DE102009037740A1

DE102009037740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Grasgarnes

Info

Publication number: DE102009037740A1
Application number: DE102009037740A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Behnert; Frank Heymann; Jens Weinhold
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-02-24
Also published as: EP2467517B1; CN102482807A; WO2011020706A1; CN102482807B; US20120139150A1; EP2467517A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Grasgarnes für Kunstrasen. Hierbei wird in einem Extrusionsprozess eine Folie aus einem Polymermaterial erzeugt und zu einzelnen Bändern zerteilt. Die Bänder werden vor dem Aufwickeln zu Spulen gekräuselt. Um eine den natürlichen Gräsern besonders angepasste Struktur zu erhalten, wird erfindungsgemäß die Folie oder die Bänder vor dem Kräuseln durch eine Nadelwalze fibrilliert und die Bänder nach dem Fibrillieren vereinzelt und unabhängig voneinander einzeln gekräuselt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Grasgarnes für Kunstrasen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Kunstrasen werden sogenannte Grasgarne verwendet, die vorzugsweise als ein Verbund von mehreren Monofilamenten oder mehreren synthetischen Bändern hergestellt werden. Das Grasgarn wird dann in einem Tufting-Prozess zu einem Kunstrasenteppich verarbeitet. Innerhalb des Kunstrasens werden die künstlichen Gräser durch die Monofilamente oder durch die Bänder gebildet. Hierbei wird angestrebt, dass die künstlichen Fasern möglichst Eigenschaften der natürlichen Gräser nachbilden. So ist es bekannt, die Querschnitte, Farbgebungen, sowie die Struktur der Monofilamente oder Bänder entsprechend den natürlichen Gräsern anzupassen. Um die Eigenschaften von Kunstrasen insbesondere in der Elastizität und den Wiederaufrichtvermögen der einzelnen Fasern zu verbessern, hat sich herausgestellt, dass dies insbesondere durch Grasgarne ermöglicht werden kann, die eine stark gekräuselte Struktur aufweisen.
So ist aus der EP 1 728 902 A1 ein Grasgarn bekannt, das aus mehreren texturierten synthetischen Bändern gebildet ist. Hierzu werden die Bänder in einem Extrusionsprozess beispielsweise aus einer Folie hergestellt und in Gruppen von mehreren Bändern mittels einer Stauchkammerkräuselung texturiert. Hierbei stellt sich eine im wesentlichen dreidimensionale Kräuselung an den Bändern ein. Derartige mit konstanter Breite ausgeführte Bänder fehlt jedoch die Ungleichmäßigkeit und Faserigkeit, die für natürliche Gräser typisch sind. Insoweit sind derartige gekräuselte Bänder nur im Verbund mit weiteren Bändern und Monofilamenten für die Kunstrasenherstellung geeignet.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Grasgarnes für Kunstrasen der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchem ein synthetisches Band herstellbar ist, das in seinen Eigenschaften den natürlichen Gräsern sehr nahe kommt.
Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Auf der Suche nach einer Lösung stößt der Fachmann selbstverständlich auch auf die Druckschriften DE 21 60 779 A1 und DE 21 56 114 A1 . Aus den genannten Druckschriften sind Verfahren zur Herstellung von gekräuselten Fasern bekannt, bei welcher die Bänder vor dem Kräuseln fibrilliert werden. Hierzu werden die Bänder als eine Schar nach dem Fibrillieren gekräuselt, so dass sich an den Bändern eine gleichmäßige Kräuselungsstruktur einstellt. Zudem wird bei dem bekannten Verfahren nach der DE 1 903 650 zudem die Bänderschar über eine Kante geführt, so dass sich eine mechanisch bedingte zweidimensionale Kräuselung einstellt.
