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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verformbare Struktur, die für Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungen eingesetzt werden kann.
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2. Technischer Hintergrund
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Kraftfahrzeughersteller und -zulieferer sind stets bestrebt, das ästhetische Erscheinungsbild von Fahrzeug-Inneneinrichtungskomponenten zu verbessern. Diese Bestrebungen haben die Gestaltung von Fahrzeug-Innenverkleidungs-, Sitz- und Konsolenkomponenten beeinflusst, um nur einige zu nennen. Ökologische Erwägungen stellen zusätzliche Anforderungen an die Herstellung bei der Ausgestaltung von Fahrzeugen, wobei erneuerbare Komponenten von vorrangiger Bedeutung sind.
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Viele Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungskomponenten enthalten verschäumte Kunststoffe, wie beispielsweise Polyurethan. Bei einer typischen Inneneinrichtung enthält eine Inneneinrichtungskomponente einen Schaumstoff über einem geeigneten Rahmen bzw. Träger. Derartige verschäumte Kunststoffe finden in Laminaten für Fahrzeugverkleidungen, Fahrzeugssitze, Kopfstützen, Armlehnen, Armaturenbretter und dergleichen. Durch diese Schaumstoffe erhält die Inneneinrichtungskomponente dämpfende Eigenschaften oder fasst sich weich an, was von Verbrauchern als angenehm empfunden wird. Obwohl diese Schaumstoffe prinzipiell gut geeignet sind, werden sie nicht aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt, können nicht einfach recycelt werden, werden aus Erdöl hergestellt und sind nicht biologisch abbaubar.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Kraftfahrzeugkomponenten, die eine dämpfende bzw. polsternde Wirkung haben, aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden, Recyclingmaterial enthalten und wenigstens teilweise recycelt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung löst ein oder mehrere Problem/e des Standes der Technik, indem sie in wenigstens einer Ausführungsform ein Polsterelement für Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungskomponenten schafft. Das Polsterelement schließt eine geformte Sitzfläche ein, die Zellulosefasern umfasst. Vorzugsweise besteht im Wesentlichen die gesamte geformte Sitzfläche aus recyceltem Material, kann recycelt werden und stammt aus erneuerbaren Quellen.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine verformbare Struktur für Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungskomponenten geschaffen. Die verformbare Struktur der vorliegenden Ausführungsform enthält das oben aufgeführte Polsterelement. Die verformbare Struktur umfasst einen Träger und das Polsterelement. Das Polsterelement wird über dem Träger positioniert. Das Polsterelement enthält einen Faserabschnitt, der Zellulosefasern aufweist. Die verformbare Struktur enthält des Weiteren einen Bezug, der über dem Polsterelement angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil des Faserabschnitts recycelt werden und stammt aus erneuerbaren Quellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Perspektivansicht eines freigelegten Fahrzeugsitzes, der eine Zwischenlage aus erneuerbaren Fasern aufweist, die über einer Polsterkomponente aus Fasern angeordnet ist;
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2A ist ein Querschnitt durch eine Variante einer verformbaren Struktur, bei der eine Faser-Zwischenlage einen Polsterabschnitt aus Fasern abdeckt;
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2B ist ein Querschnitt durch eine Variante einer verformbaren Struktur, bei der eine Faser-Zwischenlage Randabschnitte eines Polsterabschnitts aus Fasern abdeckt;
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2C ist ein Querschnitt durch eine Variante einer verformbaren Struktur, bei der eine Faser-Zwischenlage einen Teil eines Polsterabschnitts aus Fasern abdeckt;
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3 ist eine freigelegte Perspektivansicht einer verformbaren Struktur, die erneuerbare Fasern enthält; und
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4 ist ein Flussdiagramm, das die Ausbildung von Polsterabschnitten aus Fasern mittels Formpressen zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungform/en
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Im Folgenden wird ausführlich auf gegenwärtig bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die die besten Umsetzungsformen der Erfindung bilden, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind hier offenbarte spezifische Details nicht als einschränkend zu betrachten, sondern lediglich als veranschaulichende Basis für alle Aspekte der Erfindung und/oder als eine veranschaulichende Basis, anhand der einem Fachmann die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung vermittelt werden.
