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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses aus synthetischen Fasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses aus synthetischen Fasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses sind aus der
WO 2010/054943 A1 bekannt.
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Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung zum Herstellen von Faservliesen mit Hilfe eines Heizluftstromes sind in der Fachwelt als sogenannter Meltblown-Prozess bekannt. Hierbei wird eine Polymerschmelze durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen einer Spinndüse zu Polymerfasern extrudiert und stromabwärts mittels einer zugeführten Prozessluft verstreckt. Dabei weist der Heißluftstrom der Prozessluft eine wesentlich höhere Geschwindigkeit auf als die Polymerschmelze am Ausgang der Spinndüsenöffnungen der Spinndüse. Die extrudierten Polymerfasern folgen aufgrund dieses großen Geschwindigkeitsunterschiedes zunächst der Luftströmung in Richtung einer Ablage. Im weiteren Verlauf machen sich Turbulenzen der Strömungen bemerkbar, die den Faserstrom sowie die Ablage der Fasern zu einem Faservlies beeinflussen. Um einen möglichst gleichmäßigen und gerichteten Faserstrom zu erhalten, könnten daher kurze Führungsstrecken des Faserstromes von Vorteil sein. Je kürzer jedoch die Führungsstrecke zwischen einer Spinndüse und einer Ablage ausgebildet ist, umso intensiver trifft der Faserstrom auf die Ablage, was insbesondere die Herstellung von Faservliesen mit sehr feinen Fasern behindert. Insbesondere führt die intensive Prozessluft einer sehr starken Verdichtung des Faservlieses bis hin zu einem sogenannten Faserflug, so dass Faservliese mit nur geringen Flächengewichten erzeugt werden.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses bereitzustellen, mit welchem Faservliese aus feinsten Fasern und hohen Flächengewichten herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung beruht darauf, dass die aus der Prozessluft herrührende Strömungsenergie innerhalb des Faserstromes die Ablage und Verteilung der Fasern insbesondere bei feinen Fasern sehr stark beeinflusst. Andererseits ist eine hohe Strömungsenergie der Prozessluft am Auslass der Spinndüse erforderlich, um den Abzug und die Verstreckung der Fasern nach dem Extrudieren zu gewährleisten. Die Erfindung hat daher den besonderen Vorteil, dass die Fasern mit hoher Strömungsenergie der Prozessluft gesponnen werden können und gleichzeitig eine entgegen einer Schwerkraft von unten nach oben gerichteten Faserstrom bewirkte sanfte Ablage der Fasern ermöglicht. Durch den stromaufwärts gerichteten Faserstrom ist selbst bei kurzen Abständen zwischen der Spinndüse und einer Ablage eine höhere Strömungsenergie der Prozessluft erforderlich, um die Fasern entgegen der Schwerkraft zu einer Ablage zu fördern. Die im Bereich der Ablage auftretende Strömungsenergie der Prozessluft lässt sich somit einerseits durch die in dem Faserstrom geförderten Fasern und andererseits durch den Abstand zwischen der Spinndüse und der Ablage steuern. Somit wird eine höhere Flexibilität bei der Herstellung des Faservlieses erreicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Extrusionskopf derart unterhalb der Ablageeinrichtung angeordnet, dass der Faserstrom entgegen einer Schwerkraft von unten nach oben gerichtet ist. Damit lässt sich ein stromaufwärts gerichteter Faserstrom erzeugen, der an der Ablageeinrichtung zu einem flächigen Faservlies geformt wird.
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Die Formung und die Führung des Faservlieses erfolgt dabei vorteilhaft gemäß einer Verfahrensvariante der Erfindung, bei welcher das Faservlies entgegen der Schwerkraft durch einen Saugstrom an einem Ablagebereich einer Trommel oder eines Siebbandes gehalten und geführt wird. So lässt sich unmittelbar oberhalb des Ablagebereiches ein Unterdruck erzeugen, der ein Anhaften des Faservlieses an der Unterseite der Trommel oder des Siebbandes bewirkt.
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Die zum Abziehen und Führen der Fasern benötigte Prozessluft wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch zwei Blasdüsen erzeugt, wobei die Luftströme der Blasdüsen den Spinndüsenöffnungen einer Spinndüsen zum Extrudieren der Fasern unmittelbar zugeführt werden.
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Zur Erzeugung unterschiedlicher Ablagestrukturen an dem Faservlies ist zudem vorgesehen, dass die Spinndüse und die Blasdüsen zur Erzeugung des Faserstromes relativ zu einer vertikalen Spinnachse in einer Höhe und/oder einem Winkel verstellbar sind. So lässt sich vorteilhaft ein Auftreffwinkel des Faserstromes ungleich 90° einstellen. Der Extrusionskopf ist hierzu in einer Höhe und/oder in einem Winkel relativ zu einer vertikalen Spinnachse verstellbar ausgebildet.
