DE102008001064A1

DE102008001064A1 - Bespannung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102008001064A1
Application number: DE102008001064A
Authority: DE
Inventors: Arved Westerkamp; Robert Eberhardt
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Textiles Verbundgebilde (1), insbesondere Bespannung für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, umfassend zumindest eine als Träger (4) ausgebildete Substrat (3) und zumindest eine weitere Vlieslage (5, 6, 12, 13), wobei die zumindest eine weitere Vlieslage (5, 6, 12, 13) mit der Substrat (3) verbunden ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mit der Substrat (3) verbundenen Vlieslage (5) zumindest in Anteilen aus extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n), insbesondere Endlospolymerfäden, gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer, eine Vlieslage umfassenden Bespannung für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine.
Die Erfindung betrifft ferner eine Bespannung für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine.
Textile Flächengebilde für den Einsatz als Bespannungen für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Je nach Einsatzgebiet und Anwendungszweck variieren diese im Hinblick auf den Aufbau und die Ausführung. Dabei handelt es sich um endlose Bänder, die sich über die Maschinenbreite erstrecken und der Ausbildung und Führung einer Faserstoffbahn durch die Maschine zur Herstellung dieser dienen. Eine grundsätzliche Anforderung an derartige Bespannungen insbesondere im Nassteil einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn besteht darin, die Faserstoffbahn möglichst optimal zu entwässern und eine Rückbefeuchtung zu vermeiden, um den Energieaufwand für die sich an den Nassteil anschließende Trocknung möglichst gering zu halten.
Aus der Druckschrift US 5,077,116 ist eine Ausführung eines Siebbandes für den Einsatz in einer Siebpartie bekannt, welches eine nicht gewebte Schicht in Form einer Vlieslage aufweist, die mit einer als Träger fungierenden Grundlage adhäsiv verbunden ist. Dabei werden Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen zwischen benachbarten strukturellen Elementen in der vliesberührenden Schicht kleiner als in der Grundschicht ausgeführt, wobei die Durchgangsöffnungen in der Grundschicht in Strömungsverbindung mit einer die Faserstoffsuspension berührenden Oberfläche oder der benachbarten Vlieslage stehen. Die die Materialbahn berührende Kontaktschicht kann Polymerfäden, insbesondere Monopolymerfäden umfassen. Die einzelne Vlieslage wird dabei separat hergestellt und mit der Grundschicht verbunden. Dies ist mitunter sehr aufwendig.
Demgegenüber ist aus der Druckschrift EP 1 013 822 B1 ein textiles Verbundgebilde für den Einsatz als Siebband in der Nasspartie einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen vorbekannt, das aus einem textilen oder nicht textilen Flächengebilde, insbesondere einem Gewebe besteht, dessen eine Seite zur Faserstoffbahn und dessen gegenüberliegende andere Seite zur Papiermaschine gerichtet ist, wobei die Oberfläche der zur Faserstoffbahn gerichteten Seite des Flächengebildes Erhöhungen aufweist, die mittels einer Vlieslage zumindest teilweise bedeckt sind. Die Vlieslage ist dabei mit einer Grundlage beispielsweise über ein verbindendes Medium in Form eines Schmelzklebers oder eines aus Schmelzfasern bestehenden Verbindungsvlieses verbunden. Auch diese Ausführung ist relativ aufwendig, insbesondere da die einzelne Vlieslage separat hergestellt werden muss.
Des Weiteren ist es bekannt, Bespannungen von Pressfilzen unter Verwendung von Stapelfaservliesen zu fertigen, die auf einem Träger eingenadelt werden. Die Fertigung dieser Vliese ist sehr aufwendig und investitionskostenintensiv. Die erforderliche Anlage benötigt viel Bauraum. Ferner kann beim Vernadeln von einzelnen Stapelfaservliesen die Trägerstruktur beschädigt werden, was wiederum zu einer Verkürzung der möglichen Verfügbarkeit, insbesondere Laufzeit des Filzbandes führen kann. Die Forderung nach ständiger Verbesserung der Oberfläche des Pressfilzes, insbesondere der materialbahnführenden Seite bedingt eine immer größere Nadeldichte, die jedoch wiederum zu einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bespannung, insbesondere ein textiles Verbundgebilde für den Einsatz in Bespannungen für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen in Form von Pressfilzen derart weiterzuentwickeln, dass die genanten Nachteile vermieden werden. Der erforderliche Aufbau der Bespannung soll dabei hinsichtlich der Fertigung flexibler und mit geringeren Kosten möglich sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer, eine Vlieslage umfassenden Bespannung für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine ist durch das Bereitstellen eines Substrates und einer Extrusionseinrichtung und der Ausbildung einer Vlieslage durch Extrudieren von Polymerfäden aus der Extrusionseinrichtung auf das Substrat charakterisiert.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Vlieslage erzeugt, die nahezu kontaktlos auf einen Träger bildendes Substrat aufgebracht wird. Unter einem Substrat im Sinne der Erfindung wird dabei eine Trägerstruktur verstanden. Diese kann gemäß einer ersten Ausführung derart ausgebildet sein, dass diese geeignet ist, eine Last aufzunehmen, wozu diese mit den Polymerfäden verbunden wird. In einer zweiten Ausführung kann diese jedoch auch nur eine Tragfunktion während der Herstellung aufweisen. Die aus den Polymerfäden gebildete Faserlage wird dann im Anschluss an die Herstellung oder zu einem späteren Zeitpunkt vom Substrat wieder abgelöst. Als Substrat wird dazu vorzugsweise ein Band verwendet, von dem die durch Extrusion gebildete Vlieslage abgenommen und separat weiterverarbeitet werden kann.