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Mit Ausnahme der Beispiele, oder wenn ansonsten ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Größen in der vorliegenden Beschreibung, die Mengen an Material oder Reaktions- und/oder Einsatzbedingungen angeben, als durch das Wort ”ungefähr” modifiziert zu verstehen, um die Erfindung im weitesten Umfang zu beschreiben.
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Es versteht sich des Weiteren, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, da spezifische Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Des Weiteren dient die hier verwendeten Terminologie lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der Erfindung und soll in keiner Weise einschränkend wirken.
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Es ist weiterhin zu bemerken, dass die in der Patentbeschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendete Singularform ”ein”, ”eine” und ”der/die/das”, sofern der Kontext nicht eindeutig andere Angaben macht, mehrere Elemente umfasst. Beispielsweise soll Bezugnahme auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
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In der gesamten Patentanmeldung werden, wenn auf Veröffentlichungen Bezug genommen wird, die Offenbarungen dieser Veröffentlichungen in ihrer Gesamtheit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen, um den Stand der Technik, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, umfassender zu beschreiben.
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Der hier verwendete Begriff ”Stärke” (caliper thickness) bezeichnet den Abstand zwischen den zwei Oberflächen einer Schicht bzw. Lage in senkrechter Richtung.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine verformbare Struktur zum Einsatz in einer Reihe unterschiedlicher Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungskomponenten geschaffen. Die verformbare Struktur umfasst einen Träger und ein Polsterelement. Das Polsterelement ist über dem Träger angeordnet. Die verformbare Struktur wird vorteilhafterweise in Kopfstützen, Fahrzeugsitze, Armlehnen, Armaturenbretter, Fahrzeugverkleidungen und andere Verkleidungs-Laminate integriert. Wie im Abschnitt ”Technischer Hintergrund” dargelegt, enthalten Versionen derartiger Strukturen nach dem Stand der Technik im Allgemeinen einen verschäumten Kunststoff (beispielsweise Polyurethan-Schaumstoff), der dämpfende bzw. polsternde Eigenschaften verleiht. Das Polsterelement der vorliegenden Ausführungsform ersetzt im Wesentlichen, wie dies weiter unten ausführlicher dargelegt wird, diese Schaumstoffe vollständig. In einer weiterentwickelten Ausführungsform enthält das Polsterelement der Erfindung weniger als 50 Gew.-% eines verschäumten Kunststoffs (beispielsweise Polyurethan-Schaumstoff). In einer anderen Weiterentwicklung enthält das Polsterelement der Erfindung weniger als 5 Gew.-% eines verschäumten Kunststoffs (beispielsweise Polyurethan-Schaumstoff). In einer anderen Weiterentwicklung enthält das Polsterelement der Erfindung mehr als 90% einer Komponente aus Fasern (Fasern und Bindemittel). In einer weiteren Weiterentwicklung enthält das Polsterelement der Erfindung mehr als 95 Gew.-% einer Komponente aus Fasern (Fasern und Bindemittel).
