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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Faserflors mit gezielter Faserausrichtung und damit verbesserten
isotropen Eigenschaften im Vliesstoff, wobei diese durch eine kontinuierliche
Online-Beeinflussung mittels einer steuerbaren Kämmvorrichtung
erzielt werden.
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Die
textilen Fasern eines gebildeten und vorgelegten Faserflores werden
dabei mittels einer steuerbaren Kämmvorrichtung in eine
andere Richtung umorientiert. Diese Umorientierung kann im gesamten
Faserflor erzeugt werden oder nur in einer ausgewählten
Partition des Faserflores. Der umorientierte Teil des Faserflores
oder das in seiner Gesamtheit umorientierte Faserflor mit einer
ausgeprägten, von der ursprünglichen Ausrichtung
abweichenden Faserrichtung führt bei allen weiterverarbeitenden
Technologien zu verbesserten Eigenschaften des Endproduktes im Hinblick
auf das Isotropieverhältnis in Längs- und Querrichtung
von Festigkeit und Dehnung (MD/CD-Verhältnis, wobei „MD” für „Machine
Direction” steht und „CD” für „Cross
Direction”). In vielen Fällen, z. B. bei Geotextilien,
wird ein ausgeglichenes Verhältnis der Höchstzugkräfte
(MD/CD-Verhältnis) angestrebt, was gegen „1” geht
und eine hohe Isotropie kennzeichnet.
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Die
steuerbare Kämmvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass ein speziell bestückter und umlaufender Riementrieb
als Träger von Bearbeitungswerkzeugen fungiert und die
Bearbeitungswerkzeuge in einer variablen Tiefe in den Faserflor
eintauchen und diesen kontinuierlich umorientieren. Diese Vorrichtung
wird in einem einstellbaren Winkel zur Produktionsrichtung des Transportbandes,
auf dem der Krempelflor liegt, angeordnet und an den gegenüberliegenden äußeren
Begrenzungsteilen des Transportbandes befestigt. Mit geeigneten
Maßnahmen, wie Andruckwalzen, Leitblechen und/oder luftdurchlässigen
Siebbändern in Verbindung mit einer Ansaugvorrichtung,
ist es möglich, das Faserflor während der kontinuierlichen
Herstellung für die Bearbeitung zu fixieren.
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Problem und Stand der Technik
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Die
mit herkömmlichen Krempelanlagen produzierten textilen
Flächen bestehen aus Faserfaserfloren mit einer in Laufrichtung
der Maschine parallel ausgerichteten Faserorientierung. Der aktuelle
Stand der Technik der Vliesstoffherstellung stellt sich so dar,
dass entweder längsorientierte Faserflore, quergetäfelte
oder wirr gelegte Faserflore zu Vliesstoffen verfestigt werden.
Die Isotropieeigenschaften der so erhaltenen Vliesstoffe sind für
viele Anwendungsfälle noch nicht ausreichend. Den mangelhaften
isotropen Eigenschaften von Vliesstoffen wurde bis jetzt mit folgenden
technischen Lösungen begegnet:
- • zusätzliche
Krempelanlage/Legemaschine zur Kombination von Faserfloren,
- • Beibringen von Verzügen durch eine Vliesstrecke
vor der Verfestigung,
- • Anbringung von Stauchwalzen nach dem Abnehmer der
Krempel,
- • Anbringung von Wirrwalzen nach dem Abnehmer der Krempel.
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Bekannt
ist auch das Patent
DD 256 880 ,
indem die Umorientierung eines Faserflors durch spitze Werkzeuge
beschrieben wird. In diesem Patent sind die Werkzeuge starr an einer
Art Balken angebracht, der diskontinuierlich bewegt wird und dadurch
gesamte Teile des Faserflores zerreißt und anschließend
umorientiert. Das Umorientierungselement ist mit einem Hub- und
Senkantrieb verbunden; unterhalb des Umorientierungselementes ist
ein mit einer Saugluftquelle verbundener Saugkasten angeordnet und
den Mitnehmerelementen ist mindestens eine Steuereinrichtung zugeordnet.
Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umorientieren textiler
Faser- und Fadenströme durch Veränderung des Faser-
oder Fadenlagewinkels, welche jedoch hinsichtlich der fixen Anordnung
der Maschinenteile und des diskontinuierlichen Abreißens
des Faserflores nachteilig ist. Die eigentlichen Bearbeitungselemente,
die in das Faserflor eintauchen, sind starr angeordnet und werden
in ihrer Gesamtheit aus dem Flor schrittweise ein- und ausgehoben.
Besonders nachteilig wirken sich hierbei die arbeitstaktgesteuerte
Translationsbewegung aus, die das Heben, Senken und Mitlaufen der
Mitnehmerelemente so portions- bzw. abschnittsweise steuert, dass
keine kontinuierliche Faserumorientierung möglich ist.
Extrem ungünstig ist hierbei das Auseinanderziehen des
Faser- bzw. Fadenstromes durch das arbeitstaktgesteuerte Senken
und damit erneutes Eintauchen der Gesamtheit aller Mitnehmerelemente, die
auf dem Umorientierungselement angeordnet sind.
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Aufgabe und Lösungsansatz
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Die
beschriebenen Nachteile des Standes der Technik erfordern insbesondere
für eine kontinuierliche Arbeitsweise der Faserumorientierung
eine flexibles Verfahren und eine flexible Vorrichtung, die auf
allen derzeitigen existierenden Anlagen zur Faserflorherstellung
einsetzbar ist und je nach erforderlichen Produkteigenschaften die
Orientierung der Faserlage und das Einstellen des MD/CD-Verhältnisses
der Fasereigenschaften ermöglicht.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Technologie und
Vorrichtung zu entwickeln, die es erlaubt, textile Faserflore herzustellen,
die ein verbessertes und gezielt einstellbares Isotropieverhältnis für
Festigkeit und Dehnung aufweisen und deren Herstellung gegenüber
den bisherigen technischen Lösungen flexibler und kostengünstiger
ist bzw. die deren Nachteile ausgleicht und damit Produkte bereitstellt,
die den gestiegenen industriellen Anforderungen gerecht werden.
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Lösung
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Vorteile der Lösung
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der kontinuierlichen Arbeitsweise und in den variablen Möglichkeiten
zu sehen, die die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorstufe nicht negativ
beeinflusst und die Isotropie der Vliesstoffe verbessert, was in
einem laufenden Prozess ohne zusätzlichen Krempel- und
Legeraufwand erreicht wird. Dabei bestimmt unter anderem die Arbeitsgeschwindigkeit
der Vorstufe die Rotationsgeschwindigkeit der Querkämmvorrichtung.
Das Verfahren zur Herstellung von Faserflor mit gezielter Faserausrichtung
und damit verbesserten isotropen Festigkeits- und Dehnungseigenschaften
im Vliesstoff ist variabel für einen Teil des Faserflores
oder für die Gesamtheit des Faserflores einsetzbar, je
nach Einstellung der Eintauchtiefe der Bearbeitungswerkzeuge.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die vergleichsweise einfache Nachrüstung bestehender
Vliesstoffanlagen. Die Vorrichtung hat einen geringen zusätzlichen
Platzbedarf, ist im laufenden Prozess jederzeit anzuwenden, mit
geringem Kostenaufwand verbunden und kann durch einfaches Hochklappen
der wirksamen Einheit deaktiviert werden.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. Die dazugehörigen Zeichnungen
zur Ausführung der Vorrichtung zeigen in
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1 die
schematische Seitenansicht der Vorrichtung, mit folgenden Teilen:
- 1 Kämmeinheit
- 2 Faserflor
- 3 Siebband
- 4 Ansaugvorrichtung
- 5 Antriebselemente (mit Verbindung zur externen Steuereinheit)
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2 die
schematische Draufsicht der Vorrichtung, wobei zusätzlich
noch bezeichnet ist
- 3' Überführungsband
- 12 Krempel
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3 die
schematische Detailansicht der Kämmeinheit, wobei weiterhin
noch bezeichnet sind
- 6 Riementrieb
mit Bearbeitungselementen
- 7 Umlenkrollen
- 8 Führungsschiene
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4 die
schematische Detailansicht der Bearbeitungswerkzeuge, wobei bezeichnet
sind
- 9 aktive Werkzeuge
- 10 Kunststoffnocken
- 11 Zahnriemen
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5 die
schematische Draufsicht zur Definition des Schwenkwinkels α
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6 den
schematischen Querschnitt des Faserflores zur Definition des Eintauchwinkels φ und
der Eintauchtiefe z
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Die
Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Kämmeinheit (1),
die ein Faserflor (2) bearbeitet, bestehend aus einer Hub-
und Schwenkvorrichtung und einem daran befestigten Schwenkarm. Zu
der Kämmeinheit (1) gehören des Weiteren
das Siebband (3), eine Ansaugvorrichtung (4) sowie
eine externe Steuereinheit.
