenausbildung der Mineralfaserlage beeinflussende Falten bilden würden. Zur Durchführung des Verfahrens wird die Verwendung von relativ langen Bandförderern vorgeschlagen. Vom Einsatz von Rollenförderern wird abgeraten, da diese gerne verstopfen. Im Unterschied zur DE-A-1 635 620 lehrt die EP-A-0 133 083 einen wesentlich grösseren totalen Längskompressionsgrad, nämlich von bis zu 15, wobei bei jeder Längskomprimierungsstufe vorzugsweise derselbe Längskomprimierungsgrad eingestellt ist.
Die Längskomprimierung des Filzes geht gemäss der EP-A-0 133 083 vorzugsweise einher mit einer gleichzeitigen Dickenkomprimierung. Um die gewünschte Drucksteifigkeit der in der Praxis am häufigsten verwendeten Fertigprodukte (30 bis 150 kg/m<3>) zu erreichen, muss die komprimierte Faserbahn am Eingang des Trockenofens einer abschliessenden Dickenkomprimierung unterworfen werden. Die nach dem in der EP-A-0 133 083 gelehrten Verfahren hergestellten Produkte besitzen eine weitgehend isotrope Faserorientierung.
Gemäss der US 4 567 078, welche sich auf die Herstellung von Glasfaserplatten bezieht, können Glasfasern nicht befriedigend in einer Stufe komprimiert werden, da sich ansonsten eine gewellte Faserstruktur ergibt. Eine gefaltete Struktur kann gemäss der Lehre der US 4 567 078 jedoch vermieden werden, wenn die Längskomprimierung mittels Bandförderern in zwei oder mehreren Stufen vollzogen wird. Die Bandförderer müssen gemäss dieser Lehre jedoch genügend lang sein, um die Glasfasern fassen zu können.
Die EP-A-365 826 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfaserplatten mit einer gefalteten Faserstruktur. Beim genannten Verfahren wird eine Mineralfaserlage mittels Rollen zuerst in ihrer Dicke vorkomprimiert und anschliessend in ihrer Länge in mehreren hintereinander angeordneten Stufen komprimiert, sodass eine allmähliche Ausbauchung der Mineralfaserlage resultiert. Zwischen zwei aufeinander folgenden Längskomprimierungsstufen ist eine freilaufende Zwischenstufe in Form eines Rollenpaares vorgesehen, welche auf die Mineralfaserlage keine Vorschubkraft ausübt.
Die oben beschriebenen Verfahren haben alle den Nachteil, dass durch diese lediglich entweder gefaltete Produkte oder solche mit einer isotropen Faserorientierung hergestellt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um Produkte mit verbesserten Eigenschaften herstellen zu können. Ziel ist es, insbesondere die Effizienz der Herstellungsverfahren von Mineralfaserplatten weiter zu verbessern, d.h. es sollen Produkte mit bestimmten physikalischen Eigenschaften, wie verbesserter Drucksteifigkeit und Zugfestigkeit und besseren Isolationswerten, mit einem geringeren Ressourceneinsatz hergestellt werden können. Die Produkte sollen ein möglichst homogenes Raumgewicht aufweisen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um die physikalischen Eigenschaften der hergestellten Produkte in einem möglichst breiten Bereich variieren zu können.
Es sollte möglich sein, Produkte mit zufälliger Faserorientierung und nach Möglichkeit auch Produkte mit gefalteter Struktur auf einer einzigen Anlage herzustellen.
Erfindungsgemäss wird dies durch eine Vorrichtung gemäss Kennzeichen von Anspruch 1 oder 29 realisiert. Obwohl in der Literatur Rollen- und Bandförderer zur Komprimierung von Mineralfaservlies als gleichwirkend angesehen werden, wurde überraschenderweise gefunden, dass durch den Einsatz einer Komprimierungseinrichtung mit einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Rollengruppen mit jeweils zwei oder mehr Rollen Produkte mit signifikant besseren Eigenschaften hergestellt werden können. Im Unterschied zu bekannten längs-/höhenkomprimierten Produkten zeichnen sich die neuen Produkte durch ein besonders homogenes Raumgewicht aus. Die Fasern sind gleichmässig verfilzt und eine bevorzugte Faserorientierung ist nicht auszumachen (Fig. 11.) In vergrössertem Massstab zeigt sich, dass die zufällig orientierten Fasern teilweise wellenförmig angeordnet sind.
Diese Art der Faserstruktur wird von den Erfindern als "Wellfaserstruktur" bezeichnet.
Im Gegensatz zur Vorrichtung der EP-A-0 365 826 kommen keine freilaufenden Zwischenstufen zum Einsatz und eine allmähliche Ausbauchung der Vliesbahn ist auch nicht erwünscht. Eine kontinuierliche Geschwindigkeitsabstufung, wie dies die WO 91/14 816 lehrt, ist ebenfalls keineswegs notwendig. Vielmehr können die Rollen zu Rollengruppen mit zwei oder mehr Rollen zusammengefasst sein, deren Rollen mit derselben Geschwindigkeit angetrieben sind. Im Unterschied zur WO 91/14 816 sind die einander gegenüberliegenden Rollengruppen vorzugsweise parallel oder in bestimmten Fällen relativ geneigt zueinander angeordnet, sodass sich eine in Transportrichtung sich verjüngende Vliesbahn ergibt.
Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der geringen Adhäsion ein gewisser Schlupf zwischen den Rollen und dem Vlies besteht, welcher das Vlies beim Komprimieren über die Rollen rutschen lässt. Dabei wird das Vlies über eine bestimmte Strecke durchgewalkt, d.h. mehrfach expandiert und zusammengepresst. Es wird angenommen, dass dieser Effekt ein Grund für die markante Verbesserung der erzielten Produkteigenschaften ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung sorgt für eine intensive Verdichtung der Faserfilzes im Innern und an der Oberfläche.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung erscheint, dass das Vlies oder der Faserfilz mittels einer Vielzahl von Rollen oder Walzen einer Optimierung, insbesondere einer Längs- oder Längs-/Dickenkomprimierung, unterworfen wird. In der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Komprimierung des Faserfilzes allmählich und über eine längere Strecke erfolgen als z.B. in Bandförderern. Dabei scheint eine Komprimierung des Faserfilzes über eine angemessene Strecke von Bedeutung zu sein. In der beim Komprimierungsvorgang sich bildenden Kompressionszone wird der Faserfilz permanent durchgewalkt, was sich positiv auf die Mikrorohdichte auswirkt.
Überraschenderweise haben die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung hergestellten Produkte denn auch eine sehr homogene Mikrorohdichte (Dichteverteilung in einer kleinen Volumeneinheit) und sehr gute mechanische Eigenschaften, wie Druck-, Durchstich- und Zugfestigkeit bei einem im Vergleich mit herkömmlichen Produkten um 15 bis 25% geringerem Gewicht, wodurch bedeutende Ressourceneinsparungen möglich sind.
Vorteilhaft ist der Rollendurchmesser und der gegenseitige Abstand der Rollen in Förderrichtung dergestalt, dass ein Ausbrechen oder ein Falten des Vlieses weitgehend verunmöglicht ist. Durch die Komprimierung mittels einer kompakten Rollenanordnung mit Rollen eines relativ kleinen Durchmessers können Produkte mit einer Wellfaserstruktur erhalten werden. Die zur Erzeugung der Wellfaserstruktur nötigen Abmessungen und Abstände der Rollen hängen unter anderem auch von der Faserart und der Faserlänge ab. Zweckmässigerweise beträgt der Rollendurchmesser zwischen ungefähr 60 und 160 mm, vorzugsweise zwischen 80 und 120 mm. Der Abstand zwischen benachbarten Walzen ist zweckmässigerweise so gewählt, dass ein Entweichen des Faserfilzes nicht möglich ist.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Rollen daher zwischen 1 und ungefähr 50 mm, zweckmässigerweise zwischen 2 und 30 mm, und ganz besonders bevorzugt kleiner als 20 mm. Der zulässige Rollenabstand hängt im Wesentlichen von der Vliesdichte, vom Ausmass der Längenkomprimierung in der Komprimierungseinrichtung und der Dicke der herzustellenden Platte ab. Zweckmässigerweise beträgt der Rollendurchmesser 90 mm und der Mittenabstand zweier benachbarter Rollen 95 mm. Mit einem kleinen Rollenabstand können Produkte unterschiedlicher Dicke und hoher Dichte hergestellt werden.
Obwohl beispielsweise drei bis zehn Rollenfördererpaare vorgesehen sein können, die jeweils zwei bis zehn Rollen aufweisen, sind in einer bevorzugten Ausführungsform drei bis sechs Fördererpaare mit jeweils drei bis acht Rollen, vorzugsweise vier Fördererpaare mit Rollengruppen von je vier Rollen, vorgesehen. Obwohl der Einsatz von vier Fördererpaaren mit Rollengruppen von je vier Rollen eine ein- oder mehrfache Geschwindigkeitsabstufung erlaubt, können die verbesserten Produkteigenschaften in vielen Fällen bereits mit einer einstufigen Längskomprimierung erzielt werden. Durch den Einsatz von vier Fördererpaaren wird ausserdem auch eine ausreichend lange Komprimierungsstrecke zur Verfügung gestellt.
Vorteilhaft sind die Fördererpaare unabhängig voneinander höhenverstellbar. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Lage der einander gegenüberliegenden Rollengruppen wenigstens eines Fördererpaares relativ zur Lage der Rollengruppen des oder der nachfolgenden Fördererpaare individuell einstellbar. Dadurch können im Unterschied zu den bekannten Vorrichtungen neben Produkten mit zufälliger Faserorientierung auch solche mit gefalteter Faserstruktur hergestellt werden. Zweckmässigerweise ist zur Herstellung von im Wesentlichen gefalteten Produkten der Abstand der einander gegenüberliegenden Rollengruppen eines Fördererpaares auf ungefähr den 0,5- bis 0,1fachen Abstand der Rollengruppen des nachfolgenden Fördererpaares einstellbar und der durch die beiden Fördererpaare definierte Förderweg ist im Wesentlichen ungefähr fluchtend angeordnet.
Obwohl in der Regel die Rollengruppen eines Fördererpaares mit derselben Umfangsgeschwindigkeit angetrieben sind, kann es von Vorteil sein, die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen jeder einzelnen Gruppe unabhängig von der Geschwindigkeit der Rollen in jeder anderen Gruppe zu kontrollieren und einen separaten, regelbaren Antrieb vorzusehen.
Vorteilhaft besitzt die Komprimierungseinrichtung eine Tragkonstruktion, an welcher die Fördererpaare angeordnet sind. Durch die Tragkonstruktion erhält die Komprimierungseinrichtung eine kompakte Bauweise. Die Komprimierungseinrichtung lässt sich auch bei bestehenden Anlagen nachträglich einbauen. Vorteilhaft sind die Rollengruppen wenigstens eines Fördererpaares jeweils unabhängig voneinander senkrecht zur Förderrichtung an der Tragkonstruktion verschiebbar angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass unter anderem auch die Herstellung von gefalteten Produkten möglich ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Rollengruppen jeweils an einem separaten Rahmen angeordnet sind, welcher senkrecht zur Förderrichtung am Tragkonstruktion verstellbar ist. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau und die Steuerung der Komprimierungseinrichtung. Zweckmässigerweise ist der Rahmen an der Tragkonstruktion schwenkbar angeordnet. Dadurch wird eine gleichzeitige Dicken- und Längenkomprimierung ermöglicht. Die einzelnen Verstellmöglichkeiten sind vorteilhaft mittels Spindeln realisiert. Es können jedoch auch Zahnstangen und Ritzel, Schneckenradgetriebe oder dergleichen eingesetzt werden. Zur Realisierung eines Parallelantriebs können zwei oder mehrere Spindeln mit Wellen verbunden sein, wodurch sich die Anzahl der notwendigen Antriebe verringert.