In Last aufnehmender Ausführung ist das Substrat als textiles Flächengebilde, insbesondere Gewebe, Gelege, Gewirk, Gestrick oder eine andere Vlieslage ausgebildet, wobei die durch Extrusion gebildete Vlieslage auf dieser belassen und mit dieser verbunden wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, auf eine aufwendige separate Herstellung einer Vlieslage zu verzichten und diese direkt auf das Substrat bei Ausbildung der Vlieslage mit einer einfachen Extrusionseinrichtung aufzutragen, wobei durch die Möglichkeit der Steuerung der Prozessparameter der Extrusionseinrichtung die Eigenschaften und Parameter der Vlieslage auf sehr einfache Art und Weise mit hoher Genauigkeit einstellbar sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden zur Erzielung von Vliesstrukturen hoher Festigkeit die Polymerfäden bei der Extrusion auf das Substrat verwirbelt, um eine ungeordnete Ausrichtung mit hohem Vernetzungsgrad unter diesen zu erreichen. Dabei sind das Ablagebild auf dem Substrat und/oder die Dicke der Polymerfäden als Funktion der Extrusionsgeschwindigkeit und/oder die zur Verwirbelung eingesetzte Luftmenge und/oder der angelegte Luftdruck steuerbar.
Der Auftrag der Polymerfäden auf das Substrat erfolgt, wie bereits ausgeführt, vorzugsweise als kontinuierlicher Prozess. Dieser wird durch eine Relativbewegung zwischen der Extrusionseinrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates beziehungsweise dem Substrat realisiert. Vorzugsweise erfolgt eine Relativbewegung des Substrates gegenüber einer ortsfesten Extrusionseinrichtung. Dabei kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung das Flächengewicht in der Vlieslage als Funktion der Relativbewegung zwischen der Extrusionseinrichtung und dem Substrat eingestellt werden.
In einer Weiterentwicklung kann auch das Ablagebild der Vlieslage durch die Steuerung der Lage der Düsen der Extrusionseinrichtung gegenüber dem Substrat eingestellt werden.
Um eine über die Erstreckung der Bespannung gleichmäßige Struktur zu erzielen, wird wenigstens ein Teil der Polymerfäden an ihren Kreuzungsstellen miteinander verbunden/verklebt. Die Verbindung die Polymerfäden an den Kreuzungsstellen kann in besonders einfacher Ausführung durch thermische Aktivierung des Polymermaterials der Polymerfäden erzeugt werden.
Die Extrusionseinrichtung umfasst vorzugsweise eine sich über die Breite der Substrat erstreckende Auftragseinrichtung, umfassend zumindest eine, vorzugsweise eine Vielzahl von in Breitenrichtung einander benachbart angeordneten Düsen. Die einzelne Düse selbst kann hinsichtlich ihrer Lage sowie des Austrittsspaltes einstellbar und/oder profilierbar sein.
Eine erfindungsgemäße Bespannung für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine mit einer Polymerfäden umfassenden Vlieslage, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vlieslage auf dem Substrat gebildet wurde, indem die Polymerfäden auf das Substrat extrudiert wurden.
Die extrudierten Polymerfäden sind in der einzelnen Vlieslage entweder in der Ebene der Vlieslage betrachtet über die Erstreckung in Längs- und Breitenrichtung und/oder Höhenrichtung zur Erzielung eines gleichen Eigenschaftsprofiles über die Erstreckung in diesen gleichmäßig verteilt. Die Längsrichtung entspricht in Einbaulage der Bespannung in einer Maschine der Maschinenrichtung, die Breitenrichtung einer Richtung quer zur Maschinenrichtung. Die gleichmäßige Verteilung ermöglicht über die gesamte Bespannungsbreite beim Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen gleiche Eigenschaften.
Werden örtliche Eigenschaftsänderungen angestrebt, kann die Verteilung der Polymerfäden und/oder deren Eigenschaften/Material/Dimensionierung entsprechend den konkreten Anforderungen variiert werden, insbesondere in Breitenrichtung.
Die einzelnen mittels einer Extrusionseinrichtung erzeugbaren Ablagebilder durch den kontaktlosen Auftrag der endlosen extrudierten Polymerfäden auf den Träger oder eine mit diesem bereits verbundene Schicht oder Lage können verschiedenartig realisiert werden. Die Polymerfäden werden entweder als längliche oder spiralförmige Gebilde abgelegt. Ferner kann die Ablage parallel zueinander, einander überlappend oder in einem Winkel zueinander erfolgen. Die parallele Ausrichtung kann in Längs- und/oder Querrichtung erfolgen, ferner in einem Winkel gegenüber diesen Richtungen. Auch ist es denkbar, die einzelnen Endlospolymerfäden einander überlappend oder teilüberlappend aufzutragen oder in einer Kombination der genannten Möglichkeiten.