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Der
Schwenkarm ist als ein mit Bearbeitungswerkzeugen bestückter
Riemenantrieb (6) ausgebildet, der kontinuierlich in einer
Richtung umläuft und regelbar ist. Die Geschwindigkeit
ist synchronisiert mit der Vorstufe der Krempel (12). Die
Rotationsbewegung wird realisiert über Antriebselemente
(5) und einer dazugehöriger Verbindung zur externen
Steuereinheit. Der Riementrieb besteht aus einem umlaufendem Zahnriemen (11)
mit Nocken (10), auf denen die aktiven Werkzeuge (9)
angebracht sind. Die aktiven Werkzeuge (9) dienen als Umorientierungselemente
und können entweder vertikal oder in einem variabel einstellbaren
Winkel φ zur eigenen Drehachse der Kämmeinrichtung
in das Faserflor eintauchen.
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Zur
optimalen Positionierung der Vorrichtung sind stufenlose Verstellmöglichkeiten
in mindestens drei verschiedenen Bewegungsachsen vorgesehen. Die
Kämmeinheit (1) ist dafür in einem Drehpunkt
in allen 3 Achsen beweglich gelagert und auf der gegenüberliegenden
Seite in einem beweglichen Auflager gesichert und somit an den gegenüberliegenden äußeren
Begrenzungsteilen des Transportbandes befestigt. Der Schwenkarm
ist über dem Faserflor in einem bestimmten Winkel α zur
Maschinenlaufrichtung des Faserflors angeordnet. Nach der Einstellung
des Schwenkwinkels α für die Positionierung der
Kämmeinheit zur Maschinenlaufrichtung und des Eintauchwinkels φ der
Bearbeitungswerkzeuge in Bezug zum Faserflor wird die Kämmeinheit
in ihrer endgültigen Lage mit Feststellmechanismen fixiert,
wobei die Eintauchtiefe z in den Faserflor bzw. das vertikale Ausheben
der Kämmeinheit aus dem Faserflor jederzeit über
die Steuereinheit stufenlos realisiert werden kann.
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Die
in 1 und 2 gezeigte Vorrichtung ist so
ausgeführt, dass:
- – sich
die Kämmeinheit sehr präzise in ihrer horizontalen
Lage zum Faserflor verstellen lässt, wobei durch die Eintauchtiefe
z bestimmt wird, ob entweder das Flor in seiner Gesamtheit umorientiert
wird oder nur ein partieller Teil des Faserflores, der 5% bis 90%
betragen kann,
- – sich die komplette Kämmeinheit über
dem Transportband in einem frei wählbaren Schwenkwinkel α (im Bereich
von 11,5° bis 53°) über die Steuereinheit
stufenlos und reproduzierbar drehen und fixieren lässt,
- – sich die komplette Kämmeinheit über
den Drehpunkt der eigenen Längsachse in einem frei wählbaren Eintauchwinkel φ (Bereich –75° bis
75°) so drehen lässt, dass die Bearbeitungswerkzeuge
entweder vertikal oder schräg in den Faserflor eintauchen,
- – sich die komplette Kämmeinheit hochklappen
lässt, womit sich bei Bedarf der ursprüngliche
Zustand der Anlagen wiederherstellen lässt.
