DE102019115358A1

DE102019115358A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Vlieses sowie Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten

Info

Publication number: DE102019115358A1
Application number: DE102019115358.1A
Authority: DE
Inventors: Louis Kaptur; Matthias Graf
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Vlieses (26), umfassend eine Schneideinrichtung (2) zum Schneiden eines vorzugsweise kontinuierlichen Faserstranges (5) aus mehreren Faserfilamenten zu Langfasern (10) und Langfaserbündeln (6), wobei Langfaserbündel (6) mehrere Langfasern (10) umfassen, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden und eine Ansaugvorrichtung (12), welche unterhalb der Schneideinrichtung (2) angeordnet ist und zu welcher die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) angesaugt werden, wobei sich auf einer Oberfläche auf oder oberhalb der Ansaugvorrichtung (12) die Langfasern (10) zu einem Vlies (26) ablagern, welches entlang einer Produktionsrichtung (15) abtransportiert wird. Weiter umfasst die Vorrichtung (1) einen Kanal (7), in welchem die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) geleitet werden, wobei in dem Kanal (7) zumindest eine Düse (11) zur Einleitung eines Gasstromes (25), welcher bevorzugt im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) gerichtet ist, angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses (26) sowie eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses nach Anspruch 1, eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten nach Anspruch 15 und ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses nach Anspruch 16.
Vliesstoffe finden in der heutigen Industrie eine vielfältige Anwendung, sei es bei der Herstellung von Tüchern, Papieren, Filtermedien oder als Faserverstärkung in Harzmatten.
Zur Herstellung eines Vliesstoffes bzw. eines Vlieses hat sich das sogenannte Air-Laid-Verfahren etabliert, wie dies beispielsweise aus der US 4,375,448 bekannt ist. Bei diesem Verfahren werden meist bereits geschnittene Fasern einem Kanal zugeführt und über eine Ansaugvorrichtung, welche am unteren Ende des Kanals angeordnet ist, zu dieser hin angesaugt. Oberhalb der Ansaugvorrichtung verläuft hierbei ein Transportband, welches das sich bildende Vlies aus dem Kanal abtransportiert. Das auf dem Transportband gebildete Vlies kann nun beispielsweise direkt zu Tüchern verarbeitet werden oder, beispielsweise bei der Herstellung von Harzmatten, zwischen zwei Lagen aus Harz eingebettet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Homogenität der Verteilung der Fasern im Kanal oft nicht gegeben ist und das Vlies in diesen Fällen Faserbündel, auch Faser-Agglomerate genannt, enthält. Solche Faserbündel treten bei der Herstellung von Vliesstoffen in dem bereitgestellten und zu verarbeiteten Fasermaterial regelmäßig auf, da das zu einem Vlies zu verarbeitende Fasermaterial üblicherweise aus einem kontinuierlichen Faserstrang in einem der Vliesherstellung vorgelagerten Schritt geschnitten wird. Dieser Faserstrang umfasst mehrere Faserfilamente, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden, Zusätzlich kann es aber auch im Kanal selbst zur Bildung von weiteren Faserbündeln kommen, beispielsweise durch die elektrostatische Anziehung der Fasern untereinander oder durch das Anhaften der Fasern an Verunreinigungen an der Faseroberfläche.
Durch die Ablagerung von Faserbündeln im Vlies bilden sich in Bezug auf die Faserverteilung lokale Inhomogenitäten aus, welche die Festigkeit des Vlieses wesentlich beeinflussen. Beispielsweise ist ein entscheidender Punkt für die Festigkeit einer aus oder mit einem Vlies hergestellten Harzmatte, dass die einzelnen Langfasern möglichst vollumfänglich in das sie umgebende Harz oder Harzgemisch eingebettet sind. Insbesondere bei Faserbündeln kann das Harzmaterial auf Grund der lokale Dichte an Fasern im Faserbündel die einzelnen Fasern nicht vollständig umschließen, so dass nur das Faserbündel, jedoch nicht die einzelnen Fasern, vollständig mit einem Harz imprägniert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses sowie eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten anzugeben, welche eine bessere Verteilung der Fasern im Kanal ermöglicht und mittels welchen die Faserbündel aufgelöst oder in kleinere Faserbündel aufgespalten werden können.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses sowie eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten anzugeben, welche eine verbesserte Auflösung der Fasern im Kanal ermöglicht und mittels welchen eine homogenere Verteilung der Fasern im Vlies erzielt werden kann.