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Für die Aufnahme und Ablage der Fasern hat sich insbesondere die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher die Ablageeinrichtung zumindest eine drehbare Ablagetrommel mit einem gasdurchlässigen Trommelmantel und eine Absaugeinrichtung zur Erzeugung eines Saugstromes an dem Trommelmantel aufweist. So lässt sich vorteilhaft die in den Randzonen des Faserstromes geführte Prozessluft aus dem Ablagebereich abführen.
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Es wird dadurch noch verbessert, in dem die Ablagetrommel an einer Unterseite zwei sich gegenüberliegende Luftleitbleche zugeordnet sind, die sich zu beiden Längsseiten eines Ablagebereiches am Umfang der Ablagetrommel erstreckt. So lässt sich die Ablage und Führung des Faservlieses im wesentlichen durch die Leistung der Absaugeinrichtung steuern.
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Zur Weiterführung und Transport des Faservlieses ist desweiteren vorgesehen, dass die Ablagetrommel von einem unendlichen Siebband teilweise ummantelt ist, das durch eine angetriebene Auslauftrommel kontinuierlich angetrieben wird. So ist eine Siebbandablage im Bereich der Ablagetrommel möglich.
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Um den gesamten Führungsbereich des Siebbandes sowohl am Umfang der Ablagetrommel als auch im Bereich zwischen der Ablagetrommel und der Auslauftrommel kontinuierlich zu besaugen, ist der Bereich unterhalb des Siebbandes gegenüber einer Umgebung abgeschirmt. Hierzu sind insbesondere die Stirnseiten der Trommel durch gegenüberliegende Seitenplatten von einer Umgebung abgeschirmt.
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Zur Aufnahme des Faservlieses ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Ablageeinrichtung unmittelbar eine Wickeleinrichtung zum Aufwickeln des Faservlieses zu einem Wickelpaket zugeordnet ist. Hier ist ein kontinuierlicher Materialfluss zur Herstellung eines Faservlieses gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses
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2 schematisch eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels auf 1
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In der 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses in mehreren Ansichten gezeigt. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht und in 2 ist das Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.
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Das Ausführungsbeispiel weist einen Extrusionskopf 1 auf, der am Boden angeordnet ist und mit einer hier nicht dargestellten Extrusionsanlage beispielsweise einem Extruder gekoppelt ist. An der Oberseite des Extrusionskopfes 1 ist eine Spinndüse 3 angeordnet, die in einer reihenförmigen Anordnung eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 5 aufweist. Die Düsenöffnungen 5 sind mit einer hier nicht dargestellten Schmelzezuführung gekoppelt.
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Zu beiden Längsseiten der Spinndüse 3 sind zwei Blasdüsen 4.1 und 4.2 angeordnet, die parallel zu den Düsenöffnungen 5 gehalten sind. Die Blasdüsen 4.1 und 4.2 sind jeweils einer Blaskammer 20.1 und 20.2 verbunden, die mit einer erhitzten Prozessluft gespeist werden.
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Der Extrusionskopf 1 ist an einer Schwenkachse 2 gehalten, so dass die in einer vertikalen Spinnachse angeordnete Spinndüse 3 relativ mit einem Winkel zur Spinnachse verstellbar ist.
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Oberhalb des Extrusionskopfes 1 ist mit Abstand eine Ablageeinrichtung 7 in einem hier nicht näher dargestellten Maschinengestell gehalten. Die Ablageeinrichtung 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine dem Extrusionskopf 1 zugewandten Ablagetrommel 8.1 auf, die unmittelbar gegenüberliegend zu der Spinndüse 3 einen Ablagebereich 21 bildet. Die Ablagetrommel 8.1 ist über eine Trommelachse 14 drehbar in dem Maschinengestell gelagert. Zu beiden Seiten des Ablagebereiches 21 sind der Ablagetrommel 8.1 zwei längliche Luftleitbleche 22.1 und 22.2 zugeordnet. Die Luftleitbleche 22.1 und 22.2 erstrecken sich parallel zu der Ablagetrommel 8.1, wobei ein freies Ende unmittelbar in der Nähe der Ablagetrommel 8.1 gehalten ist.
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Die Ablagetrommel 8.1 wirkt mit einem Siebband 9 zusammen, das die Ablagetrommel 8.1 teilweise umschlingt und über eine oberhalb der Ablagetrommel 8.1 angeordnete Auslauftrommel 8.2 geführt und angetrieben wird. Hierzu ist der Auslauftrommel 8.2 ein Antrieb 10 zugeordnet. Der Antrieb 10 ist über eine Antriebswelle 13 mit der Auslauftrommel 8.2 gekoppelt, wobei die Antriebswelle 13 drehbar gelagert ist.
