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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel aus der
WO15114478 A1 bekannt. Mittels dieser Vorrichtung ist ein Vlies nach einem Rotationsspinnverfahren herstellbar. Dazu wird einer rotierbaren Spinndüse über einen Zuflusskanal eine Spinnlösung zugeführt. Diese Spinnlösung besteht zum Beispiel aus einem Polymer, welches in einem Lösungsmittel gelöst ist. Verschiedenste Arten von Polymeren mit den dazu passenden Lösungsmitteln können verwendet werden. Weiterhin ist die Integration von weiteren Additiven denkbar. Als Beispiele für mögliche Polymere sind die folgenden genannt: Polytetrafluoroethylene, polyvinylidene Fluoride, andere Fluoropolymere, Polyamide, Polyester, Cellulose und seine Derivate, Polysulfone, Polyethylene, Polypropylene, Polystyrene, Poly(4-vinylpyridine), und thermoplastische Urethane.
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Als Lösungsmittel können beispielsweise Dimethylformamide, Tetrahydrofuran, Methyl ether ketone, Dimethylsulfoxide, Acetone, Toluene, Ethyl acetate, Dimethylacetamide oder Ameisensäure inklusive deren Mischungen verwendet werden.
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Die Spinndüse weist eine Rotationsachse auf, um welche die Spinndüse während des Betriebs rotiert wird. Senkrecht zu dieser Rotationsachse sind am äußeren Rand der Spinndüse mehrere Düsenöffnungen angeordnet. Durch die Rotation der Spinndüse und den daraus resultierenden Zentrifugalkräften auf die Spinnlösung werden aus den Düsenöffnungen Fasern gesponnen.
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Mit Hilfe von Luftströmungen und/oder elektrischer Felder sowie der Gravitationskraft werden die Fasern zu einer Ablageeinrichtung gefördert, welche als Siebband ausgeführt ist und unter der Spinndüse vorbeiläuft. Auf diesem Siebband werden die Fasern zu dem Vlies ablegt und im Folgenden zur Weiterverarbeitung abtransportiert.
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Die Spinndüse ist in einer oberhalb des Siebbandes angeordneten quaderförmigen Ablagekammer angeordnet. Über die Kammerwände hinweg wird dem Innenraum der Ablagekammer an entsprechenden Stellen mithilfe von Gebläsen Luft zugeführt. An anderen Stellen wird Luft abgeführt. So können entstehende Dämpfe abgeführt und die Fasern zum Siebband hin befördert werden. Zur Erhöhung der Produktivität werden mehrere Spinndüsen nebeneinander angeordnet. In der
WO 15114478 A1 sind dazu zwei Varianten gezeigt. Einmal mit in Laufrichtung des Siebbandes hintereinander angeordneten Spinndüsen, wobei diese beiden Spinndüsen jeweils eine separate Ablagekammer aufweisen. Als weitere Variante sind mehrere Spinndüsen in versetzt zueinander angeordneten Reihen angeordnet.
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Bei derartigen Vorrichtungen zur Herstellung von Vliesen mittels des Rotationsspinnverfahrens besteht erhebliches Verbesserungspotential bezüglich der Gleichmäßigkeit und der Reproduzierbarkeit der hergestellten Vliese. Es existiert ein Spinnraum, welchen die Fasern von der Spinndüse zum Siebband durchqueren. Die Position der Spinndüse zu den Begrenzungen des Spinnraums ist nicht definiert ausgeführt und insbesondere nicht einstellbar hinsichtlich der Vlieseigenschaften. Dies gilt auch für den Abstand der Spinndüse zu Anblasungen, Absaugungen und / oder Elektroden, welche die Bewegungsbahnen der Fasern zum Siebband hin und deren Ablage auf dem Siebband beeinflussen. So ist nur ein beschränkter Bereich an Vlieseigenschaften erreichbar.
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Werden zur Erhöhung der Produktivität bzw. zur Erreichung größerer Vliesbreiten mehrere Spinndüsen eingesetzt, so ist der Abstand der Spinndüsen zueinander nicht veränderbar, was nur für bestimmte Prozessbedingungen die Herstellung gleichmäßiger Vliese ermöglicht. Viele Vlieseigenschaften sind nur mit erheblichen Einschränkungen in Bezug auf deren Gleichmäßigkeit über die Breite des Vlieses zu erreichen.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, mittels welcher ein besonders großer Bereich an Vlieseigenschaften erreichbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem dem Vlies eine Vliesmesseinrichtung zur Detektierung einer Eigenschaft des Vlieses zugeordnet ist und dass die Position der Spinndüse mithilfe einer Steuereinrichtung automatisch unter Berücksichtigung der detektierten Eigenschaft des Vlieses einstellbar ist.