Demgegenüber löst sich die Erfindung von einer Gruppenbehandlung der Bänder und erzeugt an jedem einzelnen Band eine individuell faserige gekräuselte Struktur. Hierzu wird die Folie oder die Bänder vor dem Kräuseln durch eine Nadelwalze fibrilliert. Nach dem Fibrillieren werden die Bänder vereinzelt und unabhängig voneinander einzeln gekräuselt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu eine Fibrilliereinrichtung mit zumindest einer Nadelwalze auf, der der Kräuseleinrichtung vorgeordnet ist. Die Kräuseleinrichtung wird aus einer Mehrzahl von Texturiermitteln zum Kräuseln einzelner Bänder gebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den besonderen Vorteil, dass ein texturiertes Band entsteht, welches äußerlich einem texturierten Faserbündel aus einer Mehrzahl von Monofilamenten gleicht. Durch die Texturierung der fibrillierten Bänder öffnen sich die Fibrillierungen, so dass das Band scheinbar aus einer Mehrzahl von einzelnen Streifen gebildet ist. Die Fibrillierung wird beim Texturieren jedoch nicht zerstört, sondern die Netzstruktur des fibrillierten Bandes bleibt erhalten und erzeugt damit einen Zusammenhalt der einzelnen Streifen des Bandes. Der Grad des Zusammenhaltes und der Grad des scheinbar gleichen Aussehens wie ein texturiertes Faserbündels aus Monofilamenten lässt sich durch die Struktur und den Grad der Fibrillierung des Bandes beeinflussen.
Insoweit sind die Verfahrensvarianten gemäß den Ansprüchen 2 und 3 besonders bevorzugt, um die Struktur der Bänder zu beeinflussen. So wird gemäß einer ersten Verfahrensvarinate die Nadelwalze zur Herstellung des Fibrilliermusters mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, die im wesentlichen gleich oder ungleich einer Produktionsgeschwindigkeit der Folie oder der Bänder ist.
Darüberhinaus lässt sich das Fibrilliermuster in der Folie oder den Bändern durch eine parallel Anordnung von Nadeln oder eine versetzte Anordnung von Nadeln an den Nadelwalzen herstellen. Damit ergeben sich stegförmige oder netzförmige Fibrillierungen.
Zur Herstellung einer dreidimensionalen Kräuselung wird die Verfahrensvariante verwendet, bei welcher die fibrillierten Bändern einzeln innerhalb einer Stauchkammer gekräuselt werden, wobei das Band durch eine Förderdüse der Stauchkammer zugeführt wird. Damit lassen gleichzeitig thermische Effekte bei der Kräuselung des Bandes ausnutzen, in dem die Förderdüse mit einem erhitzten Fördermedium betrieben wird.
Grundsätzlich sind derartige fibrillierte und gekräuselte Bänder einzeln als Grasgarn zur Herstellung von Kunstrasen geeignet. Es lassen sich jedoch auch vorteilhaft mehrere gekräuselte Bänder vor dem Aufwickeln mit mehren zu einem Verbundgarn zusammenführen.
Die visuellen Eigenschaften des Grasgarnes werden bevorzugt durch die Verfahrensvariante eingestellt, bei welcher die Folie durch eine koextrusion aus zwei Polymermaterialien auf Basis von einem Polymer in unterschiedlicher Färbung erzeugt wird. Damit lassen sich beispielsweise die beiden Seiten der Bänder in unterschiedlicher Grünfärbung ausbilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
Es stellen dar:
1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 schematisch eine Teilansicht einer Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus 1
3 schematisch eine Teilansicht einer Seite des Ausführungsbeispiels aus 1
4 schematisch eine Ansicht einer Nadelwalze
5 schematisch mehrere Draufsichten einzelner fibrillierter Bänder
In den 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grasgarnes schematisch dargestellt. In 1 ist das Ausführungsbeispiel in einer Gesamtansicht, in 2 in einer Teilansicht einer Draufsicht und in 3 in einer Teilansicht der Seite im Bereich der Aufwickeleinrichtung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung gilt für alle Figuren, insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist.
In 1 ist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Gesamtansicht gezeigt. Das Ausführungsbeispiel weist eine Extrusionseinrichtung 1 auf, um aus einem thermoplastischen Material eine Folie zu erzeugen. In diesem Beispiel weist die Extrusionseinrichtung 1 zwei Extruder 2.1 und 2.2 auf. Die Extruder 2.1 und 2.2 könnten beispielsweise Polymermaterialien auf Basis eines Polymers in jeweils unterschiedlicher Färbung extrudieren, um beispielsweise eine zweifarbige Flachfolie zu erzeugen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, mit jedem der Extruder 2.1 und 2.2 unterschiedliche Polymermaterialien unterschiedlicher Polymere zu extrudieren.
