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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Wattevliesen Die Erfindung
betrifft die Herstellung von Wattevlicsen aus Fasern mittels eines Luftstronies,
der mit kurzstapeligen Fasern vermischt ist und nacheinander durch eine ortsf este,
mit Öffnungen für den Durchgang des Faser-Luft-Gemisches versehene Trennwand
und durch ein mit den Luftstrom durchlassenden Öffnungen versehenes und bewegtes
Sammelband ohne Einfluß der Schwerkraft getrieben wird, wobei die Fasern auf dem
Sammelband abgelagert werden.
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Naßverfahren zur Herstellung faseriger Wattevliese, bei denen man
eine faserige Suspension durch ein mit Öffnungen versehenes Sammelglied treten läßt,
sind seit langem bekannt. Die so hergestellten Vliese sind jedoch meist nur begrenzt
brauchbar, weil sich die Fasern in Fließrichtung stellen, Flöckchen, Klümpchen und
Häufchen bilden und in Parallelstellung gedrängt werden, so daß keine zufällige
Faserverteilung, sondern verhältnismäßig dichte Wattevliese mit unzureichender Ouerfestigkeit
erhalten werden. Weitere, Nachteile dir Naßverfahren sind: eine Begrenzung der Faserlänge;
das große Flüssigkeitsgewicht, das bevvegt -,verden muß otwendigkeit, z. B. Zell-;
die IN
stoffasern in gleichförmiger Suspension zu halten usw. und ilicht zuletzt
kostspielige Vorrichtungen zu ihrer Durchführun'-.
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E, sind viele Trockenverfahren vorgeschlagen v..-orden, um die Nachteile
der Naßtechnik zu überwin den. Aber die Fasern in den so hergestellten Watte-Vliesen
sind meist ausgerichtet und geben deni- Vlies ein bestimmtes Gefül-e. überdies arbeiten
diese Verfahren größtenteils mit niedriger Arbeitsgeschwindigkeit. INNur durch Inka-ufnahme
einer geringeren Qualität des -#VattevIieses, das Faserklümpchen oder -bündel und/oder
einen sehr hohen Grad von Faserorientierung aufweist, können höhere Arbeitsgeschwindigkeiten
erreicht werden.
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Es sind bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen
von Wattevli"-s-cn aus Kunststoffascrn oder Fasern tierischen oder pflanzlichen
Ursprungs bekannt, wobei diese Fasern eine kurze Stapellänge aufweisen und einem
Luftstrom zugesetzt werden, der die Fasern durch eine mit kleinen Öffnungen versehene
Trennwand leitet, worauf sie dann auf ein darunter oder dahinter vorbeibewegtes
Sammelband geblasen werden. Dabei wird die zum Transport der kurzstapeligen Fasern
dienende, später überflüssige Luft durch das luftdurchlässige Sammelband über eine
\veitere Leitung von einem Gebläse abgesaugt. Auch ist es dabei bereits bekannt,
die Sammelwand völlig parallel zu der mit Öffnungen versehenen Trenn.-wand anzuordnen.
Aber in allen bisher angewendeten Trockenverfahren entstehen Klümpchen oder Zusammenballungen
der einzelnen kurzstapeligen Fasern auf der Trennwand oder im Verlauf der Sichtung.
Soweit bekannt, ist bisher kein Verfahren entwickelt worden, nach dem völlig voneinander
getrennte Fasern in zuf älli-2r, wahlloser Anordnung schnell niedergeschlagen werden
und ein Wattevlies ans 'gleichförmig verteilten Fasern bilden, und nach dem man
ununterbrochen und schnell faserige Gebilde von außergewöhnlicher Qualit *it und
gleichförniiger Stärke großen oder sehr kleinen Otierschilitts herstellen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. diese Vorteile zu erreichen.
Sie besteht darin, daß verfahrensgemäß mittels eines an der Einlaßseite der Trennwand
umlaufenden Schauielrades an dieser Stelle eine Schicht von Luft und von voneinander
ge-
trennten Fasern aufrechterhalten -,vird, die einen solchen Überdruck gegenüber
der Außenseite der Trennwand aufweist, d aß an jeder Stelle der Trennwand
durch die Öffnungen derselben gleiche Mengen von Luft und von durch die letztere
mitgerissenen Fasern auf das Sammelband geblasen werden.