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1 zeigt eine Perspektivansicht eines Fahrzeugsitzes, der Schichten aus zellulosehaltigen Fasern sowie Polsterabschnitte aus Fasern enthält. Fahrzeugsitz 10 enthält eine Kopfstütze 12, eine Fahrzeug-Sitzlehne 14 sowie ein Fahrzeug-Sitzunterteil 16. Kopfstütze 12 enthält Polsterelement 18. Polsterelement 18 enthält Zwischenlage 20 aus Fasern, die über dem Polsterabschnitt 22 aus Fasern angeordnet ist. Bezug 24 überdeckt Schicht 20 aus Fasern. Fahrzeugsitz-Lehne 14 enthält Sitzlehnen-Polsterelement 26, das eine Zwischenlage 28 aus Fasern enthält, die über Polsterabschnitt 30 aus Fasern angeordnet ist. Polster 30 aus Fasern überdeckt Sitzlehnen-Rahmen 32, während Bezug 34 Zwischenlage 28 aus Fasern überdeckt. Zwischenlage 20 aus Fasern enthält, wie oben dargelegt, Zellulosefasern. Desgleichen enthält Fahrzeug-Sitzunterteil 16 Zwischenlage 36 aus Fasern, die über Polsterabschnitt 38 aus Fasern angeordnet ist. Polsterabschnitt 38 aus Fasern ist über Sitzunterteil-Rahmen 40 angeordnet.
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2A zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Faser-Zwischenlage, die über einem Polsterabschnitt aus Fasern angeordnet ist. Bei dieser Variante enthält die verformbare Struktur 42 Polsterelement 44. Bei dieser Abwandlung ist Polsterelement 44 eine aus mehreren Komponenten bestehende Struktur. Polsterelement 44 enthält Zwischenlage 46 aus Fasern sowie Polsterabschnitt 48 aus Fasern. Zwischenlage 46 aus Fasern deckt wenigstens einen Teil von Polsterabschnitt 48 aus Fasern ab. Zwischenlage 46 enthält ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Desgleichen enthält Polsterabschnitt 48 aus Fasern ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Bezug 50 ist, wie oben dargelegt, über Polsterelement 44 angeordnet. Schließlich ist Polsterelement 44 wahlweise über Träger 52 angeordnet. Träger 52 kann beispielsweise ein Teil einer Kopfstütze oder eines Sitzrahmens oder ein Träger für ein Verkleidungs-Laminat sein.
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2B zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Variante, bei der mehrere Faser-Zwischenlagen über Abschnitten eines Polsterabschnitts aus Fasern angeordnet sind. Bei dieser Variante enthält die verformbare Struktur 54 Polsterelement 56. Polsterelement 56 enthält Zwischenlagen 58, 60 aus Fasern, die Teile 62, 64 von Polsterabschnitt 66 aus Fasern abdecken. Die Zwischenlagen 58, 60 aus Fasern decken wenigstens einen Teil von Polsterabschnitt 66 aus Fasern ab. Die Zwischenlagen 58, 60 enthalten ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Desgleichen enthält Polsterabschnitt 66 aus Fasern ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Bezug 68 ist, wie oben dargelegt, über Polsterelement 56 angeordnet. Polsterelement 56 schließlich ist wahlweise über Träger 70 angeordnet. Träger 70 kann beispielsweise Teil einer Kopfstütze oder eines Sitzrahmens oder eines Trägers für ein Verkleidungs-Laminat sein.
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2C zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Variante, bei der Faser-Zwischenlagen über einem Teil eines Polsterabschnitts aus Fasern angeordnet sind. Bei dieser Variante enthält die verformbare Struktur 72 Polsterelement 74. Polsterelement 74 enthält die Zwischenlage 76 aus Fasern, die Teil 78 von Polsterabschnitt 80 aus Fasern abdeckt. Zwischenlage 76 enthält ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Desgleichen enthält Polsterabschnitt 80 aus Fasern ein Gemisch aus Zellulosefasern und Kunstfasern. Bezug 82 ist, wie oben dargelegt, über Polsterelement 74 angeordnet. Polsterabschnitt 80 schließlich ist wahlweise über Träger 82 angeordnet. Träger 82 kann beispielsweise Teil einer Kopfstütze oder eines Sitzrahmens oder eines Trägers für ein Verkleidungs-Laminat sein.