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Durch die Einstellung der Position der Spinndüse ergeben sich unterschiedliche Abstände zu Anblasungen, Absaugungen und / oder Elektroden, welche die Bewegungsbahnen der Fasern zu einer Ablageeinrichtung hin und deren Ablage auf dieser Ablageeinrichtung beeinflussen. So sind unterschiedlichste Bewegungsbahnen einstellbar, was sich direkt auf die Vlieseigenschaften auswirkt. Der Bereich der erreichbaren Eigenschaften ist dadurch besonders groß. Durch die Messung einer Vlieseigenschaft und der automatischen Anpassung der Position der Spinndüse anhand dieser Messung ist eine besonders schnelle Erreichung eines stabilen Betriebspunktes möglich. Des Weiteren ist die Reproduzierbarkeit extrem genau. Zur Umsetzung der automatischen Positionierung der Spinndüse sind in einer Steuereinrichtung Regler integriert, welche zum Beispiel als Regelungs- bzw. Optimierungsalgorithmen ausgeführt sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Abstand der Spinndüse zur Ablageeinrichtung einstellbar. Dies geschieht automatisch mithilfe der Steuereinrichtung unter Berücksichtigung der von der Vliesmesseinrichtung ermittelten Vlieseigenschaft. Dies führt zu einer weiteren Vergrößerung des so genannten Prozessfensters. Mit diesem Prozessfenster ist der Bereich der erreichbaren Vlieseigenschaften gemeint. Der Abstand zwischen Spinndüse und Ablageeinrichtung ist ein wichtiger Parameter zur Erreichung von stabilen Prozessbedingungen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vliesmesseinrichtung als Flächengewichtsensor ausgeführt, welcher sich über die komplette Breite des Vlieses erstreckt. Das Flächengewicht ist eine wichtige Kenngröße für viele Vliese in Bezug auf deren spätere Anwendung. Des Weiteren eignet es sich besonders gut zur Prozesssteuerung, da instabile Betriebszustände besonders gut vermieden werden können. Durch die Erstreckung des Sensors über die komplette Vliesbreite wird sichergestellt, dass über die komplette Vliesbreite konstante Werte einstellbar sind. Über die Breite konstante Vlieseigenschaften zu haben, ist in vielen Fällen Ziel der Vliesproduktion und ein Charakteristikum für gute Vliesqualität.
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Um die Produktivität bzw. den Durchsatz und / oder die Vliesbreite zu erhöhen werden bevorzugterweise mehrere Spinndüsen nebeneinander oberhalb der Ablageeinrichtung angeordnet. Alle Fasern aus dieser Vielzahl von Spinndüsen werden zu einem Vlies abgelegt. Um eine möglichst einfache und somit stabile und kostengünstige Konstruktion erreichen zu können, sind die Spinndüsen in zumindest zwei Reihen angeordnet, wobei sich eine Reihe senkrecht zur Laufrichtung des Vlieses erstreckt und wobei eine Reihe mittels einer Spinndüsenaufhängung gebildet wird. Nebeneinander angeordnete Spinndüsen dienen primär der Vergrößerung der Vliesbreite. Mit nebeneinander ist senkrecht zur Laufrichtung der Ablageeinrichtung gemeint. Hintereinander, das heißt in Laufrichtung der Ablageeinrichtung angeordnete Spinndüsen, führen primär zu einer Erhöhung der Produktivität. Innerhalb kürzerer Zeit kann so ein Vlies desselben Flächengewichtes hergestellt werden.
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Vorzugsweise sind zwei benachbarte Spinndüsenaufhängungen in ihrem Abstand zueinander einstellbar.
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Weiterhin sind vorteilhafterweise zumindest zwei an ein und derselben Spinndüsenaufhängung befestigten Spinndüsen in ihrem Abstand zueinander einstellbar.
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Durch diese beiden Merkmale wird eine besonders hohe Flexibilität der Anordnung der Spinndüsen zueinander in der zur Ablageeinrichtung parallelen Ebene erreicht. So wird auch bei Verwendung mehrerer Spinndüsen sichergestellt, dass besonders gleichmäßige Vlieseigenschaften reproduzierbar erreichbar sind, ohne dass dabei mit Einbußen hinsichtlich der Prozessstabilität zu rechnen ist.