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Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß zusätzlich
ein Luftstrom aus der Atmosphäre in das Gebiet zwischen Trennwand und Sammelband
gelangt, so daß größere Luftmengen durch das Sammelband mittels eines Gebläses abgesaugt
werden, als sie beim Durchgang durch die Trennwand zugeführt werden.
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Dabei werden zweckmäßig die zusammengeballten Fasern, die von der
Trennwand zurückgehalten werden, während des Betrie#bes ständig entfernt, um so
eine Verstopfung der Löcher in der Trennwand zu verhindern.
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Die neue Vorrichtune, zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung
geht von einer bekannten Einrichtung aus, die aus einer Rohrleitung, durch die mittels
eines Gebläses Luft getrieben wird, und aus
einer an die Rohrleitung
angeschlossenen und mit einem Schaufelrad versehenen Ztiführungsvorrichtung für
das Fasergut besteht, wobei in Richtung des Stromes des Faser-Luft-Gernisches gesehen,
eine ortsfeste mit Öffnungen für den Durchgang des Faser-Luft-Gemisches versehene
Trennwand und dahinter ein in geringer Entfernung an derselben vorbeibewegbares
Sammelband vorgesehen ist, dem an der Aufgabestelle des Fasergutes eine zum Gebläse
führende Saugleitung angeschlossen ist. Hierbei ist erfindungsgemäß die Trennwand
konzentrisch um ein vor ihr umlanfendes Schaufelrad gekrümmt, und sie steht an ihrer
Auslaßseite mit der atmosphärischen Luft in Verbindung.
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Ein weiteres Merkmal der Vorrichtun,- ist, daß die Trennwand aus einer
mit Öffnungen versehenen Platte besteht, die sich nach außen in Richtung des Luftstromes
ausweiten, wobei der Durchmesser der öffnun,-en kleiner als die mittlere Faserlänge
ist und die Öfinungen in der Trennwand sich in einer Entfernung voneinander befinden,
die der Länge der Fasern entspricht. Dabei ist das Sammelband ein um Rollen geschlungenes,
endloses und von einem Antriebsmotor weiterbewegtes Transportband mit siebähnlicher
Oberfläche.
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In der Zeichnung ist die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
gemäß der Erfindung erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen seitlichen Aufriß
(zum Teil im Querschnitt) der gesamten Vorrichtung; Fig. 2 ist ein vergrößerter
Querschnitt in dem Bereich der Trennwand und des Sammelbandes; Fig. 3 ist
eine Teilaufsicht der in Fig. 2 gezeigten Trennwand; Fig. 4 ist ein Querschnitt
einer Trennwand mit konischen Öffnungen: Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht
der Trenn-,vand von Fig. 1 mit außenliegenden Gitterstäben.
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In der Zeichnung zeigt 10 ein Gebläse, das in ein Röhrensystern
eingebaut ist, um Luft mit hoher Geschwindigkeit in einer Richtung aus einer Rohrleitung
12 aufwärts zu leiten. Die Luft gelangt mittels einer Rohrleitung 11 in eine
Zerteilungskammer 15 und zieht dann anschließend durch Löcher 20 in der Trennwand
16 der Kammer 15 und durch das benachbarte Sammelband 21 wieder in
die Rohrleitung 12 und von dort wieder in das Gebläse 10,
Gefunden wurde,
daß es außerordentlich zweckmäßig ist, die Fasern unmittelbar und kurz vor dem Faserniederschlagen
auf dem Sammelband 21 voneinander zu trennen, um jegliche Faserberührung und eine
daraus sich ergebende Zusammenballung auf ein Mindestmaß zu beschränken. Bisher
ist der Luftstrom bis zu einer sehr hohen Faserkonzentration aufgeblasen worden,
um ein Wattevlies der gewünschten Stärke mit großer Geschwindigkeit aufzubauen.
Dadurch sollten auch große Luftvolumen vermieden werden, die bisher auf die niedergeschlagenen
Fasern zerstörend wirkten. Es ist die Notwendigkeit nicht erkannt worden, die Fasern
bis unmittelbar vor der Niederschlagung voneinander getrennt zu halten.