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3 zeigt eine freigelegte Perspektivansicht einer Ausführungsform einer verformbaren Struktur für Kraftfahrzeug-Inneneinrichtungszwecke. Die verformbare Struktur 90 enthält Polster 94 aus Fasern. Polster 94 aus Fasern enthält Zellulosefasern. In anderen Varianten enthält Polster 94 aus Fasern zusätzliche Polsterkomponenten, wie beispielsweise zusätzliche Zwischenlagenabschnitte aus Fasern. Vorzugsweise kann das gesamte Polster 94 aus Fasern recycelt werden und aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden. Beispiele für erneuerbare Quellen sind schnell wachsende Kiefern. Die Materialquelle stellt einen Gegensatz zu Rohstoffen auf Ölbasis dar, die bei Verkleidungs-Laminaten aus Polyurethan und Schaumstoff-Polsterelementen eingesetzt werden.
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Bezug 96 ist, wie unter weiterer Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, über Polster 94 aus Fasern angeordnet. Bezug 96 fixiert Polster 94 und schafft gleichzeitig einen ästhetisch angenehmen optischen und haptischen Eindruck. Bezug 96 besteht aus jedem beliebigen geeigneten Material, das für Fahrzeug-Inneneinrichtungszwecke verwendet wird. Zu Beispielen für diese Materialien gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Vliese, Gewebe, Leder, Kunststoffschichten, Vinylschichten sowie Kombinationen daraus. 3 stellt ein Beispiel dar, bei dem Bezug 96 mittels Naht 100 festgenäht ist.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das die Ausbildung von Polsterabschnitten 22, 30, 38, 48, 66, 80 aus Fasern mittels Formpressen darstellt. Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern werden durch Übereinanderlegen zusammengesetzt. Die Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern sind dadurch gekennzeichnet, dass sie unterschiedliche Eigenschaften haben. Normalerweise werden die Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern auf eine Temperatur von ungefähr 250°F bis ungefähr 300°F vorerhitzt. In Schritt a) wird die Anordnung von Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern Formpressen unterzogen, indem die Anordnung zwischen Formabschnitte 120, 122 aus Metall eingelegt wird. Die Formabschnitte 120, 122 werden auf eine höhere Temperatur (beispielsweise 150°F) erhitzt. Nach ungefähr 3–5 Minuten werden die Formabschnitte 120, 122 aus Metall getrennt und geben den geformten Polsterabschnitt 124 frei. Verschiedene Zwischenlagen werden dann hinzugefügt, um die in 1–3 dargestellte Polsterkonstruktion herzustellen.
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Bei einigen Varianten hat/haben eine oder mehrere Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern unterschiedliche Eigenschaften. In einer Variante weist/weisen eine oder mehrere Bahn/en 110, 112, 114 aus Fasern unterschiedliche Faserzusammensetzungen auf. In einer anderen Variante weist/weisen eine oder mehrere Bahn/en 110, 112, 114 aus Fasern unterschiedliche Härte auf. Beispielsweise wird ein Polsterabschnitt 124 mit einer Härteabstufung hergestellt, wenn Bahn 114 aus Fasern eine größere Härte hat als Bahn 112 aus Fasern, die ihrerseits eine größere Härte hat als Bahn 110 aus Fasern. Üblicherweise haben die Bahnen 110, 112, 114 aus Fasern Dichten von ungefähr 45 bis ungefähr 65 kg/m3.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten, wie oben dargelegt, einen oder mehrere Faserabschnitte (d. h. Zwischenlagen aus Fasern, Polster aus Fasern usw.), die Zellulosefasern enthalten. Beispielsweise enthalten die Zwischenlagen 20, 28, 36, 46, 58, 60, 76 aus Fasern sowie die Polsterabschnitte 22, 30, 38, 48, 66, 80 aus Fasern, die oben beschrieben sind, alle Zellulosefasern. US-Patentanmeldung Nr. 2008/0050565 zeigt Beispiele für Materialien auf, die für den Faserabschnitt eingesetzt werden können. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird hiermit durch Verweis einbezogen. Zu Beispielen für geeignete Zellulosefasern gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Zelluloseacetat und regenerierte Zellulose (beispielsweise Viskoseseide).
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Bei einer Variante der vorliegenden Erfindung werden die Zellulosefasern mit Kunstfasern gemischt. Zu Beispielen für geeignete Kunstfasern gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Fasern aus Polyester, Nylon, Latex, Polyethylen sowie Polypropylen und Kombinationen daraus. Bei einer Weiterentwicklung sind die Kunstfasern in einer Menge vorhanden, die von ungefähr 15 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichtes des Faserabschnitts reicht. Bei einer anderen Weiterentwicklung sind die Kunstfasern in einer Gesamtmenge vorhanden, die von ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichtes des Faserabschnitts reicht.
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Bei einer Variante der vorliegenden Erfindung haben die Zwischenlagen 20, 28, 36, 46, 58, 60, 76 aus Fasern und/oder die Polsterabschnitte 22, 30, 38, 48, 66, 80 aus Fasern, die oben aufgeführt sind, eine Stärke von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 150 mm. In einer weiteren Weiterentwicklung haben die Zwischenlagen 20, 28, 36, 46, 58, 60, 76 aus Fasern und die Polsterabschnitte 22, 30, 38, 48, 66, 80 aus Fasern, die oben aufgeführt sind, eine Stärke von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 20 mm. In einer weiteren Weiterentwicklung haben die Zwischenlagen 20, 28, 36, 46, 58, 60, 76 aus Fasern und/oder die Polsterabschnitte 22, 30, 38, 48, 66, 80 aus Fasern, die oben aufgeführt sind, eine Stärke von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 3 mm.
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Bei einer Variante der vorliegenden Ausführungsform sind die Zellulosefasern und die natürlichen Fasern durch eine Faserstärke in Denier von ungefähr 1,0 dpf bis ungefähr 4,0 dpf gekennzeichnet. In einer anderen Variante sind die Zellulose- und Naturfasern durch eine Faserstärke in Denier von ungefähr 1,5 dpf bis ungefähr 2,5 dpf gekennzeichnet. In einer anderen Weiterentwicklung haben die Zellulose- und Naturfasern jeweils unabhängig voneinander eine Länge von 3 mm bis ungefähr 12 mm. In einer weiteren Weiterentwicklung haben die Zellulose- und Naturfasern jeweils unabhängig voneinander eine Länge von ungefähr 4,5 mm bis ungefähr 7,5 mm.
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In einer Variante der vorliegenden Ausführungsform haben die oben aufgeführten Abschnitte aus Fasern eine Dichte von ungefähr 30 kg/m3 bis ungefähr 50 kg/m3. In einer weiteren Weiterentwicklung haben die oben aufgeführten Abschnitten aus Fasern eine Dichte von ungefähr 35 kg/m3 bis ungefähr 75 kg/m3. In einer weiteren Weiterentwicklung haben die oben aufgeführten Abschnitte aus Fasern eine Dichte von ungefähr 37 kg/m3 bis ungefähr 43 kg/m3.
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In einer Variante der vorliegenden Erfindung enthält der oben aufgeführte Faserabschnitt ein Bindemittel. Zu geeigneten Bindemitteln gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Zweikomponenten-Faserbindemittel, Latex-Bindemittel, thermoplastische Materialien sowie Kombinationen daraus. Bei einer Weiterentwicklung ist das Bindemittel in Mengen vorhanden, die von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Faserabschnitts reichen. Bei einer anderen Weiterentwicklung ist das Bindemittel in Mengen vorhanden, die von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Faserabschnitts reichen.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung umfasst der Faserabschnitt des Weiteren ein feuerhemmendes Mittel. Zu Beispielen geeigneter feuerhemmender Mittel gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Natriumborat, Natrium- oder Ammoniumphosphate, Phosphatester, flammenhemmende Mittel auf Basis von Diammoniumphosphat, Natriumtetraborat-Decahydrat sowie Kombinationen derselben.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Formulierungen beschreibende und keine beschränkenden Formulierungen, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
