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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Faservliesstoffes
nach dem Meltblown Verfahren mit einem Düsenwerkzeug; abgebende Filamente,
die auf eine Transportablage abgelegt werden.
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Mit
der Meltblown Technologie werden Mikrofaservliesstoffe hergestellt,
die im Bereich der Filtration eine breite Anwendung finden. Es werden
Mikrofaservliesstoffe für
Schwebstofffilter eingesetzt, hauptsächlich aber nur für die untersten
Kategorien. Bei der herkömmlichen
Betriebsweise von Meltblown Anlagen besteht der Nachteil, dass bei
einem zunehmenden Flächengewicht,
das für
Schwebstofffilter in Frage kommt, die Prozessluft immer schlechter
abgesaugt werden kann, weil die Luftdurchlässigkeit des Vliesstoffes immer
geringer wird. Die Ablage der Fasern geschieht entweder eben auf
ein umlaufendes Transportband oder auf einen rotierenden Kollektor.
Bei niedrigen Durchsatzleistungen und dadurch bedingt geringen Transportgeschwindigkeiten
werden die Fasern an der Oberfläche
des Vlieses durch Turbulenzen vermehrt abgelöst, eine Steigerung der Vliesqualität ist damit
eingeschränkt.
Die mit dieser Technologie herstellbaren Feinstfasern lassen sich
aus diesem Grund nicht gleichmäßig ablegen.
Das Optimieren des Prozesses für
hochwertigere Produkte ist aus diesem Grund begrenzt. Die für den Bereich
von Schwebstofffiltern nötigen
Feinstfaservliesstoffe lassen sich mit dem herkömmilichen Meltblown Prozess
nur unzureichend herstellen.
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Das
Patent
EP 1340844 A1 versucht
das Problem dadurch zu lösen,
dass im Bereich der Absaugung unter dem Transportband verschiedene
Saugkanäle
hintereinander angeordnet werden, mit verschiedenen Luftabsauggeschwindigkeiten,
die das erzeugte Vlies besser fixieren und gleichsam die Prozessluft
absaugen sollen. Dies soll dazu führen, dass Ungleichmäßigkeiten
in der Produktdicke, Luftdurchlässigkeit
und Festigkeit ausgeglichen werden. Diese Erfindung lässt jedoch
außer
Acht, dass bei Materialien ab ca. 80 g/m
2 und
insbesondere bei mehrlagigen Produkten die Luftdurchlässigkeit
so gering werden kann, dass der Absaugluft unter dem Transportband
hauptsächlich
nur die Aufgabe zukommt das Vlies auf dem Transportband zu fixieren, ohne
die Prozessluft ausreichend absaugen zu können. Bedenkt man außerdem,
dass der Abstand zwischen Faseraustritt des Düsenwerkzeugs und der Transportablageebene
bis auf ca. 80 mm reduziert werden kann, so zeigt sich darin die
Problematik die Luftturbulenzen im Bereich der Ablage beherrschen
zu können.
Die Struktur des Vliesstoffes wird die Anforderungen hoher Gleichmäßigkeiten
nicht erfüllen
können
und damit auch nicht die Anforderungen, die an Schwebstofffilter
der Kategorie H und U der DIN EN 1822 gestellt werden. Die entstehenden
Turbulenzen der Prozessluft können
auf diese Weise nicht aufgehoben werden, wodurch die Beschränkung hochwertige
Produkte herzustellen, insbesondere für die Schwebstofffilter, weiter
bestehen bleibt.
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Schwebstofffilter
werden bisher vorwiegend aus Glasfaserpapieren hergestellt, diese
sind aber umstritten wegen des Ausstaubens gebrochener Fasern in
die Reinluft. Diese Gefahr besteht für Vliesstoffe der Meltblown
Technologie nicht, wegen ihrer höheren
Elastizität
und der damit verbundenen Unempfindlichkeit gegen Bruch.
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Der
Erfindung liegt zur Erzeugung eines hochwertigen Faservliesstoffes
nach dem Meltblown Verfahren eine Vorrichtung zugrunde, welche Turbulenzen
durch das Luftleitsystem vermeidet und dadurch eine hohe Gleichmäßigkeit
des Vliesstoffes gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst.