Gelöst werden diese und weitere Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses gemäß Anspruch 16 und durch eine Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 17 bis 22. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses umfasst hierbei eine Schneideinrichtung zum Schneiden eines vorzugsweise kontinuierlichen Faserstrangs aus mehreren Faserfilamenten zu Langfasern und Langfaserbündeln, wobei Langfaserbündel mehrere Langfasern umfassen, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Ansaugvorrichtung, welche unterhalb der Schneideinrichtung angeordnet ist und zu welcher die Langfasern und Langfaserbündel angesaugt werden, wobei sich auf einer Oberfläche auf oder oberhalb der Ansaugvorrichtung die Langfasern zu einem Vlies ablagern, welches entlang einer Produktionsrichtung abtransportiert wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Kanal, in welchem die Langfasern und Langfaserbündel in Richtung der Ansaugvorrichtung geleitet werden, wobei in dem Kanal zumindest eine Düse zur Einleitung eines Gasstromes, welcher bevorzugt im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung gerichtet ist, angeordnet ist.
Durch das Schneiden der Langfasern bzw. Langfaserbündel aus einem vorzugsweise kontinuierlichen Faserstrang unmittelbar vor Eintritt dieser in den Kanal ergibt sich der Vorteil, dass die Bildung von Faseragglomeraten bzw. von weiteren Faserbündeln während des Transports oder der Lagerung vermieden werden kann. Weiterhin ergibt sich durch die Anordnung einer Düse, über welche in dem Kanal ein, im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung gerichteter Gasstrom eingeleitet wird, der Vorteil, dass in den Kanal eintretender Langfaserbündel durch den Gasstrom aufgespalten werden und der zusätzliche Gasstrom zu einer homogeneren Verteilung der Langfasern im Kanal führt. Eine homogenere Verteilung der Langfasern im Kanal sowie die Aufspaltung der Langfaserbündel zu Langfasern führt ebenfalls dazu, dass die Faserverteilung im Vlies verbessert, insbesondere homogenisiert wird.
Die Langfaserbündel umfassen mehrere Langfasern, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden. Unter einem Bindemittel können Mittel verstanden werden, welche zu einer stoffschlüssigen Verbindung der Langfasern unter einander, wie beispielsweise mittels Klebstoffen oder Kunststoffen, als auch zu einer kraftschlüssigen Verbindung, beispielsweise durch die Anordnung von Schlichten, führen. Weiterhin kann auch ein Bindemittel durch die elektrostatische Anziehung der Langfasern gegeben sein. Bei den Faserfilamenten kann es sich auch um Multifilamente handeln, welche wiederum aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten aufgebaut sind. Die Länge der Langfasern kann bevorzugt in einem Bereich von 5 mm bis 300 mm, insbesondere bevorzugt von 25 mm bis 100 mm, liegen.
Vorzugsweise erstreckt sich die Düse, welche bevorzugt eine Schlitzdüse ist, quer zur Produktionsrichtung über die Tiefe des Kanals. Hierdurch kann eine Einleitung des Gasstromes über die Tiefe des Kanals erreicht werden.
In einer alternativen Ausführungsform sind mehrere Düsen über die Tiefe des Kanals quer zur Produktionsrichtung angeordnet, sodass mehrere Gasströme, welche individuell einstellbar sein können, in den Kanal eingeleitet werden können.
Alternativ oder in Kombination ist die Richtung und/oder die Geometrie des Gasstromes einstellbar. Dies ermöglicht die Strömung innerhalb des Kanals für eine homogenere Verteilung der Langfasern und/oder eine verbesserte Auflösung der Langfaserbündel zu erzielen.
Bevorzugt bildet der Gasstrom insbesondere im oberen Bereich des Kanals eine turbulente Strömung aus. Den oberen Bereich des Kanals bildet der Teil des Kanals, welcher angrenzend an die Schneideinrichtung folgt und in welchem die Düse angeordnet ist. Insbesondere kann die turbulente Strömung durch eine Kombination des eintretenden Gasstromes sowie des Ansaugstromes der Ansaugvorrichtung erreicht werden. Bevorzugt geht die turbulente Strömung im oberen Bereich des Kanals im Verlauf in Richtung der Ansaugvorrichtung in eine laminare Strömung über.
Bevorzugt entspricht ein Absaugvolumen der Ansaugvorrichtungen einem in den Kanal zugeführten Einblasvolumen, welches durch den, an der Düse eintretenden Gasstrom und einen über die Schneideinrichtungen eingetragenen Gasstrom gebildet wird. Es stellt sich im Kanal ein Strömungsgleichgewicht ein.