Aufgrund der kontaktlosen Ablage erfolgt während der Ablage keine Relativbewegung der einzelnen Fäden untereinander und damit kein Verschleiß. Diese wird erst durch eine Verwirbelung erzeugt.
Die extrudierten Polymerfäden werden dabei aus einem Material erzeugt, welches bei Temperaturen von ≤300°C noch extrudiert werden kann. Die einzelnen Polymerfäden bestehen dazu vorzugsweise zumindest in Anteilen aus ein oder mehreren thermoplastischen Polyurethanen. Dies sind Kunststoffe oder Kunstharze, welche aus der Polyadhäsionsreaktion eines Dialkohols (zum Beispiel langkettige oder kurzkettige Diole) mit einem Polyisozyanat entstehen. Die Polyurethane können dabei je nach Wahl des Isozyanats und des Alkohols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Insbesondere beeinflussen die dabei eingesetzten Polyole die Eigenschaften des thermoplastischen Polyurethans. Als Polyolmaterialien werden üblicherweise entweder Polyesterpolyole oder Polyetherpolyole eingesetzt.
Die Auswahl der Art der Rohstoffe, die Reaktionsbedingungen und die Mengenanteile der Ausgangsstufe ermöglichen es, die Eigenschaften der entstehenden Polymerfäden zu steuern beziehungsweise einzustellen.
Die Bindung zwischen der einzelnen Vlieslage und der Substrat beziehungsweise der jeweiligen Vlieslage wird dabei entweder durch die Eigenschaften der Polymerfäden in den Lagen selbst erzeugt oder aber über separate Verbindungsschichten, welche Vlieslagen bilden, die Materialien mit niedrigem Schmelzbereich enthalten. Diese Lagen können selektiv aufgeschmolzen werden, um zum Beispiel eine Verklebung der hochschmelzenden Polymerfäden untereinander sowie mit dem Substrat zu erhalten und/oder eine höhere Oberflächenglätte zu erzielen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist eine Polymerfadendichte auf der Oberfläche derart ausgebildet, dass die daraus resultierende Luftdurchlässigkeit ≤10 cfm beträgt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung ist das textile Verbundgebilde durch eine Mehrzahl von Vlieslagen charakterisiert, wobei die einzelnen Vlieslagen zur Einstellbarkeit unterschiedlicher Eigenschaften hinsichtlich der Materialwahl, der Dichte sowie des Auftragsbildes ausgeführt sind.
Zur Extrusion können Düsenreihen zum Einsatz gelangen, die sich über die Breite und/oder in Längsrichtung oder einem Winkel zur Breitenrichtung über einen Teilbereich der Bespannung in Längsrichtung erstrecken und im genannten Winkel zur Breitenrichtung über diese verfahrbar sind, so dass sich eine Ausrichtung der Polymerfäden in Breitenrichtung ergibt.
Das Ablagebild an der Oberfläche und/oder die Ablagedicke der extrudierten Endlospolymerfäden ist als Funktion der Extrudiergeschwindigkeit, der Anordnung und Ausrichtung der Düsen, der Luftmenge zur Verwirbelung sowie der Vorschubgeschwindigkeit der Oberfläche der Substrat und/oder der Bewegungsrichtung der Düsen beschreibbar.
Ferner kann das Flächengewicht als Funktion der Differenzgeschwindigkeit zwischen der Substrat und der Auftragseinrichtung eingestellt werden. Bezüglich der konkreten Ausbildung der Ablagebilder bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese können je nach Steuerung der Düsen, Anordnung gegenüber der Oberfläche und Führung spiralförmig, kreuzförmig, parallel, einander überlappend oder durch eine Kombination aus diesen gebildet werden. Dazu sind entsprechende Verstelleinrichtungen an der Extrusionseinrichtung vorgesehen. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von in Vorschubrichtung hintereinander angeordneten Düsen vorgesehen, die zumindest in Höhenrichtung verstellbar sind sowie ferner hinsichtlich der Breite und anderer Prozessparameter. Ferner sind Verstellbewegungen quer zur Erstreckung in Breitenrichtung der Substrat möglich.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Eigenschaften der einzelnen Vlieslagen als Funktion des Materials, der Polymerfadendicke, der Polymerfadenlänge, der Ausrichtung, insbesondere des Ablagebildes, sowie der Prozessparameter am Düsenaustritt einstellbar.
Die erfindungsgemäße Losung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt beispielhaft eine Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundgebildes einer Bespannung;
2a bis 2c verdeutlichen beispielhaft mögliche Ausführungen der extrudierten Polymerfäden;
3a bis 3g zeigen in einer Ansicht von oben, insbesondere auf die XY-Ebene des Verbundgebildes mögliche Ablagebilder für die Endlospolymerfäden vor einer Verwirbelung;
4 verdeutlicht anhand eines Axialschnittes eine Ausführung einer Bespannung in Form eines mehrlagigen textilen Verbundgebildes;
5a und 5b verdeutlichen anhand zweier Ansichten ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Bespannung, insbesondere einer Vlieslage der Bespannung.