Die Extruder 2.1 und 2.2 sind mit einem Extrusionskopf 3 verbunden, welcher durch eine Koextrusion die Polymermaterialien zu einer Flachfolie extrudiert.
Dem Extrusionskopf 3 ist ein Kühlbad 4 zugeordnet. Auf der Auslassseite des Kühlbades 4 ist ein Umlenkwerk 5 mit mehreren Umlenkrollen vorgesehen, an deren Umfang die Folie mit einfacher Umschlingung geführt wird. Das Umlenkwerk 5 ist üblicherweise mit einer Absaugung kombiniert, um die an der Folie anhaftende Kühlflüssigkeit des Kühlbades 4 aufzunehmen.
Um die in der Extrusionseinrichtung 1 erzeugte Folie 23 zu einer Schar von Bändern 24 zu zerschneiden, ist dem Umlenkwerk 5 eine Schneideinrichtung 6 nachgeordnet. In der Schneideinrichtung 6 wird die Folie in eine Mehrzahl von einzelnen Bändern mit vorbestimmter Breite zerschnitten.
Zum Abzug der Folie und zum Verstrecken der Bänder sind mehrere Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 mit angetriebenen Galetten hintereinander angeordnet. Die Bänder 24 werden dabei mit einfacher Umschlingung am Umfang der angetriebenen Galetten der Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 im parallel Lauf nebeneinander geführt.
Zwischen den Galettenlieferwerken 7.1 und 7.2 ist eine Heizeinrichtung 8 angeordnet. Die Heizeinrichtung 8 könnte beispielsweise durch einen Umluftofen gebildet sein, in welchem die Bänder auf eine Verstrecktemperatur erwärmt werden. Zum Verstrecken der Bänder werden die Galetten der Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 mit einer Geschwindigkeitsdifferenz angetrieben.
Zwischen der Heizeinrichtung 8 und dem zweiten Galettenlieferwerk 7.2 ist eine Fibrilliereinrichtung 9 angeordnet. Die Fibrilliereinrichtung 9 weist eine Nadelwalze 10 auf, an deren Umfang die Bänder mit einer Teilumschlingung zum Fibrillieren geführt sind. Die Nadelwalze 10 wird über einen Elektromotor 25 angetrieben, der über das Steuergerät 26 gesteuert wird. Das Steuergerät 26 ist mit einer Maschinensteuerung 27 gekoppelt, so dass in Abhängigkeit von der durch die Galettenantriebe definierten Produktionsgeschwindigkeit der Bänder eine Umfangsgeschwindigkeit der Nadelwalze 10 einstellbar ist. So lässt sich zum Fibrillieren die Nadelwalze 10 mit einer Umfangsgeschwindigkeit antreiben, die gleich oder größer als die Produktionsgeschwindigkeit der Bänder ist.
Nach dem Verstrecken werden die Bänder 24 durch eine Führungsleiste 11, die auf der Auslassseite des zweiten Galettenlieferwerkes 7.2 angeordnet ist, vereinzelt. Zur weiteren Behandlung der Bänder ist eine Kräuseleinrichtung 12 und eine Aufwickeleinrichtung 18 vorgesehen. Die Kräuseleinrichtung 12 weist eine Mehrzahl von Texturiermitteln 13 auf, durch welches jeweils ein Band gekräuselt wird.
Zur weiteren Erläuterung der separaten Behandlung der Bänder wird zusätzlich Bezug auf die 2 und 3 genommen. In 2 ist eine Draufsicht der Kräuseleinrichtung 12 und der Aufwickeleinrichtung 18 gezeigt. In 3 ist eines der Texturiermittel 13 sowie eine Aufwickelstation 19 der Aufwickeleinrichtung 18 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung gilt für alle Figuren, insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist.