Vorteilhafterweise beträgt der Geschwindigkeit des Gasstromes bei Austritt aus der Düse größer 10 m/s, vorzugsweise größer 25 m/s. Durch die Wahl von höheren Geschwindigkeiten kann auch die Aufspaltung von Langfaserbündeln, die über ein starkes Bindemittel zusammengehalten werden, zu Langfasern im Kanal verbessert werden. Insbesondere werden die Langfaserbündel mit einem hohen Impuls beaufschlagt, durch welchen diese beschleunigt werden und zu Langfasern oder einzelnen, kleineren Langfaserbündel aufgebrochen werden können.
Zur Erzeugung einer hohen Luftgeschwindigkeit des Gasstromes am Austritt aus der Düse weißt die Düsenöffnung ein geringe Öffnungsweite auf, beispielsweise einen Schlitz oder einen geringen Öffnungsdurchmesser. Dabei liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Düsen eingesetzt werden. Beispielsweise können mehrere Düsen mit einem kleinen Öffnungsdurchmesser nebeneinander angeordnet sein.
Weiterhin bevorzugt beschleunigt der Gasstrom die Langfasern in ihrer Geschwindigkeit in Richtung der Ansaugvorrichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet aus, dass die Schneideinrichtung zumindest eine Messerwalze und eine Gegenwalze umfasst. Hierdurch wird ein präzises Schneiden des vorzugsweise kontinuierlichen Faserstranges zu Langfasern und Langfaserbündeln ermöglicht.
Alternativ oder in Kombination ist die Länge der Langfasern in der Schneideinrichtung einstellbar und/oder es sind mehrere unterschiedliche Faserlängen in der Schneideinrichtung schneidbar, wobei das Mischungsverhältnis der Faserlängen einstellbar ist. Die individuelle Einstellung der Faserlänge der Langfaser bzw. die Mischung von Langfasern unterschiedlicher Faserlänge ermöglicht es, ein Vlies entsprechend der Anforderungen gezielt herzustellen.
Vorteilhafterweise verjüngt sich der Kanal unterhalb der Schneideinrichtung bis zur Düse und/oder weitet sich nach der Düse in Richtung der Ansaugvorrichtung auf. Durch die Verjüngung des Kanals werden die Langfasern und Langfaserbündel gezielt zu der Düse hingeführt. Durch die Aufweitung des Kanals in Richtung der Ansaugvorrichtung kann eine bessere Verteilung der Langfasern im Kanal erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist an einer in Produktionsrichtung hinteren Wand des Kanals ein Fortsatz angeordnet. Durch den Fortsatz wird die Oberfläche der Ansaugvorrichtung, auf welcher die Langfasern sich ablagern können deutlich vergrößert, ohne jedoch die Strömungseigenschaften im oberen Bereich des Kanals wesentlich zu verändern. Es kann daher zu einer effektiven Aufspaltung der Langfaserbündel zu Langfasern im Kanal kommen, wobei gleichzeitig die Ablagerung der Langfasern zur Ausbildung eines Vlieses durch die, durch den Fortsatz vergrößerte Oberfläche der Ansaugvorrichtung gleichmäßiger erfolgen kann. Weiterhin besteht durch die Anordnung des Fortsatzes auch die Möglichkeit eine Sichtung der Fasern über die entsprechend vergrößerte Ansaugfläche der Ansaugvorrichtung über die Einstellung des Unterdruckes an der Ansaugvorrichtung zu erreichen.
Alternativ oder in Kombination ist der Abstand der vorderen Wand zu der hinteren Wand des Kanals einstellbar, insbesondere weitet sich die hintere Wand des Kanals stärker gegenüber der vorderen Wand des Kanals auf. Durch den Abstand der vorderen und hinteren Wand des Kanals können die Strömungsverhältnisse im Kanal weiterhin verbessert werden.
Bevorzugt ist auf der Ansaugvorrichtung ein endlos umlaufendes, gasdurchlässiges Transportband angeordnet, auf welchem das Vlies gebildet wird.
Alternativ oder in Kombination kann die Ansaugvorrichtung als eine rotierende Vakuumtrommel ausgebildet sein, auf deren Oberfläche das Vlies gebildet wird und durch Rotation der Vakuumtrommel auf eine weitere Transportrichtung, vorzugsweise ein Band, übergeben wird. Hierdurch kann eine kompakte Bauweise der Vorrichtung erzielt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform der Vorrichtung zeichnet aus, dass die Ansaugvorrichtung sich über die Tiefe des Kanals und zumindest die Breite des herzustellenden Vlieses erstreckt und vorzugsweise in Segmente unterteilt ist, welche separat oder in Gruppen von Segmenten steuerbar oder regelbar sind. Dies stellt zum einen sicher, dass die Langfasern gleichmäßig über die Breite des herzustellenden Vlieses verteilt werden und ermöglicht weiterhin, die Strömung in einem Teilbereich der Ansaugvorrichtung gezielt zu beeinflussen.