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Bei dem Verfahren werden die gegebenenfalls geöffneten und aufgelockerten
Fasern 17 aus einem Behälter 29 mit einer Abmeßvorrichtung
30 durch den Einlaß 27 in die Rohrleitung 11 eingeführt. Durch den
in der Rohrleitung 11 umlaufenden Luftstrom werden sie in die Verteilungskammer
15 geleitet.
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Tn der Zerteilungskummer 15 arbeitet ein Schaufelrad in Gestalt
einer Reihe von geraden Schaufeln 18,
die radial auf einer Nabe
19 sitzen, und von einem Motor 13 durch einen Treibrielnen 14 in kreisende
Bewegung versetzt werden. Die Schaufeln 18, die in sich gerade sind, sind
derart auf der Nabe angebracht, daß sie die Innenfläche der Trennwand
16, die kreisförrnig gekrümmt ist, kaum berühren. In der beschriebenen Anordnung
arbeiten also Luftstrom, Schaufeln 18 und Trennwand 16 zusammen, um
durch das kräftige Herumwirbeln der Faserbündel eine zerteilende Wirkung auf dieselben
auszuüben und sie an einer Ansammlung auf der Trennwand zu hindern .
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Um eine gründliche Trennung des Faserrnaterials in seine Einzelfasern
zu sichern, müssen die Schaufeln in eine kreisende Bewegung von hoher Geschwindigkeit
versetzt werden. Unter normalen Umständen wird dieser Anforderung genügt, wenn die
Schaufeln mit einer Umfangsgeschwindigkeit von über 5 m/sec kreisen, aber
es sind auch Geschwindigkeiten von 2,5 m/sec und weniger anwendbar, besonders
wenn die Fasern vorher gut voneinander getrennt und aufgelockert worden sind oder
wenn ein Wattevlies mit einzelnen Klümpchen von unzerteilten Fasern zulässig ist.
Ausgezeichnete Ergebnisse werden erhalten, wenn die geraden Schaufeln aus steifem
Material hergestellt sind, das mit elastischem Kautschuk oder lederähnlichem Werkstoff
beschlagen ist. Die Anwendung so beschlagener Schaufeln ermöglicht eine außerordentlich
leichte Berührung zwischen den Schaufelspitzen und der Trennwand, wodurch dichte
Faseransammlungen auf der Innenfläche der Trennwand 16 recht wirksam verhindert
werden.
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Es wurde gefunden, daß ein bestimmtes Volumenverhältnis von Luft zu
Fasern angewendet werden muß. Dieses muß so groß sein, daß die von der Luft mitgeführten
Fasern bei völliger Trennung voneinander während des Transports ohne Berührung frei
um ihren Mittelpunkt sich drehen können. Dieses Volumenverhältnis errechnet sich
auf etwa 20 cbm Luft je kg Kunststoffasern; für kurzstapeliges Fasergut genügt
ein niedrigeres '#,7olunienverhältnis, und zwar etwa ein Viertel des theoretisch
berechneten, also etwa 5,6 cbm Luft je kg Fasern.
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Dicht an der Trennwand befindet sich das Sammelband 21 mit Öffnungen,
die im wesentlichen nur Luft oder anderen gasförmigen Medien den Durchgang ge# statten.
Die Öffnungen in dem Sammelband sind so bernessen, daß sie den Durchgang der meisten
Fasern verhindern. Die voneinander abgetrennten Fasern werden demzufolge auf dem
Sammelband 21 niedergeschlagen, so daß sie auf demselben ein Wattevlies 22 bilden.
Sowohl die Trennwand 16 als auch das Sammelband 21 können feststehend sein,
um einzelne faserige Lagen od. dgl. zu erzeugen. Im allgemeinen soll jedoch auf
dem Sammelband 21 ein endloses Wattevlies 22 erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist
das Band 21 als ein siebähnliches, endloses Förderband ausgebildet, das über einer
Antriebsrolle 23 und zwei weiteren Rollen 24 und 25 umläuft. Die Antriebsrolle
23 wird durch einen Motor mittels eines Treibriemens 26 angetrieben.