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Die
in 3 gezeigten Details der Kämmeinheit sind
so ausgeführt, dass:
- – der
kontinuierlich in eine Richtung umlaufende Riementrieb (6)
aus einem Zahnriemen (11), zwei Umlenkrollen (7)
und einem drehzahlgeregelten Antrieb (5) besteht,
- – der Riementrieb mit Hilfe einer Führungsschiene
(8) an seiner unteren Bearbeitungsseite zusätzlich
geführt wird, um einen sehr genauen und absolut parallelen
Abstand zum Faserflor einhalten zu können,
- – sich der Zahnriemen mit einer zusätzlichen
Vorrichtung spannen lässt.
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Die
in 4 gezeigten Details sind so ausgeführt,
dass:
- – der Zahnriemen (11)
mit Nocken (10) und den aktiven Werkzeugen (9)
bestückt ist, die beide in unterschiedlichster Art und
Form ausgeführt sein können,
- – die aufgeklebten, aufgeschraubte oder aufgeschweißten
Kunststoffnocken (10), die auf dem Zahnriemen (11)
angebracht sind, mit Innengewinde versehen sind,
- – sich die auf den Nocken (10) befestigten
Bearbeitungselemente (9) zum Querkämmen eignen,
wie vorzugsweise Nadeln, Borsten oder/und Zinken, und sich diese
leicht befestigen und nach Verschleiß leicht auswechseln
lassen,
- – sich verschiedene Garnituren von aktiven Werkzeugen
(9) in einer oder mehreren Reihen leicht installieren lassen,
- – sich durch unterschiedliche Nadelabstände
oder/und Nadellängen sehr verschiedene, kreative Oberflächenstrukturen
herstellen lassen.
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Wie
in 5 schematisch dargestellt, gelten für
eine rechtwinklige Ausrichtung der umorientierten Fasern im online-Prozess
folgende geometrische Gesetzmäßigkeiten. Die Strecke
s1 ist begrenzt durch die Punkte AB und
kennzeichnet den Weg, den der Faserflor in Produktionsrichtung (MD)
zurück legt. Die Strecke s2 ist
begrenzt durch die Punkte BC und beschreibt den Weg des umlaufenden
Zahnriemens. Die Geschwindigkeiten v1 und
v2 sind direkt den Richtungen der Strecken
zugeordnet.
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Der
Winkel α beschreibt die Ausrichtung der Kämmeinheit
(
1) zum Siebband (
3) und wird als Schwenkwinkel α bezeichnet.
Es lassen sich mathematische Regeln im rechtwinkligen Dreieck aufstellen:
- α
- ... der Schwenkwinkel
der Kämmeinheit
- s1
- ... Strecke des Siebbandes
- s2
- ... Strecke des Riementriebes
- v1
- ... Geschwindigkeit
des Siebbandes
- v2
- ... Geschwindigkeit
des Riementriebes
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Zur
Ermittlung der Umlaufgeschwindigkeit des Riementriebes (6)
wird nach v2 umgestellt.
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Ist
die Bedingung dieser Gleichung erfüllt, dann ergibt sich
eine Faserkreuzung im Winkel von nahezu 90° zwischen der
oberen Faserschicht im Flor zu der darunterliegenden ursprünglichen
Faserschicht aus der Krempelanlage (12). Es ist auch möglich,
die Fasern in einem anderen Winkel umzuorientieren, um Zugbelastungen
in einer bestimmten Richtung besser aufnehmen zu können.