Vorteilhafterweise sind die zumindest eine Düse und die Ansaugvorrichtung zur Leitung des Gasstromes miteinander verbunden und bilden bevorzugt einen geschlossenen Kreislauf. Hierdurch wird die Energieeffizienz der Vorrichtung weiter verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Mittel zur Verdichtung des Vlieses in Produktionsrichtung nach dem Kanal angeordnet. Die Verdichtung erlaubt es, dass das Vlies zur weiteren Verarbeitung verbessert übergeben werden kann.
Vorzugsweise sind die Langfasern Carbonfasern und/oder umfasst ein Faserstrang 3000 - 100000 Faserfilamente. Weiter bevorzugt kann der vorzugsweise kontinuierliche Faserstrang aus mehreren Fasersträngen aufgebaut sein.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses und zumindest eine, bevorzugt zwei einen Harzansatz auf ein unteres und/oder oberes Band aufbringende Einrichtungen, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses, wie vorstehend ausgebildet, und eine Übergabevorrichtung zum Auflegen des Vlieses auf das untere Band.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird die Herstellung von hochwertigen Harzmatten ermöglicht, welche eine gleichmäßigere Faserverteilung innerhalb der Harzmatte aufweisen, wodurch die Harzmatte insgesamt eine höhere Festigkeit erhält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Vlieses umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

Schneiden eines vorzugsweise kontinuierlichen Faserstranges, umfassend mehrere Faserfilamente, zu Langfasern und Langfaserbündeln mittels einer Schneideinrichtung, wobei die Langfaserbündel mehrere Langfasern umfassen, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden, wobei weiter die Langfasern und Langfaserbündel einem der Schneideinrichtung nachgeordneten Kanal zugeführt werden;
Ansaugen der Langfasern über den Kanal auf eine Oberfläche auf oder oberhalb einer Ansaugvorrichtung, wobei die Langfasern und Langfaserbündel im Kanal mittels einer Düse mit einem Gasstrom, welcher im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung gerichtet ist, beaufschlagt werden.

Weiterhin bevorzugt kann die Geschwindigkeit und/oder die Richtung und/oder die Geometrie des Gasstromes eingestellt werden. Insbesondere erzeugt der Gasstrom eine turbulente Strömung bevorzugt im oberen Teil des Kanals. Im weiteren Verlauf des Kanals geht die turbulente Strömung in eine laminare Strömung über, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Langfasern über die Breite und Tiefe des Kanals oberhalb der Ansaugvorrichtung erzielt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet aus, dass der Gasstrom am zur Ansaugvorrichtung gerichteten Ende des Kanals in einen Winkel zwischen 20 und 60 Grad, bevorzugt zwischen 30 und 45 Grad zur Ebene der Produktionsrichtung geneigt auftritt. Dies ermöglicht, dass die Langfaserbündel und Langfasern in ihrer Geschwindigkeit, insbesondere in Richtung des Transportbandes, weiter beschleunigt werden.
In vorteilhafter Weise wird das Vlies auf einem Transportband gebildet und vorzugsweise nach Austritt aus dem Kanal mittels drehbar gelagerter Walzen verdichtet. Dies erlaubt die verbesserte Übergabe des Vlieses an eine nachgeordnete Verarbeitungsvorrichtung.
Bevorzugt werden der Einlauf in den Kanal und der Auslauf aus dem Kanal mittels drehbar gelagerter Walzen zum Transportband bzw. zum austretenden Vlies abgedichtet. Damit kann der Eintritt von Fremdluft in den Kanal, welche die Strömung im Kanal beeinflusst, vermieden werden.
Alternativ oder in Kombination kann der Stand der vorderen Wand des Kanals zur hinteren Wand des Kanals eingestellt werden und/oder die Ansaugoberfläche der Ansaugvorrichtung gesteuert oder geregelt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform des Verfahrens zeichnet aus, dass die Zuführung des Gasstroms und die Absaugung der Ansaugvorrichtung in einem Kreislauf, bevorzugt in einem geschlossenen Kreislauf, geführt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Vlieses.

In den 1 und 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Vlieses 26. Die Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Vlieses 26 umfasst eine Schneideinrichtung 2, mittels welcher ein vorzugsweise kontinuierlicher Faserstrang 5, der aus mehreren Faserfilamenten aufgebaut ist, zu Langfasern 10 und Langfaserbündeln 6 geschnitten wird. Der Faserstrang 5 kann wiederum aus mehreren einzelnen Fasersträngen aufgebaut sein. Die Langfaserbündel 6 umfassen mehrere Langfasern 6, welche über ein Bindemittel zusammengehalten werden. Das Bindemittel kann hierbei in Form von chemischen Verbindungen, beispielsweise Klebstoffe oder Kunststoffe, ausgebildet sein oder durch mechanische Mittel, wie beispielsweise Schlichten, gebildet sein. Auch die elektrostatische Anziehung der Langfasern 10 untereinander, welche auch zur Bildung von Langfaserbündeln 6 führen kann, kann als ein Bindemittel im Sinne der Anmeldung gesehen werden.