Es ist nicht notwendig, daß das Sammelband 21 alle Fasern zurückhält, die der Luftstrom
zu ihm hinträgt. Diejenigen Fasern, die durch das Band 21 hindurchgehen, können
durch die Rohrleitung 12, das Gebläse 10 und die Rohrleitung 11
umlaufen
und wieder zur Zerteilungskammer 15 zurückkehren, um dort nochmals aufgelockert
und anschließend auf das Sammelband 21 niedergeschlagen zu werden.
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Gefunden wurde, daß die Gleichförmigkeit der Faserniederschlagung
über dem gesamten Sammelband sich aus der gleichmäßigen Verteilung der Fasern
in
der Luft und auf der Innenseite der Trennwand 16
sowie aus dem Durchtritt
geregelter Luftvolumina durch die Trennwand ergibt. Um das zu erreichen, wird durch
das rasch umlaufende Schaufelrad 18, 19
an der Einlaßseite der Trennwand
16 ein überdruck gegenüber der Außenwand der Trennwand erzeugt. Die Öffnungen
20 in der Trennwand lassen praktisch nur einzelne Fasern durch und halten Faserzusammenballungen
zurück. Letztere werden von der Trennwand ununterbrochen entfernt. Um zu verhindern,
daß einige Faserzusammenhallungen doch durch die Wand 16 hindurchschlüpfen,
kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte Anordnung vorgesehen sein, mit der
die Faserklümpchen aufgelöst werden und eine Faseransammlung auf der Trennwand
16 verhindert wird.
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Uni den Fasertransport hauptsächlich auf die einzelnen, voneinander
getrennten Fasern zu beschränken, sind die Öffnungen 20 auf der konzentrisch zu
dem Schaufelrad 18, 19 gekrümmten Trennwand 16 gleichmäßi'- verteilt
und nicht größer als eine halbe und vor-n
zugsweise eine viertel mittlere
Faserlänge. Gleichzeitig sollen die Öffnungen 20 in einer Entfernung voneinander
liegen, die wenigstens der halben Faserlänge entspricht, wenn biegsame Fasern verwendet
werden. Bei einer derartigen Entfernung können die beiden Enden einer Faser nicht
in nebeneinanderliegende Öffnungen 20 eintreten, aus denen sie sich dann schwer
entfernen lassen. Auf diese Weise wird der Beginn einer Faseransammlung verhindert.
Beim Herstellen schwerer, grober Wattevliese können die Öffnungen 20 auf annähernd
Faserlänge vergrößert werden. Durch Beschränkung der Zahl der Öffnungen und/oder
der Ab-
messungen der Öffnungen und dadurch, daß man der Luft ein genügendes
Druckgefälle über der ganzen Trennwand erteilt, tritt die Luft mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit durch jede Öffnung hindurch, In der Praxis hat sich ergeben,
daß der wünschenswerte Druckabf all zwischen den beiden Trennwandseiten für kleinere
Herstellungsgeschwindigkeiten - des Wattevlieses in der Größenordnung von
etwa 90 g Faser je 0,1 qm Wattevlies je Minute - vorzugsweise
größer als ein Luftdruck von 5 mm Wassersäule ist. Bei größeren Herstellungsgeschwindigkeiten
- etwa 1,4 kg Faser je 0,1 qm Wattevlies je Minute
- können Druckabfälle angewendet werden, die größer als ein Luftdruck von
12,7 nim Wassersäule sind. In der Praxis ergeben diese Druckabfälle gewöhnlich
eine Luftgeschwindigkeit durch die Löcher in der Trennwand, die 5 m/sec übersteigt.
Luftgeschwindigkeiten von 25 m und mehr je Sekunde sind mit Erfolg
angewendet worden. Bei der Herstellung von dicken, schweren Wattevliesen, bei denen
die Anwesenheit von Faserklümpchen und Faserbündel und eine ungleichförmige Verteilung
der Fasern in dem Wattevlics weniger unangenehm sind, sind Luftgeschwindigkeiten
unter 5 m/see angewendet worden.