6a und 6b verdeutlichen anhand von Signalflußbildern den Ablauf erfindungsgemäßer Verfahren zur Erzeugung eines textilen Verbundgebildes, insbesondere Bespannung.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes den Aufbau einer erfindungsgemäß ausgeführten Bespannung in Form eines textilen Verbundgebildes 1. Derartige Bespannungen oder Bestandteile von Bespannungen sind in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Tissue- oder Kartonbahnen einsetzbar. Das textile Verbundgebilde 1 ist hier als Pressfilz 2 ausgebildet. Dieser besteht aus einem Substrat 3, welches als Grund- beziehungsweise Trägerlage 4 fungiert. Unter Lage wird dabei ein flächiges Gebilde verstanden, dessen Erstreckung in Längs- und Querrichtung größer als in Höhenrichtung ist. Die Querrichtung entspricht in 1 der Y-Richtung, die Längsrichtung der X-Richtung und die Höhenrichtung der Z-Richtung.
Das textile Verbundgebilde 1 umfasst des Weiteren zumindest eine mit dem Träger 4 verbundene Lage in Form einer Vlieslage 5. Vorzugsweise sind beidseits der Trägerlage 4 jeweils zumindest eine Vlieslage 5 und 6 vorgesehen, die die Trägerlage 4 sandwichartig einschließen. Die Vlieslage 5 bildet dabei eine Oberfläche 7 des textilen Verbundgebildes 1, insbesondere Pressfilzes 2 aus, die beispielsweise beim Einsatz in Pressenpartien in Maschinen zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Faserstoffbahnen der Abstützung dieser dient. Die Vlieslage 6 bildet hier die Unterseite 8 des Pressfilzes 2, die in entgegengesetzter Richtung zur Faserstoffbahn abstützenden Oberfläche 7 ausgerichtet ist und in direktem Kontakt mit der Oberfläche von Presseinheiten bildenden Elementen, wie Walzen, steht. Die Vlieslagen 5 und 6 sind aufgrund ihrer Anordnung und Funktion im Zusammenwirken mit der Materialbahn und/oder den Elementen einer Presseneinrichtung durch unterschiedliche Eigenschaften charakterisierbar, weshalb der Aufbau dieser verschieden voneinander sein kann. Erfindungsgemäß umfassen zumindest eine der Vlieslagen 5, 6, vorzugsweise beide Vlieslagen 5 und 6 jeweils extrudierte Polymerfäden 9.1 bis 9.n und 10.1 bis 10.n. Die extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n und 10.1 bis 10.n können als Monopolymerfäden oder Multipolymerfäden ausgebildet werden. Die extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n und 10.1 bis 10.n können je nach gewünschter Eigenschaft der einzelnen Vlieslagen 5 oder 6 unterschiedlich ausgebildet, insbesondere hinsichtlich Material, Geometrie und Dimensionierung und/oder ausgerichtet sein. Der einzelne extrudierte Polymerfaden 9.1 bis 9.n, 10.1 bis 10.n ist jeweils durch eine geometrische Form, deren Abmessungen und eine bestimmte Materialwahl charakterisiert. Vorzugsweise sind die extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n, 10.1 bis 10.n einer Vlieslage 5, 6 jeweils hinsichtlich Geometrie, Abmessungen und Material zumindest annähernd gleich ausgeführt, um über die Länge und Breite der Vlieslage 5, 6 betrachtet ein nach Möglichkeit gleichmäßiges Querschnittsprofil innerhalb der einzelnen Vlieslage 5, 6 zu gewährleisten. Die Ablage auf dem Träger 4 kann verschiedenartig erfolgen. Die extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n, 10.1 bis 10.n sind vorzugsweise als Endlospolymerfäden ausgebildet. D. h. diese können sich über einen Großteil der Länge eines textilen Verbundgebildes 1 erstrecken. Bezüglich der gewählten geometrischen Form, insbesondere der Querschnittsgeometrie sind eine Vielzahl von Ausführungen möglich. Beispielhaft sind mögliche Ausführungen in den 2a bis 2b wiedergegeben.
Die 2a verdeutlicht beispielhaft eine Ausführung eines extrudierten Polymerfadens 9 als spiralisierte Wendel 19. In Längsrichtung betrachtet ist diese durch eine Vielzahl um eine imaginäre Achse, die der Mittenachse M der Wendel 19 im Endzustand entspricht, helisch beziehungsweise schraubenlinienförmig verlaufender und hintereinander geschaltete Windungen 22 charakterisiert. Der äußere Wendeldurchmesser entspricht der Breite des einzelnen Wendelelementes.
2b verdeutlicht ein Polymerfaden 9 mit frei formbarer geometrischer Ausführung 21, insbesondere in gekrümmter Ausführung, wobei der einzelne Polymerfaden Bereiche mit Krümmungen in unterschiedlichen Richtungen aufweisen kann.
Die einzelnen Polymerfäden 9.1 bis 9.n, 10.1 bis 10.n sind vorzugsweise als Monopolymerfäden ausgeführt. Deren Zusammensetzung kann verschiedenartig sein. Dabei sind alle einem Extrusionsprozess zugänglichen Materialien denkbar. Bevorzugt werden jedoch Materialien zum Einsatz gelangen, die bei Temperaturen ≤300°C extrudiert werden können, zum Beispiel Polyurethan oder Polyolefine. Ferner können Ein- und Mehrkomponentenreaktionsharze zum Einsatz gelangen, zum Beispiel feuchtigkeitsvernetzende Polyurethane.