Beim Schneiden des Faserstranges 5 kommt es insbesondere zur Bildung von Langfaserbündeln 6, da die Faserfilamente meist über eine bzw. mehrere Schlichten als Bindemittel zusammengehalten werden. Zwar werden in der Schneideinrichtung 2 die Faserfilamente durchschnitten, jedoch sind die Langfasern 10 meist noch über die Schlichte miteinander verbunden, so dass diese ein Langfaserbündel 6 bilden. Ein Faserstrang kann bis zu 100000 Faserfilamente umfassen. Bei den Faserfilamenten kann es sich auch um sogenannte Multifilamente handeln, welche wiederum aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten aufgebaut sind.
Die Schneideinrichtung 2 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine rotierende Messerwalze 3, auf welcher eine Vielzahl von Schneidmessern angeordnet sind, sowie eine Gegenwalze 4 als Gegenlage, welche ebenfalls rotiert. Alternativ kann die Schneideinrichtung auch durch zwei Messerwalzen 3 gebildet werden, deren Messer ineinandergreifen und die ihre entsprechende Gegenlage auf der jeweils anderen Messerwalze 3 gebildet wird.
Mit der direkt in der Vorrichtung 1 angeordneten Schneideinrichtung 2 kann insbesondere während der Produktion die Länge der Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 auf ein gewünschtes Maß eingestellt oder entsprechend von Vorgaben verändert werden. Hierzu kann beispielsweise der Abstand der Schneidmesser auf der Messerwalze 3 verändert werden. Weiterhin kann die Schneideinrichtung 2 auch so ausgebildet sein, dass diese ein Schneiden von unterschiedliche Faserlängen erlaubt, so dass eine Mischung an Langfaserbündeln 6 und Langfasern 10 unterschiedlicher Faserlängen entsteht. Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Abstände der Schneidmesser auf der Messerwalze 3 erreicht werden.
Die geschnittenen Langfaserbündel 6 und vereinzelte Langfasern 10 werden nach der Schneideinrichtung 2 direkt einem sich zunächst verjüngenden und anschließend aufweitenden Kanal 7 zugeführt, in welchem die Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 in Richtung einer Ansaugvorrichtung 12 geleitet werden. An der Ansaugvorrichtung 12 liegt bevorzugt ein Unterdruck im Bereich von 20 bis 400 mbar an, welcher die Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 in Richtung der Ansaugvorrichtung 12 anzieht, sodass diese sich auf einem, um Umlenkrollen 14 umlaufenden Transportband 13, welches oberhalb oder direkt auf der Ansaugvorrichtung 12 verläuft, zu einem Vlies 26 ablagern.
Die Ansaugvorrichtung 12 erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Tiefe des Kanals 7, sodass die Langfasern 10 gleichmäßig über die Tiefe des Kanals 7 angesaugt werden können. Hierdurch kann auch eine gleichmäßige Verteilung der Langfasern 10 über die Breite des Transportbandes 13, welche parallel zur Tiefe des Kanals 7 verläuft, erreicht werden.
Zur Beeinflussung der Verteilung der Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 im Kanal 7 kann die Ansaugvorrichtung 12 in Segmente unterteilt sein, welche es erlauben, den Ansaugstrom in jedem einzelnen Segment einzeln einzustellen. Durch die Steuerung oder Regelung des Ansaugstromes in den einzelnen Segmenten der Ansaugvorrichtung 12 kann insbesondere die Verteilung der Langfasern 10 im Randbereich des Kanals 7 weiter verbessert werden.
Die Langfaserbündel 6 und die Langfasern 10 passieren auf ihrem Weg zur Ansaugvorrichtung 12 die Düse 11, über welche ein Gasstrom 25 in den Kanal 9 eingeleitet wird. Der Gasstrom 25 tritt an der Düse 11 im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung 12 gerichtet mit einer Geschwindigkeit größer 10 m/s, vorzugsweise größer 25 m/s aus.
Die Düse 11 kann insbesondere als Schlitzdüse ausgebildet sein, welche aufgrund eines kleinen Öffnungsspaltes noch weitaus höhere Geschwindigkeiten des Gasstroms 25 ermöglicht. Durch die Düse 11 werden die Langfaserbündel 6 und die Langfasern 10 in ihrer Geschwindigkeit beschleunigt, wodurch insbesondere ein Aufbrechen der Langfaserbündel 6 zu Langfasern 10 und eine verbesserte Verteilung der Langfasern 10 im Kanal 9 erreicht werden kann.