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Bei Anwendung so hoher Geschwindigkeiten haben Anziehungskräfte der
Fasern untereinander nur einen geringen Einfluß auf die Faserbewegung.
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Uni die Faserberührung nach der Fasertrennung so selten wie möglich
zu machen, wird ferner die Entfernung zwischen Trennwand und Sammelband so klein
wie möglich gewählt. Bedingun 'g dabei ist, daß sich der durch die Öffnungen
der Trennwand kommende Luftstrom vereinigen kann, so daß die Fasern auf dem gesamten
Sammelband gleichförmig nieder-,geschlagen werden.
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Gewöhnlich liegt diese kleinste Entfernung zwischen Trennwand
16 und Sammelband 21 bei etwa 5 cm. Selbstverständlich muß bei stärkerem
Wattevlies diese Entfernung entsprechend vergrößert werden. Bei Bildung von einem
20 cm dicken Wattevlies z. B. muß ein Zwischenraum von etwa 25 cm oder mehr
Breite angewendet werden. Selbstverständlich muß bei der gekrümmten Trennwand
16 und dem geraden Sammelband 21 die geringste Entfernung von beiden Teilen
bei der Festlegung ihres Abstandes voneinander zugrunde gelegt werden. Trenn"vand
und Sammelhand sollen nicht weiter als nötig voneinander entfernt sein, besonders
bei der Bildung eines sehr dünnen Wattevlieses, in dem Faserzusarnmenballungen nicht
vorkommen dürfen. Geringere Abstände können mit ähnlicher Wirkung benutzt werden,
wenn die Üffnungen 20 in der Trennwand 16 nach außen konisch sich erweitern,
wie das an den Öffnungen 31 in Fig. 4 gezeigt ist.
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Die Vorrichtungen dienen dazu, eine im wesentlichen geradlinige Bewegung
des Faser-Luft-Stromes zwischen Trennwand 16 und Sammelband 21 zustande zu
bringen, ohne daß Störungen durch in diesen Bereich ein- oder ausfließende Luft
eintreten. Dies wird durch Vorhandensein des atmosphärischen Druckes zwischen Trennwand
16 und Sammelband 21 erreicht. Gefunden wurde, daß, wenn man den Luftdruck
über der Trennwand 16 über dein atmosphärischen und den Luftdruck unter dem
Sammelband 21 unter dem atmosphärischen Druck hält, sehr wenig die Außenluft den
Faser-Luft-Strorn zwischen Trennwand und Sammelband beunruhigt. Um dies zu erreichen,
wird so viel Luft, wie aus dem umgebenden Bereich eindringt, durch das gitterartige
Sammelband und die Rohrleitun- 12 mittels des Gebläses 10 abgezogen.
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Man kann diese Beunruhigung des Faser-Luft-Stroms zwischen Trennwand
und Sammelband auf ein Mindestmaß verringern, wenn man diese Stelle umschließende
Wände und geeignete Rollvorrichtungen vorsieht, auf denen das sich bewegende Sammelband
in den vliesbildenden Bereich hinein und aus ihm heraus geführt wird. Wenn jedoch
der Luftstrom zwischen Sammelband und Trennwand derart eingeschlossen wird, werden
gewöhnlich elektrostatische Wirkungen geschaffen, die die Fasern veranlassen, sich
zusammenzuballen und danach gelegentlich von dem Sammelband abzufallen, wodurch
ein Gebilde von ungleichmäßiger Qualität und Gleichförmigkeit entsteht. Es ist deshäb
zweckmäßig, ein Wattevlies ohne einschließende Wände zwischen Trennwand und Sammelband
anzufertigen. Das kann dadurch erreicht werden, daß man durch einen Abzug
28 etwas Luft aus dem Rohr 11 abläßt, um einen im wesentlichen atmosphärischen
Druck oder vorzugsweise einen sehr wenig unter Atmosphärendruck liegenden Druck
zwischen Trennwand 16 und Sammelband 21 zu schaffen, so daß ein sehr langsames
Eindringen von Luft aus der umgebenden Atmosphäre in das Wattevlies stattfindet.