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Diese Prozessstabilität wird durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung weiter erhöht, indem ein Spinnraum, welcher sich zwischen einer einzelnen Spinndüse und der Ablageeinrichtung ausbildet von einem perforierten Innenrohr umgeben wird und dass sich zwischen dem Innenrohr und einem geschlossenen Außenrohr ein Ringspalt ausbildet und dass durch den Ringspalt dem Spinnraum ein Fluid zuführbar oder dass durch den Ringspalt ein Fluid aus dem Spinnraum abführbar ist.
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Auf diese Weise gelingt es, definierte Luftströmungen zwischen der Spinndüse und einer Ablageeinrichtung zu erreichen. Dies führt zu definierten Flugbahnen der Fasern und ermöglicht so eine gleichmäßige und reproduzierbare Vliesbildung, welche in eben solchen Eigenschaften des Vlieses mündet. Der Einfluss nicht beeinflussbarer äußerer Störungen auf den Prozess wird unterbunden. Der Durchmesser von dem Innenrohr und dem Außenrohr und somit die Größe des Ringspaltes sowie die Perforation des Innenrohres werden so gewählt, dass die gewünschten Vlieseigenschaften mit entsprechenden weiteren Prozesseinstellungen erreichbar sind.
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Dieser Effekt wird bei der Verwendung mehrerer Spinndüsen weiter verstärkt, da die Bewegungsbahnen der Fasern zur Ablageeinrichtung einzeln, d.h. pro Spinndüse beinflussbar sind. Etwaige ungewollte Beeinflussungen benachbarter Aggregate werden vermieden. Insgesamt ist so auch bei Verwendung mehrerer Spinndüsen ein besonders stabiler Prozess möglich.
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Vorteilhafterweise ist eine Baueinheit aus der Spinndüse, dem Innenrohr und dem Außenrohr sowohl in Ihrem Abstand zur Ablageeinrichtung sowie in der zur Ablageeinrichtung parallelen Ebene einstellbar. Das verringert den Bedien-/Steuerungsaufwand insofern, als dass die gefunden Einstellparameter für diese Baueinheit beibehalten werden können, egal an welcher Position sie sich befindet. Mögliche Einstellparameter sind zum Beispiel die Abstände der einzelnen Elemente zueinander oder etwaige durch zusätzliche Fluidfördereinrichtungen ermöglichte Fluidströme durch den Ringspalt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, indem mittels einer Vliesmesseinrichtung eine Eigenschaft des Vlieses gemessen und an eine Steuereinrichtung weitergeleitet wird und dass die Position der Spinndüse automatisch unter Berücksichtigung der detektierten Eigenschaft des Vlieses eingestellt wird. So werden Abstände der Spinndüse zu Anblasungen, Absaugungen und / oder Elektroden besonders schnell und präzise eingestellt, so dass die gewünschten Vlieseigenschaften mit hoher Genauigkeit und in sehr kurzer Zeit erreicht werden. Der Bereich an möglichen Vlieseigenschaften ist aufgrund der unterschiedlich einstellbaren Abstände besonders groß.
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Vorteilhafterweise wird der Abstand der Spinndüse zur Ablageeinrichtung automatisch unter Berücksichtigung der detektierten Eigenschaft des Vlieses eingestellt. Auf diese Weise wird der Bereich an erreichbaren Vlieseigenschaften weiter vergrößert.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die automatische Einstellung der Position der Spinndüse mithilfe künstlicher Intelligenz. So wird der Bedienaufwand der Maschine auf ein Minimum reduziert. Des Weiteren werden die Zielparameter mit sehr hoher Güte erreicht. Solch ein Zielparameter kann zum Beispiel eine besonders geringe Toleranz bezüglich der Gleichmä-ßigkeit des Flächengewichtes sein oder ein möglichst geringer Energieverbrauch.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- 2 schematisch eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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In 1 ist schematisch eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
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Eine Spinndüse 2 ist oberhalb einer Ablageeinrichtung 8 angeordnet. Die Spinndüse 2 weist einen Zuflusskanal 3 auf, durch welchen eine Spinnlösung 7 zuführbar ist. Die Spinndüse 2 wird bei Betrieb um ihre Rotationsachse 4 rotiert, um die Spinnlösung 7 zu einem Spinnspalt 5 hin zu befördern. Die Rotationsachse 4 liegt im Zuflusskanal 3 der Spinndüse 2. Der Spinnspalt 5 ist kreisförmig ausgeführt und bildet einen Teil des äußeren Randes der Spinndüse 2. Eine Höhe des Spinnspaltes 5 ist derart ausgeführt, dass sich bei Betrieb eine Vielzahl an Fasern 6 bilden, wenn die Spinnlösung 7 die Spinndüse 2 durch den Spinnspalt 5 verlässt. Die Fasern 6 durchqueren einen Spinnraum 9 und werden auf der Ablageeinrichtung 8 zu einem Vlies 1 abgelegt. Die Ablageeinrichtung 8 könnte als Siebband ausgeführt sein, welches luftdurchlässig ist, aber für die Fasern 6 nicht passierbar ist. Weiterhin ist denkbar, dass ein Substrat z.B. ein Spinnvlies Teil der Ablageeinrichtung 8 ist und die Fasern 6 auf diesem Substrat abgelegt werden. Sowohl ein Siebband wie auch ein Spinnvlies wird bei Betrieb an der Spinndüse 2 vorbeigeführt, wie durch den Pfeil unterhalb der Ablageeinrichtung 8 symbolisiert wird. Dadurch werden die das Vlies 1 bildenden Fasern von der Ablagestelle auf der Ablageeinrichtung 8 kontinuierlich abgeführt. Das Vlies 1 wird in weiteren hier nicht betrachten Verfahren weiterbehandelt, um zuletzt zu einer Rolle aufgewickelt zu werden.