Nach dem Vereinzeln der Bänder 24 werden diese auf die einzelnen Texturiermittel 13 und Aufwickelstationen 19 verteilt. In jeder der Texturiermittel 13 erfolgt eine Kräuselung des fibrillierten Bandes 24, das anschließend zu einer Spule in der Aufwickelstation 19 aufgewickelt wird. Die Aggregate sowie der Fadenlauf zum Texturieren und Aufwickeln ist insbesondere aus der Darstellung in 3 zu entnehmen. So wird das Band 24 zum Kräuseln durch die Galetteneinheiten 14.1 und 14.2 geführt. Zwischen den Galetteneinheiten ist das Texturiermittel 13 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Förderdüse 15, eine and er Förderdüse 15 anschließende Stauchkammer 16 und eine der Stauchkammer 16 nachgeordnete Ablaufwalze 17 gebildet wird. Die Förderdüse 15 ist mit einer Fluidquelle verbunden, um das Band 24 in eine Stauchkammer 24 zu fördern. Als Fördermittel wird hierbei bevorzugt eine beheizte Druckluft verwendet, um gleichzeitig eine Erwärmung des synthetischen Bandes 24 zu erhalten. Innerhalb der Stauchkammer 16 wird eine Kräuselung an dem Band ausgebildet, die zum Öffnen der Fibrillierungen in dem Band führt. Das gekräuselte Band wird anschließend durch die Galetteneinheit 14.2 von der Ablaufwalze 17 abgezogen und zur Aufwickelstation 19 geführt. In der Aufwickelstation 19 wird das Band 24 zu einer Spule 22 gewickelt, die an einem angetriebenen Spulenhalter 21 gehalten ist. Zur Fadenführung weist die Aufwickelstation 19 eine Tänzerarmregelung 31, eine Changiereinrichtung 32 und eine Andrückwalze 33 auf. Der Einlauf des Bande sowie die Führung des Bandes zur Tänzerarmregelung erfolgt über Umlenkrollen 20.
Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Grasgarn hergestellt, das in einem Weiterverarbeitungsprozess bereits direkt zu einem Kunstrasen verarbeitet werden könnte. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass nach dem Texturieren der Bänder mehrere Bänder zu einem Verbundgarn zusammengeführt werden, als Vorlagematerial zur Herstellung eines Kunstrasens dient.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Fibrillierung durch eine Nadelwalze an der gesamten Bänderschar. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Folie vor dem Zerschneiden in mehrere Binder durch eine Nadelwalze zu fibrillieren. Durch das Zerschneiden der fibrillierten Folie und das anschließende Verstrecken lassen sich somit noch besondere Effekte in der Fibrillierungsstruktur der Bänder erzeugen. Zur Ausführung dieser Verfahrensvariante würde die Fibrilliereinrichtung 9 unmittelbar vor der Schneideinrichtung 6 angeordnet.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Nadelwalze 10 dargestellt. Die Nadelwalze 10 weist üblicherweise eine Mehrzahl von Nadelleisten 28 auf, die mit einer Vielzahl von Nadeln 29 bestückt sind. Die Anordnung der Nadel 29 und der Nadelleiste 28 können dabei derart gewählt werden, dass unterschiedliche Fibrilliermuster entstehen. So sind parallel Anordnungen von Nadeln und versetzte Anordnungen von Nadeln möglich.
In 5 sind einige Ausführungsbeispiele von Fibrilliermustern gezeigt, wie sie einem Band 24 erzeugt werden könnten. Das in 5 obere Band weist ein Fibrilliermuster 30 mit parallel angeordneten Einschnitten in dem Band 24 auf. Derartige Fibrilliermuster werden durch parallel angeordnete Nadeln an der Nadelwalze erzeugt.