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Die
Erfindung beschreibt eine Vorrichtung 1, bei dem
mit Hilfe des Meltblown Verfahren Mikrofasern hergestellt werden.
Im Bereich der Ablage, die aus einem Aufnahme/Transportsystem besteht,
werden die Fasern abgelegt und bilden dort ein ohne weitere Bindemittel
zusammen hängendes
Vlies. Die Erfindung geht den Weg den Bereich der Ablage durch ein
geeignetes Luftleitsystem nahezu störungsfrei von Luftturbulenzen
zu halten. Dazu wird auf beiden Seiten der Ablage ein Luftleitsystem
adaptiert, wodurch der Bereich der Ablage nahezu turbulenzfrei wird.
Dies wird durch die einstellbare Absaugluftmenge des Luftleitsystems und
die des Kollektors geregelt. Hinzu kommt, dass der Ablagebereich
für die
Fasern auf dem Kollektor so eingestellt werden kann, dass die Ablagebreite
auf die wirklichen Verhältnisse
des Faserstrahls eingestellt werden. Dadurch ist es möglich Prozessbedingungen
zu realisieren, die Faserfeinheiten erzeugen und eine Gleichmäßigkeit
der Vliesstruktur, dass dadurch Eigenschaften resultieren, die für Schwebstofffilter
gefordert werden. Unter diesen Bedingungen sind Mikrofaser Vliesstoffe
herstellbar, die in den Bereich der Schwebstofffilter einzuordnen
sind. Grundlage für
diese Gleichmäßigkeit
ist ein Meltblown System, bei dem durch die Präzision der Konstruktion und
Verfahrenstechnik der Ausstoß von
Polymer und Prozessluft des Werkzeuges über die Produktionsbreite genau
geregelt werden kann. Verfahrensbedingt können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
veränderte
Prozessparameter eingestellt werden, wodurch wesentlich feinere
Fasern entstehen, die auf der Ablage störungsfrei fixiert und weitertransportiert
werden können.
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Erfindungsgemäß ist der
Abstand zwischen zwei Luftleitsystemen auf ein definiertes Maß (z.B. 150mm)
eingestellt. Dieses Maß ist
aber variierbar von 50 mm bis 300 mm, je nach Produktionsbedingungen. Die
abgelegten Fasern bilden ein Vlies, das unmittelbar in den Spalt
transportiert wird. Das Spaltmaß zwischen Transportsystem
und Luftleiteinrichtung wird individuell auf das Produkt abgestimmt.
Die Luftleitsysteme saugen die Prozessluft im Bereich der Ablage
ab, der dem transportierenden Vlies zugeneigte Teil des Luftleitsystems
saugt keine Luft an. Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass die
Ablage in einen nahezu turbulenzfreien Zustand versetzt werden kann.
Dadurch sind Parameteroptimierungen erreichbar, die mit dem herkömmlichen Meltblown-System
nicht möglich
waren. Das erzeugte Vlies wird unmittelbar in den schützenden
Spaltbereich transportiert. Der Bereich des Luftleitsystems besteht
aus einer luftdurchlässigen
Oberfläche.
Dies kann durch verschiedene konstruktive Gestaltungen erreicht
werden, entweder durch geeignete Lochbleche, entsprechende Gewebe
oder geeignete Luftkanäle,
die die Prozessluft gleichmäßig absaugen.
Die Vergleichmäßigung der
angesaugten Luft ist Stand der Technik. Die Höhe des Luftleitsystems lässt sich
variieren in Bezug zur Ablageebene des Transportsystems, vorzugsweise
auf das gleiche Niveau wie die Transportebene. Die Variationsbreite
soll jeweils 100 mm von der Ablageebene nach oben und unten betragen.
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Es
ist auch möglich,
die Erfindung umzusetzen auf ein System mit einer ebenen Ablage
in Form eines Transportbands. In Produktionsrichtung vor und hinter
der Faserablage werden die Luftleitsysteme als luftdurchlässige Hohlkammerprofile
angeordnet, die den gleichen Anforderungen genügen müssen wie die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die für
den rotierenden Kollektor eingesetzt wird. Die Hohlkammerprofile,
in denen die Prozessluft abgesaugt wird, werden ebenso angeordnet
und justiert wie in der oben beschriebenen Erfindung. Der Spalt
zwischen Transportband und Hohlkammerprofil wird individuell auf
das Produkt abgestimmt. Die das Ablagesystem übenagende Höhe der Profile sollte nicht
mehr als 100 mm, vorzugsweise 50 mm betragen. Das Hohlprofil kann
verschiedene Formen haben, vorzugsweise länglich mit gerundeten Enden,
Rundform, Viereck, Dreieck, Vieleck und auch strömungsbedingte Sonderformen.