Die Düse 11 erstreckt sich in der vorliegenden Ausführungsform über die Tiefe des Kanals 7, welche quer zur Produktionsrichtung 15 verläuft. Über die Tiefe des Kanals 7 können insbesondere mehrere Düsen 11 angeordnet sein, welche es erlauben, den austretenden Gasstrom 25 jeder einzelnen Düse 11 separat einzustellen. Weiterhin können an der Düse 11 bzw. an den Düsen 11 Mittel vorhanden sein, welche die Einstellung der Richtung und/oder der Geometrie des Gasstromes 25 ermöglichen.
Die Einstellung des Gasstroms 25 kann insbesondere in Verbindung mit dem Ansaugstrom der Ansaugvorrichtung 12 derart ausgebildet sein, dass sich insbesondere im oberen Teil des Kanals 7, welcher sich an die Schneideinrichtung 2 anschließt und in welchem die Düse 11 angeordnet ist, eine turbulente Strömung ausbildet. Zur Verbesserung der Energieeffizienz können insbesondere die Düse 11 und die Ansaugvorrichtung 12 miteinander fluidisch verbunden sein, insbesondere einen geschlossenen Kreislauf bilden.
Die Strömung innerhalb des Kanals 7 kann weiterhin durch die vordere Wand 9 und die hintere Wand 8 des Kanals 7, welche zueinander bewegbar sind, eingestellt werden. Dabei kann der Abstand der vorderen Wand 9 zur hinteren Wand 8 verändert werden oder auch die Biegelinie zumindest einer der beiden Wände 8, 9 beeinflusst werden. Auch über eine Veränderung der Aufweitung des Kanals 7 hin zur Ansaugvorrichtung 12 kann die Strömung innerhalb des Kanals 7 gezielt beeinflusst werden. Als hintere Wand 8 wird im vorliegenden Fall die Wand angesehen, welche in Produktionsrichtung 15 vor der vorderen Wand 9 angeordnet ist.
Im oberen Bereich des Kanals 7, welcher sich an die Schneideinrichtung 2 anschließt und in welchem die Düse 11 angeordnet ist, kann sich insbesondere durch die Einleitung des Gasstromes 25 eine turbulente Strömung ausbilden, welche im weiteren Verlauf des Kanals 7 in Richtung der Ansaugvorrichtung 12 in eine laminare Strömung übergehen kann.
Der Kanal 7 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform weiterhin einen Fortsatz 16, welcher den Kanal 7 entgegen der Produktionsrichtung 15 vergrößert. Mittels des Fortsatzes 16 kann die Bildung des Vlieses 26 weiter verbessert werden, insbesondere kann eine Sichtung der Langfasern 10 erzielt werden, sodass auch die Bildung eines mehrlagigen Vlieses 26 möglich ist.
Weiterhin sind am Einlauf 17, welcher an der hinteren Wand 8 bzw. am Fortsatz 16 angeordnet ist, und am Auslauf 18, welcher der vorderen Wand 9 zugeordnet ist, Mittel 19 zur Abdichtung des Kanals 7 angeordnet. Die Mittel 19 können insbesondere durch Walzen gebildet sein. Neben der Abdichtung können die Mittel 19 auch weitere Funktionen aufweisen. So kann beispielsweise das am Einlauf 17 angeordnete Mittel 19 auch zur Reinigung des Transportbandes 13 dienen, sodass die Gasdurchlässigkeit des Transportbandes 13 stets gewährleistet ist. Weiterhin kann das am Auslauf 18 angeordnete Mittel 19 der Verdichtung des Vlieses 26 dienen, damit dieses besser an eine nachgeordnete Verarbeitungseinrichtung übergeben werden kann.