Demgegenüber zeigt das Fibrilliermuster 30 in dem unteren Band 24 eine netzförmige Struktur, was durch versetzte Anordnungen der Nadeln an der Nadelwalze hergestellt wird. Zur Einstellung der Fibrilliermuster können verschiedene Nadeldichten sowie verschiedene Umschlingungswinkel der Bänder zusätzlich gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind grundsätzlich geeignet, um alle herkömmlichen thermoplastischen Materialien zu einem Grasgarn zu verarbeiten. Insbesondere haben sich jedoch die Materialien wie beispielsweise PP, LLDPE, HDPE oder PA bewährt. Hierbei können diese Polymere auch in Kombination mittels einer Koextrusion zu einer Folie extrudiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Extrusionseinrichtung
2.1, 2.2: Extruder
3: Extrusionskopf
4: Kühlbad
5: Umlenkwerk
6: Schneideinrichtung
7.1, 7.2: Galettenlieferwerk
8: Heizeinrichtung
9: Fibrilliereinrichtung
10: Nadelwalze
11: Führungsleiste
12: Kräuseleinrichtung
13.1, 13.2: Texturiermittel
14.1, 14.2: Galetteneinheit
15: Förderdüse
16: Stauchkammer
17: Ablaufwalze
18: Aufwickeleinrichtung
19.1, 19.2: Aufwickelstation
20: Umlenkrolle
21: Spulenhalter
22: Spule
23: Folie
24: Band
25: Elektromotor
26: Steuergerät
27: Maschinensteuerung
28: Nadelleiste
29: Nadel
30: Fibrilliermuster
31: Tänzerarmregelung
32: Changiereinrichtung
33: Andrückwalze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1728902 A1 [0003]
- DE 2160779 A1 [0007]
- DE 2156114 A1 [0007]
- DE 1903650 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Grasgarns für Kunstrasen, bei welchem in einem Extrusionsprozess eine Folie aus einem Polymermaterial erzeugt wird, bei welchem die Folie in eine Mehrzahl von Bändern zerteilt wird, bei welchem die Bänder vor einem Aufwickeln zu mehreren Spulen gekräuselt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie oder die Bänder vor dem Kräuseln durch eine Nadelwalze fibrilliert werden und dass die Bänder nach dem Fibrillieren vereinzelt werden und unabhängig voneinander einzeln gekräuselt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalze zur Herstellung eines Fibrilliermusters mit einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird, die im Wesentlichen gleich oder ungleich einer Produktionsgeschwindigkeit der Folie oder Bänder ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fibrilliermuster in der Folie oder den Bändern durch eine parallele Anordnung von Nadeln oder eine versetzte Anordnung von Nadeln an der Nadelwalze hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fibrillierten Bänder einzeln innerhalb einer Stauchkammer gekräuselt werden, wobei das Band durch eine Förderdüse der Stauchkammer zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gekräuselten Bänder vor dem Aufwickeln mit mehreren zu einem Verbundgarn zusammengeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie durch eine Coextrusion aus zwei Polymermaterialien auf Basis von einem Polymer in unterschiedlicher Färbung erzeugt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Extrusionseinrichtung (1) zur Erzeugung einer Folie (23), mit einer Schneideinrichtung (6) zur Zerteilung der Folie (23) zu mehreren Bändern (24), mit einer Kräuseleinrichtung (12) und mit einer Aufwickeleinrichtung (18) mit mehreren Aufspulstationen (19) zum Aufwickeln der Bänder (24) zu Spulen (22), dadurch gekennzeichnet, dass eine Fibrilliereinrichtung (9) mit zumindest einer Nadelwalze (10) der Kräuseleinrichtung (12) vorgeordnet ist, wobei die Nadelwalze (10) zum Fibrillieren der Folie (23) vor der Schneideinrichtung (6) oder zum Fibrillieren der Bänder (24) hinter der Schneideinrichtung (6) angeordnet ist und dass die Kräuseleinrichtung (12) eine Mehrzahl von Texturiermittel (13) zum Kräuseln einzelner Bänder aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalze (10) durch einen Elektromotor (25) antreibbar, welcher durch ein mit einer Maschinensteuerung (27) gekoppeltes Steuergerät (26) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalze (10) mehrer Reihen von Nadelleisten (28) mit einzelnen hervorstehenden Nadeln (29) aufweist, wobei die Nadeln (29) parallel oder versetzt zueinander an den Nadelleisten (28) gehalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Texturiermittel (13) jeweils als eine Stauchkammertexturierung ausgebildet sind, wobei jedem der Bänder (24) eine separate Stauchkammer (16) und eine Förderdüse (15) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionseinrichtung (1) jeweils ein oder zwei Extruder (2.1, 2.2) zum Aufschmelzen von Polymermaterialien aufweisen.