Ein Nachteil bei der Modifizierung eines Systems mit Transportband
besteht darin, dass es auf jeden Fall einen Aufbau gibt in Bezug
auf die Ablage/Transportebene. Daraus folgt, dass hinsichtlich der
Eignung für
die Herstellung von hochwertigen Vliesstoffen dadurch ein Nachteil
bestehen kann gegenüber
einem rotierenden Kollektorsystem hinsichtlich der Variationsbreite
der Prozessbedingungen und der Präzision der Ablage auf dem Transportsystem,
weshalb ein Kollektorsystem für
die Optimierung von hochwertigen Vliesstoffen für Schwebstofffilter geeigneter
erscheint. Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung schematisch die
Erfindung dargestellt.
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1 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Meltblown-Anlage
und
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2 Ausführung mit
Transportband
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Die 1 beschreibt
eine Meltblown-Anlage mit einem Düsenwerkzeug 1, in
dem Polymer 14 extrudiert wird und mit der Prozessluft 15,18 gemeinsam
in der vorgegebenen Richtung zusammengeführt wird, so dass daraus prozessbedingt
Polymerfilamente 2 entstehen. Die Polymerfilamente und
die Prozessluft werden entsprechend temperiert. Die Polymerausstossmenge
und die Prozessluftgeschwindigkeit werden so aufeinander abgestimmt,
dass unter den verbesserten Strömungsverhältnissen
im Bereich der Ablage die gebildeten Filamente auf den Kollektor
gelangen. Diese Filamente werden auf dem rotierenden Kollektor 3 im
Bereich der Ablage 17 abgelegt und bilden dort ohne weitere
Bindemittel ein zusammenhängendes
Vlies 13. Der Abstand E zwischen dem Düsenwerkzeug 1 und
der Ablage/Transportebene F ist je nach Prozessbedingungen variierbar
und wird wahlweise auf 200 mm eingestellt. Beidseitig des Ablagekollektors
sind Luftleitsysteme 4,6 adaptiert, die den Ablagebereich 17 auf
ein Maß B
von 150 mm begrenzen. Dieses Maß B
ist variierbar in den Grenzen von 50 mm bis 300 mm. Die Oberfläche 5 der
Luftleitsysteme 4,6 besteht aus einem Lochblech,
luftdurchlässigem
Gewebe oder Luftkanälen,
wodurch die Prozessluft im Bereich X-X abgesaugt wird. Das gleichmäßige Absaugen
mit verschiedenen Absauggeschwindigkeiten ist Stand der Technik.
Vorzugsweise werden die Luftleitsysteme 4,6 auf
das Niveau F angeordnet, auf gleicher Ebene mit der Ablage 17 auf
den Kollektor. Die Ebene F der Luftleitsysteme 4,6 in
Bezug zur Ablage ist variierbar mit dem Maß A von +/-100 mm. Hat das Maß A einen positiven Wert, so
kann sich die Kontur der Absaugoberfläche 5 derart ändern, dass
ein vertikaler Aufbau entsteht, bedingt durch das Maß A. In
diesem Fall wird die Prozessluft nicht nur vertikal abgesaugt, sondern
auch in horizontaler Richtung.
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Durch
konstruktive Ausführungen
der Ansaugoberfläche
ergeben sich Absaugrichtungen, die einen Radius von 180 Grad beschreiben,
in Bezug auf die Ablage/Transportebene. Durch die Saugiuftleitung 19 wird durch
die luftdurchlässige
Oberfläche
des Kollektors Prozessluft abgesaugt, und zwar im Bereich der Ablagebreite
B, als auch in Transportrichtung von und bis zu den Umlenkrollen 7,8,9,10.
