DE19915955C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines strangartigen Faserverbundes aus Glasfasern - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines strangartigen Faserverbundes (14) aus Glasfasern (4) und mindestens einem Zusatzmaterial (16) angegeben mit einer rotierenden Ziehfläche (6), einer Abhebeeinrichtung (9), einem Spinntrichter (10), der in seiner Umfangswand eine längliche Zuführöffnung (11) mit einem ersten Speisepfad für Glasfasern und an einer Stirnseite eine Abzugsöffnung aufweist, mit einer Abzugseinrichtung (26) und mit einer Speiseeinrichtung (15) für das Zusatzmaterial. DOLLAR A Hierbei möchte man den Faserverbund homogen mischen können. DOLLAR A Hierzu weist die Speiseeinrichtung (15) einen zweiten Speisepfad (22) auf, der getrennt vom ersten Speisepfad durch die Umfangswand des Spinntrichters (10) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines strangartigen Faserverbundes aus Glasfasern und mindestens einem Zusatzmaterial mit einer rotierenden Ziehfläche, einer Abhebeeinrichtung, einem Spinntrich­ ter, der in seiner Umfangswand eine längliche Zuführ­ öffnung mit einem ersten Speisepfad für Glasfasern und an einer Stirnseite eine Abzugsöffnung aufweist, mit einer Abzugseinrichtung und mit einer Speiseeinrichtung für das Zusatzmaterial. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines strangartigen Faser­ verbundes aus Glasfasern und mindestens einem Zusatzma­ terial, bei dem eine Vielzahl von Glasfasern in einen im wesentlichen rotationssymmetrischen, zumindest in Umfangsrichtung bis auf eine Zuführöffnung geschlosse­ nen Raum geleitet werden, in dem sie einen Faserwirbel bilden, der an einer Stirnseite des Raumes als Faser­ band abgezogen wird.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus DE 36 34 904 A1 bekannt. Dort tritt geschmolzenes Glas aus Düsen an der Unterseite von Schmelzwannen aus. Die dabei entstehenden Tropfen ziehen Glasfäden aus, die, wenn die Tropfen auf eine schiefe Ebene gelangen, zur Anlage an die Ziehtrommel kommen und von ihr ausgezogen werden. Vor Erreichen ei­ ner vollständigen Umschlingung der Trommel werden die Fäden mit Hilfe einer Abhebeeinrichtung von der Zieh­ fläche abgehoben. Sie gelangen dann in den Spinntrich­ ter, wo sie mit Hilfe des an der Ziehfläche anhaftenden Luftstromes, der gleichzeitig mitabgehoben wird, ver­ wirbelt werden. Der so entstehende Glasfaserverbund wird mit Hilfe einer Abzugseinrichtung durch die Ab­ zugsöffnung abgezogen. Ferner ist eine Auftragseinrich­ tung für Fasern aus einem anderen Material vorgesehen, die Synthesefasern an der Stelle auf die Ziehfläche aufbringt, an der die Glasfäden auf die Ziehfläche ge­ langen. Alternativ dazu kann der Auftrag der Synthese­ fasern auch an der Abnahmestelle der Glasfäden bzw. auf dem Stück zwischen dieser Abnahmestelle und dem Ein­ tritt in den Spinntrichter erfolgen.

Mit dieser Art der Herstellung lassen sich gemischte Faserverbünde aus Glasfasern und einem Zusatzmaterial, vorzugsweise Kunststoff, wie Polyamid, herstellen. Al­ lerdings läßt sich feststellen, daß diese Faserverbünde im Querschnitt eine nicht allzu große Homogenität auf­ weisen. Man findet "Nester" von Glasfasern und "Nester" von Zusatzmaterialfasern, d. h. die einzelnen Materiali­ en treten innerhalb des Faserverbundes gruppiert auf. Dies ist für viele Anwendungszwecke ohne weiteres hin­ nehmbar. Die Zugfestigkeit bleibt erhalten.