Der Abzug 28 kann in jedem Teil der Rohrleitung 11 angebracht sein,
vorzugsweise wird er aber an der inneren Seite einer Krümmung der Rohrleitung
11 vorgesehen, um das Entweichen irgendwelcher Fasern oder Festteilchen.
zu verhindern. Statt des Ab-
zuges 28 und des Gebläses 10 kann
man den gewünschten Druckabfall auch dadurch erreichen, daß man die Rohrleitungen
11 und 12 trennt und ein Abzugsgebläse für die Rohrleitung 12 und ein Gebläse
für die Rohrleitung 11 vorsieht, die beide je mit veränderlicher Geschwindigkeit
betrieben werden können.
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Um zu erreichen, daß die Vorrichtung richtig arbeitet, dürfen, die
Fasern mittels der Abmeßvorrichtung 30 nicht mit übermäßiger Geschwindigkeit
zu-"eführt a werden, weil sonst auf der Einlaßseite der
Trennwand
ein Faserstau erfolgt. Die Fasern dürfen aber auch nicht zu langsam zugeführt werden.
Unter den besten Arbeitsbedingungen werden die Zuführgeschwindigkeit der Fasern
und die Größe der Öff-
nungen in der Trennwand usw. so aufeinander abgestimmt,
daß die ganze innere Trennwandzone mit einer dünnen, beweglichen Schicht von flüchtigen
Fasern bedeckt gehalten wird. Eine Erhöhung der Größe oder Zahl der Öffnungen in
der Trennwand oder eine Verringerung der durchschnittlichen Länge der Fasern wirkt
in dieser Hinsicht in gleicher Weise wie eine Herabsetzung der Zuführgeschwindigkeit
der Fasern.
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In dem Fall, in dem es erwünscht ist, ein Bindemittel einzuverle#iben,
um die Fasern in dein Wattevlies zu festigen, kann ein Klebmittel, vorzugsweise
in trockener Form, in die Vorrichtung an irgendeiner Stelle vor dem Fasereintritt
in die Zerteilungskammer 15 gegeben werden. Es kann auch ein verdünntes Klebmittel
auf die Fasern gespritzt werden, wenn sie auf der Sammelwand aufgeblasen werden.
Ein anderes Verfahren zur Bindung des Wattevlieses besteht darin, einen angemessenen
Teil von thermoplastischen Fasern mit nichtklebenden Fasern zu verwenden. Hierbei
werden die Bindung der Fasern untereinander und der erforderliche Grad an Festigkeit
derselben durch Anwendung von Wärme, und, wenn notwendig, Druck nach bekannten Verfahren
erreicht.
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Wenn man die Fasermengen, die an einer oder an mehreren über dem Sammelband
verteilten Stellen niedergeschlagen werden, verändern will oder wenn ein ungleichmäßiger
Niederschlag erfolgt, können außerhalb der Trennwand liegende Gitterstäbe
32 vorgesehen werden, die so verstellt werden, daß gewisse Öffnungen 20 in
der Trennwand 16 bedeckt oder frei gehalten werden können. Selbstverständlich
kann mittels solcher Gitterstäbe auch auf oder unter dem Sammelband 21 der Luftdurchlaß
geregelt werden.
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je nach der Geschwindigkeit der Faserniederschlagung und der Geschwindigkeit
des Sammelbandes 21 können Wattevliese hergestellt werden, die einen sehr dünnen
bis sehr dick-en Querschnitt haben. Bei der praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens
ist es möglich, eine Herstellungsgeschwindigkeit zu erreichen, die diejenige bei
der Herstellung von ähnlichen Gebilden mit den gegenwärtigen Papier- oder Pappenmaschinen
überschreitet. Außerdem sind die hier hergestellten WattevIiese aus Einzelfasern
gleichförmiger Verteilung zusammengesetzt.
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Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren zum Herstellen faseri-er Gebilde
steht die Geschwindigkeit des Sammelbandes im vorliegenden Verfahren in keinem kritischen
Verhältnis zu der Geschwindigkeit des Faser-Ldft-Stromes. Man kann auch mit verschiedenartigen
Fasern arbeiten, die von mehreren Zerteilungskammern 15 auf einem gemeinsamen
Sammelband niedergeschlagen werden.