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Wie
in 6 schematisch dargestellt, wird die Eintauchtiefe
z bestimmt aus dem Winkel φ der Lage der aktiven Werkzeuge
(9) und der Eintauchlänge der aktiven Werkzeuge
(9) in dem Faserflor (2). Beim absolut senkrechten
Eintauchen der aktiven Werkzeuge ist der Eintauchwinkel φ gleich
null, wobei bei einem negativen Winkel φ die Kämmeinheit
in Produktionsrichtung gerichtet ist und bei einem positiven Winkel φ die Kämmeinheit
gegen die Produktionsrichtung gerichtet ist (Bereich –75° bis
75°).
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Sollen
50% des Faserflores umorientiert werden, muss die Eintauchtiefe
z die Hälfte der Florhöhe betragen. Weiterhin
besteht auch die Möglichkeit, die Fasern in einem anderen
beliebigen Anteil des Faserflores bis von 5% bis zu 90% der Florhöhe
umzuorientieren, um gewünschte Produkteigenschaften erreichen
zu können.
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Zur
Fixierung des zu bearbeitenden Faserfaserflors (2) auf
dem luftdurchlässigen Siebband (3), wird unter
dem luftdurchlässigen Siebband (3) eine nach oben
offene Ansaugvorrichtung (4) befestigt. Die Ansaugvorrichtung
in Form eines Kastens, der den gesamten wirksamen Bereich überspannt,
ist unterhalb des transportierenden Siebbandes (3) angebracht
und fixiert mittels Unterdruck den Faserflor (2). Diese
Ansaugvorrichtung (4) überdeckt die gesamte Breite
des Siebbandes (3), wobei der Bereich der Kämmeinrichtung
(1) komplett mit untersaugt wird. Aufgrund ihrer Formgebung
und Beschaffenheit der Luftabsaugöffnungen hat die Vorrichtung
eine gleichförmige Ansaugkraft, was eine optimale Fixierung
des Faserflors auf dem Siebband gewährleistet. Je nach
Florschichtdicke, Fasereigenschaften und Orientierungsgrad lässt
sich die Ansaugkraft des Lüfters stufenlos mittels Drehzahlreglers
einstellen.
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Durch
eine Justiereinrichtung, die unmittelbar unter den wirksamen Werkzeugen
der Kämmeinrichtung angebracht ist, kann der Ansaugdruck
nur in dem Bereich der momentanen Faserumorientierung reduziert werden.
Zusätzlich können an den Rändern der
Ansaugvorrichtung Lochbleche angebracht werden, die einen sanften Übergang
bzw. konstant schwächer werdenden Unterdruck vom Ort der
Untersaugung zum nicht untersaugten Übergangsband (3')
gewährleisten.
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Die
unterhalb des Siebbandes befindliche Ansaugvorrichtung ist so ausgeführt,
dass:
- – die Ansaugvorrichtung (4)
mit Hilfe der Formgebung und Luftansaugöffnungen eine gleichmäßige
Ansaugkraft und somit eine gleichmäßige Fixierung
des Faserfaserflores (2) über die gesamte Länge
erreicht,
- – sich die Ansaugkraft des Lüfters über
einen Drehzahlregler stufenlos einstellen lässt,
- – über das luftdurchlässige Siebband
(3) ausreichend Unterdruck auf das Faserflor (2)
zum Fixieren wirkt,
- – mit Abdeckvorrichtungen bei Bedarf unmittelbar unter
den aktiven Werkzeugen (9) der Unterdruck reduziert wird,
- – mittels einer Justiereinrichtung eine Stabilisierung
des Siebbandes (3) im Bereich der momentanen Faserumorientierung
erreicht wird.
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Insgesamt
lässt sich die Vorrichtung noch so anordnen, dass:
- – sich durch die Anordnung von mehrerer
Kämmeinheiten oder bestückten Riementrieben alle
Effekte verstärken lassen,
- – sich durch alternierend/rhythmische Änderung
der Umlaufgeschwindigkeit in Zusammenhang mit der Änderung
des Schwenkwinkels α verschiedene Oberflächenstrukturen
erzeugen lassen,
- – sich durch alternierend/rhythmische Änderung
der Eintauchtief z der Kämmeinheit um wenige Millimeter unterschiedlich
tiefe Kämmwirkungen im Faserflor erzielen lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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