Vorteilhaft sind die Umlaufgeschwindigkeiten wenigstens der Fördererpaare und die Abstände der einander gegenüberliegenden Förderer individuell einstellbar. Zweckmässigerweise stehen die Antriebsmittel der Förderer und die Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen den Förderern mit einer Mikroprozessorsteuerung in Verbindung. Besonders vorteilhaft besitzt die Mikroprozessorsteuerung wenigstens zwei Ablese-/Eingabeeinheiten, deren eine im Bereich der Komprimierungseinrichtung und deren andere beispielsweise in einem Kontrollraum angeordnet ist. Dadurch kann eine Optimierung eines Verfahrens direkt vor Ort vorgenommen oder in den Verfahrensablauf eingegriffen werden.
Die Mikroprozessorsteuerung kann Speichermittel besitzen, um die Verfahrensparameter wie die Geschwindigkeiten und den Abstand der Förderer, abzuspeichern, sodass kundenspezifische Produkte jederzeit reproduziert werden können.
Vorteilhaft sind vor der Komprimierungseinrichtung Mittel vorgesehen, beipielsweise eine Isotopenanlage, um die Fasermenge pro Flächeneinheit zu bestimmen. Diese Mittel zum Bestimmen der Fasermenge können mit der Fasererzeugungsanlage oder mit der Mikroprozessorsteuerung in Verbindung stehen, sodass die Fasermenge pro Flächeneinheit kontrolliert und verstetigt werden kann.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Komprimierungseinrichtung und der Bindestation eine Trenneinrichtung zum Trennen des Vlieses in zwei oder mehrere Teilbahnen vorgesehen, wenigstens eine Komprimierungsstufe zur Dicken- und/oder Längskomprimierung wenigstens einer Teilbahn, und Förderer, um ein Ausbrechen des komprimierten Vlieses zwischen der Komprimierungseinrichtung und der Bindestation zu verhindern. Mit dieser Vorrichtung können mehrschichtige Produkte hergestellt werden. Die Komprimierungsstufe zum Komprimieren der wenigstens einen Teilbahn besitzt vorteilhaft wenigstens zwei unabhängig voneinander angetriebene Fördererpaare. Dadurch kann neben der Dickenkomprimierung auch eine Längenkomprimierung vorgenommen werden.
Zweckmässigerweise ist wenigstens die Trenneinrichtung und der nachfolgende Förderer im Bereich der Mehrschichtenanlage höhenverstellbar. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung sowohl für die Herstellung von einschichtigen als auch mehrschichtigen Produkten eingesetzt werden kann.
Obwohl die Haftung der Teilbahnen durch Härten des den Fasern anhaftenden Bindemittels normalerweise ausreichend ist, können Mittel vorgesehen sein, um die Berührungsflächen der Teilbahnen vor dem Zusammenführen mit Bindemittel zu versehen. Grundsätzlich können die zusammengeführten und durch geeignete Mittel zusammengehaltenen Bahnen noch einmal dickenkomprimiert werden. Vorteilhaft werden die Bahnen vor dem Binden jedoch längskomprimiert. Die Längskomprimierung kann dabei in einem Verhältnis von 1,1:1 bis maximal 2:1 erfolgen. Durch eine abschliessende Längskomprimierung können die Berührungsflächen vergrössert werden, sodass der Verbund der Teilbahnen verbessert wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren gemäss Kennzeichen von Anspruch 32. Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass zur Herstellung von im Wesentlichen gefalteten Produkten der Abstand der gegenüberliegenden Rollen eines Fördererpaares auf ungefähr den 0,5- bis 0,1fachen Abstand der Rollengruppen des nachfolgenden Fördererpaares eingestellt wird, wobei der durch die beiden Fördererpaare definierte Förderweg im Wesentlichen fluchtend angeordnet ist und die Umfangsgeschwindigkeit des nachfolgenden Förderers kleiner ist als die Umfangsgeschwindigkeit des vorhergehenden. Weiter kann wenigstens einer der Rollenförderer relativ zur Förderrichtung geneigt werden, um beispielsweise eine in Förderrichtung sich verjüngende Vliesbahn zu erzeugen.
Dies kann von Bedeutung sein bei der Herstellung von Produkten mit einer Dichte kleiner als ungefähr 100 kg/m<3>.
Vorteilhaft wird das Vlies bereits vor dem Eintritt in die Komprimierungseinrichtung auf ungefähr die 0,8- bis 1,5fache, vorzugsweise 0,9- bis 1,3fache, Nominalstärke und ganz besonders bevorzugt auf die ungefähre Nominalstärke des Fertigprodukts vorkomprimiert, sodass durch die Rollenförderer im Wesentlichen nur noch eine Längskomprimierung erfolgt. Die eingestellte Dickenkomprimierung bezieht sich dabei auf den Abstand der gegenüberliegenden Rollengruppen. Vor dem Härteofen erfolgt vorzugsweise keine weitere Dickenkomprimierung mehr, sodass die einmal eingestellte Faserstruktur erhalten bleibt. Zweckmässigerweise besitzt das Vlies vor dem Eintritt in den Härteofen respektive bereits in der Komprimierungseinrichtung eine Nennstärke, welche der 0,9- bis 1,3fachen, vorzugsweise der ungefähren Stärke des Fertigproduktes entspricht.
Die auf diese Weise hergestellten Produkte besitzen eine sehr gute Zug- und Druckfestigkeit bei einem vergleichsweise geringen Gewicht.
Obwohl die Geschwindigkeit in Förderrichtung mehrfach abgestuft sein kann, können die meisten Produkte mit zufälliger Faserorientierung durch einstufige Geschwindigkeitsabstufung hergestellt werden. Das Mineralfaservlies wird vorteilhaft um einen Faktor 2 bis 6, vorzugsweise um einen Faktor 2,5 bis 5, und ganz besonders bevorzugt um einen Faktor von ca. 2,5 bis 3,5 in der Länge komprimiert. Lediglich bei Produkten mit einer Dichte von weniger als ungefähr 90 bis 100 kg/m<3> kann eine mehrstufige Geschwindigkeitsabstufung vorteilhafter sein als eine einstufige. Der Dickenkomprimierungsgrad in der Komprimierungseinrichtung ist vorzugsweise kleiner als 2 und vorzugsweise kleiner als 1,5. Vor dem Eintritt in die Bindestation, beispielsweise ein Härteofen, besitzt das Vlies vorzugsweise eine Nennstärke von ca. 0,9 bis 1,3 des Fertigproduktes.
Bei der Herstellung von Produkten mit einer gefalteten Faserstruktur wird der Abstand der einander gegenüberliegenden Rollengruppen eines Fördererpaares vorzugsweise auf ungefähr den 0,5- bis 0,1fachen Abstand der nachfolgenden Rollengruppen eingestellt, wobei der durch die beiden Fördererpaare definierte Förderweg im Wesentlichen fluchtend angeordnet ist und die Umfangsgeschwindigkeit der nachfolgenden Rollengruppen kleiner ist als die Umfangsgeschwindigkeit der vorhergehenden Rollengruppen.
In einer besonders vorteilhaften Variante wird das Vlies nach der Längskomprimierung in Förderrichtung gestreckt. Durch die Entspannung des komprimierten Vlieses kann beispielsweise ein ungewolltes Falten der Vliesbahn, beispielsweise beim Übergang in die Bindestation, verhindert werden. Unter Umständen kann nach einer Dekomprimierung auf sonst nötige Niederhaltebänder teilweise oder ganz verzichtet werden. In vielen Fällen reicht eine Dekomprimierung bis zu ungefähr 20% bis 40% aus. Eine Dekomprimierung kann bei relativ dünnen Produkten mit hoher Dichte, beispielsweise von mehr als 140 kg/m<3>, von Bedeutung sein.
Eine andere Verfahrensvariante sieht vor, die Kompressionszone in gewissen Zeitabständen zu verschieben, d.h. die Längenkomprimierung mittels wechselnden Fördererpaaren durchzuführen. Durch den vorhandenen Schlupf zwischen den Rollen und dem Vlies kann auf diese Weise ein gewisser Selbstreinigungseffekt erzielt und es können die Rollen von möglicherweise anhaftendem Bindemittel gereinigt werden.
Das Vlies kann aus Glaswolle-, Steinwollefasern oder anderen Kunstfasern bestehen. Vorzugsweise besteht das Vlies im Wesentlichen jedoch aus Steinwollefasern und enthält nichtgehärtetes Bindemittel. Der gewichtsmässige Bindemittelgehalt kann zwischen ungefähr 0,7 und 4 Prozent sein. Das Bindemittel ist vorzugsweise in einem Härteofen härtbar. Das Binden des Vlieses kann jedoch auch durch Nadeln oder Verfilzen erfolgen.
Zweckmässigerweise werden Mineralfasern einer durchschnittlichen Länge zwischen ungefähr 0,3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 und 15 mm, und einer Dicke zwischen ungefähr 1 bis 12 mu m, vorzugsweise zwischen ungefähr 3 und 8 mu m, eingesetzt. Es können jedoch auch Mineralfasern einer durchschnittlichen Länge zwischen ungefähr 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen ungefähr 2 und 6 mm, und einer durchschnittlichen Dicke zwischen ungefähr 2 bis 10 mu m, vorzugsweise zwischen ungefähr 3 bis 6 oder 7 mu m, eingesetzt werden. Die durchschnittliche Länge von Steinwollefasern, die üblicherweise kürzer als Glasfasern sind, beträgt in der Regel 2 bis 4 mm, und der durchschnittliche Durchmesser beträgt 3 bis 4 mu m.
Vorteilhaft wird beim Ablegen des Vlieses auf dem Förderer die vorherrschende Orientierung der Fasern geändert, resp. teilweise ausgeglichen. Dies kann beispielsweise mittels eines in einem Winkel zur Transportrichtung schwenkbaren Spinnkörpers oder durch einen Luftschleier geschehen. Dadurch kann die Dichteverteilung des Vlieses verbessert und die Faserorientierung verändert werden, was sich günstig auf die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Produkte auswirkt. Zweckmässigerweise wird das Primärvlies mittels eines in einem Winkel zur Transportrichtung schwenkbaren Pendelbandes in Lagen auf dem Aufsammelband abgelegt. Auf diese Weise werden die Fasern teilweise umorientiert und die Homogenität (Querverteilung) des auf dem Aufsammelband abgelegten Vlieses kann verbessert werden.
Zweckmässigerweise werden zwei bis ungefähr 60 Lagen, vorzugsweise zwischen 2 und 40 bis 50 Lagen, übereinander abgelegt. Dabei kommt es zu einer gewissen Umorientierung der Fasern.
Das Vlies kann beispielsweise transversal zur Transportrichtung umgelenkt werden, wobei gleichzeitig eine Komprimierung, insbesondere Längskomprimierung, stattfinden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Mineralfaserplatten, insbesondere solche mit einer Wellfaserstruktur.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein durch Dickenkomprimierung hergestelltes Mineralwolle-Produkt mit einer zur Oberfläche im Wesentlichen parallelen Faserorientierung;
Fig. 2 ein gefaltetes Produkt mit mehrheitlich senkrecht zu den Oberflächen angeordneten Fasern;
Fig. 3 ein zweischichtiges Produkt, dessen obere Schicht ein erhöhtes Raumgewicht besitzt;
Fig. 4 ein Produkt mit weitgehend homogenem Raumgewicht und zufällig orientierten Fasern;
Fig. 5 ein Produkt, bei welchem eine Schicht mit zufällig orientierten Fasern mit einer Schicht mit erhöhtem Raumgewicht kombiniert ist;
Fig. 6 ein Prinzipschema einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer mehrschichtigen Mineralfaserplatte mit unterschiedlicher Dichte
a) in einem kontinuierlichen Prozess resp. in einer kontinuierlichen Kompressionszone und
b) in einem einstufigen Prozess;
Fig. 7 eine Vorderansicht einer Komprimierungseinrichtung im Detail;
Fig. 8 eine Seitenansicht der Komprimierungseinrichtung von Fig. 7;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Komprimierungseinrichtung von Fig. 7;
Fig. 10 die Bruchstelle einer
a) Platte mit im Wesentlichen paralleler Faserorientierung und
b) und c) nach dem neuen Verfahren hergestellte Steinwolleplatten, welche senkrecht zur Plattenebene auseinandergerissen wurden;
Fig. 11 perspektivisch einen Schnitt durch eine zweischichtige Platte, wobei die Faserstruktur vergrössert dargestellt ist;
und
Fig. 12 schematisch verschiedene mögliche Anordnungen von vier in Förderrichtung hintereinander angeordneten Fördererpaaren.
Die Fig. 1 bis 5 geben einen Überblick über die in Dämmplatten häufig anzutreffenden Faserorientierungen. Platten mit parallel zur Oberfläche angeordneten Fasern (Fig. 1) haben vergleichsweise schlechte mechanische Eigenschaften. Um die Nachteile zu kompensieren, werden die Fasern häufig mit Bindemittel angereichert und das Raumgewicht erhöht.
Produkte mit senkrecht zur Oberfläche angeordneten Fasern können erhalten werden, wenn eine Platte gemäss Fig. 1 in Streifen geschnitten, die Streifen um 90 Grad gedreht und dann gebündelt werden. Diese Herstellungsart ist aufwändig und entsprechend unwirtschaftlich. Gemäss einer anderen Herstellungsart wird das Vlies gefaltet (pleating process, Fig. 2). Diese Produkte besitzen eine wesentlich bessere Druck- und Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene als Platten gemäss Fig. 1. Platten mit gefalteten Fasern lassen sich biegen und können daher zur Isolation von Rohren oder zur Auskleidung von Rundungen eingesetzt werden. Nachteilig hingegen ist, dass diese Produkte entlang der Falten gerne brechen und die Durchstichfestigkeit ungenügend ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Produkte dieser Art ist, dass innerhalb der Platte relativ grosse Unterschiede im Raumgewicht vorhanden sein können.
Fig. 3 zeigt ein zweischichtiges Produkt, dessen obere Schicht ein erhöhtes Raumgewicht aufweist. Diese Produkte sind für Anwendungen geeignet, für die eine erhöhte Trittfestigkeit oder ein verstärkter Oberflächenschutz gefordert wird. Dank dem erhöhten Raumgewicht der oberen Schicht kann das durchschnittliche Raumgewicht reduziert werden.
Fig. 4 zeigt ein Produkt mit weitgehend isotroper Faserorientierung, bei der die Fasern zufällig orientiert sind. Diese Produkte besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie eine hohe Druck-, Tritt- und Durchstichfestigkeit sowie eine hohe Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene auf. Sie brechen nicht und ihre Wärmeleitfähigkeit entspricht weitgehend derjenigen von Produkten gemäss Fig. 1. Insgesamt sind diese Produkte leichter als vergleichbare mit im Wesentlichen parallel angeordneten Fasern bei vergleichbaren oder verbesserten mechanischen Eigenschaften.
Fig. 5 zeigt ein Produkt, bei welchem die Vorteile von einem erhöhten Raumgewicht der oberen Schicht und der Faserstruktur gemäss Fig. 4 kombiniert sind. Ziel der Erfindung ist es, insbesondere die Eigenschaften von Produkten gemäss Fig. 4 und 5 weiter zu verbessern.
Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung 11 zur Herstellung von Mineralfaserplatten besitzt im Wesentlichen in Förderrichtung F hintereinander angeordnet ein Pendelband 13 und ein Aufsammelband 15 zur Ablage respektive Aufnahme der von einer nicht näher gezeigten Fasererzeugungsanlage erzeugten Fasern, sowie eine Vorkomprimierungsstufe 17 und eine Optimierungs- oder Komprimierungseinrichtung 19 zur Bildung eines Filzes oder Vlieses 20 mit optimierter Faserorientierung und Homogenität. An die Komprimierungseinrichtung 19 zur Optimierung der Kompression schliesst sich eine optionale Mehrschichtenanlage 21 an, welche für die Herstellung von mehrschichtigen Mineralfaserplatten einsetzbar ist.
Nach der Mehrschichtenanlage 21 sind Transportmittel 23 vorgesehen, welche das komprimierte Vlies an den gegenüberliegenden grossen Flächen eingespannt halten und einer Bindestation, z.B. einem Härteofen 25, zuführen.
Die bereits erwähnte Fasererzeugungsanlage dient der kontinuierlichen Herstellung von Fasern nach einem der bekannten Verfahren, wie z.B. dem Kaskadenspinnverfahren. Die erzeugten Fasern, auch Primärvlies genannt, werden mit einem Bindemittel besprüht (nicht gezeigt) und gelangen über einen ebenfalls nicht gezeigten Förderer in das Pendelband 13. Das Pendelband 13 befindet sich oberhalb des Aufsammelbandes 15 und pendelt quer zur Transportrichtung des Aufsammelbands 15. Eine andere Ausrichtung der Pendelbewegung, z.B. in Transportrichtung, ist jedoch ebenfalls denkbar. Durch die Pendelbewegung wird das Primärvlies 26 auf dem vorwärts bewegten Aufsammelband 15 - je nach Geschwindigkeit desselben und Frequenz der Pendelbewegung - in Lagen, wie dies aus der Fig. 6 ersichtlich ist, abgelegt. Es sind jedoch auch andere Mittel, z.B.
Gasdüsen, zur Erzeugung einer möglichst zufälligen Faserorientierung auf dem Aufsammelband einsetzbar. Durch die Vorschubbewegung des Aufsammelbands 15 ist die Orientierung der Fasern überwiegend in einem Winkel zur Transportrichtung. Von oben gesehen verlaufen die Fasern zweier übereinander angeordneten Vlieslagen im Wesentlichen übers Kreuz.
Die Vorkomprimierungsstufe 17 besteht aus einem unteren Transportband 27 und einem Pressband 29. Das Pressband 29 ist höhenverstellbar, sodass das Vlies 26 unterschiedlich stark vorkomprimiert werden kann. Die Vorkomprimierungsstufe 17 sorgt für eine Vorkomprimierung und gewisse Homogenisierung des relativ lockeren Vlieses 20, bevor dieses in die Komprimierungseinrichtung 19 eingebracht wird. Beide Bänder 27, 29 besitzen vorzugsweise einen eigenen unabhängigen Antrieb, sodass diese mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben werden können.
Die Komprimierungseinrichtung 19 besteht gemäss dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Förderern respektive Fördererpaaren 31, 33, 35, 37. Jedes Fördererpaar 31, 33, 35, 37 besitzt eine untere und eine obere Rollengruppe 31 min min , 33 min min , 35 min min , 37 min min resp. 31 min , 33 min , 35 min , 37 min mit je vier Rollen 39. Der lichte Abstand zwischen den einzelnen Rollengruppen 31 min , 31 min min ; 33 min , 33 min min ; 35 min , 35 min min ; 37 min , 37 min min ist einstellbar. Ausserdem sind die Rollengruppen vorzugsweise in Transportrichtung relativ zueinander neigbar. Die letztere Eigenschaft ermöglicht es, das Vlies 20 beim Passieren eines Fördererpaares 31, 33, 35, 37 kontinuierlich in der Dicke zu komprimieren oder zu dekomprimieren.
Durch die Möglichkeit, den Abstand der einander gegenüberliegenden Rollengruppen einzustellen und deren Geschwindigkeiten zu variieren, lässt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Rezepturen für die Vliesoptimierung realisieren. Dadurch können die Produkteigenschaften recht unterschiedlich sein. Auch kann dank dieser Einstellmöglichkeiten die Faserstruktur gezielt optimiert und beispielsweise eine nicht erwünschte Faltenbildung an der Vliesoberfläche verhindert werden.
Wenigstens die untere und obere Rollengruppe 31 min min resp. 31 min des ersten Fördererpaares 31 sind unabhängig voneinander in der Höhe verstellbar. Dadurch kann das Vlies einer Knickung unterworfen werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, um beispielsweise die Vliesoberfläche zu glätten und zu verdichten. Eine besonders interessante Verfahrensvariante kann realisiert werden, wenn z.B. der Abstand der Rollengruppen 31 min , 31 min min des ersten Förderers 31 auf ungefähr den 0,6- bis 0,1fachen Abstand der nachfolgenden Rollengruppen 33 min , 33 min min eingestellt ist und der durch die Fördererpaare 31, 33 definierte Förderweg fluchtend angeordnet ist (Fig. 12: Mittenlinie 69).
Ist die Geschwindigkeit des nachfolgenden Fördererpaares 33 kleiner als die des Fördererpaares 31, so können Produkte mit gefalteter Faserstruktur hergestellt werden, wobei die Faltung zwischen den Förderern 31 und 33 erfolgt.
Die oberen und unteren Rollengruppen 31 min , 31 min min ; 33 min , 33 min min ; 35 min , 35 min min ; 37 min , 37 min min der Fördererpaare 31, 33, 35, 37 besitzen jeweils einen separaten in der Fig. 6 nicht näher dargestellten Antrieb. Die eingesetzten Antriebe sind vorzugsweise in einem bestimmten Bereich stufenlos regelbar, sodass z.B. die oberen und unteren Rollengruppen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen können. Eine leicht höhere Umfangsgeschwindigkeit der oberen Rollengruppe ist beispielsweise nötig, wenn diese nicht horizontal sondern in einem Winkel zur unteren Rollengruppe angeordnet ist.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Komprimierungseinrichtung 19, bei welcher die Förderer mit den Rollen 39 aufweisenden Rollengruppen 31 min , 31 min min ; 33 min , 33 min min ; 35 min , 35 min min ; 37 min , 37 min min an einer Tragkonstruktion 71 angeordnet sind. An einem Ende der Rollen 39 sind jeweils Kettenräder 115 (Fig. 9) vorgesehen. Je vier bzw. fünf Rollen 39 stehen über Antriebsketten (nicht eingezeichnet) miteinander in Verbindung und bilden eine Rollengruppe. Für jede Rollengruppe ist ein Antrieb 117 min , 117 min min , 117 min min min , 117 min min min min , 118 min , 118 min min , 118 min min min , 118 min min min min vorgesehen.
Die obere und die untere Rollengruppe 31 min , 31 min min des in Förderrichtung (Fig. 8, Pfeil F) gesehen ersten Fördererpaares 31 sind vertikal verstellbar. Der Höhenverstellung der oberen Rollengruppe 31 min dient ein Antriebsorgan 81, welches über die Kardanwellen 77, 77 min die Spindeln 73, 73 min antreibt.
Der Höhenverstellung der unteren Rollengruppe 31 min min dient ein Antriebsorgan 83, welches über die Kardanwellen 79, 79 min die Spindeln 75, 75 min antreibt.
Im Unterschied zu den ersten Rollengruppen 31 min , 31 min min ist die Lage der verbleibenden Rollengruppen nicht (unten) oder nur gemeinsam verstellbar (oben). Wie insbesondere aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, sind die in Förderrichtung gesehen hinteren drei unteren Rollengruppen 33 min min , 35 min min , 37 min min an einem stationären Rahmen 85, die oberen drei Rollengruppen 33 min , 35 min , 37 min an einem höhenverstellbaren Rahmen 87 angeordnet. Der höhenverstellbare Rahmen 87 ist am oberen Teil der Tragkonstruktion 71 vertikal verstellbar. Linearführungen 93 an den Säulen 95, 95 min sorgen für eine vertikale Führung des Rahmens 87. Der Höhenverstellung des Rahmens 87 dient ein Antriebsorgan 103, welches über die Kardanwellen 99, 99 min , 101, 101 min die an der Tragkonstruktion 71 paarweise angeordneten Spindeln 89, 89 min , 91, 91 min antreibt.
Die oberen Rollengruppen 33 min , 35 min , 37 min , von denen die letzte übrigens 5 Rollen 39 besitzt, sind an Tragschienen 105 angeordnet, welche mittels der Schwenkachse 107 mit dem Rahmen 87 gelenkig verbunden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das in Förderrichtung gesehen vordere Ende der Tragschienen 105 durch ein weiteres Paar Spindeln 109, 109 min mit dem höhenverstellbaren Rahmen 87 verbunden. Durch Verstellen der Spindeln 109, 109 min können die Tragschienen 105 nach oben oder nach unten aus der Horizontalen herausgeschwenkt werden, sodass beispielsweise eine in Förderrichtung F sich verjüngende Bahn gebildet werden kann. Die Spindeln 109, 109 min stehen ebenfalls über Kardanwellen 111, 111 min miteinander in Verbindung, sodass auch hier ein Antrieb 113 genügt, um diese zu verstellen.
In Fig. 12 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie vier Fördererpaare grundsätzlich angeordnet sein können. Mit der Komprimierungseinrichtung gemäss den Fig. 7 bis 9 können die Einstellungen gemäss den Fig. 12b und 12c jedoch nicht vorgenommen werden. Eine Anordnung der Rollengruppen 31 min , 31 min min , 33 min , 33 min min , 35 min , 35 min min , 37 min , 37 min min gemäss Fig. 12d) empfiehlt sich beispielsweise, wenn leichte Produkte hergestellt werden sollen. Mit einer Anordnung der Rollengruppen 31 min , 31 min min , 33 min , 33 min min , 35 min , 35 min min , 37 min , 37 min min wie in Fig. 12f) gezeigt kann beispielsweise eine gefaltete Faserstruktur oder Vliesbahn erzeugt werden.
Nach der aus mehreren Fördererpaaren bestehenden Komprimierungseinrichtung 19 folgt die optionale Mehrschichtenanlage 21, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel als Zweischichtenanlage (Dual-Density-Device) ausgebildet ist. Diese besitzt eine in der Fig. 6 nur skizzenhaft dargestellte Trenneinrichtung 41, beispielsweise eine Bandsäge oder ein Bandmesser, zur Trennung des komprimierten Vlieses 20 in zwei Teilbahnen 43 und 45. Ausserdem besitzt die Mehrschichtenanlage 21 zweite Förderer 47, 49, 50 und 51, z.B. Transportbänder, welche die komprimierten Teilbahnen 43, 45 in der Dicke fixieren. Allfällige aus geometrischen Gründen sich ergebende Zwischenräume zwischen der Trenneinrichtung und beispielsweise dem Transportband 49 oder 50 können so weit möglich durch Leit- oder Führungsbleche überbrückt sein.
Diese verhindern ein Ausbrechen der mehr oder weniger stark komprimierten Vliesbahn 43.
Vorzugsweise ist die Trenneinrichtung 41 und der nachfolgende Förderer 49 höhenverstellbar, sodass das aus der Komprimierungseinrichtung 19 austretende Vlies in praktisch beliebig dicke untere und obere Bahnen 43, 45 geschnitten werden kann. Darüber hinaus können die Trenneinrichtung 41 und das Transportband 49 unabhängig voneinander auch so weit nach oben verschoben werden, dass diese ausserhalb des Transportbereichs des Vlieses angeordnet sind. Das Transportband 49 dient dann als Niederhalteband. Dank der Höhenverstellbarkeit kann die Vorrichtung 11 wahlweise für die Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Platten eingesetzt werden. Grundsätzlich können mehrere Trenneinrichtungen und entsprechende Niederhaltebänder vorgesehen sein, um Platten mit drei oder noch mehr Schichten herstellen zu können.
Ausserdem ist der Abstand zwischen den oberen und unteren Rollen einstellbar, sodass unterschiedlich starke Deckschichten hergestellt werden können.
Zwei nach den zweiten Förderern 50, 51 vorgesehene, eine Komprimierungsstufe bildende zweite Fördererpaare 53, 54 dienen der Dicken- und Längskomprimierung der oberen Bahn 45. Die zweiten Fördererpaare 53, 54 besitzen vorzugsweise Rollen 55, welche jeweils zu oberen und unteren Rollengruppen mit jeweils drei Rollen zusammengefasst sind. Die zweiten Fördererpaare 53, 54 sind jeweils mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten antreibbar, sodass die durch eine Dickenkompression unter Umständen auftretenden Längungen durch eine anschliessende Längskomprimierung kompensiert werden können. Ausserdem ist der Abstand zwischen den oberen und unteren Rollen einstellbar, sodass unterschiedlich starke Deckschichten hergestellt werden können.
Nicht näher dargestellte Transportbänder, Rutschen und/oder Leitbleche führen die komprimierte Bahn 45 min wieder mit der unteren Bahn 43 zusammen. Auf ein Niederhalteband für die stark komprimierte Bahn 45 min kann in den meisten Fällen verzichtet werden. Im Bereich, wo die Bahnen 43, 45 wieder zusammenkommen, ist eine Zudosiereinrichtung 57 für ein Bindemittel vorgesehen. Durch diese Einrichtung kann Bindemittel auf die Berührungsflächen der oberen und/oder unteren Bahnen 43, 45 min gebracht werden, sodass nach dem Aushärten des Bindemittels ein besserer Verbund zustandekommt. In den meisten Fällen, insbesondere wenn auftretende Längungen vorher kompensiert wurden, kann auf eine Zudosiereinrichtung 57 auch verzichtet werden.
Einlaufbänder 59, 61 und Einlaufrollen 63, 65 pressen die vereinigten Bahnen 43, 45 min zusammen und transportieren diese in den Härteofen 25. Die Umlaufgeschwindigkeiten der Einlaufbänder 59, 61 und Einlaufrollen 63, 65 sind zweckmässigerweise individuell einstellbar, sodass je nach Bedarf eine Komprimierung oder Dekomprimierung der zusammengepressten Bahnen 43, 45 min vorgenommen werden kann. Wenigstens die Einlaufrollen 63, 65 sind vorzugsweise kühlbar. Im Härteofen 25 sind vorzugsweise luftdurchlässige Transportbänder 67, 67 min vorgesehen. Die Bänder 67, 67 min halten die Bahnen 43, 45 min während des Härtungsprozesses zusammen und bestimmen damit im Wesentlichen die Nominalstärke der fertigen Platten.
Die Bänder 67, 67 min sind ebenso wie die Förderer 59, 61, 63, 65 höhenverstellbar und somit den aus der Mehrschichtenanlage 21 oder der Komprimierungseinrichtung 19 kommenden Vliesstärken anpassbar.
Die Herstellung der mehrschichtigen Platte kann folgendermassen erfolgen: Das aus einer nicht gezeigten Sammelkammer ausgetragene und mit Bindemittel versehene Primärvlies, welcher im Falle von Steinwollefasern üblicherweise ein Gewicht von ungefähr 200-800 g/m<2>, vorzugsweise 200-400 g/m<2>, bei einer ungefähren durchschnittlichen Dicke von 15 bis 20 oder häufig bis 75 mm besitzt, wird dem Pendelband 13 zugeführt. Das Pendelband 13 legt das Primärvlies auf dem kontinuierlich vorwärtslaufenden Aufsammelband 15 ab. Je nach Geschwindigkeit des Aufsammelbands 15 und Frequenz des Pendelbands 13 werden auf dem Band 15 in senkrechter Richtung eine grössere oder kleinere Anzahl von Vlieslagen gebildet. Die Lagenzahl wird entsprechend den gewünschten Platteneigenschaften, z.B. Gewicht, Druckfestigkeit etc., des Endprodukts gewählt.
Die Lagenzahl hängt im Übrigen auch noch von der Faserrezeptur, d.h. den einzelnen Faserverarbeitungsschritten zwischen Fasererzeugungsanlage und Härteofen 25, ab. Üblicherweise werden 2 bis 40 bis 50 Lagen auf dem Aufsammelband 15 abgelegt.
Das Auflegen des Primärvlieses 26 mit dem Pendelband 13 ergibt nicht nur eine gute Querverteilung des Fasermaterials auf dem Aufsammelband 15, sondern führt auch zu einer Verstetigung der Faserorientierung und einer gewissen Homogenisierung. Die Faserorientierung kann weiter gezielt durch eine Änderung der Richtung der Pendelbewegung beeinflusst werden.
In der Vorkomprimierungsstufe 17 wird das abgelegte Vlies einer Vorkomprimierung unterworfen. Dabei wird das Vlies so weit vorkomprimiert, dass dieses von den Rollen des ersten Fördererpaars noch erfasst werden kann (gewünschte Nominalstärke plus maximal ungefähr 40% des Rollendurchmessers). Eine gewisse Auffederung des Vlieses nach der Vorkomprimierung ist durchaus erwünscht, damit beim Eintritt in die Komprimierungseinrichtung eine zur Erzielung der gewünschten Umorientierung der Fasern ausreichend grosse Adhäsion zwischen dem Vlies und den Rollen zustandekommt.
Da bei Produkten mit einer Dichte von weniger als ungefähr 80 bis 90 kg/m<3> die im Vlies bei der Längskomprimierung herrschenden Expansionskräfte viel geringer sind, ist bei der Herstellung dieser Produkte neben der Längs- meist auch eine mässige Dickenkomprimierung nötig, um die nötige Spannung einzustellen und eine unerwünschte Faltenbildung an der Vliesoberfläche zu vermeiden.
Im Falle des Dublierens, d.h. wenn das Primärvlies in Lagen abgelegt ist, weisen die Vliesoberflächen mehr oder weniger stark ausgeprägte Stufen auf. Diese Stufen können in der Vorkomprimierungsstufe 17 wenigstens teilweise ausgeglichen werden, indem das obere Band 29 mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als für den Weitertransport nötig wäre, angetrieben wird.
Das teilweise geglättete Vlies kann in der Komprimierungseinrichtung 19 einer weiteren Glättung unterzogen werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das erste und zweite Fördererpaar nichtfluchtend angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass beliebige andere Fördererpaare nichtfluchtend angeordnet sind. Durch die nichtfluchtende Anordnung wird das geförderte Vlies 20 einer Knickung unterworfen resp. transversal umgelenkt, was ein Glätten der Vliesoberflächen bewirken kann. Der Glättungseffekt kann noch verstärkt werden, wenn das zweite Fördererpaar etwas langsamer läuft als das erste.
Vorzugsweise erfolgt in der Optimierungs- oder Komprimierungseinrichtung 19 eine Längskomprimierung von 2:1 bis 6:1 (entsprechend den Umfangsgeschwindigkeiten des ersten und des letzten Fördererpaares 31 und 37) im Wesentlichen bei einem Rollenabstand, der der Nominalstärke der herzustellenden Platte entspricht (d.h. Verdichtung durch Längskomprimierung ohne Dickenkomprimierung). Obwohl die Geschwindigkeitsabstufung mehrstufig sein kann, können die gewünschten Eigenschaften in der Regel mit einer einstufigen Längskomprimierung erreicht werden. Bei leichteren Produkten kann allerdings eine Längskomprimierung bei gleichzeitig ablaufender mässiger Dickenkomprimierung vorteilhaft sein. Bei einer einfachen Geschwindigkeitsabstufung können jeweils zwei Fördererpaare 31, 33 und 35, 37 je von einem Antrieb gemeinsam angetrieben sein.
Überraschenderweise haben sich Rollen 39 als Fördermittel als besonders vorteilhaft erwiesen. Mit Rollen 39 kann das Vlies stark längskomprimiert werden, ohne dass es zu einer nennenswerten Faltenbildung an der Vliesoberfläche kommt. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass zwischen den Rollen und dem Vlies eine nur geringe Adhäsion besteht. Die Rollen fördern ausserdem die Umorientierung der Fasern, da das Vlies zwischen den Rollen jeweils etwas expandieren kann, ohne sich jedoch zu falten. Daraus resultiert eine gute Verdichtung des Faserfilzes im Innern und an der Vliesoberfläche.
Das komprimierte Vlies kann in der Mehrschichtanlage 21 in zwei oder mehrere Bahnen 43, 45 getrennt werden. Es ist auch möglich, die Mehrschichtenanlage wegzulassen oder ausserhalb der Transportbahn zu positionieren und das Vlies mit optimierter Faserstruktur direkt dem Härteofen zuzuführen.
Die Trennung des Vlieses 20 geschieht durch eine Bandsäge oder ein Bandmesser in einer an und für sich bekannten Art. Die obere Bahn 45 mit optimierter Faserstruktur wird anschliessend einer Dicken- und Längskomprimierung unterworfen. Dabei werden die Fasern der oberen Schicht 45 durch die Dicken- und anschliessende Längskomprimierung weiter verdichtet. Danach wird die dickenkomprimierte Bahn 45 min auf die durchlaufende untere Bahn 43 zurückgelegt.
Das komprimierte Vlies 43, 45 min , insbesondere die unter Spannung stehende Bahn 43, werden zwischen der Komprimierungsstufe 19 und dem Härteofen 25 durch die Förderer 47, 49, 59, 61, 63, 65, beispielsweise Bänder, Ketten oder Rollenanordnungen, vorzugsweise Transportbänder, geführt, um ein Ausbrechen oder Ausbauchen zu verhindern.
Im Härteofen 25 wird das Bindemittel im Vlies ausgehärtet. Die Härtung des Bindemittels erfolgt bei Temperaturen zwischen 180 und 300 DEG C, vorzugsweise bei ca. 200 bis 250 DEG C. Das Bindemittel sorgt gleichzeitig für eine feste Verbindung der beiden Bahnen 43, 45 min mit geringer und grosser Rohdichte.
Um die Haftung der Bahnen 43, 45 min zu verbessern, können diese vor dem Zusammenführen auf der Mehrschichtanlage an den Kontaktstellen mit einem festen oder flüssigen Kleber versehen werden (Zudosiereinrichtung 57).
Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung zwischen den beiden Bahnen 43 und 45 min verbessert werden, wenn die Bahnen vor dem Härteöfen 25 etwas gestaucht werden. Je nach Grad der Stauchung kann diese in einer gewissen Faltung der Bahnen resultieren. Durch die Stauchung vergrössern sich die Berührungsflächen, und die Verklebung/Verfilzung der Bahnen kann dadurch verbessert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann für die ein- oder mehrstufige Längenkomprimierung eines Mineralfaservlieses eingesetzt werden. Alternativ kann die Vorrichtung auch so betrieben werden, dass sich ein kontinuierliche Kompressionszone bildet. Es können Produkte vorzugsweise mit einer Dichte zwischen ungefähr 40 und 200 kg/m<3> hergestellt werden.
<tb><TABLE> Columns=2 Beispiel 1:
<tb><SEP>Plattentyp<SEP>2-schichtig
<tb><SEP>Fasermaterial<SEP>Steinwolle
<tb><CEL AL=L>Plattenstärke<SEP>100 mm
<tb><SEP>Stärke der Deckschicht<SEP>ca. 20 mm
<tb><SEP>Stärke der Grundschicht<CEL AL=L>ca. 80 mm
<tb><SEP>durchschn.
Rohdichte<SEP>ca. 90 kg/m<3>
<tb><SEP>Rohdichte der Deckschicht<SEP>155 kg/m<3>
<tb><SEP>Rohdichte der Grundschicht<SEP>75 kg/m<3>
<tb><SEP>Bindemittel<SEP>modifiziertes Phenolharz
<tb><SEP>durchschnittliche Faserlänge<SEP>von ca. 0,5 bis 10 mm
<tb><SEP>durchschnittlicher Faserdurchmesser
<SEP>von 3 bis 6 mu m
<tb><SEP>Vorkomprimierung<SEP>ungefähr 1,5 Nominalstärke
<tb><CEL AL=L>Dickenkomprimierung<CEL AL=L>1,8:1 bis 1,1:1
<tb><SEP>Längskomprimierung<SEP>3:1
<tb><SEP>Druckfestigkeit bei 10%
<tb><CEL AL=L>Einfederung<SEP>0,025-0,030 N/mm<2>
<tb><SEP>Abrissfestigkeit (Delaminierung)<SEP>0,013-0,018 N/mm<2>
<tb></TABLE>
<tb><TABLE> Columns=2 Beispiel 2:
<tb><SEP>Plattentyp<SEP>1-schichtig
<tb><SEP>Fasermaterial<SEP>Steinwolle
<tb><CEL AL=L>Plattenstärke<SEP>100 mm
<tb><SEP>Rohdichte<SEP>ca. 90 kg/m<3>
<tb><SEP>Bindemittel<SEP>modifiziertes Phenolharz
<tb><SEP>durchschnittliche Faserlänge<SEP>von ca. 3 bis 4 mm
<tb><SEP>durchschnittlicher Faserdurchmesser
<SEP>von 3 bis 4 mu m
<tb><SEP>Vorkomprimierung<SEP>ungefähr Nominalstärke
<tb><SEP>Längskomprimierung<CEL AL=L>3:1
<tb><SEP>Druckfestigkeit bei 10%
<tb><SEP>Einfederung<SEP>0,035 N/mm<2>
<tb><SEP>Abrissfestigkeit (Delaminierung)<SEP>0,020 N/mm<2>
<tb></TABLE>
Im Vergleich zu Platten mit nicht optimierter Faserstruktur und -dichte kann bei den nach dem neuen Verfahren hergestellten Platten das Gewicht um bis zu 25 bis 40% vermindert werden, bei sonst weitgehend gleichen mechanischen Eigenschaften. Die Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene ist stark verbessert, wobei dies in einer stark strukturierten Bruchstelle zum Ausdruck kommt (Fig. 10b und 10c).
Produkte gemäss der Erfindung können für irgendeinen der herkömmlichen Zwecke von künstlichen Fasern eingesetzt werden, z.B. für Platten, Bahnen, welche der thermischen Isolation, Brand- und Feuerschutz oder Schalldämmung und Schallregulierung, oder in geeigneter Form im Gartenbau als Wachstumsmedium dienen.
The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1 or 29, a method for producing a mineral fiber board according to the preamble of claim 32 and a mineral fiber board according to the preamble of claim 51.
Various improvements in the production of mineral fiber boards have become known in recent years. A significant improvement in mineral fiber boards can be achieved, for example, by reorienting the fibers in the manufacturing process so that they are predominantly oriented perpendicular to the large areas of the board. This significantly increases the compressive rigidity and tensile strength perpendicular to the plate level.
The reorientation of fibers in a continuous production process by upsetting a fiber web has become known, for example, from DE-A-1 635 620. According to this disclosure, the compressive rigidity, the peel strength and the recovery capacity of the finished fiber flat webs can be significantly improved by compressing them by up to 35%. The examples given in DE-A-1 635 620 describe a previous thickness compression and a subsequent, relatively low longitudinal compression with the same or increasing layer thickness.
A problem with the longitudinal compression of a fleece is the undesirable formation of folds on the surface of the felt. WO 91/14 816 mentions that wrinkles already appear on the surface of the felt due to a single-stage compression of more than 30%. In order to avoid the formation of wrinkles, the use of at least two conveying elements, the areas of influence of which overlap one another, is proposed. The conveyor elements are camshafts with cam discs. It is taught to use 4 to 12 conveying elements arranged one behind the other and to reduce the speed from one conveying element to the next in the conveying direction by 10 to 20%, so that there is a continuous reduction in speed.
In a preferred variant, the felt is compressed to approximately 70% of the nominal thickness and then passed through the conveying elements, which are arranged in a V-shape, so that a transport path that widens in the transport direction results.
According to EP-A-0 133 083, products with improved mechanical properties can be obtained if the nonwoven is subjected to at least two longitudinal compression processes. The degree of compression of each compression level is limited to a value that is less than that at which wrinkles that influence the surface formation of the mineral fiber layer would form. The use of relatively long belt conveyors is proposed for carrying out the method. The use of roller conveyors is not recommended as they tend to clog. In contrast to DE-A-1 635 620, EP-A-0 133 083 teaches a substantially greater total degree of longitudinal compression, namely up to 15, with the same degree of longitudinal compression preferably being set for each longitudinal compression stage.
According to EP-A-0 133 083, the longitudinal compression of the felt is preferably accompanied by a simultaneous compression of the thickness. To achieve the desired compressive rigidity of the finished products most commonly used in practice (30 to 150 kg / m <3>), the compressed fiber web must be subjected to a final thickness compression at the entrance to the drying oven. The products produced by the process taught in EP-A-0 133 083 have a largely isotropic fiber orientation.
According to US Pat. No. 4,567,078, which relates to the production of glass fiber plates, glass fibers cannot be satisfactorily compressed in one step, since otherwise a corrugated fiber structure results. According to the teaching of US Pat. No. 4,567,078, however, a folded structure can be avoided if the longitudinal compression is carried out in two or more stages by means of belt conveyors. According to this teaching, however, the belt conveyors must be long enough to be able to hold the glass fibers.
EP-A-365 826 describes a method for producing mineral fiber boards with a folded fiber structure. In the method mentioned, a mineral fiber layer is first pre-compressed in thickness by means of rollers and then compressed in length in several stages arranged one behind the other, so that the mineral fiber layer is gradually bulged. Between two successive longitudinal compression stages, a free-running intermediate stage in the form of a pair of rollers is provided, which exerts no feed force on the mineral fiber layer.
The methods described above all have the disadvantage that they can only be used to produce either folded products or products with an isotropic fiber orientation.
The object of the present invention is to provide an apparatus and a method in order to be able to produce products with improved properties. The aim is in particular to further improve the efficiency of the production processes of mineral fiber boards, i.e. it should be possible to manufacture products with certain physical properties, such as improved compressive rigidity and tensile strength and better insulation values, with less use of resources. The products should have a density that is as homogeneous as possible. Another object of the invention is to provide a device in order to be able to vary the physical properties of the products produced in the widest possible range.
It should be possible to produce products with a random fiber orientation and, if possible, products with a folded structure on a single system.
According to the invention, this is achieved by a device according to the characterizing part of claim 1 or 29. Although roller and belt conveyors for compressing mineral fiber fleece are considered to have the same effect in the literature, it was surprisingly found that by using a compression device with a plurality of roller groups arranged in series, each with two or more rollers, products with significantly better properties can be produced. In contrast to known longitudinal / height-compressed products, the new products are characterized by a particularly homogeneous density. The fibers are evenly matted and a preferred fiber orientation cannot be discerned (Fig. 11). On an enlarged scale, it can be seen that the randomly oriented fibers are partially arranged in waves.
This type of fiber structure is called "corrugated fiber structure" by the inventors.
In contrast to the device of EP-A-0 365 826, no free-running intermediate stages are used and a gradual bulging of the nonwoven web is also not desirable. A continuous gradation of speed, as taught by WO 91/14 816, is also in no way necessary. Rather, the roles can be combined into role groups with two or more roles, the roles of which are driven at the same speed. In contrast to WO 91/14 816, the opposing roller groups are preferably arranged parallel to one another or, in certain cases, relatively inclined, so that a nonwoven web tapers in the direction of transport.
It has been shown that due to the low adhesion, there is a certain amount of slippage between the rolls and the fleece, which causes the fleece to slide over the rolls when compressed. The fleece is tumbled through a certain distance, i.e. expanded and compressed several times. It is believed that this effect is a reason for the marked improvement in the product properties achieved. The device according to the invention ensures an intensive compression of the fiber felt inside and on the surface.
It appears essential to the present invention that the fleece or the fiber felt is subjected to an optimization, in particular a longitudinal or longitudinal / thickness compression, by means of a plurality of rolls or rollers. In the device according to the invention, the compression of the fiber felt can take place gradually and over a longer distance than e.g. in belt conveyors. Compression of the fiber felt over a reasonable distance seems to be important. In the compression zone that forms during the compression process, the fiber felt is constantly rolled through, which has a positive effect on the micro bulk density.
Surprisingly, the products produced with the device according to the invention also have a very homogeneous micro bulk density (density distribution in a small volume unit) and very good mechanical properties, such as compressive strength, puncture resistance and tensile strength, with a weight which is 15 to 25% less than that of conventional products , which enables significant resource savings.
The roll diameter and the mutual spacing of the rolls in the conveying direction are advantageous in such a way that breaking out or folding of the fleece is largely impossible. By means of the compression by means of a compact roller arrangement with rollers of a relatively small diameter, products with a corrugated fiber structure can be obtained. The dimensions and spacing of the rolls required to produce the corrugated fiber structure also depend, among other things, on the type of fiber and the length of the fiber. The roll diameter is expediently between approximately 60 and 160 mm, preferably between 80 and 120 mm. The distance between adjacent rollers is expediently chosen so that the fiber felt cannot escape.
The distance between two adjacent rollers is therefore preferably between 1 and approximately 50 mm, advantageously between 2 and 30 mm, and very particularly preferably less than 20 mm. The permissible roller spacing essentially depends on the fleece density, the extent of the length compression in the compression device and the thickness of the plate to be produced. The roller diameter is expediently 90 mm and the center distance between two adjacent rollers is 95 mm. Products with different thicknesses and high densities can be produced with a small roller gap.
For example, although three to ten pairs of roller conveyors can be provided, each having two to ten rollers, in a preferred embodiment, three to six pairs of conveyors, each with three to eight rollers, preferably four pairs of conveyors with roller groups of four rollers each, are provided. Although the use of four pairs of conveyors with roller groups of four rollers each allows single or multiple speed gradations, in many cases the improved product properties can already be achieved with one-step longitudinal compression. The use of four pairs of conveyors also provides a sufficiently long compression path.
The pairs of conveyors are advantageously adjustable in height independently of one another. In a particularly advantageous embodiment, the position of the opposing roller groups of at least one pair of conveyors can be individually adjusted relative to the position of the roller groups of the subsequent conveyor pair (s). As a result, in contrast to the known devices, in addition to products with a random fiber orientation, products with a folded fiber structure can also be produced. For the production of essentially folded products, the distance between the opposing roller groups of a pair of conveyors can expediently be set to approximately 0.5 to 0.1 times the distance between the roller groups of the subsequent pair of conveyors, and the conveying path defined by the two pairs of conveyors is arranged essentially in alignment.
Although the roller groups of a pair of conveyors are usually driven at the same peripheral speed, it can be advantageous to control the peripheral speed of the rollers of each individual group independently of the speed of the rollers in each other group and to provide a separate, controllable drive.
The compression device advantageously has a supporting structure on which the conveyor pairs are arranged. Due to the supporting structure, the compression device has a compact design. The compression device can also be retrofitted to existing systems. The roller groups of at least one pair of conveyors are advantageously each displaceable independently of one another perpendicular to the conveying direction on the supporting structure. This has the advantage that, among other things, the production of folded products is also possible.
An advantageous embodiment is characterized in that at least two roller groups are each arranged on a separate frame, which is adjustable perpendicular to the conveying direction on the supporting structure. This simplifies the construction and control of the compression device. The frame is expediently pivotably arranged on the supporting structure. This enables simultaneous thickness and length compression. The individual adjustment options are advantageously realized using spindles. However, racks and pinions, worm gear or the like can also be used. To implement a parallel drive, two or more spindles can be connected to shafts, which reduces the number of drives required.
The rotational speeds of at least the pairs of conveyors and the distances between the opposing conveyors are advantageously individually adjustable. The drive means of the conveyors and the means for adjusting the distance between the conveyors are expediently connected to a microprocessor control. The microprocessor control particularly advantageously has at least two reading / input units, one of which is arranged in the area of the compression device and the other of which is arranged, for example, in a control room. As a result, a process can be optimized directly on site or the process can be intervened.
The microprocessor control can have storage means to store the process parameters such as the speeds and the distance of the conveyors, so that customer-specific products can be reproduced at any time.
Means are advantageously provided in front of the compression device, for example an isotope system, in order to determine the amount of fibers per unit area. These means for determining the amount of fiber can be connected to the fiber production system or to the microprocessor control so that the amount of fiber per unit area can be controlled and stabilized.
According to a particularly preferred embodiment, a separating device is provided between the compression device and the binding station for separating the fleece into two or more partial webs, at least one compression stage for compressing the thickness and / or longitudinal compression of at least one partial web, and conveyors for breaking out the compressed fleece between the webs Prevent compression device and the binding station. With this device, multi-layer products can be produced. The compression stage for compressing the at least one partial web advantageously has at least two independently driven conveyor pairs. As a result, length compression can also be carried out in addition to the thickness compression.
Appropriately, at least the separating device and the subsequent conveyor in the area of the multilayer system can be adjusted in height. This has the advantage that the device can be used both for the production of single-layer and multi-layer products.
Although the adhesion of the partial webs by hardening the binder adhering to the fibers is normally sufficient, means can be provided in order to provide the contact surfaces of the partial webs with binder before they are brought together. In principle, the webs brought together and held together by suitable means can be compressed again. However, the webs are advantageously longitudinally compressed before binding. The longitudinal compression can take place in a ratio of 1.1: 1 to a maximum of 2: 1. A final longitudinal compression allows the contact surfaces to be enlarged so that the bond between the partial webs is improved.
The present invention also relates to a method according to the characterizing part of claim 32. An advantageous method variant provides that, for the production of essentially folded products, the distance between the opposite rollers of a conveyor pair is approximately 0.5 to 0.1 times the distance between the roller groups of the subsequent conveyor pair is set, the conveyor path defined by the two pairs of conveyors being arranged essentially in alignment and the peripheral speed of the subsequent conveyor being less than the peripheral speed of the previous one. Furthermore, at least one of the roller conveyors can be inclined relative to the conveying direction, for example in order to produce a nonwoven web that tapers in the conveying direction.
This can be important in the manufacture of products with a density less than about 100 kg / m <3>.
Advantageously, the nonwoven is pre-compressed to approximately 0.8 to 1.5 times, preferably 0.9 to 1.3 times, nominal thickness and very particularly preferably to the approximate nominal thickness of the finished product before it enters the compression device, so that by the roller conveyors essentially only longitudinal compression takes place. The thickness compression set refers to the distance between the opposite role groups. There is preferably no further thickness compression in front of the hardening furnace, so that the fiber structure that has been set is retained. The fleece expediently has a nominal thickness before entering the hardening furnace or already in the compression device, which corresponds to 0.9 to 1.3 times, preferably the approximate, thickness of the finished product.
The products manufactured in this way have very good tensile and compressive strength with a comparatively low weight.
Although the speed in the direction of conveyance can be stepped several times, most products with random fiber orientation can be produced by one-step speed grading. The mineral fiber fleece is advantageously compressed in length by a factor of 2 to 6, preferably by a factor of 2.5 to 5, and very particularly preferably by a factor of approximately 2.5 to 3.5. Only for products with a density of less than approximately 90 to 100 kg / m <3> a multi-stage speed gradation may be more advantageous than a one-stage. The degree of thickness compression in the compression device is preferably less than 2 and preferably less than 1.5. Before entering the binding station, for example a hardening furnace, the nonwoven preferably has a nominal thickness of approximately 0.9 to 1.3 of the finished product.
In the manufacture of products with a folded fiber structure, the distance between the opposing roller groups of a conveyor pair is preferably set to approximately 0.5 to 0.1 times the distance between the subsequent roller groups, the conveyor path defined by the two conveyor pairs being arranged essentially in alignment and the peripheral speed of the subsequent role groups is lower than the peripheral speed of the previous role groups.
In a particularly advantageous variant, the fleece is stretched in the conveying direction after longitudinal compression. By relaxing the compressed nonwoven, for example, unwanted folding of the nonwoven web, for example during the transition to the binding station, can be prevented. Under certain circumstances, it may be possible to partially or completely dispense with hold-down straps that are otherwise required after decompression. In many cases, decompression is sufficient up to approximately 20% to 40%. Decompression can occur with relatively thin, high-density products, for example of more than 140 kg / m <3>, be of importance.
Another variant of the method provides for the compression zone to be shifted at certain time intervals, i.e. perform the length compression using changing pairs of conveyors. Due to the existing slip between the rolls and the fleece, a certain self-cleaning effect can be achieved in this way and the rolls can be cleaned of any adhering binder.
The fleece can consist of glass wool, rock wool or other synthetic fibers. However, the nonwoven preferably consists essentially of rock wool fibers and contains uncured binder. The binder content by weight can be between about 0.7 and 4 percent. The binder is preferably curable in a hardening furnace. However, the fleece can also be bound by needling or felting.
Mineral fibers of an average length between approximately 0.3 and 50 mm, preferably between approximately 0.5 and 15 mm, and a thickness between approximately 1 to 12 μm, preferably between approximately 3 and 8 μm, are expediently used. However, mineral fibers with an average length between approximately 1 and 10 mm, preferably between approximately 2 and 6 mm, and an average thickness between approximately 2 to 10 μm, preferably between approximately 3 to 6 or 7 μm, can also be used. The average length of rock wool fibers, which are usually shorter than glass fibers, is usually 2 to 4 mm and the average diameter is 3 to 4 µm.
When the fleece is placed on the conveyor, the predominant orientation of the fibers is advantageously changed, or respectively. partially balanced. This can be done for example by means of a spinning body which can be pivoted at an angle to the transport direction or by means of an air curtain. This can improve the density distribution of the nonwoven and change the fiber orientation, which has a favorable effect on the mechanical properties of the products produced. The primary fleece is expediently deposited in layers on the collecting belt by means of a pendulum belt which can be pivoted at an angle to the transport direction. In this way, the fibers are partially reoriented and the homogeneity (transverse distribution) of the fleece deposited on the collecting belt can be improved.
Advantageously, two to about 60 layers, preferably between 2 and 40 to 50 layers, are laid one on top of the other. This leads to a certain reorientation of the fibers.
The fleece can be deflected transversely to the direction of transport, for example, whereby compression, in particular longitudinal compression, can take place at the same time.
The present invention also relates to mineral fiber boards produced by the process according to the invention, in particular those with a corrugated fiber structure.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures. It shows:
1 shows a mineral wool product produced by thickness compression with a fiber orientation essentially parallel to the surface;
2 shows a folded product with fibers arranged predominantly perpendicular to the surfaces;
3 shows a two-layer product, the upper layer of which has an increased density;
4 shows a product with a largely homogeneous density and randomly oriented fibers;
5 shows a product in which a layer with randomly oriented fibers is combined with a layer with increased density;
Fig. 6 is a schematic diagram of a device for the continuous production of a multilayer mineral fiber board with different density
a) in a continuous process resp. in a continuous compression zone and
b) in a one-step process;
7 shows a front view of a compression device in detail;
Fig. 8 is a side view of the compression device of Fig. 7;
FIG. 9 is a top view of the compression device of FIG. 7;
Fig. 10 shows the breaking point of a
a) plate with essentially parallel fiber orientation and
b) and c) rock wool slabs produced by the new process, which were torn apart perpendicular to the slab plane;
11 shows a perspective section through a two-layer plate, the fiber structure being shown enlarged;
and
Fig. 12 shows schematically different possible arrangements of four pairs of conveyors arranged one behind the other in the conveying direction.
1 to 5 provide an overview of the fiber orientations frequently encountered in insulation boards. Plates with fibers arranged parallel to the surface (FIG. 1) have comparatively poor mechanical properties. In order to compensate for the disadvantages, the fibers are often enriched with binders and the density is increased.
Products with fibers arranged perpendicular to the surface can be obtained if a plate according to FIG. 1 is cut into strips, the strips are rotated by 90 degrees and then bundled. This type of production is complex and therefore uneconomical. According to another type of production, the fleece is folded (pleating process, Fig. 2). These products have a much better compressive and tensile strength perpendicular to the plate level than plates according to Fig. 1. Plates with folded fibers can be bent and can therefore be used to insulate pipes or to line curves. On the other hand, it is disadvantageous that these products tend to break along the folds and the puncture resistance is insufficient.
Another disadvantage of the known products of this type is that there can be relatively large differences in density in the plate.
3 shows a two-layer product, the upper layer of which has an increased density. These products are suitable for applications that require increased tread resistance or increased surface protection. Thanks to the increased density of the upper layer, the average density can be reduced.
Fig. 4 shows a product with largely isotropic fiber orientation, in which the fibers are randomly oriented. These products have excellent mechanical properties such as high pressure, kick and puncture resistance as well as high tensile strength perpendicular to the plate level. They do not break and their thermal conductivity largely corresponds to that of products according to FIG. 1. Overall, these products are lighter than comparable fibers with essentially parallel fibers with comparable or improved mechanical properties.
FIG. 5 shows a product in which the advantages of an increased density of the upper layer and the fiber structure according to FIG. 4 are combined. The aim of the invention is in particular to further improve the properties of products according to FIGS. 4 and 5.
The device 11 shown in FIG. 6 for the production of mineral fiber boards essentially has a pendulum belt 13 and a pick-up belt 15 arranged one behind the other in the conveying direction F for storing or receiving the fibers produced by a fiber production system (not shown in more detail), as well as a pre-compression stage 17 and an optimization or Compression device 19 for forming a felt or fleece 20 with optimized fiber orientation and homogeneity. An optional multilayer system 21, which can be used for the production of multilayer mineral fiber boards, is connected to the compression device 19 for optimizing the compression.
After the multilayer system 21, transport means 23 are provided, which hold the compressed fleece clamped on the opposite large surfaces and a binding station, e.g. a hardening furnace 25.
The already mentioned fiber production plant is used for the continuous production of fibers according to one of the known processes, e.g. the cascade spinning process. The fibers produced, also called primary fleece, are sprayed with a binder (not shown) and reach the pendulum belt 13 via a conveyor, also not shown. The pendulum belt 13 is located above the pick-up belt 15 and oscillates transversely to the transport direction of the pick-up belt 15. Another Alignment of the pendulum movement, e.g. in the direction of transport, but is also conceivable. As a result of the pendulum movement, the primary fleece 26 is deposited in layers on the forward-moving pick-up belt 15, depending on the speed thereof and the frequency of the pendulum movement, as can be seen in FIG. 6. However, other means, e.g.
Gas nozzles can be used to generate the most random possible fiber orientation on the pick-up belt. Due to the advancing movement of the collecting belt 15, the orientation of the fibers is predominantly at an angle to the direction of transport. Seen from above, the fibers of two layers of fleece arranged one above the other essentially run crosswise.
The pre-compression stage 17 consists of a lower conveyor belt 27 and a press belt 29. The press belt 29 is adjustable in height, so that the fleece 26 can be pre-compressed to different degrees. The pre-compression stage 17 ensures pre-compression and a certain homogenization of the relatively loose fleece 20 before it is introduced into the compression device 19. Both belts 27, 29 preferably have their own independent drive, so that they can be driven at different peripheral speeds.
According to the exemplary embodiment shown, the compression device 19 consists of a plurality of conveyors or pairs of conveyors 31, 33, 35, 37. Each pair of conveyors 31, 33, 35, 37 has a lower and an upper roller group 31 min, 33 min, 35 min, 37 min min resp. 31 min, 33 min, 35 min, 37 min with four rolls 39 each. The clear distance between the individual roll groups 31 min, 31 min min; 33 min, 33 min min; 35 min, 35 min min; 37 min, 37 min min is adjustable. In addition, the roller groups can preferably be inclined relative to one another in the transport direction. The latter property makes it possible to continuously compress or decompress the fleece 20 as it passes a pair of conveyors 31, 33, 35, 37.
The ability to set the distance between the opposing roll groups and to vary their speeds means that a large number of different formulations for fleece optimization can be implemented. As a result, the product properties can be quite different. Thanks to these setting options, the fiber structure can also be specifically optimized and, for example, undesired wrinkling on the nonwoven surface can be prevented.
At least the lower and upper role group 31 min min. 31 min of the first pair of conveyors 31 can be adjusted in height independently of one another. As a result, the fleece can be subjected to a buckling, as shown in FIG. 6, in order, for example, to smooth and compact the fleece surface. A particularly interesting process variant can be implemented if e.g. the distance between the roller groups 31 min, 31 min min of the first conveyor 31 is set to approximately 0.6 to 0.1 times the distance between the following roller groups 33 min, 33 min min and the conveying path defined by the conveyor pairs 31, 33 is arranged in alignment (Fig. 12: center line 69).
If the speed of the subsequent pair of conveyors 33 is lower than that of the pair of conveyors 31, products with a folded fiber structure can be produced, the folding taking place between the conveyors 31 and 33.
The upper and lower role groups 31 min, 31 min min; 33 min, 33 min min; 35 min, 35 min min; 37 min, 37 min min of the conveyor pairs 31, 33, 35, 37 each have a separate drive, not shown in FIG. 6. The drives used are preferably continuously adjustable in a certain range, so that e.g. the upper and lower roller groups can have different peripheral speeds. A slightly higher peripheral speed of the upper roller group is necessary, for example, if it is not arranged horizontally but at an angle to the lower roller group.
7 to 9 show an embodiment of a compression device 19, in which the conveyors with the roller groups 39 having roller groups 31 min, 31 min min; 33 min, 33 min min; 35 min, 35 min min; 37 min, 37 min min are arranged on a support structure 71. Sprockets 115 (FIG. 9) are provided at each end of the rollers 39. Four or five rollers 39 are connected to one another via drive chains (not shown) and form a roller group. A drive 117 min, 117 min min, 117 min min min, 117 min min min min, 118 min, 118 min min, 118 min min min, 118 min min min min is provided for each roller group.
The upper and lower roller groups 31 min, 31 min min of the first pair of conveyors 31 seen in the conveying direction (FIG. 8, arrow F) are vertically adjustable. The height adjustment of the upper roller group 31 min serves a drive element 81 which drives the spindles 73, 73 min via the cardan shafts 77, 77 min.
The height adjustment of the lower roller group 31 min min serves a drive element 83 which drives the spindles 75, 75 min via the cardan shafts 79, 79 min.
In contrast to the first role groups 31 min, 31 min min, the position of the remaining role groups cannot be adjusted (below) or only together (above). As can be seen in particular from FIGS. 7 and 8, the rear three lower roller groups seen in the conveying direction are 33 minutes, 35 minutes, 37 minutes, on a stationary frame 85, the upper three roller groups 33 minutes, 35 minutes, 37 minutes a height-adjustable frame 87 is arranged. The height-adjustable frame 87 is vertically adjustable on the upper part of the support structure 71. Linear guides 93 on the columns 95, 95 min provide vertical guidance of the frame 87. The height adjustment of the frame 87 is served by a drive element 103 which, via the cardan shafts 99, 99 min, 101, 101 min, the spindles 89 arranged in pairs on the support structure 71 , 89 min, 91, 91 min drives.
The upper roller groups 33 min, 35 min, 37 min, of which the last one has 5 rollers 39, are arranged on support rails 105 which are articulated to the frame 87 by means of the pivot axis 107. In the exemplary embodiment shown, the front end of the support rails 105, viewed in the conveying direction, is connected to the height-adjustable frame 87 by a further pair of spindles 109, 109 min. By adjusting the spindles 109, 109 min, the support rails 105 can be pivoted up or down out of the horizontal, so that, for example, a path tapering in the conveying direction F can be formed. The spindles 109, 109 min are also connected to one another via cardan shafts 111, 111 min, so that here too a drive 113 is sufficient to adjust them.
In Fig. 12 different possibilities are shown how four pairs of conveyors can be arranged in principle. However, the settings according to FIGS. 12b and 12c cannot be made with the compression device according to FIGS. 7 to 9. An arrangement of the roller groups 31 min, 31 min min, 33 min, 33 min min, 35 min, 35 min min, 37 min, 37 min min according to FIG. 12d) is recommended, for example, if light products are to be produced. With an arrangement of the roller groups 31 min, 31 min min, 33 min, 33 min min, 35 min, 35 min min, 37 min, 37 min min as shown in FIG. 12f), for example, a folded fiber structure or nonwoven web can be produced.
After the compression device 19 consisting of several pairs of conveyors, there follows the optional multilayer system 21, which in the exemplary embodiment shown is designed as a two-layer system (dual density device). 6, for example a band saw or a band knife, for separating the compressed fleece 20 into two partial webs 43 and 45. In addition, the multilayer system 21 has second conveyors 47, 49, 50 and 51, e.g. Conveyor belts that fix the compressed partial webs 43, 45 in thickness. Any gaps between the separating device and, for example, the conveyor belt 49 or 50, which result for geometric reasons, can be bridged as far as possible by guide or guide plates.
These prevent the more or less highly compressed nonwoven web 43 from breaking out.
The separating device 41 and the subsequent conveyor 49 are preferably adjustable in height, so that the fleece emerging from the compression device 19 can be cut into practically any desired lower and upper webs 43, 45. In addition, the separating device 41 and the conveyor belt 49 can also be moved upwards independently of one another to such an extent that they are arranged outside the transport area of the fleece. The conveyor belt 49 then serves as a hold-down belt. Thanks to the height adjustability, the device 11 can be used either for the production of single or multi-layer panels. In principle, several separating devices and corresponding hold-down belts can be provided in order to be able to produce plates with three or even more layers.
In addition, the distance between the upper and lower rollers can be adjusted so that cover layers of different thicknesses can be produced.
Two second conveyor pairs 53, 54 provided after the second conveyors 50, 51 and forming a compression stage serve to compress the thickness and length of the upper web 45. The second conveyor pairs 53, 54 preferably have rollers 55, each of which forms upper and lower roller groups with three each Roles are summarized. The second pairs of conveyors 53, 54 can each be driven at different circumferential speeds, so that the elongations which may occur due to a thickness compression can be compensated for by a subsequent longitudinal compression. In addition, the distance between the upper and lower rollers can be adjusted so that cover layers of different thicknesses can be produced.
Conveyor belts, slides and / or baffles, not shown, bring the compressed web together again with the lower web 43 for 45 minutes. In most cases there is no need for a hold-down strap for the highly compressed web 45 minutes. In the area where the webs 43, 45 come together again, a metering device 57 is provided for a binder. By means of this device, binder can be brought onto the contact surfaces of the upper and / or lower tracks 43, 45 minutes, so that a better bond is achieved after the binder has hardened. In most cases, in particular if elongations that occur have previously been compensated for, a metering device 57 can also be dispensed with.
Infeed belts 59, 61 and infeed rollers 63, 65 press the combined webs 43, 45 min together and transport them into the hardening furnace 25. The speeds of the infeed belts 59, 61 and infeed rollers 63, 65 are expediently individually adjustable, so that compression or Decompression of the compressed webs 43, 45 min can be done. At least the inlet rollers 63, 65 can preferably be cooled. Air-permeable conveyor belts 67, 67 min are preferably provided in the hardening furnace 25. The belts 67, 67 min hold the webs 43, 45 min together during the curing process and essentially determine the nominal thickness of the finished panels.
The belts 67, 67 min, like the conveyors 59, 61, 63, 65, are height-adjustable and thus adaptable to the fleece thicknesses coming from the multi-layer system 21 or the compression device 19.
The multilayer board can be produced as follows: the primary fleece, which is discharged from a collecting chamber and not shown and is provided with a binder, which in the case of stone wool fibers usually has a weight of approximately 200-800 g / m <2>, preferably 200-400 g / m <2>, with an approximate average thickness of 15 to 20 or frequently up to 75 mm, is fed to the pendulum belt 13. The pendulum belt 13 deposits the primary fleece on the continuously forward collecting belt 15. Depending on the speed of the collecting belt 15 and the frequency of the pendulum belt 13, a larger or smaller number of nonwoven layers are formed on the belt 15 in the vertical direction. The number of layers is determined according to the desired board properties, e.g. Weight, compressive strength, etc., of the end product selected.
The number of layers also depends on the fiber formulation, i.e. the individual fiber processing steps between fiber production plant and hardening furnace 25. Usually 2 to 40 to 50 layers are deposited on the pick-up belt 15.
Placing the primary fleece 26 with the pendulum belt 13 not only results in a good transverse distribution of the fiber material on the collecting belt 15, but also leads to a steady fiber orientation and a certain homogenization. The fiber orientation can also be influenced in a targeted manner by changing the direction of the pendulum movement.
In the pre-compression stage 17, the deposited fleece is subjected to pre-compression. The fleece is pre-compressed to such an extent that it can still be grasped by the rollers of the first pair of conveyors (desired nominal thickness plus a maximum of approximately 40% of the roller diameter). A certain springing-up of the fleece after the pre-compression is absolutely desirable so that an adhesion between the fleece and the rolls which is sufficient to achieve the desired reorientation of the fibers occurs when entering the compression device.
As for products with a density of less than approximately 80 to 90 kg / m <3> The expansion forces prevailing in the nonwoven fabric during longitudinal compression are usually necessary in addition to the longitudinal compression, in addition to the longitudinal compression, in order to adjust the necessary tension and to avoid undesired wrinkling on the nonwoven surface.
In the case of duplication, i.e. if the primary fleece is laid in layers, the fleece surfaces have more or less pronounced steps. These stages can be at least partially compensated for in the pre-compression stage 17 by driving the upper belt 29 at a somewhat higher speed than would be necessary for further transport.
The partially smoothed fleece can be subjected to a further smoothing in the compression device 19. This can be done, for example, by arranging the first and second pair of conveyors to be non-aligned. It is also conceivable that any other conveyor pairs are arranged in a non-aligned manner. Due to the non-aligned arrangement, the supported fleece 20 is subjected to a buckling or. deflected transversely, which can smooth the fleece surfaces. The smoothing effect can be enhanced if the second pair of conveyors runs somewhat slower than the first.
A longitudinal compression of 2: 1 to 6: 1 (corresponding to the peripheral speeds of the first and the last pair of conveyors 31 and 37) preferably takes place in the optimization or compression device 19 essentially at a roller spacing which corresponds to the nominal thickness of the plate to be produced (ie, compression by Longitudinal compression without thickness compression). Although the speed gradation can be multi-stage, the desired properties can usually be achieved with a one-stage longitudinal compression. With lighter products, however, longitudinal compression with simultaneous moderate thickness compression can be advantageous. With a simple speed gradation, two pairs of conveyors 31, 33 and 35, 37 can each be driven together by one drive.
Surprisingly, rollers 39 have proven to be particularly advantageous as funding. With rolls 39, the fleece can be strongly longitudinally compressed without any significant wrinkling on the fleece surface. One possible explanation for this is that there is little adhesion between the rolls and the fleece. The rolls also promote the reorientation of the fibers, since the fleece between the rolls can expand somewhat without folding. This results in a good compression of the fiber felt inside and on the fleece surface.
The compressed fleece can be separated into two or more webs 43, 45 in the multilayer system 21. It is also possible to omit the multi-layer system or to position it outside the transport path and to feed the fleece with an optimized fiber structure directly to the hardening furnace.
The fleece 20 is separated by a band saw or a band knife in a manner known per se. The upper web 45 with an optimized fiber structure is then subjected to a thickness and length compression. The fibers of the upper layer 45 are further compressed by the thickness and subsequent longitudinal compression. Thereafter, the thickness-compressed web is covered for 45 minutes on the lower web 43 running through it.
The compressed fleece 43, 45 minutes, in particular the tensioned web 43, are conveyed between the compression stage 19 and the hardening furnace 25 by the conveyors 47, 49, 59, 61, 63, 65, for example belts, chains or roller arrangements, preferably conveyor belts, led to prevent breaking out or bulging.
The binder in the fleece is hardened in the hardening furnace 25. The binder is cured at temperatures between 180 and 300 ° C., preferably at about 200 to 250 ° C. At the same time, the binder ensures a firm bond between the two webs 43, 45 min with a low and high bulk density.
In order to improve the adhesion of the webs 43, 45 min, they can be provided with a solid or liquid adhesive at the contact points prior to the merging on the multilayer system (metering device 57).
As an alternative or in addition, the connection between the two webs 43 and 45 min can be improved if the webs are slightly compressed in front of the hardening furnace 25. Depending on the degree of compression, this can result in a certain folding of the webs. The contact areas increase as a result of the compression, and the bonding / matting of the webs can thereby be improved.
The device according to the invention can be used for single or multi-stage length compression of a mineral fiber fleece. Alternatively, the device can also be operated in such a way that a continuous compression zone is formed. Products can preferably have a density between approximately 40 and 200 kg / m <3> can be produced.
<Tb> <TABLE> Columns = 2 Example 1:
<Tb> <September> Plate Type <September> 2 layers
<Tb> <September> fiber material <September> rockwool
<Tb> <CEL AL = L> plate thickness <SEP> 100 mm
<Tb> <SEP> thickness of the top layer <September> ca. 20 mm
<Tb> <SEP> thickness of the base layer <CEL AL = L> approx. 80 mm
<Tb> <September> avg.
density <September> ca. 90 kg / m <3>
<Tb> <SEP> Gross density of the top layer <SEP> 155 kg / m <3>
<Tb> <SEP> Gross density of the base layer <SEP> 75 kg / m <3>
<Tb> <September> binder <SEP> modified phenolic resin
<Tb> <SEP> average fiber length <SEP> from approx. 0.5 to 10 mm
<Tb> <SEP> average fiber diameter
<SEP> from 3 to 6 µm
<Tb> <September> precompression <SEP> about 1.5 nominal strength
<Tb> <CEL AL = L> Thickness compression <CEL AL = L> 1.8: 1 to 1.1: 1
<Tb> <September> longitudinal compression <September> 3: 1
<Tb> <SEP> compressive strength at 10%
<Tb> <CEL AL = L> deflection <SEP> 0.025-0.030 N / mm <2>
<Tb> <SEP> tear resistance (delamination) <SEP> 0.013-0.018 N / mm <2>
<Tb> </ TABLE>
<Tb> <TABLE> Columns = 2 Example 2:
<Tb> <September> Plate Type <September> 1-ply
<Tb> <September> fiber material <September> rockwool
<Tb> <CEL AL = L> plate thickness <SEP> 100 mm
<Tb> <September> density <September> ca. 90 kg / m <3>
<Tb> <September> binder <SEP> modified phenolic resin
<Tb> <SEP> average fiber length <SEP> from approx. 3 to 4 mm
<Tb> <SEP> average fiber diameter
<SEP> from 3 to 4 µm
<Tb> <September> precompression <SEP> about nominal strength
<Tb> <September> longitudinal compression <CEL AL = L> 3: 1
<Tb> <SEP> compressive strength at 10%
<Tb> <September> deflection <SEP> 0.035 N / mm <2>
<Tb> <SEP> tear resistance (delamination) <SEP> 0.020 N / mm <2>
<Tb> </ TABLE>
Compared to boards with a non-optimized fiber structure and density, the weight of the boards manufactured using the new process can be reduced by up to 25 to 40%, with the mechanical properties remaining largely the same. The tensile strength perpendicular to the plate plane is greatly improved, which is expressed in a highly structured break point (FIGS. 10b and 10c).
Products according to the invention can be used for any of the conventional purposes of artificial fibers, e.g. for panels, sheets, which serve as thermal growth, fire and fire protection or sound insulation and sound regulation, or in a suitable form in horticulture.