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Das Siebband 9 sowie ein Trommelmantel 23.1 der Ablagetrommel 8.1 und ein Trommelmantel 23.2 der Auslauftrommel 8.2 sind gasdurchlässig ausgebildet.
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Die Ablageeinrichtung 7 wirkt mit einer Absaugeinrichtung 11 zusammen, die zu beiden Seiten des Siebbandes 9 jeweils einen Sauganschluss 12.1 und 12.2 aufweist. Die Stirnseiten der Ablagetrommel 8.1 und der Auslauftrommel 8.2 sind durch jeweils eine Seitenplatte 19.1 und 19.2 gegenüber der Umgebung abgeschirmt, so dass der von dem Siebband 9 umschlossene Innenraum gegenüber der Umgebung getrennt ist. So lässt sich durch die Absaugeinrichtung 11 unterhalb des Siebbandes 9 eine Unterdruckatmosphäre erzeugen, die zu einem Saugstrom an der Oberfläche des Siebbandes 9 und den Trommeln 8.1 und 8.2 führt.
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Um insbesondere in den Bereichen des Siebbandes 9 eine Saugströmung zu erzeugen, in welchem ein Faservlies abgelegt und geführt wird, können dem Siebband 9 sowie den Trommeln 8.1 und 8.2 mehrere Abdeckungen 24 zuordnet sein, die in den vom Faservlies nicht geführten Bereiche eine Abdeckung gegenüber der Umgebung einzurichten.
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Oberhalb der Ablageeinrichtung 7 ist eine Wickeleinrichtung 15 in dem Maschinengestell gehalten. Die Wickeleinrichtung 15 ist in diesem Ausführungsbespiel durch einen drehbaren Wickeldorn 17 und einem am Umfang des Wickeldorns 17 gebildeten Wickel 16 schematisch dargestellt.
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Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem Extrusionskopf 1 eine Polymerschmelze beispielsweise aus Polypropylen zugeführt und mittels der Spinndüse 3 zu Fasern extrudiert. Zum Ausspinnen der Fasern an den Düsenöffnungen der Spinndüse 3 wird über die Blasdüsen 4.1 und 4.2 eine Prozessluft eingeblasen, um die Fasern mit heißem Luftstrom von der Spinndüse 3 abzuziehen und entgegen der Schwerkraft der Fasern stromaufwärts zu blasen. Der entgegen die Schwerkraft gerichtete Faserstrom 6 wird von unten nach oben zur Ablageeinrichtung 7 geführt. An der Ablageeinrichtung 7 wird der Faserstrom 6 an dem Ablagebereich 21 der Ablagetrommel 8.1 abgelegt. Die zu beiden Längsseiten des Faserstromes 6 auftretende überschüssige Prozessluft lässt sich dabei durch die seitlich angeordneten Luftleitbleche 22.1 und 22.2 aus dem Ablagebereich herausführen. Die an der Unterseite der Ablagetrommel 8.1 abgelegten Fasern bilden ein Faservlies 18, das aufgrund einer Saugwirkung am Siebband 7 gehalten wird und durch die Bewegung des Siebbandes 9 kontinuierlich weitergeführt wird. Das Siebband 9 wird hierzu am Umfang der Ablagetrommel 8.1 und in vertikaler Richtung zu oberen Auslauftrommel 8.2 geführt. Am Umfang der Auslauftrommel 8.2 liegt die Wickeleinrichtung 15, die das Faservlies 18 oberhalb der Auslauftrommel 8.2 kontinuierlich zu einem Wickel 16 wickelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Faserstrom entgegen der Schwerkraft geführt, so dass ein wesentlicher Anteil der Strömungsenergie der Prozessluft zum Transport und Führen der Fasern verbraucht wird. Damit lässt sich eine Verdichtung des Faservlieses sowie mögliche Abblasungen von einzelnen Fasern bei der Ablage vermeiden. Selbst feinste Fasern können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Faservliesen mit hohen Flächengewichten gelegt werden. Derartige Faservliese sind insbesondere für Filtermaterialien geeignet, da sie über ein ausgezeichnetes Staubhaltevermögen verfügen.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist beispielhaft in der konstruktiven Ausbildung des Extrusionskopfes 1 und Ablageeinrichtung 7. So lässt sich der Extrusionskopf 1 auch in einer Höhe verstellbar ausbilden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Ablageeinrichtung 7 höhenverfahrbar auszugestalten, so dass der Abstand zwischen der Ablagetrommel 8.1 und der Spinndüse 3 variabel einstellbar ist.
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Darüberhinaus könnte der Ablageeinrichtung 7 das Siebband 9 auch horizontal zwischen den Trommeln geführt werden. Dabei ließe sich auch der Ablagebereich 21 an einem horizontal geführten Bereich des Siebbandes ausbilden. Wesentlich für die Erfindung ist die Erzeugung des Faserstromes entgegen der Schwerkraft der Fasern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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