Die Ansaugoberfläche
des Kollektors 3 saugt die Prozessluft ab und fixiert das
fertige Vlies während
des Transports.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung,
angewendet auf ein ebenes Transportband 8. Die aus dem
Düsenwerkzeug 1 abgebenden
Filamente 2 gelangen auf das Transportablageband 8,
das von Transportrollen 6,7 geführt wird,
und beidseitig der Filamente 2 sind die Luftleitsysteme 3,4 adaptiert.
Die Luftleitsysteme sind an der gesamten Oberfläche luftdurchlässig, außer zu der
Seite, die dem transportierten Vliesstoff zugeneigt ist. Durch ein
geeignetes Absaugsystem 5 wird die Prozessluft im Bereich
der Ablage abgesaugt. Die verwendeten Hohlkammerprofile 3, 4 können als
Rechteckform eingesetzt werden, andere Formen sind jedoch auch denkbar,
z.B. Dreieck, Rundprofil, Vieleck und auch strömungstechnische Sonderformen.
Die Höhe
A der Hohlkammerprofile soll nicht mehr als 100 mm betragen, vorzugsweise
50 mm. Die Verhältnisse
der Abstandsmaße
der adaptierten Luftleitsysteme 3,4 verhalten
sich wie in der Beschreibung zur 1. Unterhalb
vom Transportband 8 ist ein Saugkasten 5 angeordnet,
der nach dem Stand der Technik die Prozessluft absaugt und zusätzlich das
Vlies auf dem Transportband fixiert. Das fertige Vlies wird zwischen
Transportband 8 und Luftleitsystem 4 hindurch
geführt
und wird von dort weitertransportiert.
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Durch
die turbulenzfreie Ablage lassen sich Feinstfaser-Vliesstoffe herstellen,
die durch ihre hohe Gleichmäßigkeit
für Schwebstofffilter
geeignet sind, darüber
hinaus lassen sich mit dieser Erfindung auch für andere Anforderungen qualitativ
hochwertigere Produkte herstellen, weil dadurch das Potential der
Meltblown Technologie besser genutzt werden kann.
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Nachfolgend
werden einige Beispiele erläutert:
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Beispiel 1
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Eine
Produktionsanlage von 1,6 m Produktionsbreite arbeitet mit einer
Polymerleistung von 0,35 g/(h*min), ca. 40 kg/h, und 2400 Nm3/h Prozessluft. Der Abstand zwischen der
Düse 1 und
dem Kollektor 3 beträgt
ca. 200 mm. Die Absaugleistung des Luftleitsystems 4,6 und
des Kollektors 3 haben zusammen eine Saugleistung von ca.
3 × 5000
Nm3/h. Der Schacht der Ablage wird vorzugsweise auf das Maß B von
150 mm eingestellt, eventuell angepasst auf die wirkliche Ablagebreite.
Das Produkt bildet sich je nach Düsenabstand (E) auf einer Breite
von ca. 30 mm bis 100 mm. Nachdem das Produkt gebildet ist, gelangt
es unmittelbar in den Transportspalt 16 zwischen Kollektor
und Luftleitsystem 4,6. Nach Austritt aus dem
Spalt wird das Produkt über
Umlenkrollen weiter transportiert. Das damit erzeugte Vlies von
ca. 120 g/m2 entspricht den Anforderungen
der Hepa-Filtration H 10 mit einem Abscheidegrad größer 85%,
in Anlehnung an die DIN EN 1822 für Schwebstofffilter.
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Beispiel 2
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wie
Beispiel 1, Schon vorhandenes Produkt wird durch Umlenkrollen auf
den Kollektor geführt.
Im Bereich der Faserablage werden die Fasern auf das schon vorhandene
Produkt gesprüht,
es entsteht ein zwei lagen Produkt. Die Zusammenhaltkraft zwischen
den beiden Lagen ist für
die meisten Anwendungen ausreichend. Bei einem einheitlichen Flächengewicht
erhöht
sich die Produktionsgeschwindigkeit um den Faktor 2.
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Beispiel 3
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wie
Beispiel 2, Die Anzahl der Kollektoren lässt sich erweitern. Eine Anlage
besteht aus 5 hintereinander geschalteten Kollektoren. Bei einem
Flächengewicht
von 100 g/m2 besteht jede Lage aus 20 g/m2. Die Anlagengeschwindigkeit beträgt das 5
fache gegenüber
einem Kollektor.
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Aufstellung
der verwendeten Bezugszeichen