Die Polymerfäden können in verschiedenen Ablagebildern bezogen auf das an das Verbundgebilde 1 gelegte Koordinatensystem XYZ gemäß 1 aufgebracht werden. Einige sind beispielsweise in den 3a bis 3h in einer Ansicht von oben, d. h. auf die XY-Ebene schematisiert vereinfacht vor der Verwirbelung wiedergegeben. Die Aussagen gelten jedoch auch in Analogie für die hier nicht dargestellte Verteilung und Anordnung in der YZ-Ebene oder XZ-Ebene, d. h. in Höhenrichtung der einzelnen Vlieslage.
Die 3a verdeutlicht dabei ein Ablagebild in der Vlieslage 5 aus extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n, welche spiralförmig als Wendelelemente 19.1 bis 19.n ausgeführt sind und in Längsrichtung, d. h. X-Richtung verlaufen. Die Anordnung in Breitenrichtung, d. h. Y-Richtung erfolgt nahezu parallel.
Die 3b verdeutlicht demgegenüber eine Ausbildung des Ablagebildes aus parallel zueinander angeordneten extrudierten Polymerfäden 9.1 bis 9.n, die in einem Winkel gegenüber der Längs- und Querrichtung ausgerichtet sind.
3c verdeutlicht ein Ablagebild von in einem Winkel unter Ausbildung einer Gitterstruktur 23 zueinander angeordneten und übereinander abgelegten Polymerfäden 9.1 bis 9.n. Die einzelnen Polymerfäden 9.1 bis 9.n werden in einer ersten Ablagelage 24 parallel zueinander in X-Richtung und darüber in einer weiteren Ablagelage 25 parallel zueinander in Y-Richtung abgelegt, so dass sich eine Ausrichtung der Polymerfäden 9.1 bis 9.n zweier übereinander angeordneter Ablagelagen 24, 25 im Winkel von 90° zueinander ergibt. Dabei können eine Vielzahl derartiger Ablagelagen 24, 25 in einer Vlieslage 5 vorgesehen werden, wobei diese alternierend oder aber in einer bestimmten Ordnung, beispielsweise zwei Ablagelagen 24 und eine Ablagelage 25 im Wechsel angeordnet werden können, wobei die beiden übereinander angeordneten Ablagelagen 24 vorzugsweise mit Versatz in Y-Richtung zueinander angeordnet sind. Die Ablagelagen 24, 25 sind miteinander verbunden, vorzugsweise durch thermische Fixierung.
Durch die überkreuzende Anordnung der Polymerfäden 9.1 bis 9.n können gitterartige Strukturen innerhalb der Vlieslage 5 gebildet werden, die ferner hinsichtlich der Permeabilität einstellbar sind und auch durch unterschiedliche Permeabilitäten in unterschiedlichen Bereichen der Vlieslage 5 charakterisiert sein können, beispielsweise können Unterschiede zwischen den Rand- und Mittenbereichen erzeugt werden.
Die sich kreuzenden Polymerfäden 9.1 bis 9.n können hinsichtlich der Geometrie, des Materials und deren Dimensionierung identisch ausgeführt sein. Zur Erzielung unterschiedlicher Eigenschaftsprofile in Längs- und Querrichtung, und eventuell auch in Höhenrichtung besteht besteht die Möglichkeit, die jeweils in Längs- und Querrichtung ausgerichteten Polymerfäden 9.1 und 9.n unterschiedlich auszuführen, um in den einzelnen Erstreckungs richtungen der Vlieslage 5 betrachtet unterschiedliche Eigenschaften zu erzielen.
3d verdeutlicht eine alternative Ausrichtung der Ablagelagen 24, 25 gemäß 3c, wobei diese in einem Winkel innerhalb der XY-Ebene ausgerichtet sind.
3e verdeutlicht eine Ausführung mit beliebig abgelegten Polymerfäden 9.1 bis 9.n. 3g verdeutlicht wellenlinienförmig ausgebildete Polymerfäden 9.1 bis 9.n. 3f zeigt Anordnungen übereinander gelegter Polymerfäden 9.1 bis 9.n mit gekrümmten Verlauf in Längsrichtung.