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Der Spinnraum 9, welchen die Fasern 6 auf ihrem Weg von der Spinndüse 2 zur Ablageeinrichtung 8 durchqueren, wird von einem Innenrohr 10 umgeben bzw. durch dieses begrenzt. Das Innenrohr 10 ist über seine gesamte Länge perforiert ausgeführt, so dass es durchlässig für Fluide ist. Aus prozesstechnischen Gründen ist es denkbar, nur einen Teil des Innenrohres 10 perforiert und somit durchlässig für Fluide auszubilden. Es könnte zum Beispiel nur ein oberer, die Spinndüse 2 umschließender Bereich perforiert sein. In einer anderen Variante ist nur ein Bereich angrenzend zur Ablageeinrichtung 8 perforiert ausgeführt. Das Innenrohr 10 umschließt den gesamten Spinnraum 9, d.h. es endet einerseits an seinem unteren Ende mit einem geringen Abstand zur Ablageeinrichtung 8, anderseits reicht es so weit nach oben, dass zumindest der Spinnspalt 5 wenn auch mit entsprechendem Abstand umschlossen wird. Das Innenrohr kann sich auch weiter nach oben erstrecken und weitere Teile der Spinndüse 2 umschließen. Entscheidend dabei ist, dass keine Luft unkontrolliert in den Spinnraum 9 gelangen kann und dass im Spinnraum 9 optimale Strömungen, sowohl der Fasern 6 selbst wie auch der Fluide zur Steuerung des Prozesses, einstellbar sind. Demnach wird die Länge des Innenrohres 10 ausgewählt. Der Abstand des Innenrohrs 10 zur Ablageeinrichtung 8 wird so gewählt, dass das Vlies 1 das Innenrohr 10 passieren kann ohne Schaden zu nehmen. Weiterhin wird der Abstand so gering gewählt, dass möglichst wenig Fluid den Spalt zwischen Innenrohr 10 und Ablageeinrichtung 8 passieren kann.
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Das Innenrohr 10 wird von einem Außenrohr 11 derart umschlossen, dass sich zwischen beiden ein Ringspalt 12 ausbildet. Das Außenrohr 11 ist geschlossen ausgeführt, so dass es den Spinnraum 9 von für den Prozess schädlichen Außeneinflüssen abschirmt. Das Außenrohr 11 weist dieselbe Länge wie das Innenrohr 10 auf und beginnt und endet auf gleicher Höhe mit dem Innenrohr 10. Es ist denkbar, dass Innenrohr 10 und Außenrohr 11 unterschiedlich lang und / oder versetzt zueinander angeordnet sind, wenn dies aus prozesstechnischen Gründen notwendig ist. Durch den Ringspalt ist ein kontrollierter Austausch von Fluiden zwischen dem Spinnraum 9 und zunächst nicht näher definierten Räumen möglich. Dabei ist es sowohl möglich bei Betrieb der Vorrichtung dem Spinnraum 9 ein Fluid zuzuführen, wie auch ein Fluid aus dem Spinnraum 9 abzuführen. Dieser Fluidaustausch ist mithilfe einer Fluidfördereinrichtung 13, welche an den Ringspalt 12 angeschlossen ist, aktiv steuer-/ regelbar. Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung ohne diese Fluidfördereinrichtung 13 ausgeführt ist, was zu einem passiven Fluidaustausch führt, welcher nur aufgrund der unterschiedlichen Bedingungen in den an den Ringspalt 12 angrenzenden Räumen entsteht. Beispielsweise könnten dies die Umgebung und der Spinnraum 9 sein.