Eine weitere Verarbeitung kann beispielsweise durch die Bildung einer faserverstärkten Harzmatte erfolgen. Eine faserverstärkte Harzmatte zeichnet sich durch eine Faserverstärkung aus, in diesem Fall ein Vlies 26, welche zwischen Harzansatzschichten 23 eingebettet ist. Zur Herstellung der Harzmatte wird auf ein Band 20, welches über Umlenkrollen 14 geführt ist, eines Harzansatzschicht 23 gebildet. Zur Bildung der Harzansatzschicht 23 wird das Harz 22 auf das Band 20 aufgetragen, beispielsweise mittels einer Einrichtung 21. Die Einrichtung 21 kann als Sprüheinrichtung oder beispielsweise als Rakelkasten ausgebildet sein. Auf das Band 20 bzw. auf der darauf gebildeten Harzansatzschicht 23 wird das mittels der Vorrichtung 1 gebildete Vlies 26 aufgelegt. Anschließend wird über ein weiteres Band 20 eine weitere Harzansatzschicht 23 auf das Vlies 26 aufgebracht. Zur Fertigstellung der Harzmatte kann die aus dem Vlies 26 und den Harzansatzschichten 23 zusammengeführte Matte gepresst und/oder gewalkt werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Vlieses 26 dargestellt. Die Ausführungsform nach 2 umfasst ebenfalls eine Schneideinrichtung 2 mit einer Messerwalze 3 und einer Gegenwalze 4, mittels welchen einer kontinuierlicher Faserstrang 5 zu Langfaserbündeln 6 und Langfasern 10 geschnitten wird. Die Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 werden direkt in einem Kanal 7 aufgefangen, in welchem diese an einer Düse 11 vorbeigeführt zu einer Ansaugvorrichtung 12 geleitet werden.
An der Düse 11 tritt ein Gasstrom 25 aus, welcher die Langfaserbündel 6 und Langfasern 10 in ihrer Geschwindigkeit beschleunigt und für ein Aufbrechen zumindest eines Großteils der Bindung der Langfasern 10 im Langfaserbündel 6 sorgt.
Die Ansaugvorrichtung 12 ist im vorliegenden Beispiel als eine Vakuumtrommel 24 ausgeführt, auf deren Oberfläche sich die Langfasern 10 und nur allerhöchst vereinzelte Langfaserbündel 6 zu einem Vlies 26 ablagern.
Die Vakuumtrommel 24 besitzt an Ihrer Oberfläche eine Vielzahl kleiner Öffnungen, an welchen ein Unterdruck anliegt, so dass die abgelagerten Langfasern 10 an dieser haften bleiben. Zur Bildung eines kontinuierlichen Vlieses 26 auf der Trommeloberfläche rotiert die Vakuumtrommel mit gleichmäßiger Geschwindigkeit und übergibt das darauf gebildete Vlies 26 an einem Übergabepunkt beispielsweise an ein, um Umlenkrollen 14 geführtes Band 20 zur weiteren Verarbeitung.
Am Einlauf 17 können wiederum Mittel zur Abdichtung des Kanals 7 vor störender Fremdluft angeordnet sein oder auch Mittel zur Reinigung der Trommeloberfläche, so dass bei Eintritt in den Kanal 7 ein gleichmäßiger Unterdruck an der Trommeloberfläche herrscht.
Neben der Einstellung des Unterdruckes an der Vakuumtrommel 24 und des Gasstromes 25 aus der Düse 11, kann zur Beeinflussung der Strömung im Kanal 7 die vordere Wand 9 in ihrem Abstand zur hinteren Wand 8 verändert werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Schneideinrichtung
3: Messerwalze
4: Gegenwalze
5: Faserstrang
6: Langfaserbündel
7: Kanal
8: Wand (hintere)
9: Wand (vordere)
10: Langfaser
11: Düse
12: Ansaugvorrichtung
13: Transportband
14: Umlenkrolle
15: Produktionsrichtung
16: Fortsatz
17: Einlauf
18: Auslauf
19: Mittel
20: Band
21: Einrichtung
22: Harz
23: Harzansatzschicht
24: Vakuumtrommel
25: Gasstrom
26: Vlies

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4375448 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Vlieses (26), umfassend eine Schneideinrichtung (2) zum Schneiden eines vorzugsweise kontinuierlichen Faserstranges (5) aus mehreren Faserfilamenten zu Langfasern (10) und Langfaserbündeln (6), wobei Langfaserbündel (6) mehrere Langfasern (10) umfassen, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden; eine Ansaugvorrichtung (12), welche unterhalb der Schneideinrichtung (2) angeordnet ist und zu welcher die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) angesaugt werden, wobei sich auf einer Oberfläche auf oder oberhalb der Ansaugvorrichtung (12) die Langfasern (10) zu einem Vlies (26) ablagern, welches entlang einer Produktionsrichtung (15) abtransportiert wird; und ein Kanal (7), in welchem die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) geleitet werden, wobei in dem Kanal (7) zumindest eine Düse (11) zur Einleitung eines Gasstromes (25), welcher bevorzugt im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) gerichtet ist, angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11), welche vorzugsweise eine Schlitzdüse ist, sich quer zur Produktionsrichtung (15) über die Tiefe des Kanals (7) erstreckt oder dass mehrere Düsen (11) über die Tiefe des Kanals (7) quer zur Produktionsrichtung (15) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung und/oder die Geometrie des Gasstromes (25) einstellbar ist und/oder der Gasstrom (25) zumindest in einem oberen