Wie bereits ausgeführt besteht theoretisch die Möglichkeit, durch das Extrusionsverfahren und die Ablageanordnungen der einzelnen Polymerfäden 9.1 bis 9.n die Eigenschaften der derart erzeugten Lage zu beeinflussen. Diese können insbesondere durch die Polymerfadendicke und/oder Polymerfadenlänge und/oder das Ablagebild beeinflusst werden. Ferner spielen die Materialien sowie die Materialdichten eine entsprechende Rolle. Ein Beispiel für ein textiles Verbundgebilde 1 mit mehreren unterschiedlichen Lagen, die einem Substrat 3, insbesondere einem Träger 4, zugeordnet sind, ist beispielhaft in der 4 wiedergegeben. Das textile Verbundgebilde 1 ist auch hier in einer Ansicht gemäß 1 dargestellt und umfasst einen Träger 4 sowie vier weitere Vlieslagen 5 und 6 sowie 12 und 13. Diese werden jeweils in einem kontinuierlichen Prozess auf das Substrat 3 vorzugsweise nacheinander aufgetragen. Die einzelnen Vlieslagen 5 und 6 sowie 12 und 13 unterscheiden sich dabei durch ihre Eigenschaften erheblich voneinander. Diese werden durch die Art, Ausbildung, Dimensionierung, das Material und ferner durch die Ausrichtung der einzelnen Polymerfäden bestimmt. Hier sind beispielhaft die beiden Vlieslagen 5 und 12 identisch ausgeführt, während die Vlieslagen 13 und 6 jeweils verschieden zu den Vlieslagen 12 und 5 und verschieden zueinander ausgebildet sind. Dabei unterscheiden sich die einzelnen Vlieslagen 6, 13 beispielsweise in der Ausbildung der Ablagebilder, das heißt der Ausrichtung der einzelnen in diesen enthaltenen Polymerfäden voneinander. Ferner sind unterschiedliche Materialien für die Polymerfäden in den einzelnen Vlieslagen denkbar, unterschiedliche Materialdichten und/oder unterschiedliche Polymerfadendurchmesser. Die konkrete Auswahl der einzelnen Parameter liegt im Ermessen des Fachmannes, um die gewünschten Eigenschaften eines derartigen textilen Verbundgebildes 1 einstellen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung derartiger textiler Verbundgebilde ist beispielhaft in der 5 wiedergegeben. Die 5 verdeutlicht dabei in zwei Ansichten in 5a und 5b eine besonders vorteilhafte Ausführung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematisiert stark vereinfachter Darstellung. Der Auftrag der einzelnen Polymerfäden 9 erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess. Dazu wird vorzugsweise eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche 18 des Substrates 3 beziehungsweise dem Träger 4 und einer Extrusionseinrichtung 15 erzeugt. Diese wird dadurch realisiert, dass das zu beschichtende Substrat 3, insbesondere der Träger 4, in Form vorzugsweise eines endlosen Bandes über eine Führungs- und Antriebsanordnung 16 geführt wird und die Extrusionseinrichtung 15 ortsfest angeordnet ist, wobei hier die Relativbewegung durch die Bewegung des Trägers 4 erzeugt wird. Die Extrusionseinrichtung 15 umfasst zumindest eine, vorzugsweise eine Vielzahl einzelner über die Breite der Führungsanordnung 16 und damit des zu beschichtenden Substrates 3 in Form des Trägers 4 angeordnete Düsen 17, über die die einzelnen Polymerfäden, beispielsweise 9.1 bis 9.n einer Vlieslage erzeugt werden. Durch die Anordnung der Düsen 17 in Bewegungsrichtung des Trägers 4, welche der Längs- beziehungsweise X-Richtung entspricht und/oder quer zur Bewegungsrichtung des Trägers 4, d. h. der Y-Richtung und den Abstand h₁₇ zwischen dem Träger 4 und den Düsen 17, sowie die Anordnung der einzelnen Düsen 17 über die Breite, d. h. Y-Richtung sowie den Parametern der Betriebsweise der Düsen 17, insbesondere der Ausführung des Düsenaustrittes und der dort vorherrschenden Verhältnisse sowie den Prozessparametern der Extrusionseinrichtung 15 und der Geschwindigkeit des Trägers 4 wird das Ablagebild bestimmt.
Die 5a verdeutlicht dabei in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht einer Führungseinrichtung 16 mit dieser zugeordneter Extrusionseinrichtung 15. Die Extrusionseinrichtung 15 ist dabei in der Höhe h₁₇ gegenüber der Führungsanordnung 16 angeordnet und damit gegenüber der Oberfläche 18 des Trägers 4. Der Pfeil verdeutlicht dabei die Richtung der Bewegung des Trägers 4. Dieser kann als endloses umlaufendes Band in die Führungseinrichtung 16 geführt werden und somit kann mehrmals eine Schicht erzeugt werden. Die 5b verdeutlicht demgegenüber die Ansicht von oben auf eine Ausführung gemäß 5a. Erkennbar sind auch hier die Führungsanordnung 16 sowie die Extrusionseinrichtung 15. Hier beispielhaft verdeutlicht ist, dass die die Oberfläche 18 des Trägers 4 nur in einem Teilbereich beschichtet wurde. Erkennbar ist dies am Bereich des unbehandelten Substrates 3, insbesondere Trägers 4' und des Substrates 3, insbesondere Trägers 4 mit der aufgetragenen Vlieslage 5.
Bezüglich der verwendbaren thermoplastischen Materialien sind alle einem Extrusionsprozess zugänglichen Materialien denkbar. Bevorzugt werden jedoch Materialien zum Einsatz gelangen, die bei Temperaturen ≤300°C extrudiert werden können, zum Beispiel Polyurethan oder Polyolefine. Ferner können Ein- und Mehrkomponentenreaktionsharze zum Einsatz gelangen, zum Beispiel feuchtigkeitsvernetzende Polyurethane.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist es ferner möglich, die einzelnen Lagen nacheinander aufeinander zu extrudieren. Dies kann kontinuierlich frei von zeitlichem Versatz oder aber zumindest nach Aushärtung der jeweils vorhergehenden Lage erfolgen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist es auch denkbar, die einzelnen Vlieslagen aus Materialien mit unterschiedlichen Schmelzbereichen zu erstellen. In diesem Fall schließt sich eine anschließende Wärmebehandlung an, in der die Lagen selektiv aufgeschmolzen werden, um zum Beispiel eine Verklebung der hochschmelzenden Polymerfäden untereinander sowie mit dem Substrat 3 beziehungsweise Träger 4 zu erhalten oder um auch eine höhere Oberflächenglätte zu erzielen. Bezüglich der verwendbaren Düsen wird beispielsweise auf Vorrichtungen gemäß der Druckschriften US 7,056,386 B2 und US 6,358,322 B1 verwiesen. Dabei können lediglich eine Düse 17 oder eine Mehrzahl von Düsen verwendet werden. Die einzelnen Düsen 17 können in ihrer Höhe h₁₇ gegenüber der Substratoberfläche einzeln oder in Gruppen verstellbar sein und ferner in Breitenrichtung verfahrbar. Des Weiteren können die Parameter am Düsenaustritt variiert werden. Vorzugsweise sind zumindest eine einzelne Düse 17 oder aber eine Vielzahl von Düsen 17 vorgesehen, die sich über die gesamte Breite erstrecken und profiliert ist und somit einen entsprechenden Austritt entsprechend geformter Polymerfäden erlauben.
Die 6a verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Ablaufdiagrammes die Funktionsweise zur Steuerung der Prozessparameter. Daraus ersichtlich ist, dass je nach Substratbereitstellung und der zu erzeugenden Vlieslage 5 die einzelnen Parameter variiert werden, um die entsprechenden Eigenschaften der einzelnen Vlieslagen 5.1 bis 5.n zu erzielen. Die einzelne Vlieslage 5.1 bis 5.n kann dabei durch eine Vielzahl übereinander angeordneter Ablagelagen L1 bis Ln erzeugt werden, wobei die Parameter für die einzelnen Ablagelage beibehalten werden können oder aber geändert. Für jede einzelne Vlieslage 5.1 bis 5.n werden nach Fertigstellung der vorhergehenden Lage die Parameter entsprechend 6b neu eingestellt. Als Parameter F fungieren:
A Material, insbesondere Zusammensetzung
A1 Materialeigenschaften, insbesondere Dichte
B Querschnittsgeometrie des einzelnen Polymerfadens, Abmaße in X-, Y-, Z- Richtung
C Ablagerichtung der einzelnen Polymerfäden
D Abstand benachbarter Polymerfäden
E Anzahl der Ablagelagen L in einer Vlieslage
Die Parameter F können dabei als Funktion von Stellgrößen Y an den entsprechenden Einrichtungen, hier zumindest einer Bereitstellungseinheit 26 und der Extrusionseinrichtung 15 sowie der Führungsanordnung 16 eingestellt werden. Die Parametervorgabe F erfolgt entsprechend 6b. A, A1 werden mittels einer mit der Extrusionseinrichtung 15 gekoppelten Bereitstellungseinheit 26 vorgegeben. A, A1 sind Funktionen zumindest einer Stellgröße YA, YA1. Die Stellgrößen beinhalten die Einstellung der Bereitstellungseinheit 26. Die Querschnittsgeometrie B des einzelnen Polymerfadens 9, Abmaße in X-, Y-, Z-Richtung sind eine Funktion der Verhältnisse am Düsenaustritt der einzelnen Düse 17, insbesondere der Austrittsgeschwindigkeit, der Spaltgeometrie, Spaltweite und damit zumindest einer Stellgröße Y15 der Extrusionseinrichtung 15 beziehungsweise Y17 der Düse 17. Ferner bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit an der Führungseinrichtung 16 die Ablage. Die Ablagerichtung C der einzelnen Polymerfäden 9 und der Abstand benachbarter Polymerfäden 9 kann insbesondere als Funktion der Einstellungen an der Extrusionseinrichtung 15 sowie der Düsen 17 Y15, Y17 angesehen werden, insbesondere der Anzahl und Auslegung der Düsen 17 und der Ausrichtung der Düsenaustrittsspalte gegenüber der Oberfläche 18. Die Geometrie in Höhenrichtung kann für jede einzelne Vlieslage separat eingestellt werden.

1: textiles Verbundgebilde
2: Pressfilz
3: Substrat
4: Träger
4': Träger im Grundzustand
5: Vlieslage
6: Vlieslage
7: Oberfläche
8: Unterseite
9.1–9.n: extrudierte Polymerfäden
10.1–10.n: extrudierte Polymerfäden
11.1–11.n: extrudierte Polymerfäden
12: Vlieslage
13: Vlieslage
15: Extrusionseinrichtung
16: Führungsanordnung
17: Düse
18: Oberfläche
19: Wendelelement
21: Ausführung
22: Windungen
23: Gitterstruktur
24: Ablagelage
25: Ablagelage
26: Bereitstellungseinheit
h₁₇: Höhe
v: Geschwindigkeit
A: Material, insbesondere Zusammensetzung
A1: Materialeigenschaften, insbesondere Dichte
B: Querschnittsgeometrie des einzelnen Polymerfadens, Abmaße in X-, Y-, Z-Richtung
C: Ablagerichtung der einzelnen Polymerfäden
D: Abstand benachbarter Polymerfäden
E: Anzahl der Ablagelagen L in einer Vlieslage
Ln: Lage
YA: Stellgröße zur Beeinflussung der Materialzusammensetzung
YA1: Stellgröße zur Beeinflussung der Materialeigenschaften
Y15: Stellgröße der Extrusionseinrichtung
Y16: Stellgröße der Führungseinrichtung
Y17: Stellgröße der Düse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5077116 [0004]
- EP 1013822 B1 [0005]
- US 7056386 B2 [0056]
- US 6358322 B1 [0056]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer, eine Vlieslage (5, 6, 12, 13) umfassenden Bespannung (1, 2) für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine mit den folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Substrates (3) und einer Extrusionseinrichtung (15), – Bilden einer Vlieslage (5, 6, 12, 13) durch Extrudieren von Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) aus der Extrusionseinrichtung (15) auf das Substrat (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) bei der Extrusion auf das Substrat (3) verwirbelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablagebild auf dem Substrat (3) und/oder die Dicke der Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) als Funktion der Extrusionsgeschwindigkeit und/oder die zur Verwirbelung eingesetzte Luftmenge und/oder Luftdruck steuerbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Extrusion der Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) das Substrat (3) und die Extrusionseinrichtung (15) relativ zueinander bewegt werden, insbesondere das Substrat (3) relativ zur Extrusionseinrichtung (15) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht in der Vlieslage (5, 6, 12, 13) als Funktion der Relativbewegung zwischen der Extrusionseinrichtung (15) und dem Substrat (3) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablagebild der Vlieslage (5, 6, 12, 13) durch die Steuerung der Lage der Düsen (17) der Extrusionseinrichtung (15) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) an ihren Kreuzungsstellen miteinander verbunden/verklebt sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) an den Kreuzungsstellen durch thermische Aktivierung des Polymermaterials zumindest einzelner Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (3) ein Band verwendet wird, von dem die Vlieslage (5, 6, 12, 13) abgenommen und separat weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (3) ein textiles Flächengebilde, insbesondere Gewebe, Gelege, Gewirk, Gestrick oder eine andere Vlieslage (6, 13) verwendet wird, wobei die durch Extrusion gebildete Vlieslage (5, 6, 12, 13) auf dieser belassen wird und mit dieser verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (3) eine erste durch Extrusion gebildete Vlieslage (5, 6, 12, 13) bei der Ausbildung einer zweiten Vlieslage durch Extrusion verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Extrusion gebildete Vlieslage (5, 6, 12, 13) an dem Substrat (3) mittels einer textilen Verbindungstechnik befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Extrusion gebildete Vlieslage (5, 6, 12, 13) an dem Substrat (3) verklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adhäsionskraft der Verbindung der durch Extrusion gebildeten Vlieslage (5, 6, 12, 13) an dem Substrat (3) als Funktion einer der nachfolgenden Größen eingestellt wird: – Abstand der Extrusionseinrichtung (15) zum Substrat (3) – Austrittstemperatur des die Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) bildenden Polymermaterials aus der Extrusionseinrichtung (15).
Bespannung (1, 2) für eine bahnherstellende und/oder bahnverarbeitende Maschine mit einer Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) umfassenden Vlieslage (5, 6, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass die Vlieslage (5, 6, 12, 13) auf einem Substrat (3) gebildet wurde, indem Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) auf das Substrat (3) extrudiert wurden.
Bespannung (1, 2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverteilung der einzelnen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) über die Breite des Substrates (3) gleichmäßig ist.
Bespannung (1, 2) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverteilung der einzelnen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) in Längsrichtung des Substrates (3) gleichmäßig ist.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverteilung der einzelnen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) in Höhenrichtung des Substrates (3) gleichmäßig ist.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der nachfolgend genannten Größen innerhalb der Vlieslage (5, 6, 12, 13) in Breiten-, Längen- und/oder Höhenrichtung einstellbar/variabel ist: – das Material der einzelnen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n); – die Polymerfadendicke der extrudierten Endlospolymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n), – die Länge der (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) Polymerfäden; – der Abstand zwischen den einzelnen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n).
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) zumindest in Anteilen aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren, insbesondere Polyurethanen bestehen.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) aus Polymeren, insbesondere Polyolifinen bestehen.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) aus mindestens zwei Materialkomponenten bestehen.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) aus zumindest einem Material bestehen, dessen Schmelztemperatur >300°C beträgt.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mehrzahl von Lagen (5, 6, 12, 13, 4) umfasst, wobei mehr als eine der Lagen als Vlieslage (5, 6, 12, 13) mit Anteilen aus extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) ausgebildet ist.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Lagen Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) mit geringerer Schmelztemperatur vorgesehen sind.
Bespannung (1, 2) nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierten Polymerfäden (9, 9.1 bis 9.n, 10, 10.1 bis 10.n) in einer Vlieslage (5, 6, 12, 13) spiralförmig, kreuzförmig, parallel, einander überlappend oder in einer Kombination aus diesen angeordnet sind.