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Bei Einsatz der in 1. gezeigten Fluidfördereinrichtung 13 ist dem Spinnraum 9 z.B. Luft zuführbar, um die Abkühlung der Fasern 6 zu beschleunigen. Eine optionale Kühlung der Luft erfolgt mittels einer angrenzend zur Fluidfördereinrichtung 13 angeordneten optionalen Konditionierung 14. Mittels einer solchen Konditionierung 14 ist des Weiteren eine Einstellung der Feuchte der Luft möglich, so dass besonders konstante Prozessbedingungen innerhalb des Spinnraumes 9 einstellbar sind. Neben Luft können auch andere Fluide zur Behandlung der Fasern zugeführt werden, z.B. andere Gase wie Stickstoff oder Gemische einer Flüssigkeit mit einem Gas.
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Je nach Prozess ist die Fluidfördereinrichtung 13 auch derart einsetzbar, dass ein Fluid aus dem Spinnraum 9 abführbar ist. In diesem Fall ist die optionale Konditionierung 14 nicht von Nöten. Es muss je nach den vorherrschenden weiteren Prozessbedingungen entschieden werden, ob mittels einer Zu- oder Abfuhr eines Fluids die optimale Abkühlung der Fasern 6 erreicht wird. Aus der Spinnlösung 7 bzw. den daraus entstehenden Fasern 6 können flüchtige Bestandteile ausdiffundieren, welche mittels der Fluidfördereinrichtung 13 absaugbar sind, so dass der Prozess durch diese nicht gestört wird. Dazu können an die Fluidfördereinrichtung 13 Filtrationseinrichtungen angeschlossen sein, welche hier aufgrund der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
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Zur Unterstützung der Ablage der Fasern 6 auf der Ablageeinrichtung 8 ist unterhalb dieser Ablageeinrichtung 8 eine Absaugkammer 15 angeordnet, in welcher mittels eines Absauggebläses 16 ein Unterdruck erzeugbar ist. So wird vermieden, dass ein Teil der Fasern 6 an der Ablageeinrichtung 8 vorbeiströmt. Des Weiteren wird die Art und Weise der Ablage der Fasern 6 positiv beeinflusst, so dass die gewünschte Anordnung der Fasern 6 zueinander erreicht wird. Die Ablageeinrichtung 8 ist dazu luftdurchlässig ausgeführt, z.B. als sogenanntes Siebband aus einer gewebten Metallfaserstruktur. Die Anordnung der Fasern 6 zueinander ist ein wichtiger Einflussfaktor für die Eigenschaften des Vlieses 1, welche so besonders gut kontrollierbar ist.
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Zur erweiterten Kontrolle der Bewegungsbahnen der Fasern 6 von der Spinndüse 2 zur Ablageeinrichtung 8 und der Ablage der Fasern 6 auf der Ablageeinrichtung 8 ist eine Elektrode 20 angrenzend zur Spinndüse 2 angeordnet. Mittels dieser Elektrode 20 werden die Fasern 6 zusätzlich mit elektrischen Kräften beaufschlagt. So werden die Vorteile des Elektrospinnverfahrens mit denen des Rotationsspinnverfahrens kombiniert. Der Einsatz der Elektrode 20 ist optional, im Sinne der Erfindung ist die Vorrichtung auch ohne die Elektrode 20 betreibbar.
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Zur Erreichung der optimalen Prozessbedingungen bei unterschiedlichen herzustellenden Vliesen 1, ist Position der Spinndüse 2 relativ zur Ablageeinrichtung 8 verstellbar ausgeführt, was durch die gekreuzten Doppelpfeile symbolisiert wird. Dabei kommen zwei Verstellmechanismen zum Tragen. Zum einen ist eine Baueinheit aus Spinndüse 2, Innenrohr 10 und Außenrohr 11 gemeinsam verstellbar ausgeführt. Dies ist insbesondere für die horizontale Verstellung in einer Ebene parallel zur Ablageeinrichtung 8 von Bedeutung, da so die Abstände zwischen der Spinndüse 2 und dem Innenrohr 10 und dem Außenrohr 11 gleich bleiben. Zum anderen ist die Position der Spinndüse 2 relativ zum Innenrohr 10 und zum Außenrohr 11 verstellbar ausgeführt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Ablageeinrichtung 8. So kann der Abstand der Spinndüse 2 zur Ablageeinrichtung 8 unabhängig vom Abstand des Innenrohrs 10 und des Außenrohrs 11 zur Ablageeinrichtung 8 verändert werden. Für die meisten Prozesse ist ein minimaler Abstand zwischen Innenrohr 10 und Außenrohr 11 und Ablageeinrichtung 8 gewünscht, um einen minimalen Fluidaustausch durch den entstehenden Spalt zu erreichen.