EP 0 616 055 B1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Herstellung eines Verbundgarnes, bei dem end­ lose Glasfilamente mit endlosen Filamenten aus thermo­ plastischem organischen Material verbunden werden. Hierzu werden die einzelnen Glasfilamente über eine Be­ schichtungseinrichtung geleitet. Die vorbehandelten Kunststoffilamente werden dann gemeinsam mit den Glas­ filamenten über eine Spannrolle geleitet und danach versponnen. Allerdings läßt sich auch hier beobachten, daß der Faserverbund im Querschnitt relativ inhomogen ist.

Die nachveröffentlichte DE 198 00 725 A1 zeigt ein wei­ teres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zum Her­ stellung eines strangartigen Faserverbundes, bei dem Glasfasern über eine Ziehtrommel einem Spinntrichter zugeführt werden, der in seiner Umfangswand eine läng­ liche Zuführöffnung aufweist. Ferner ist an einer Stirnseite des Spinntrichters eine Abzugsöffnung vorge­ sehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Spinntrich­ ters ist eine weitere Öffnung vorgesehen, durch die ein Zusatzmaterial in den Spinntrichter eingeführt wird. Das Zusatzmaterial und die Glasfasern können dann im Spinntrichter miteinander verwirbelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faser­ verbund mit möglichst großer Homogenität zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Speiseeinrichtung einen zweiten Speisepfad aufweist, der getrennt vom er­ sten Speisepfad durch die Umfangswand des Spinntrich­ ters verläuft.

Man verwendet also eine herkömmliche und bekannte Vor­ richtung zum Herstellen des Faserverbundes, wandelt diese jedoch in sofern ab, als man für das Zuführen des Zusatzmaterials einen anderen Ort und auch einen ande­ ren Weg wählt. Bislang ging man davon aus, daß bei der Spinntrommelziehvorrichtung die Glasfasern und die Zu­ satzfasern auf der Ziehfläche schon gemischt wurden, so daß ein gemischtes Material in den Spinntrichter einge­ führt wurde. Diese Annahme scheint aber nicht zugetrof­ fen zu haben. Möglicherweise liegt das daran, daß die aufgetragenen Kunststoffasern die Luftschicht, die an der Ziehfläche anhaftet und in der die einzelnen Glas­ fäden "schwimmen", nicht durchdringen konnten. Dement­ sprechend findet bei der bekannten Vorgehensweise eine Durchmischung zwischen den Glasfasern und den Kunst­ stoffasern auf der Ziehfläche noch gar nicht statt. Wenn man nun einen zweiten Speisepfad verwendet, um das Zusatzmaterial ganz gezielt in den Spinntrichter einzu­ speisen, dann ist man nicht mehr darauf angewiesen, daß sich die Glasfasern und das Zusatzmaterial bereits auf der Ziehfläche mischen. Man erzielt die Mischung mit einer sehr guten Homogenität vielmehr erst im Spinn­ trichter. Diese Vorgehensweise hat neben der verbesser­ ten Homogenität auch den Vorteil, daß die Verschmut­ zungsgefahr für die Umgebung durch das Zusatzmaterial geringer ist. Der Zustrom des Zusatzmaterials läßt sich besser steuern. Mit der höheren Homogenität erreicht man eine gute Kerbschlagfestigkeit und eine gute Biege­ festigkeit, d. h. eine Festigkeit in einer anderen als nur der Zugrichtung. Darüber hinaus können Flächenmate­ rialien, die aus derartigen Faserverbänden hergestellt werden, mit kürzeren Preßzeiten verarbeitet werden, so daß ein Verbundwerkstoff schneller und kostengünstiger hergestellt werden kann.

Vorzugsweise verlaufen der erste und der zweite Speise­ pfad durch die Zuführöffnung und sind durch eine Trenn­ wand voneinander getrennt. Dementsprechend sind gegen­ über der herkömmlichen Vorrichtung nur kleinere Ände­ rungen notwendig. Im Grunde genommen reicht es aus, ein Blech in die Zuführöffnung einzuschieben, an dessen Un­ terseite die Glasfasern zulaufen und an dessen Obersei­ te die Fasern des Zusatzmaterials. Die Verwirbelung er­ folgt dann im Spinntrichter, wo sich die entsprechenden Wirbel ausbilden können, ohne durch weitere Öffnungen in der Umfangswand des Spinntrichters gestört zu wer­ den.

Vorzugsweise weist der zweite Speisepfad einen Kanal auf, der in die Zuführöffnung hineinragt oder mit ihr abschließt. Damit läßt sich der Zustrom des Zusatzmate­ rials noch besser steuern. Das gesamte Zusatzmaterial, das in den Kanal gelangt, wird auch dem Spinntrichter zugeführt.

Vorzugsweise weist der zweite Speisepfad eine eigene Luftversorgung auf. Das Zusatzmaterial wird dann pneu­ matisch in den Spinntrichter gefördert. Diese Zusatz­ luft sorgt auch dafür, daß sich das Zusatzmaterial mit den Glasfasern mischen kann.

Vorzugsweise ist der Luftstrom der Luftversorgung ver­ änderbar. Damit erhält man eine weitere Maßnahme, um den Aufbau des Faserverbundes zu verändern. Man kann den Luftstrom der Luftversorgung an den Luftstrom an­ passen, der von der Ziehtrommel erzeugt wird. Damit sind auch unterschiedliche Maschineneinstellungen, bei­ spielsweise Produktionsgeschwindigkeiten, möglich.

Mit Vorteil weist die Zuführeinrichtung eine Auflöse­ einheit auf. Man kann dann das Zusatzmaterial in einer besser handhabbaren Form, beispielsweise in Form eines Faserbandes oder eines Vlieses, bis zu der Auflöseein­ heit transportieren. Dort werden die Fasern des Zusatz­ materials "vereinzelt". Erst die Einzelfasern oder Gruppen von wenigen Fasern werden dann über den zweiten Zuführpfad in den Spinntrichter eingeführt.

Vorzugsweise ist die Auflöseeinheit mit einem in den zweiten Zuführpfad gerichteten Luftstrom beaufschlagt. Dieser Luftstrom hat dann drei Aufgaben. Er nimmt das Zusatzmaterial von der Auflöseeinheit ab, reinigt diese also permanent ab, so daß das Auflöseergebnis konstant gut bleibt, er fördert sodann die Fasern des Zusatzma­ terials zum Spinntrichter und sorgt dort für eine noch bessere Homogenisierung.

Vorteilhafterweise ist der erste Zuführpfad dichter an der Außenwand des Spinntrichters angeordnet als der zweite Zuführpfad. Dies erleichtert den Aufbau. Der Spinntrichter oder ein Schaberleitblech kann nach wie vor relativ dicht an der Ziehfläche bleiben, so daß man die dort anhaftende Luft zum Verwirbeln der Fasern ver­ wenden kann.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß das Zusatzmaterial ge­ trennt von den Glasfasern durch die Umfangswand in den Raum geleitet wird.

Erst im Raum, d. h. im Spinntrichter erfolgt dann die Vermischung und Verwirbelung der beiden Materialien. Erstaunlicherweise ergibt sich dadurch eine verbesserte Homogenität des Faserverbundes.

Vorzugsweise wird das Zusatzmaterial durch die gleiche Zuführöffnung in einem vom Glasfaserstrom getrennten Zusatzmaterialstrom in den Raum geleitet. Damit werden günstige Bedingungen für die Verwirbelung beibehalten. Der Raum hat in seiner Umfangswand nur eine Störstelle. Man kann beide Materialien vor der eigentlichen Verwir­ belung dichter zusammenwirken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur eine Vorrichtung zum Herstellen ei­ nes Faserverbundes.

In der Figur ist eine Vorrichtung 1 zum Herstellen ei­ nes strangartigen Faserverbundes nur mit ihren wesent­ lichen Einzelheiten dargestellt. Schmelzwannen oder Bushings 2 weisen an ihrer Unterseite Düsen 3 auf, durch die geschmolzenes Glas in Form von Fasern 4 oder Fäden austritt. Diese Fäden werden zu Beginn dadurch erzeugt, daß ein aus einer Düse 3 austretender Gla­ stropfen auf ein Leitblech 5 fällt und dabei eine Faser 4 hinter sich her zieht, die dann, wenn der Tropfen auf dem Leitblech 5 weiter abrutscht, mit der Oberfläche 6 einer Ziehtrommel 7 in Kontakt kommt. Die Ziehtrommel 7 dreht sich in Richtung des Pfeiles 8 mit einer gewissen Geschwindigkeit, wobei an der Oberfläche 6, die eine Ziehfläche bildet, eine Luftschicht anhaftet. Die Ober­ fläche nimmt die Fasern 4 mit. In der Regel wird die Mitnahme durch eine dünne Ölschicht auf der Oberfläche 6 unterstützt.

Die Glasfasern 4 werden mit einer Abnahmeeinrichtung 9, beispielsweise einer Schaberklinge, von der Ziehtrommel 7 abgehoben und in einen Spinntrichter 10 eingeführt, der zu diesem Zweck eine Zuführöffnung 11 aufweist. Ein Schaberleitblech 12 des Spinntrichters 10 geht mehr oder weniger übergangslos in die Abnahmeeinrichtung 9 über. Der Spinntrichter 10 hat, abgesehen von der Zu­ führöffnung 11 und dem Schaberleitblech 12, eine im we­ sentlichen rotationssymmetrische Form. Seine Achse ist im wesentlichen parallel zur Achse 13 der Spinntrommel 7 gerichtet. Dementsprechend kann die Luftschicht, die mit der Abnahmeeinrichtung 9 gleichfalls von der Ober­ fläche 6 der Spinntrommel 7 abgeschält wird, der soge­ nannte Trommelwind, in den Spinntrichter 10 eintreten und dort eine Verwirbelung der Glasfasern 4 bewirken. Hierbei ist zu bemerken, daß die Fasern innerhalb des Spinntrichters 10 in der Regel als Stapelfasern vorlie­ gen. Die Glasfasern 4 sind also irgendwo auf dem Weg zwischen Spinntrommel 7 und Spinntrichter 10 oder im Spinntrichter 10 gebrochen worden.

An einer Stirnseite des Spinntrichter 10 (senkrecht zur Zeichenebene) kann man dann einen Faserverbund 14 ab­ ziehen.

Weiterhin weit die Vorrichtung noch eine Speiseein­ richtung 15 für ein Zusatzmaterial 16 auf. Das Zusatz­ material 16 kann aus Kunststoffasern bestehen, bei­ spielsweise aus Polyamid, die in den Faserverbund 14 "eingebaut" werden sollen. Für die nachfolgende Erläu­ terung wird angenommen, daß das Zusatzmaterial 16 als Band in Form eines Vorgarnes zugeführt wird. Natürlich ist es auch möglich, daß das Zusatzmaterial 16 in einer anderen Form zugeführt wird, die sich in Einzelfasern oder kleineren Faserkonglomerate auflösen läßt, bei­ spielsweise als Vlies oder als Flocke.

Die Speiseeinrichtung 15 weist zunächst Einzugswalzen 17 auf, mit denen das Zusatzmaterial zugeführt wird. Ferner ist eine Auflöseeinrichtung 18, 19 vorgesehen, die die Fasern des Zusatzmaterials 16 vereinzelt. Hier­ bei kann es sich beispielsweise um gegeneinander lau­ fende Garniturwalzen nach Art einer Karde oder eines Krempels handeln. Die obere Walze 18 der Auflöseein­ richtung 18, 19 zupft hierbei einzelne Fasern oder Fa­ sergruppen aus dem Zusatzmaterial 16 heraus. Eine wei­ tere Vereinzelung erfolgt mit der unteren Walze 19. Die untere Walze 19 ist durch ein Gebläse 20 mit einem Luftstrom beaufschlagt, der mehrere Aufgaben hat. Zum einen bläst der Luftstrom 21 die Fasern von der unteren Walze 19 ab. Danach fördert er sie in einen Kanal 22, des­ sen Mündung 23 in den Spinntrichter 10 eingeführt ist. Hierbei reicht es aus, wenn die Mündung 23 mit der Zu­ führöffnung 11 abschließt oder sogar kurz davor endet, solange sichergestellt ist, daß die Fasern des Zusatz­ materials 16 und die Glasfasern getrennt voneinander in den Spinntrichter 10 eingeführt werden. Der Raum zwi­ schen dem Kanal 22 und der Seitenwand 12 bildet dement­ sprechend einen ersten Speisepfad, auf dem die Glasfa­ sern 4 zugeführt werden. Der Kanal 22 bildet einen zweiten Speisepfad, in dem die Zusatzmaterialfasern zu­ geführt werden. Der Luftstrom 21, der die Zusatzmateri­ alfasern durch den Kanal 22 gefördert hat, verstärkt dann den Trommelwind im Spinntrichter 20. Dort werden dementsprechend die Glasfasern und die Fasern des Zu­ satzmaterials innig gemischt, so daß eine Faserstruktur mit einer relativ guten Homogenität entsteht, und gleichzeitig verwirbelt, so daß in einem Arbeitsgang ein Hybrid-Vorgarn oder kurz "Hybridgarn" entsteht, das als Faserverbund 14 abgezogen werden kann.

Auf den Faserverbund 14 kann noch eine Präparation auf­ gebracht werden. Auch kann eine Schließeinrichtung vor­ gesehen sein (nicht dargestellt), die den Faserverbund 14 verfestigt und ihm eine kompakte Struktur verleiht.

Der Faserverbund 14 kann über Umlenkwalzen 24 umgelenkt werden. Anschließend kann es auf eine Spule 26 aufge­ wickelt werden.

Bei der Zusammenstellung des Faserverbundes 14 hat man durch das Gebläse 20, dessen Luftstrom steuerbar ist, eine weitere Steuerungsmöglichkeit. Je stärker der Luftstrom ist, desto stärker ist auch der Luftwirbel im Spinntrichter 10. Wenn man die Zufuhr des Zusatzmateri­ als 16 gleichlaufend steuert, d. h. mit mehr oder weni­ ger Luft auch entsprechend mehr oder weniger Zusatzma­ terial zugibt, dann kann man auch den Anteil des Zu­ satzmaterials am Faserverbund 14 beeinflussen.

Man kann anstelle des dargestellten einen Zusatzmateri­ als 16 natürlich auch noch weitere Zusatzmaterialien verwenden, solange sie in Form von Stapelfasern, d. h. Fasern mit begrenzter Länge, vorliegen. Hierbei kann die Mischung der mehreren Zusatzmaterialien bereits im Kanal 22 erfolgen. Es ist aber auch möglich, jedes ein­ zelne Zusatzmaterial getrennt in den Spinntrichter 10 einzuführen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines strangartigen Fa­ serverbundes aus Glasfasern und mindestens einem Zusatzmaterial mit einer rotierenden Ziehfläche, einer Abhebeeinrichtung, einem Spinntrichter, der in seiner Umfangswand eine längliche Zuführöffnung mit einem ersten Speisepfad für Glasfasern und an einer Stirnseite eine Abzugsöffnung aufweist, mit einer Abzugseinrichtung und mit einer Speiseein­ richtung für das Zusatzmaterial, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speiseeinrichtung (15) einen zweiten Speisepfad (22) aufweist, der getrennt vom ersten Speisepfad durch die Umfangswand des Spinntrichters (10) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste und der zweite Speisepfad durch die Zuführöffnung (11) verlaufend und durch eine Trennwand voneinander getrennt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Speisepfad einen Kanal (22) aufweist, der in die Zuführöffnung (11) hin­ einragt oder mit ihr abschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Speisepfad (22) eine eigene Luftversorgung (20) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Luftstrom der Luftversorgung (20) ver­ änderbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (15) eine Auflöseeinheit (18, 19) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auflöseeinheit (18, 19) mit einem in den zweiten Speisepfad (22) gerichteten Luftstrom beaufschlagt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Speisepfad dichter an der Außenwand (12) des Spinntrichters (10) angeordnet ist als der zweite Speisepfad (22).

9. Verfahren zum Herstellen eines strangartigen Faser­ verbundes aus Glasfasern und mindestens einem Zu­ satzmaterial, bei dem eine Vielzahl von Glasfasern in einen im wesentlichen rotationssymmetrischen, zumindest in Umfangsrichtung bis auf eine Zuführ­ öffnung geschlossenen Raum geleitet werden, in dem sie einen Faserwirbel bilden, der an einer Stirn­ seite des Raumes als Faserband abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial ge­ trennt von den Glasfasern durch die Umfangswand in den Raum geleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial durch die gleiche Zuführöff­ nung in einem vom Glasfaserstrom getrennten Zusatz­ materialstrom in den Raum geleitet wird.