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Die
Erfindung betrifft ein Flächengebilde, insbesondere ein
Band in Form einer Bespannung einer Maschine zur Herstellung von
Faserstoffbahnen, insbesondere in Form von Papier-, Karton- oder
Tissuebahnen.
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Bespannungen
für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere
in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, insbesondere für
den Einsatz im Nassteil derartiger Maschinen sind in einer Vielzahl
von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt.
Dabei handelt es sich um umlaufende endlose Bänder, die
sich im Wesentlichen über die gesamte Maschinenbreite erstrecken und
der Ausbildung und Führung der Faserstoffbahn durch die
Maschine dienen. Je nach Anordnung im Nassteil können diese
unterschiedlich aufgebaut sein. Dabei besteht eine grundsätzliche
Anforderung darin, die Faserstoffbahn möglichst optimal
zu entwässern und eine Rückbefeuchtung zu vermeiden, um
den Energieaufwand für die sich an den Nassteil anschließende
Trocknung möglichst gering zu halten. Die Entwässerung
in der sich an den Former anschließenden Pressenpartie
erfolgt durch Aufbringen von Druck durch das entsprechende Band
hindurch, das heißt von der die Faserstoffbahn abstützenden Seite
beziehungsweise Oberfläche, welche hinsichtlich ihrer Anordnung
auch als Ober- beziehungsweise Außenseite bezeichnet wird,
zur gegenüberliegenden Unter- beziehungsweise Innenseite
eines derartigen Bandes. In Pressenpartien liegen derartige Bänder
in Form von Pressfilzen vor. Diese umfassen in der Regel zumindest
eine Grund- und eine Deckschicht, die als Gewebe, Gelege, Gewirk
oder Fadenschar ausgeführt sein kann und die miteinander
mechanisch und/oder thermisch verbunden sind. Vorzugsweise wird
die Grundschicht von zwei Vliesschichten eingeschlossen. Dieser
Sandwichaufbau sieht vor, dass sich innerhalb der Strukturen auch Fluide,
insbesondere Wasser einlagern kann, indem ein bestimmtes vordefiniertes
freies Volumen, welches auch als Hohlraumvolumen bezeichnet wird, vorgesehen
wird. Mit zunehmender Betriebsdauer und durch Alte rung kommt es
zur Ermüdung dieser Struktur, wobei das Hohlraumvolumen
abnimmt. Das freie Volumen einer derartigen Bespannung wird ferner
durch sich in dieser absetzende Füllstoffe, Zellulosefasern,
Abrasion, chemische und mechanische Schädigungen weiter
verringert. Die Ablagerungen können dabei mittels eines
aufwendigen Reinigungsprozesses wieder herausgelöst werden.
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Zur
Bereitstellung von zusätzlichem Hohlraumvolumen über
die Betriebsdauer werden daher Bespannungen mit herauslösbaren
Fasern vorgeschlagen. Aus der Druckschrift
EP 0 303 798 A2 ist eine
Ausführung einer Bespannung, insbesondere in Form eines
Papiermaschinenfilzbandes, eines Trockensiebes oder Filtermediums
vorbekannt, welches aus einem Trägermaterial mit daran
befestigten Fasern besteht, wobei alle Fasern in einem im Wesentlichen
neutralen wässrigen Medium beständig sind und
mindestens ein Teil der Fasern wenigstens teilweise aus einem Stoff
besteht, der in einem basischen oder sauren, nukleo- oder elektrophilen,
reduktiven oder oxidativen Medium löslich ist, gegenüber
dem das Trägermaterial jedoch beständig ist. Unter
normalen Betriebsbedingungen, insbesondere in Pressenpartien, ist
daher die Bespannung beständig, jedoch durch Anwendung
eines entsprechenden Lösungsmittels können diese
Fasern zur Erzeugung von Hohlräumen herausgelöst
werden, wodurch das offene Volumen innerhalb des Filzes vergrößert
wird. Dies erfolgt neben dem zumindest teilweisen Herauslösen
der Fasern auch durch das Wegspülen der auf diesen Fasern
sitzenden Schmutzteilchen. Der Anteil dieser Fasern lässt
sich dabei derart einstellen, dass die ursprüngliche Durchlässigkeit
wieder vollständig erreicht wird. Da die Auflösung
auch nur auf den Teil der Materialbahn beschränkt ist,
der nicht tragend ist, wird die Festigkeit nicht beeinträchtigt. Der
Prozess des Herauslösens wird gezielt durch den Einsatz
des erforderlichen Lösungsmittels eingeleitet. Während
dieses Zeitraumes ist die Produktion unterbrochen. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung beinhalten die lösbaren
Fasern bereits Waschmittel, welches beim Herauslösen freigesetzt wird.
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Das
Herauslösen von Bestandteilen von Filzbändern
zum Zweck der Erzeugung eines erforderlichen Hohlraumvolumens bei
der Herstellung derartiger Bänder mittels Lösungsmitteln
ist aus einer Vielzahl von Druckschriften aus dem Stand der Technik vorbekannt,
auf die nachfolgend beispielhaft verwiesen wird.
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Die
Druckschrift
WO 99/64670 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Pressfilzes, welcher einen Träger
umfasst, der auf wenigstens einer Seite vernadelt ist. Die Oberseite
des Filzes wird von einer Polymerharzschicht gebildet, welche lösliche
und entfernbare Schnittfasern aus einem synthetischen Polymerharz
oder in Form von Naturfasern enthält. Die Auflösung
dieser erfolgt in Alkohol, Reinigungslösungsmitteln, alkalischen
Medien oder in Wasser. Das Herauslösen erfolgt unmittelbar
mit dem Anlaufen nach Inbetriebnahme der Maschine zur Herstellung
von Faserstoffbahnen.
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Aus
der Druckschrift
US 4,657,806 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Pressfilzes bekannt, bei welchem
sogenannte Füllgarne zur Steuerung der Permeabilität
des Pressfilzes eingesetzt werden. Bei diesen handelt es sich um
lösbare Schnittfasern. Diese werden in eine auf einen Träger
geschichtete Harzschicht eingeschlossen und bei Vorliegen der entsprechenden
Herauslösebedingungen, beispielsweise beim Waschen des
Pressfilzes in einem entsprechenden Lösungsmittel unter
den erforderlichen Randbedingungen aus diesem herausgelöst,
um die Hohlräume zu schaffen.
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Bei
dem in der Druckschrift
EP
0 786 551 B1 beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Pressfilzes
wird ein Träger mit einer Kunststoffschicht versehen. Die
Kunststoffschicht wird aus einem Kunststoffpulver, das gleichmäßig
mit lösbaren Teilchen beziehungsweise Partikeln vermischt
wird, unter Druck und Wärme ausgebildet. Durch die Vermischung
der Partikel mit dem Kunststoffpulver wird eine gleichmäßige
Verteilung gewährleistet. Die lösbaren Partikel
werden dann durch ein Lösungsmittel, gegenüber
dem der Kunststoff jedoch beständig ist, herausgelöst.
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Ferner
sind auch aus weiteren Druckschriften herauslösbare Teilchen
vorbekannt, die zur Schaffung von Hohlraumvolumen vorgesehen sind. Bei
diesen kann es sich um als Kett- und/oder Schussfäden in
einem Gewebe eingearbeitete lösbare Verbindungsfäden
gemäß
EP
0 925 393 B1 in Form von Fasern, Garnen, Füllgarnen
etc. handeln, die zur Erzielung einer laminierten Struktur herausgelöst
werden.
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WO 98/07925 offenbart ein
Verfahren zur Erzeugung eines permeablen Bandes, umfassend ein gewebtes
Substrat oder eine Vlieslage, in welcher lösbare Fäden
vorgesehen werden, deren Erstreckung zwischen der Oberseite und
der Unterseite des Bandes zur Ausbildung von Durchlässen
erfolgt. Das Herauslösen erfolgt durch Eintauchen des Bandes
in ein Lösungsmittel.
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Die
Druckschrift
EP 1 336
685 B1 offenbart eine Ausführung eines Pressfilzes
mit herauslösbaren Abstandsfäden zwischen zwei
Gelegefäden und
EP
0 786 550 B1 offenbart herauslösbare Partikel. Dabei
erfolgt das Herauslösen durch Auflösung dieser,
was den Einsatz entsprechender Lösemittel voraussetzt.
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Alle
Ausführungen, bei denen ein Herauslösen durch
ein Lösungsmittel erfolgt, bedingen die Bereitstellung
des entsprechenden Lösungsmittels sowie der Voraussetzungen
zur Entsorgung und Aufbereitung des Lösungsmittels. Die
Reinigung kann nicht innerhalb der Maschine erfolgen und der Pressfilz
ist zu entfernen, was einen Produktionsstopp zur Folge hat.
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Ausführungen
mit durch die oben genannten Verfahren eingebrachtem Hohlraumvolumen
sind dadurch charakterisiert, dass dieses sich über die
Betriebsdauer verkleinert und zusetzen kann. Durch eine Reinigung
ist dabei nur ein Teil des Hohlraumvolumens wieder herstellbar,
während der restliche durch mechanische Schädigungen
und Ermüdung des Pressfilzes verloren geht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Band für
den Einsatz als Bespannung in einer Maschine zur Herstellung von
Faserstoffbahnen zu schaffen, das über einen großen
Betriebszeitraum annähernd durch die gleichen Entwässerungseigenschaften
charakterisiert ist, welche insbesondere durch eine gleichmäßige
Wasseraufnahmekapazität über die gesamte Oberfläche
beschreibbar sind. Die Bereitstellung weiteren Hohlraumvolumens
soll nicht an den gezielten Einsatz von Lösungsmittel gebunden
sein und aufwendige Verfahren zur Lösungsmittelaufbereitung
sind zu vermeiden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein
Flächengebilde, insbesondere Band in Form einer Bespannung
für eine Papiermaschine ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass dieses Volumenkörper enthält,
die zumindest teilweise aus einem biologisch abbaubaren Material,
insbesondere zumindest einem biologisch abbaubaren Polymer bestehen.
Unter Volumenkörper werden dabei dreidimensionale Gebilde
verstanden, die durch eine Erstreckung in X, Y und Z-Richtung in
einem Koordinatensystem beschreibbar sind und als Vollkörper
oder einen Hohlraum einschließende Körper vorliegen
können.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
je nach Art des verwendeten biologisch abbaubaren Polymers, das
Hohlraumvolumen über die Betriebsdauer einzustellen und
ferner zugesetztes und abgebautes Hohlraumvolumen im Flächengebilde automatisch
während des Betriebes und umweltfreundlich zu kompensieren,
um somit über eine möglichst lange Betriebsdauer
ein konstantes Hohlraumvolumen in der Bespannung von Maschinen zur Herstellung
von Faserstoffbahnen bereitstellen zu können. Der biologische
Abbauprozess läuft dabei während des Betriebes
frei von Beeinträchtigungen der Funktion des Flächengebildes
ab.
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Bei
den biologisch abbaubaren polymeren Materialien handelt es sich
um biologisch abbaubaren Kunststoff, welcher zuerst in niedermolekulare Verbindungen
und am Ende in anorganische Substanzen wie Wasser und Kohlendioxid
abgebaut wird. Der Begriff der biologischen Abbaubarkeit ist dabei
in der DIN-Vornorm DIN V 54900 „Prüfung
der Kompostierbarkeit von Kunststoffen" definiert. Erfolgt der Abbau
durch Aufnahme über Organismen spricht man auch von bioresorbierbaren
Materialien.
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Das
Flächengebilde, welches durch größere Erstreckungen
in Längs- und Breitenrichtung charakterisiert ist, als
in Höhenrichtung ist zumindest einlagig ausgeführt,
wobei die zumindest eine Lage Volumenkörper enthält,
deren Volumenanteil aus biologisch abbaubarem Material gegenüber
den übrigen Bestandteilen der Lage 0,1–30 Gew.-%
beträgt, die nicht biologisch abbaubar sind. Dadurch wird
die Festigkeit und Stabilität sowie die Funktionsweise des
Flächengebildes gewährleistet. Unter Lage wird dabei
ein flächiges Gebilde oder eine flächige Struktur
verstanden, die durch größere Erstreckungen in Längs-
und Breitenrichtung charakterisiert sind, als in Höhenrichtung.
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Die übrigen
Bestandteile der einen Lage bestehen dabei aus biologisch nicht
abbaubaren Materialien, vorzugsweise Polymeren, insbesondere thermoplastischen
Polymeren wie Polypropylen, Polyamid, beispielsweise Polyamid 4.6,
Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 11,
Polyamid 12, oder PET, PTT, PBT, PPS, PEK, PEEK oder einem elastomeren
Polyester.
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Das
theoretisch mögliche Hohlraumvolumen des Flächengebildes
ist als Funktion der Summe des vorhanden Hohlraumvolumens zum Zeitpunkt
x und des aus einem biologisch abbaubaren Material bestehenden Volumenanteils
der einzelnen Volumenkörper einstellbar. Dabei kann der
gesamte Volumenkörper aus biologisch abbaubaren Material
bestehen oder nur ein Teil, so dass auch nur ein Volumenanteil als
Hohlraumvolumen nach dem Abbau zur Verfügung steht. Insbesondere
im letztgenannten Fall können die Volumenkörper
in Form beispielsweise als Kett- oder Schussfäden, Füllfäden
und damit als strukturbildende Elemente der einzelnen Lage ausgeführt
sein.
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Bezüglich
der Ausbildung des einzelnen Volumenkörpers besteht eine
Vielzahl von Möglichkeiten. Dieser kann als Filament, insbesondere
als Monofilament, Multifilament, Garn oder Zwirn aus derartigen
Filamenten ausgebildet werden. In diesem Fall kann die Funktion
des biologisch abbaubaren Anteils in ohnehin vorhandene strukturbildende
Komponenten integriert werden, wobei je nach Zuordnung durch die
Anordnung der strukturbildenden Komponenten, beispielsweise in Form
von Kett- und Schussfäden eine gleichmäßige
Verteilung des zusätzlichen möglichen Anteils
an Hohlraumvolumen auf einfache Art und Weise möglich ist.
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Das
Filament kann gemäß einer Weiterentwicklung auch
profiliert ausgeführt werden, insbesondere als schraubenlinienförmig
gewendeltes Element.
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Eine
weitere mögliche Ausbildung des Volumenkörpers
besteht in der Ausführung als Partikel, der beispielsweise
mit einem rhomboiden, mehreckigen, ellipsoiden oder kreisförmigen
Querschnitt ausgeführt ist, wobei die Querschnittsfläche über
die Erstreckung des Partikels entlang einer geometrischen Achse
konstant oder veränderbar ist oder eine frei wählbare
geometrische Form aufweist. Diese Partikel werden in die Strukturen
der Lage eingebettet beziehungsweise eingeschlossen.
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Der
einzelne Volumenkörper enthält gemäß einer
ersten Ausführung zumindest ein natürlich biologisch
abbaubares Polymer wie Kollagen, Stärke, Cellulose. Der
Abbau erfolgt in diesem Fall enzymatisch, wobei die Enzyme vorzugsweise
ebenfalls Bestandteil des einzelnen Volumenkörper sind.
Die Aktivierung kann über Bakterien erfolgen, die in der
vom Filzband aufzunehmenden Flüssigkeit enthalten sind.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften zweiten Ausführung enthält
das Flächengebilde Volumenkörper, die zumindest
ein synthetisch biologisch abbaubares Polymer umfassen. Das synthetisch
biologisch abbaubare Polymer umfasst zumindest ein aliphatisches
Polyester, insbesondere eine Polyhydroxylcarbonsäure, ganz
besonders Polylactid. In diesem Fall erfolgt der Abbau durch nichtenzymatische Hydrolyse,
deren erforderliche Betriebsparameter sich einfach steuern lassen,
insbesondere erfolgt die Wahl der aliphatischen Polyester angepasst
an die Betriebsbedingungen des Einsatzfalles, so dass sich automatisch über
die Betriebsdauer ein Abbau einstellt.
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Die
Eigenschaften, insbesondere der Abbau der biologisch abbaubaren
Polymere variiert in Abhängigkeit von der Zusammensetzung
und Vorbehandlung. Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführung wird das Abbauverhalten über den Zusatz von
Copolymeren gesteuert. Das Copolymer ist derart ausgeführt
und ausgewählt das dieses das Abbauverhalten des Polymers
entsprechend einer gewünschten zeitlichen Konfiguration
steuert.
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Das
Flächengebilde umfasst zumindest eine als Träger
ausgeführte Grundschicht und eine Vliesschicht, wobei zumindest
in einer der Schichten – Vliesschicht und/oder Grundschicht – Volumenkörper,
die zumindest ein biologisch abbaubares Polymer enthalten, vorgesehen
ist. Der Träger kann als Gewebe, Gewirk, Gelege, eine Fadenschar
aus Fäden, uni- oder bidirektional zueinander ausgerichtet ausgebildet
werden oder als Membran.
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Umfasst
das Flächengebilde eine Mehrzahl von miteinander verbundenen
Lagen, wobei in mehr als einer der Lagen Volumenkörper
vorgesehen sind, kann der Anteil der Volumenkörper in den
einzelnen Lagen in Abhängigkeit der zu erzielenden Eigenschaften
variieren. Je nach gewünschtem Eigenschaftsprofil kann
die örtliche Verteilung der Volumenkörper in Längen-
und Breitenrichtung des Flächengebildes gleichmäßig
und/oder in Höhenrichtung gleichmäßig
ausgeführt werden oder aber ungleichmäßig.
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Bei
dem erfindungsgemäß ausgeführten Flächengebilde
kann es sich insbesondere um einen Pressfilz oder ein Sieb handeln.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend
anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes
dargestellt:
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1a und 1b verdeutlichen
einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines erfindungsgemäß ausgeführten
Flächengebildes;
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2a bis 2c verdeutlichen
mögliche geometrische Ausführungen der Volumenkörper;
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3a bis 3c verdeutlichen
mögliche Ausgestaltungen der Volumenkörper anhand
von deren Querschnittsflächen;
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4 zeigt
eine Ausführung eines mehrlagigen Flächengebildes;
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5a und 5b verdeutlichen
anhand von Signalflussbildern die Einflussgrößen
und Verfahren zum biologischen Abbau.
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Die 1a und 1b verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäß ausgeführten
Flächengebildes 1 in Form eines Bandes 2,
insbesondere einer Bespannung für eine Maschine zur Herstellung
von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen
in einem Axialschnitt in der YZ-Ebene. Dieses umfasst beispielhaft
eine als Träger 3 ausgebildete Grundschicht 4 und
zumindest eine weitere mit der Grundschicht 4 beziehungsweise
dem Träger 3 verbundene Vlieslage 5.
Die Verbindung zwischen der Grundschicht 4 und der Vlieslage 5 kann
verschiedenartig erfolgen, insbesondere thermisch über
einen Stoffschluss. Bezüglich der Ausbildung der den Träger 3 bildenden
Grundschicht 4 bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Bei diesen kann es sich um ein Gewebe oder aber beispielhaft eine
Membran 6 handeln. Erfindungsgemäß enthält das
Flächengebilde 1 Volumenkörper 7 aus
einem biologisch abbaubaren Material, insbesondere einem biologisch
abbaubaren Polymer.
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Gemäß 1a sind
hier beispielhaft die Volumenkörper 7 als Filamente 8.1 bis 8.n ausgeführt. Bei
den biologisch abbaubaren polymeren Materialien handelt es sich
um biologisch abbaubaren Kunststoff, welcher zuerst in niedermolekulare
Verbindungen und am Ende in anorganische Substanzen wie Wasser und
Kohlendioxid abgebaut wird. Der Begriff der biologischen Abbaubarkeit
ist dabei in der DIN-Vornorm DIN V 54900 „Prüfung
der Kompostierbarkeit von Kunststoffen" definiert. Die Filamente 8.1 bis 8.n beinhalten
dabei in ihrer Gesamtheit ein definiertes Volumen an biologisch
abbaubaren Polymeren, welches sich bei vollständiger Zusammensetzung
dieser aus biologisch abbaubaren Polymeren aus den Einzelvolumina
der einzelnen Filamente 8.1 bis 8.n zusammensetzt.
Durch den Abbau wird ein Hohlraumvolumen VH freigesetzt, das je
nach Abbaugrad der einzelnen Filamente 8.1 bis 8.n variiert. Dabei
erfolgt der Abbau beispielsweise in Abhängigkeit von der
Zeit und ferner von weiteren, die Umgebungsbedingungen charakterisierenden
Faktoren. Je nach Ausführung und Ausbildung der einzelnen
Filamente 8.1 bis 8.n kann die Abbaugeschwindigkeit
sowie der Abbaugrad pro Zeiteinheit beeinflusst werden und somit über
den Lebenszeitraum des Bandes 2 betrachtet sukzessive Hohlraumvolumen ΔVH
freigegeben werden bis zur vollständigen Freigabe. Die
biologisch abbaubaren Polymere in Form der Volumenkörper 7 können
dabei in unterschiedlichen Lagen des Flächengebildes 1 enthalten
sein. Gemäß 1a sind
diese vorzugsweise in der Vlieslage 5 vorgesehen. Dabei
wird über die Oberfläche betrachtet in einer Ansicht über
die Breite b betrachtet und auch in einer hier nicht dargestellten
Ansicht von oben eine nach Möglichkeit gleichmäßige
Verteilung über die Breite b des Bandes und die Länge
I vorgegeben. Die Breite b bestimmt sich dabei in einem Koordinatensystem
an das Band im Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen
in Maschinenrichtung betrachtet quer zu dieser, hier in Y-Richtung
und die Länge im Koordinatensystem in X-Richtung beziehungsweise
Maschinenrichtung. In Analogie gelten diese Aussagen auch für
die Verteilung in Höhenrichtung, insbesondere Z-Richtung
der jeweiligen Lage, hier der Vlieslage 5. Vorzugsweise
wird eine nach Möglichkeit gleichmäßige
Verteilung in allen drei Dimensionen angestrebt, um über
die gesamte Konstruktion beim Einsatz in Maschinen zur Herstellung
von Faserstoffbahnen gleiche Verhältnisse zu gewährleisten.
Denkbar sind jedoch auch zonale Unterschiede, beispielsweise zwischen
Randbereichen und Mittelbereichen quer zur Maschinenrichtung betrachtet.
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Gemäß 1b sind
beispielhaft anstelle der Filamente 8.1 bis 8.n Partikel 9.1 bis 9.n als
Volumenkörper 7.1 bis 7.n vorgesehen.
Für diese gelten die gleichen Aussagen hinsichtlich ihrer
Anordnung und Ausführung wie für die Filamente 8.1 bis 8.n.
Die Partikel 9.1 bis 9.n können hinsichtlich
ihrer geometrischen Form beliebig ausgeführt sein. Bei
dieser kann es sich gemäß 2c um
eine frei definierte Geometrie handeln, die in einem Koordinatensystem betrachtet
einen frei geformten dreidimensionalen Volumenkörper ausbildet.
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Denkbar,
jedoch hier im Einzelnen nicht dargestellt ist eine Kombination
der Möglichkeiten gemäß der 1a und 1b.
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Die 2a und 2b verdeutlichen
mögliche Ausführungen der Filamente 8.1 bis 8.n hinsichtlich
ihrer geometrischen Ausführung. Diese können dabei
gemäß 2a als
länglicher Volumenkörper mit beliebiger Geometrie
der Querschnittsflache ausgeführt sein, wobei die Querschnittsgeometrie über die
Länge auch variieren kann. 2a verdeutlicht dabei
beispielhaft in einem Koordinatensystem ein derartig ausgeführtes
Filament 8 in der XZ-Ebene. Die 2b verdeutlicht
demgegenüber eine weitere mögliche Ausgestaltung
des Filamentes 8, hier in Form eines spiralisierten Filamentes.
Auch dieses ist durch eine Erstreckung in Längsrichtung,
welche die Länge I charakterisiert, beschreibbar, sowie
in der dargestellten Ausführung in Höhenrichtung,
das heißt Z-Richtung. Die Wendelform beschreibenden Windungen
können dabei kreisförmig oder oval im Querschnitt
betrachtet ausgeführt sein.
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Demgegenüber
verdeutlicht die 2c eine mögliche Ausgestaltung
eines Volumenkörpers 7 in Form eines Partikels 9 mit
Freiformgeometrie.
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Die
Ausgestaltung der Volumenkörper 7 in Form von
Filamenten 8 kann verschiedenartig erfolgen. Denkbar ist
die Ausbildung als Monofilament, Multifilament, Garn, Zwirn etc.
Diese Möglichkeiten hängen im Wesentlichen auch
von der Zusammensetzung ab. Dabei kann gemäß einer
ersten Ausführung das gesamte Volumenkörper 7,
insbesondere Filament 8 oder der Partikel 9 aus
einem abbaubaren Polymer bestehen. Es ist bekannt, dass der Abbau eines
derartigen biologisch abbaubaren Polymers von einer Vielzahl von
Faktoren abhängig ist. Im Einzelnen sei dabei auf die Art
des Polymers sowie eine eventuelle Vorbehandlung verwiesen. Ferner
spielt neben den Prozessparametern, wie Temperatur auch der pH-Wert
der Umgebung sowie der jeweilige Wassergehalt und/oder Sauerstoffgehalt
eine Rolle. Weitere wesentliche Einflussgrößen
sind die Kristallinität und die Kristallitgröße.
Hinsichtlich der Art der biologisch abbaubaren Polymere wird dabei
zwischen enzymatisch abbaubaren Polymeren und hydrolytisch biologisch
abbaubaren synthetischen Polymeren unterschieden. Zu den en zymatisch
abbaubaren Polymeren zählen dabei unter anderem die Polysaccharide,
die mit Hilfe eines Enzyms, beispielsweise Amylase und Glukose abgebaut
werden können. Weitere mögliche enzymatisch abbaubare
Polymere sind Polypeptide, insbesondere in Form von Proteinen. Der Abbau
erfolgt hier mittels eines Enzyms in Form von Protease. Weitere
mögliche Polymere sind die sogenannten Biopolyester. Dabei
kann gemäß einer ersten Ausführung der
jeweilige Volumenkörper 7 beziehungsweise das
Filament 8 oder der Partikel 9 neben dem biologisch
abbaubaren Material auch zumindest ein Enzym A beinhalten. Dies
ist beispielhaft in der 3a wiedergegeben,
wobei hier entweder eine nach Möglichkeit homogene Mischung
zwischen dem Polymer und den Enzymen erfolgt oder aber, wie in 3a dargestellt,
das Filament 8 beziehungsweise der Partikel 9 in
einer Mantel-/Kernausführung ausgebildet wird, wobei der
Kern 10 beispielsweise von biologisch abbaubaren Material
gebildet wird und der Mantel 11, welcher den Kern 10 umhüllt,
von einem, zumindest ein den Abbau des Kerns 10 begünstigendes
Enzym A enthält. Dieses kann beispielsweise über
Bakterien aktiviert werden, die im aus der Faserstoffbahn herausgelösten
Wasser enthalten sind.
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Weitere
mögliche biologisch abbaubare Polymere sind synthetisch
biologisch abbaubare Polymere. Diese werden durch Hydrolyse zu niedermolekularen
Strukturen und anschließend zu Monomeren hydrolysiert.
Synthetisch biologisch abbaubare Polymere sind unter anderem alipathische
Polyester, wie beispielsweise Polylactid (PLA), Poly-ε-caprolacton (PCL)
sowie Polyglykolid (PGL). Ferner sind synthetisch biologisch abbaubare
Polymere auch Polycarbonate oder Polyanhydride. Die Handelsnamen
derartiger alipathischer Polyester sind dabei für Polylactid
Vicryl® und für Polyglykolid
Dexon®. Bei den alipathischen Polyestern
handelt es sich um Polyhydroxylcarbonsäuren, die je nach
Ausführung durch unterschiedliche Abbauzeiten charakterisiert
sind.
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Zu
den Einflussfaktoren zählen neben der chemischen Zusammensetzung
auch die Molmasse und deren Verteilung sowie die niedermolekularen Bestandteile.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung kann das jeweilige Filament 8 beziehungsweise
der Partikel 9 auch aus einem Mehrkomponentenmaterial bestehen.
Vorzugsweise enthält dieses neben dem biologisch abbaubaren
Material auch zumindest ein Copolymer, über welches die
Abbaugeschwindigkeit weitestgehend beeinflusst werden kann. Dies
ist beispielhaft in 3b anhand einer Querschnittsansicht eines
Filamentes 8 wiedergegeben. Hier ist der Mantel 11 mehrschichtig
ausgeführt. Die einzelnen Schichten 11.1 bis 11.3 umschließen
den Kern 10 lagenweise. Dabei kann jede der einzelnen Schichten 11.1, 11.2 und 11.3 beispielhaft
das gleiche biologisch abbaubare Polymer enthalten, jedoch unterschiedliche
Copolymere, die den Abbau beeinflussen, wobei vorzugsweise der Abbau
von der äußersten zur inneren Schicht, d. h. den
Lagen 11.3 bis 11.1 der Ummantelung zum Kern 10 hin
erfolgt.
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3c verdeutlicht
eine weitere Ausführung mit unterschiedlicher Zusammensetzung
des Filamentes 8. Dieses besteht aus den Bestandteilen 20 und 19,
die einen Verbund bilden und je nach Ausführung und Abbauart
entweder ein Enzym und ein Polyester enthalten, wobei das Enzym
dann beispielhaft im Bestandteil 19 enthalten ist, während
der Bestandteil 20 von einem biologisch abbaubaren Polymer
gebildet wird. Andererseits ist es auch denkbar 19 und 20 aus
Zusammensetzungen von Polymeren und Copolymeren zu bilden, die durch
unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere ein unterschiedliches Abbauverhalten
charakterisiert sind.
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Um über
die gesamte Bespannung nach Möglichkeit ein gleichmäßiges
Hohlraumvolumen VH bereitzustellen, werden vorzugsweise Volumenkörper 7,
insbesondere Filamente 8 beziehungsweise Partikel 9 mit
nach Möglichkeit gleicher Geometrie und Dimensionierung
sowie aus dem gleichen Material mit dem gleichen Abbauverhalten
eingesetzt.
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Die 4 verdeutlicht
anhand eines Axialschnittes durch ein Flächengebilde 1 in
Form eines Bandes 2 eine weitere mögliche Ausführung
beispielhaft zur Verdeutlichung der Erzeugung unterschiedlicher
Hohlraumvolumina in unterschiedlichen Bereichen des Flächengebildes 1,
insbesondere Bandes 2. Auch hier ist eine Grundschicht 4 in
Form eines Trägers 3 vorgesehen, welches als Gewebe 12 ausgeführt
ist. Dieses ist zwischen einer Vlieslage 13, welche die
Unterseite 14 eines derartigen Bandes bildet, wobei die
Unterseite 14 der nicht die Materialbahn berührenden
Seite entspricht, sondern der maschinenberührenden Seite
und einer Membran 15 angeordnet ist. Die Membran 15 kann
verschiedenartig ausgeführt sein. Diese ist in der Regel
aus einem Polymer, insbesondere als Polyurethan ausgebildet.
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Der
Träger 3 kann dabei beispielsweise von einem Flächengebilde
in Form eines Gewebes, Gewirkes, Geleges oder einer Fadenschar,
gegebenenfalls uni- oder multidirektional orientiert oder aus einer
Kombination diesen bestehen.
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Ferner
sind weitere Vlieslagen 16 und 17 vorgesehen,
wobei die Vlieslage 17 Volumenkörper 7 aus
biologisch abbaubaren Polymeren enthält. Die Vlieslage 16 bildet
dabei die Oberseite 18 des Flächengebildes 1 aus.
Die einzelnen Vlieslagen 16, 17 sowie die weiteren
Lagen 15, 4, 14 sind untereinander verbunden.
Die Kopplung erfolgt vorzugsweise über Stoffschluss oder
mechanische Bindungen. Nach Möglichkeit ist die obere Vlieslage 16 derart ausgestaltet,
dass diese nach Möglichkeit eben ausgeführt ist.
Die Vlieslage 17, welche die Volumenkörper 7 enthält,
besteht des Weiteren aus nicht biologisch abbaubaren Polymeren.
Entscheidend ist, dass auch nach dem Herauslösen der einzelnen
Volumenkörper 7 durch deren Abbau und das dadurch
freigesetzte Hohlraumvolumen VH die Stabilität und der Zusammenhalt
der jeweiligen Lage gewährleistet ist.
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Ferner
besteht auch die hier nicht dargestellte Möglichkeit, weitere
Vlieslagen mit derartigen abbaubaren Filamenten auszubilden.
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Die 5a und 5b verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Signalflussbildes
die Einflussgrößen und den funktionalen Ablauf
der Steuerbarkeit des Abbaus. Dieser erfolgt in Abhängigkeit
von Parametern den Volumenkörper 7 betreffend,
wie das gewählte Material M, insbesondere die Art der Zusammensetzung, das
heißt der Kombination mit weiteren Copolymeren oder weiteren
Bestandteilen wie Enzymen, die Geometrie G, die Dimensionierung D,
Dichte e. t. c. Dies sind die vorgegebenen Voraussetzungen innerhalb des
Flächengebildes 1. Diese können in Abhängigkeit
mit weiteren auch aktiv beeinflussbaren Prozessparametern während
des Betriebes einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen,
wie Temperatur, pH-Wert der Umgebung, Sauerstoff und Wassergehalt
beeinflusst werden und dann zu einem Abbau pro Zeiteinheit führen.
Um einen enzymatischen Abbau zu ermöglichen, insbesondere
bei den natürlich biologisch abbaubaren Polymeren ist ferner
zumindest ein Enzym A erforderlich.
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In
Analogie gilt dies auch für die synthetischen Polymere,
allerdings sind diese nicht durch ein entsprechendes Enzym charakterisiert,
sondern hier erfolgt der Abbau allein durch Hydrolyse. Dies ist
in schematisiert vereinfachter Darstellung in 5b wiedergegeben.
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- 1
- Flächengebilde
- 2
- Band
- 3
- Träger
- 4
- Grundschicht
- 5
- Vlieslage
- 6
- Membran
- 7
- Volumenkörper
- 8
- Filament
- 8.1–8.n
- Filament
- 9
- Partikel
- 9.1–9.n
- Partikel
- 10
- Kern
- 11
- Mantel
- 11.1–11.3
- Mantelschicht
- 12
- Gewebe
- 13
- Vlieslage
- 14
- Unterseite
- 15
- Membran
- 16
- Vlieslage
- 17
- Vlieslage
- 18
- Oberseite
- 19
- Bestandteil
- 20
- Bestandteil
- A
- Enzym
- VH
- Hohlraumvolumen
- b
- Breite
- I
- Länge
- M
- Material
- D
- Dimensionierung
- G
- geometrische
Form
- T
- Temperatur
- Y
- Stellgröße
- X,
Y, Z
- Koordinaten
des Koordinatensystems
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0303798
A2 [0003]
- - WO 99/64670 [0005]
- - US 4657806 [0006]
- - EP 0786551 B1 [0007]
- - EP 0925393 B1 [0008]
- - WO 98/07925 [0009]
- - EP 1336685 B1 [0010]
- - EP 0786550 B1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN V 54900 [0017]
- - DIN V 54900 [0037]