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Es ist denkbar, dass der Ringspalt 12 geschlossen ausgeführt ist, was in der 1 nicht gezeigt ist. Dabei wird zwischen Innenrohr 10 und Außenrohr 11 jeweils an deren Enden eine Abdeckung angebracht. Der einzige Durchlass vom Ringspalt 12 nach außen erfolgt dann über die Fluidfördereinrichtung 13. Weiterhin ist natürlich über die Perforierung des Innenrohres 10 ein Fluidaustausch zwischen dem Ringspalt 12 und dem Spinnraum 9 möglich.
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Zur weiteren Prozessoptimierung ist am oberen Ende des Spinnraumes 9 oberhalb der Spinndüse 2 eine zur Ablageeinrichtung 8 hin gerichtete optionale Anblasung angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber ist diese optionale Anblasung in der 1 nicht gezeigt. Diese Anblasung dient dazu eine Gasströmung zur Ablageeinrichtung 8 hin zu erzeugen und so die Bildung der Fasern 6 und deren Flug zur Ablageeinrichtung 8 positiv zu beeinflussen.
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Zur Regelung des Prozesses dienen eine Steuereinrichtung 18 und eine Vliesmesseinrichtung 19, wobei letztere angrenzend zum abgelegten Vlies 1 vor dessen Aufwicklung angeordnet ist. Die von der Vliesmesseinrichtung 19 ermittelten Eigenschaften des Vlieses 1 werden an die Steuereinrichtung 18 übermittelt, um in dieser weiterverarbeitet zu werden. Die Steuereinrichtung 18 beinhaltet einen Regler, mittels welchem unter Berücksichtigung der Messergebnisse Stellsignale für Aktoren von Prozessaggregaten ermittelt und umgesetzt werden. Beispielhaft ist die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 18 und der Prozessaggregate für die Fluidfördereinrichtung 13 und die Spinndüse 2 dargestellt.
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Weitere Details zur Regelung werden später zu 2 beschrieben, können aber selbstverständlich analog auch bei Verwendung einer einzelnen Spinndüse 2 zur Anwendung kommen.
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In 2 ist schematisch eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
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Hier sind mehrere Spinndüsen 2 und nicht nur eine oberhalb einer Ablageeinrichtung 8 angeordnet, so dass ein einziges Vlies 1 aus den Fasern 6 gebildet wird, welche aus allen Spinndüsen 2 extrudiert werden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Spinndüse 2 mit einem Bezugszeichen versehen. Der Aufbau jeder einzelnen Baueinheit entspricht der aus 1. Je ein Innenrohr 10 und ein Außenrohr 11 sind angrenzend zu jeder Spinndüse 2 angeordnet aber ebenfalls nur einmal mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die Spinndüsen 2 sind in mehreren Reihen angeordnet, hier beispielsweise drei Reihen, wobei jede Reihe durch eine Spinndüsenaufhängung 17 gebildet wird, an welcher mehrere Spinndüsen 2 verschiebbar befestigt sind. Weiterhin ist der Abstand der Spinndüsenaufhängungen 17 zueinander einstellbar. Der gekreuzte Doppelpfeil symbolisiert diese Verstellbarkeiten. Aufgrund der Vielzahl an Spinndüsen 2 sind besonders breite Vliese 1 mit besonders hohem Durchsatz und somit sehr hoher Produktivität herstellbar. Durch die beschriebenen Verstellbarkeiten ist eine flexible Anordnung der Spinndüsen 2 zueinander möglich. So kann die Gleichmäßigkeit des Vlieses 1 über dessen Breite oder auch ein gewünschter Gradient garantiert werden.
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Das Vlies 1 wird mittels der an der Vielzahl von Spinndüsen 2 vorbeilaufen Ablageeinrichtung 8 zu einem hier nicht gezeigten Wickler geführt, mittels welchem das Vlies 1 zu einer Rolle aufwickelbar ist. Auch in dem zweiten Ausführungsbespiel ist unterhalb der Ablageeinrichtung 8 eine Absaugkammer 15 mit Absauggebläse 16 angeordnet, welche aufgrund der Perspektive nicht gezeigt sind. Der Einfachheit halber ist eine einzige Absaugkammer 15 für den kompletten Bereich vorgesehen, in welchem Fasern 6 auf die Ablageeinrichtung 8 abgelegt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Absaugkammer 15 in mehrere Bereiche unterteil ist oder dass pro Spinndüse 2 einzelne Absaugkammern 15 vorgesehen sind.