Bereich des Kanals (7) eine turbulente Strömung ausbildet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Geschwindigkeit des Gasstromes (25) bei Austritt aus der Düse (11) größer 10 m/s, vorzugsweise größer 25 m/s beträgt und der Gasstrom (25) die Langfasern (10) in Ihrer Geschwindigkeit beschleunigt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (2) zumindest eine Messerwalze (3) und eine Gegenwalze (4) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Langfasern (10) in der Schneideinrichtung (2) einstellbar ist und/oder mehrere unterschiedliche Faserlängen schneidbar und deren Mischungsverhältnis einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (7) unterhalb der Schneideinrichtung (2) bis zu der Düse (11) verjüngt und/oder nach der Düse (11) in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) aufweitet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer in Produktionsrichtung (15) hinteren Wand (9) des Kanals (7) ein Fortsatz (16) angeordnet ist und/oder der Abstand der vorderen Wand (8) zu der hinteren Wand (9) des Kanals (7) einstellbar ist, und insbesondere die hintere Wand (9) des Kanals (7) sich stärker gegenüber der vorderen Wand (8) aufweitet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ansaugvorrichtung (12) ein endlos umlaufendes, gasdurchlässiges Band (20) angeordnet ist, auf welchem das Vlies (26) gebildet wird.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung (12) als eine rotierende Vakuumtrommel (24) ausgebildet ist, auf deren Oberfläche das Vlies (26) gebildet wird und durch Rotation der Vakuumtrommel (24) auf eine weitere Transportvorrichtung, vorzugsweise ein Band (20), übergeben wird.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung (12) sich über die Tiefe des Kanals (7) und zumindest die Breite des herzustellenden Vlieses (26) erstreckt und vorzugsweise in Segmente unterteilt ist, welche separat oder in Gruppen von Segmenten steuerbar oder regelbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11) und die Ansaugvorrichtung (12) zur Leitung des Gasstromes (25) verbunden sind und bevorzugt einen geschlossenen Kreislauf für den Gasstrom (25) bilden.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verdichtung des Vlieses (26) in Produktionsrichtung (15) nach dem Kanal (7) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Carbonfasern sind und/oder die Faserstränge (5) 3000 - 100000 Faserfilamente umfassen.
Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Harzmatten, umfassend eine Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; zumindest eine, bevorzugt zwei einen Harzansatz auf ein unteres und/oder oberes Band (20) aufbringende Einrichtungen (21); und eine Übergabevorrichtung zum Auflegen des Vlieses (26) auf das untere Band (20).
Verfahren zur Herstellung eines Vlieses (26), umfassend die Schritte: Schneiden eines Faserstranges (5) umfassend mehrere Faserfilamente zu Langfasern (10) und Langfaserbündeln (10) mittels einer Schneideinrichtung (2), wobei die Langfaserbündel (6) mehrere Langfasern (10) umfassen, die über ein Bindemittel zusammengehalten werden, wobei weiter die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) einem der Schneideinrichtung (2) nachgeordneten Kanal (7) zugeführt werden; Ansaugen der Langfasern (10) über den Kanal (7) auf eine Oberfläche auf oder oberhalb einer Ansaugvorrichtung (12), wobei die Langfasern (10) und Langfaserbündel (6) im Kanal (7) mittels einer Düse (11) mit einem Gasstrom (25), welcher im Wesentlichen in Richtung der Ansaugvorrichtung (12) gerichtet ist, beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das die Geschwindigkeit und/oder Richtung und/oder Geometrie des Gasstromes (25) eingestellt werden kann und der Gasstrom (25) insbesondere eine turbulente Strömung, bevorzugt im oberen Bereich des Kanals (7) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (25) am zur Ansaugvorrichtung (12) gerichteten Ende des Kanals (7) in einem Winkel zwischen 20° und 60°, bevorzugt zwischen 30° und 45° zur Ebene der Produktionsrichtung (15) geneigt auftrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies (26) auf einem Transportband (13) gebildet wird und vorzugsweise nach Austritt aus dem Kanal (7) mittels drehbar gelagerten Walzen verdichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (17) in und Auslauf (18) aus dem Kanal (7) mittels drehbar gelagerten Walzen zum Transportband (13) bzw. zum austretenden Vlies (26) abgedichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der vorderen Wand (9) zur hinteren Wand (8) des Kanals (7) eingestellt werden kann und/oder die Ansaugoberfläche der Ansaugvorrichtung (12) gesteuert oder geregelt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Gasstroms (25) und die Absaugung der Ansaugvorrichtung (12) in einem Kreislauf, bevorzugt in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden