-
Anlage zur Eingabe vom 23.8.1968 Verfahren zum Fertigen von Faserstoffzusammenballungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen von Faserstoffzusammenballungen
aus einzelnen Fasern, insbesondere lignozellulosehaltigen Fasern, durch Turbulenz.
-
Im allgemeinen ist man besteht, bei der Aufbereitung von annähernd
trockenem Faserstoff die Bildung von Klumpen und Ballungen zu vermeiden, um eine
gleichmäßige Verteilung und Bindung aller Fasern im Gesamtgefüge zu erreichen. Darum
geeigene Verfahren und Vorrichtungen sind hinreichend bekannt.
-
Man hat aber auch schon ftlr bestimmte Anwendungszwecke versucht,
das entgegengesetzte Ziel zu erreichen, also derartige Faserballungen herzustellen,
um diese als Rohmatorial fUr die Herstellung anderer Produkte zu verwenden0 Der
voluminöse weiche und plastisch elastische Charakter des Fasermaterials bleibt auah
in Kombination mit Bindemitteln und/oder Werkstoffen erhalten, die sonst wegen ihrer
spezifischen Eigenschaften für die Verarbeitung mit losem Fasermaterial ungeeignet
sind.
-
Solche Werkstoffkombinationen finden in Form weicher Bahnen oder Filze,
halter Platten, Formkörper, losen Schüttgutes oder gewichtsmindernder und gefügeverändernder
Zuschlagstoffe zu anderen spezifisch schwereren Materialien Verwendung. Beispielsweise
werden aus mit Weich-PVC versetzten Faserballungen unter Druck hervorragend zur
Schall- und Wärmedämmung geeignete
Matten gefertigt, die im Baugewerbe
als Fußboden-, Wand-und Deckenverkleidung eingesetzt werden kennen und im Fahrzeug-und
Maschinenbau der EntdrtShnung dienen. In der Verbindung mit Phenolharz entstehen
unter Druck Bauteile zur starke Druck- und Stoßbelastungen, tragende und isolierende
Bauteile, Trennwände und wetterfeste Außenwandbauteile fUr extreme Belastungen.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ergibt sich durch Verarbeitung mit Polyacryllatex,
wodurch ein dekoratives Basismaterial für Fußböden und Wandbeläge entsteht. Faserballungen
als Rohmaterial können also das Ausgangsprodukt für die verschiedenartigsten Fertigungezweige
bilden, wobei ein wesentlicher Vorteil gegentiber anderen Materialien darin liegt,
daß dieser Rohstoff leicht lagerbar und transportierbar ist.
-
Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen kugeliger Faserzusammenballungen,
bei dem Fasern in einer wäßrigen Dispersion geringer Konzentration unter geringer
Turbulenz so lange gerührt werden, bis sich durch Aneinanderlagerung der Fasern
kugelige Zusammenballungen ergeben. An den mehrstündigen zur Ausbildung der kugeligen
Faserzusammenballung dienenden Rührvorgang schließt sich eine Filtrierung an, daran
eine Entwässerung und eine Trocknung der Faserballungen. Das Verfahren ist also
hinsichtlich der erforderlichen Energien recht aufwendig und benötigt außerdem erhebliche
Zeiten zur Erzeugung der Faserballungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels
dessen Faserstoffzusammenballungen schnell und mit geringem Aufwand kontinuierlich
produziert werden können.
-
Erfindungsgemäß gelöst wurde diese technische Aufgabe durch ein Verfahren
zum Fertigen von Faserstoffzusammenballungen aus ######### Fasern, insbesondere
lignozelluloschaltigen
Fasern, durch Turbulenz, das darin besteht,
daß die Faser.
-
stoffzusammenballungen durch Verwirbeln der Fasern im Gas.
-
oder Luftstrom erzeugt werden.
-
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ts, daß
die Formierung der Faserballungen in Dwi'uten statt in stunden erfolgt. Grundsätzlich
können dabei alle Natur-und Synthesefasern verwendet werden, die sich bei gegenseitiger
Berührung aneinanderlagern. Die Größe der kugeligen Faserzusammenballungen ist dabei
einmal von der Dauer des Wirdelvorganges abhängig, zum anderen von der Länge des
eingesetzten Fasermaterials. Durch kürzere Wirbelzeiten ergibt sich dabei. eine
kleinere Zusammenballung durch längere Wirbelzeiten größere kugelige Gebilde.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß kein fltlssiges Medium zur Bildung der Faserzusammenballungen erforderlich ist,
wodurch einmal eine aufwendige Trocknung vermieden wird, zum anderen auch die vom
Papiermacher so gefürchteten Brauch- und Abwasserproblem entfallen.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß die Fasergutteile durch eine taumelnde Drehbewegung in einer Wirbelzone zusammengeballt
werden.
-
Unter Wirbelzone ist dabei der Bereich einer Vorrichtung zu verstchen,
in dem stich gut sichtbar beim Betrieb der Vorrichtung, eine Schicht aus Fasergutteilchen
ergibt, die im optischen Eindruckdem Bild gleicht, das eine brodelnde Erbsensuppe
zeigt.
-
Überraschenderweise bildet sich diese Wirbelzone nicht am Boden der
Vorrichtung, sondern in ihrem oberen Bereich. Disser Effekt ergibt sich daher, daß
den Fasergutteilchen die zur den erwUnsohten Bewegungsablauf erforderliche kinetische
Energie durch einen entsprechenden Impuls vermittelt wurde. Die kinetische Energie
ist dabei so groß, daß ein Teilchen einmal
bis auf die Höhe der
Wirbelzone hinaufgehoben wird und dann auf diesem Weg die durch die herabfallenden
Teilchen verursachten entgegenwirkenden Reibungskräfte Uberwindet.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin,
daß lignozellulosehaltige Fasern oder zellulosehaltige Fasern zur Herstellung der
Faserstoffzusammenballungen' verwandt werden. Der Einsatz dieser Fasern ist aus
wirtschaftlichen GrUnden sehr günstig, da sie in großen Mengen preiswert, beispielsweise
als Defibratorstoff, erzeugt werden können.
-
Sie weisen außerdem ein besonders gutes Anlagerungsvermögen auf, ebenso
eine hohe Elastizität und sind damit als Roh material für die Herstellung von Faserstoffzusammenballungen
hervorragend geeignet.
-
Eine vor'teilhafte Maßnahme der Erfindung besteht in der Anfeuchtung
des zellulose- oder lignozellulosehaltigen Gutes vor und/oder während der Wirbelung.
Duroh die Anfeuchtung mit Wasser, beispielsweise in Form der Bedüsung oder durch
Damp£-einleitung, wird die Formierung des Fasergutes begunstigt.
-
Es hat Bich dabei erwi@en, daß Wasser durch seine Oberflächen.
-
spannung und die Ausbildung von Hydroxylgruppen eine derartige Formierung
beschleunigt und zu einer festeren Einbindung der HUllfasern beiträgt. Dem Fasergut
wird dabei nur so.wenig Wasser zugesetzt, daß eine nachfolgende Trocknung der erzielten
Faserballungen unnötig ist bzw. so viel, wie RUr die weitere Verarbeitung, z.B.
durch Heißpressen, erforderlich ist.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
daß dem Fasergut imprägnierende Zusätze zugeführt werden. Durch diese Zusätze wird
erreicht, daß das nach dem Verfahren hergestellte Faserballmaterial als Rohstoff
fUr einen extrem großen Kreis von Fertigfabrikaten dienen kann,
So
ist beispielsweise neben dem sehr wichtigen Hydrophobieren die Möglichkeit einer
flammhemmenden Imprägnierung gegeben, ebenso wie Imprägnierungen gegen Verrottung
oder Schädlingsbefall erfolgen können.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt im Zusatz
von Bindemitteln. Durch geeignete Auswahl von Bindemitteln ergibt sich ein ungeahnt
großes Verwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Fasestoffzusammenballungen. So ermdglicht
beispielsweise der Zusatz von Phenolharz die Verarbeitung der Faserbailungen unter
schwachem Druck zu isolierenden Bauteilen, wie Schallschluck- oder Wärmedämmplatten.
Das gleiche Material, nur stärker verpreßt, kann bereits für Bauteile mit starken
Druck- und Stoßbelastungen eingesetzt werden, beispielsweise als Fußboden- oder
$Wandverkleidung. Ein höherer Phenolharzanteil in Verbindung mit noch weiter gesteigertem
Druck er.
-
gibt dann wetterfeste Außenwandbauteile und ähnlich hochwertiges Material.
Durch Zusatz eine einzigen Bindemittels ist es möglich, den Rohstoff für drei verschiedene
Endproduktgruppen zu fertigen.
-
Als Bindemittel eignen sich weiter Harnstoffharze, Weich-PVC, Polyacryl-Latex,
besonders zur Herstellung eines zähelastischen Basismaterials für Fußböden, aber
auch G,.ips' und Zement zur Herstellung von DSmm- und Le'ichtbaumaterial.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß sowohl. die Imprägnier- wie auch die Bindemittel nach erfolgter Bildung der
Faser stoffzusammenballungen zugeführt werden. Durch dieses Verfahren wird @rreicht,
daß die Bindemittel und Zusätze nicht in die Faserstoffzusammenballungen eindringen,
sondern diese nur umhüllen.
-
Es ergibt sich daraus einmal eine wesentliche Einsparung an Zusätzen,
zum anderen bleibt damit der charakteristische Aufbau erhalten, obeaso wie die dadurch
bedingten Eigenschaften.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, das Fasergut vor und/oder während der Wirbelung zu erwärmen. Dieser
Verfahrensschritt ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn thermoplastische Binde-oder
Imprägniermittel zugesetzt werden sollen. Soll beispiesweise mit Heißbitumen imprägniert
werden, so ergibt sich bei der Bedüsung der kalten Faserstoffzusammenballungen eine
dünne Umhüllung der Oberflächen. Durch Steuerung der Erwärmung kann man die Eindringtiefe
des Bitumens regulieren und dadurch die' Eigepschaften der Faserkugel beeinflussen.
-
Ebenfalls zweckmäßig ist die Erwärmung des Fasergutes, wenn es thermoplastische
Fasern enthält oder aus thermoplsstischen Fasern besteht, Durch die Erwärmung wird
dabei die Paserelastizität erhöht; es kann auch - je nach dem Grad der Erwärmung
- bei Mischungen von thermoplastischen Fasern mit anderen Fasern eine besonders
gute Bindung erzielt werden.
-
Als sehr zweckmäßig hat sich zur Durchführung des Verfahrens eine
Vorrichtung erwiesen, bei der die Wirbelung des Fasergutes durch einen Luftstrom
erfolgt. Die Wirhbelbewegung erfolgt dabei dadurch, daß mehrere Strömungen unter
veränderlichen Winkeln gegeneinandergerichtet sind. Dabei kann die Wirbelung nooh
daduroh verstärkt werden, daß die Luft pulsierend zugeführt wird.
-
In verschiedenen Fällen ist es vorteilhaft, statt mit Luft, mit anderen
Gasen zu arbeiten um dadurch besondere Ef,fekt zu erzielen, beispielsweise um eine
Dasinfektion durchzuführen, oder etwa vorhandenen Schädlingsbefall einzudämmen,
bzw. die Schädlingen zu vernichten.
-
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird eine derartige Formierung von Faserballungen erzelt, indem man Fasergut zwischen
zwei gegeneinanderlaufende Rührelemente einbringt, die mit einer so hohen UmRangsgeX
schwindigkeit laufen, daß der Stoff aus dem Trog in einer Vertikalbewegung herausgehoben
wird und oberhalb der Rührelemente eine vollkommen aufgelockerte Wirbelzone bildet.
-
Die für den erwünschten Bewegungsablauf erforderliche kinetisohe Energie
wird durch einen entsprechenden Impuls über die Rührflügel den Faserteilchen vermittelt.
Durch diesen Impuls werden die Teilchen auf die Höhe der Wirbelzone hinaufgehoben
und reiben sich dabei an den herabfallenden Teilchen, die durch die vorhergehenden
Schaufelbewegungen in die Wirbelzone befördert wurden. Es entsteht dabei eine rollende
Reibung, bei der sich die zunächst durch die Rotation gebildeten Faser.
-
flocken mit einer dichteren, kugelförmigen Faseroberfläche umgeben.
Ein Schnitt durch eine nach dem erfi,ndungsgemäßen Verfahren hergestellte Faserkugel
zeigt dabei, daß die Kugel aus einer relativ dichten Mantelschicht aus miteinander
verfilzten Pasern besteht, die einen relativ losenFaserkern umgibt.
-
Als Vorrichtungezur Durchführung des Verfahrene dient vorteilhaft
ein Aggregat, das aus einem Trog mit zwei darin gegenhäufig rotierenden. mittels
Zahnradtrieb verbundenen Wellen besteht, dis mit Rührflügeln ausgerüstet sind. Nach
einer weiteren zweckmäßigen Ausgetaltung der Erfindung ist der Anstallwinkel der
Rührfltlgel zwischen 5 und 4,0 einstellbar.
-
Durch diese Art der Ausführung wird erreicht, daß die Vor.
-
richtung sehr vielseitig einzusetzen ist, da durch die Einstellung
der Anstellwinkel der Rührflügel die Verweilzeit des laser gutes innerhalb der Vorrichtung
gesteuert wird. Je nach Schrägstellung der Rührflügel erfolgt der Transport des
Fasergutes mehr oder weniger sshnell durch die Vorrichtung.
-
Es ist also damit möglich, die Zeitdauer der Faserballbildung zu st@uern,
von der u.s. die Größe der Faserballungen abhängig ist.
-
Durch die Schrägstellung der Rührflügel wird ferner bewirkt, daß die
auf den Rührflügel auftreffenden. Teile des Fasergutes beim vertikal Hochgeworfenwerden
zusätzlich in eine taumelnde Drehbewegung um ihre eigene Achse versetzt werden.
Diese taumelnde Drehbewegung der Teilchen und das vielfache Zusammenstoßen mit den
benachbarten Teilchen in der Wirbelzone bewirken, daß sich freie Fasern zu kleinen
Faserverfilzungen von gerundeter Form aneinanderlegen.
-
Während sich dieseweiter in der Wirbelzone drehen, legen sich nach
und nach weitere Fasern an, bis sich nach einigen Minuten kugelige Faserverfilzungen
bilden, die entsprechend der Faserlänge und der Verweilzeit in der Wirbelzone einen
Durchmesser zwischen 2 und 30mm erreichen können.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt
die Umfangsgeschwindigkeit der Rührflügel 2 bis 5 m/sek. Der optimale Wert liegt
dabei bei ungefähr 3 m/sek., während sich unterhalb 2 m/sek. keine wirkungsvolle
Wirbelzone ausbildet, andererseits, steigt die Umfangsgeschwindigkeit Uber 5 m/sek,
bereits gebildete Faserverfilzungen wieder zerstört werden.
-
Als Beispiel sollen weitern Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
an Hand der Zeichnungen. Figur 1 bis 3 näher erläutert werden.
-
In Figur 1 ist eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur Herstellung
dichter Faserverfilzungen von gerundeter Form im Mngsschnitt dargestellt, bestehend
aus einem Trog 1 und einer Haube 2, die mit Einspritzöffnungen 3 fUr Flüssigkeiten
besetzt ist. Das Faeergut wird durch einen Trichter 4 zugeführt und verläßt die
Vorrichtung durch die Auslaß-Öffnung 5 als Faserballung.
-
Im Trog 1 ist ein Rührwerk angeordnet, das aus zwei gegeneinanderlaufenden
Wellen 6 mit darauf befestigten schräggestellten Rtlhrflügeln 7 besteht. Eine der
beiden Wellen 6 wird Uber eine Keilriemenscheibe 8 vom Motor 9 angetrieben und bewegt
über einen Zahnradantrieb 10 die zweite Welle 6 mit gleicher Drehzahl. Beide Wellen
6 sind in den Lagern 11 gelagert.
-
Am Ende der Vorrichtung ist in den Trogboden ein Sieb 12 eingelassen,
durch welches loses, nicht formiertes Fasergut ausgetragen und Uber einen nicht
abgebildeten Rücklauf zur Einlaßöffnung 4 befördert wird.
-
Figur 2 zeigt einen Querschnitt AA durch die Vorrichtung mit Trog
1, Haube 2 und Einopritzöffnungen 3 nach Fig.1.
-
Das im Trog 1 angeordnete'RUhrwerk besteht aus zwei mit Rührflügeln
7 besetzten Wellen 6, die mit gleicher Drehzahl und einer Phasenverschiebung von
45° so gegeneinanderlaufen, daß sich die RUhrflUgel 7 beider Wellen 6 nicht gegenseitig
behindern.
-
Zwei sich gegenUberliegende Rührflügel 7 sind auf der Welle 6 als
Paar befestig@t, wobei jedes folgende Paar jeweils um 90° versetzt angeordnet ist.
-
Die Flächen dieser Rührflügel 7 sind in einem Winkel von 45° schräggestellt,
um einmal das Fasergut schraubenförmig zu transportieren und zum anderen hochgewirbelte
Fasergutteile in eine rollende Drehbewegung zu versetzen.
-
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Trog 1,
Haube 2, und Einapritzöffnungen 3 Moh Fig.1
Innerhalb der Vorrichtung
sind beidseitig an den Außenwandungen Luftführungen 13 angeordnet, die in kurzen
Abständen Zuluftöffnungen 14 zum Austritt von Druckluft besitzen. Diese Zuluftöffnungen
14 sind so auf die Trogwandung gerichtet, daß sich zwei gegenUberliegen4e Luftströmungen
in der Mitte des Troges 1 treffen und aufsteigend eine Wirbelzone ausbilden Zur
Führung der Luftströmung sind in dem oberen Teil der Vorrichtung Abluftöffnungen
15 angebracht, vor denen sich Fasergutabscheider 16 zur Reinigung des Luftstromes
befinden.
-
Die abgesogene Luft wird Uber ein B Gebläse 17 den Zuluftöffnungen
14 wieder zugeführt.
-
Zur Förderung des Fasergutes innerhalb der Vorrichtung wird der Vertikalbewegung
des Luftstromes durch einen einstellbaren Anstellwinkel der Zuluftöffnungen 14 eine
langsame Bewegung der Wirbelzone in Horizontalebene überlagert.