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Nachdem die Fasern 6 zum Vlies 1 abgelegt wurden und vor dessen Aufwicklung passiert das Vlies 1 eine Vliesmesseinrichtung 19. Diese ist oberhalb der Ablageeinrichtung 8 angeordnet und erstreckt sich über die komplette Breite des Vlieses 1. Die Vliesmesseinrichtung 19 ist beispielsweise als Flächengewichtssensor ausgeführt, mittels welchem des Flächengewicht kontinuierlich über die komplette Vliesbreite bestimmt wird.
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Andere Arten von Vliesmesseinrichtungen 19 sind denkbar, was sich auch auf die Anordnung der Vliesmesseinrichtung 19 auswirkt. Unter Umständen ist eine punktuelle Messung ausreichend. Die Vliesmesseinrichtung 19 könnte auch an anderer Position angeordnet sein, an welcher eine reproduzierbare und genaue Messung der gewünschten Vlieseigenschaften möglich ist. Weitere überwachbare Eigenschaften, welche hier beispielsweise und ohne Anspruch auf Vollständigkeit genannt werden sollen, sind die Dicke des Vlieses 1, dessen Luftdurchlässigkeit, die Filtereffektivität, die Festigkeit, die elektrische Leitfähigkeit und der Abrasionswiderstand. Selbstverständlich sind auch zwei oder mehrere Vliesmesseinrichtungen 19 einsetzbar.
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Die Vliesmesseinrichtung 19 ist mit einer Steuereinrichtung 18 verbunden, so dass der Prozess anhand der Messergebnisse der Vliesmesseinrichtung 19 beeinflussbar ist. Mit der Steuereinrichtung 18 sind Aktoren der gesamten Vorrichtung verbunden, welche automatisch angesteuert werden. Beispielhaft ist diese Verbindung zwischen Aktoren und der Steuereinrichtung 18 mittels der Linien zwischen der Steuereinrichtung 18 und den Spinndüsenaufhängungen 17 dargestellt. So kann die Position der Spinndüsen 2 zueinander und zur Ablageeinrichtung 8 hin automatisch eingestellt werden. Beispielhaft werden im Folgenden weitere Einstellparameter genannt, welche sinnvollerweise mittels der Steuereinrichtung 18 beeinflussbar sind: der Massenstrom der Spinnlösung 7 zu den Spinndüsen 2, die Viskosität der Spinnlösung 7, die Drehzahl der Spinndüse 2, die Geschwindigkeit der Ablageeinrichtung 8, die Position einer einzelnen Spinndüse 2 zum zugehörigen Innenrohr 10 und Außenrohr 11, der Massenstrom durch die Fluidfördereinrichtung 13, der Massenstrom durch das Absauggebläse 16, die Feuchte und die Temperatur des Fluides innerhalb der Konditionierung 14 und die Stärke des mittels der Elektrode 20 erzeugbaren Feldes.
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In der Steuereinrichtung 18 sind Algorithmen hinterlegt, die zur Erreichung von Zielen ein, zwei oder mehrere der Einstellparameter der Maschine bestimmen. Diese werden im Folgenden mittels zugehöriger Aktoren und mittels der Steuereinrichtung 18 genierter Stellsignale umgesetzt. Zum Beispiel wird die Position der Spinndüsen 2 derart eingestellt, dass ein besonders gleichmäßiges Flächengewicht des Vlieses 1 über die gesamte Breite und über die gesamte Dauer der Produktion erreicht wird. Weitere Ziele können beispielsweise andere Vlieseigenschaften, minimaler Energieverbrauch, eine hohe Produktivität oder andere wirtschaftliche Zielfunktionen sein.
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Die Algorithmen nutzen die Prinzipien der künstlichen Intelligenz. Dabei kommen z.B. neuronale Netze, Lernalgorithmen, wissensbasierte Systeme oder Expertensysteme bzw. Kombinationen derer zum Einsatz.
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Anstatt der Algorithmen mit künstlicher Intelligenz sind auch andere Regelungs- oder Steuerungsalgorithmen einsetzbar, wie sie im Stand der Technik hinlänglich beschrieben sind. Dabei können zum Beispiel Modellbasierte Regelungen oder PID-Regelungen zum Einsatz kommen. Der Bereich der möglichen Zielfunktionen ist dabei im Vergleich zum Einsatz von Algorithmen mit künstlicher Intelligenz eigeschränkt, insbesondere was die wirtschaftlichen Zielfunktionen betrifft.
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Im Folgenden wird ein weiteres Regelungsbeispiel aufgeführt. Bei der Herstellung von Vliesen für die Filteranwendung ist ein Vlies mit hoher Luftdurchlässigkeit bei hoher Filtereffektivität gefordert. Zur Messung der Luftdurchlässigkeit und der Filtereffektivität sind alternativ oder zusätzlich zu einem Flächengewichtssensor, weitere Sensoren angrenzend zum fertigen Vlies 1 angeordnet, mittels welchen diese Parameter fortlaufend gemessen werden. Die Messwerte werden der Steuereinrichtung 18 zugeführt, mittels welcher diese verarbeitet werden. In der Steuereinrichtung 18 werden die Betriebsparameter berechnet, welche zur Einstellung der gewünschten Luftdurchlässigkeit und der gewünschten Filtereffektivität notwendig sind. Es können konkrete Werte für eine Zielluftdurchlässigkeit und Zielfiltereffektivität vorgegeben werden. Alternativ wird gefordert, dass die Luftdurchlässigkeit maximal und die Filtereffektivität maximal ist, wobei eine bestimmte Festigkeit des Vlieses 1 nicht unterschritten werden darf. Die Festigkeit wird dabei mit einem Online-Sensor fortlaufend gemessen. Mit Hilfe in der Steuereinrichtung 18 hinterlegter Algorithmen werden die Prozessparameter zur Erreichung der Ziele berechnet. Dies geschieht in einem iterativen Prozess, welcher beendet wird, wenn die Zielparameter erreicht sind. Von der Steuereinrichtung 18 angepasst werden dabei unter anderem, die Drehgeschwindigkeit der Spinndüse 2 sowie die Temperatur und somit auch die Viskosität der der Spinndüse 2 zugeführten Spinnlösung 7. Eine niedrige Viskosität und eine hohe Rotationsgeschwindigkeit sorgen für eine Generierung sehr feiner Fasern 6, was für die gewünschten Vlieseigenschaften förderlich ist. Durch die Einstellung entsprechender Parameter der Lufttemperatur mittels der Konditionierung 14 und des Massenstroms, welcher mit der Fluidfördereinrichtung 13 dem Spinnraum 9 zugeführt wird, wird mittels der Steuereinrichtung 18 ein stabiler Prozess eingestellt. Die optimale Position der Spinndüse 2 wird dabei ebenfalls von der Steuereinrichtung 18 bestimmt und mittels entsprechender Aktoren eingestellt, was sich auf den Abstand der Spinndüse 2 zu der Ablageeinrichtung 8 und auf die Position der Spinndüse 2 in einer zur Ablageeinrichtung 8 parallelen Ebene bezieht. So kann die Position zur unterhalb der Ablageeinrichtung 8 angeordneten Absaugkammer 15 verändert werden, was sich auf die Ablage der Fasern 6 auf die Ablageeinrichtung 8 auswirkt. Des Weiteren wird die Position der Spinndüse 2 zum Innenrohr 10 eingestellt, so dass neben der mittigen Positionierung auch eine exzentrische möglich ist. Weiterhin wird eine Verstellung der Baueinheit aus Spinndüse 2, Innenrohr 10 und Außenrohr 11 vorgenommen, so dass die Abstände dieser Bauteile zueinander gleich bleiben, auch wenn die Position der Spinndüse 2 zur Absaugkammer 15 angepasst wird. Es werden mehrere Spinndüsen 2 verwendet, welche wie 2 zeigt nebeneinander angeordnet sind. Es werden auch die Abstände der Baueinheiten aus Spinndüse 2, Innenrohr 10 und Außenrohr 11 zueinander eingestellt, was sich unter anderem auf die Breite des Vlieses 1 und auf dessen Struktur auswirkt. Die Struktur wirkt sich direkt auf die Eigenschaften des Vlieses 1 aus.
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Die Algorithmen künstlicher Intelligenz sind dabei einem Lernprozess unterzogen, so dass die gesamte Vorrichtung unter immer besseren Bedingungen betrieben wird. Zusätzlich zu den oben genannten Zielfunktionen wird gefordert, dass der Energieverbrauch minimal wird, was durch den Einsatz auf künstlicher Intelligenz beruhender Algorithmen ermöglicht wird. Aggregate hohen Energieverbrauchs werden identifiziert und gedrosselt ohne dass dabei Einbußen hinsichtlich der Vliesqualität entstehen, was durch Anpassung von Parametern an anderer Stelle ermöglicht wird. So kann der Energieverbrauch der Anlage minimiert werden.
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Mittels der oben beschriebenen Vorrichtungen ist eine besonders effektive Vliesherstellung nach dem Rotationsspinnverfahren durchführbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 15114478 A1 [0002, 0006]
