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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
für Schaumbildung.
Das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung sind besonders
geeignet zur Bildung von verschiedenen bahnförmigen Produkten aus Cellulose,
Glasfaser, Aramid, Sisal oder anderem entsprechendem Fasermaterial.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders
geeignet zur Herstellung von fortschrittlichen Mehrschichtlaminaten
oder Verbundstoffen zur Verwendung in z. B. verschiedenen Fahrzeugchassisteilen,
Maschinen- und Vorrichtungs-Umhausungen und anderen fast unzähligen Anwendungen.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sollen bei
der Herstellung von Produkten eingesetzt werden, die lange Fasern
oder sogar kontinuierliche Garne, Bänder oder Netze nutzen. Der
Schaum, wie er in der Erfindung beschrieben ist, bezeichnet einen
Schaum, der sich hauptsächlich
aus Wasser und einem Surfactant zusammensetzt.
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Produkte
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sollen in vielen Fallen Blechkonstruktionen ersetzen,
die bisher für
die gleichen Anwendungen benutzt wurden, weil die Blechkonstruktionen
und anderen entsprechenden Metall-Konstruktionen ziemlich viel Pflege
und Wartung sowohl während
der Herstellung als auch im Betrieb erfordern, um zum Beispiel Verrosten
zu vermeiden. Außerdem
sind Metallkonstruktionen sogar kleinen Stößen anfällig, weil der Stoß entweder
einfach ästhetische
Transformationen verursacht oder auch die Lackierung beschädigt. Demzufolge
ruft dies Verrosten besonders in Anwendungen hervor, wo die Konstruktionen
korrodierenden Substanzen ausgesetzt sind.
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Verschiedene
Laminate und Verbundstoffe sind in den obenerwähnten Anwendungen dauerhafter,
doch ihr Preis ist in einigen Fällen
etwas höher
als der der oben erwähnten
Blechkonstruktionen. Einer der Gründe für die hohen Kosten ist die
komplexe Herstellungstechnologie. Das folgende Beispiel bezieht
sich auf die Herstellung einer Motorhaube oder eines Kotflügels für ein Automobil.
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Es
versteht sich von selbst, dass der zur Außenseite sichtbare Teil einer
Motorhaube oder eines Kotflügels
eines Automobils sehr glatt sein muss. In jedem anderen Fall reflektiert
eine lackierte Oberfläche – der Rumpf
eines Boots ist ein anderes Beispiel hierfür – ungleichmäßig Licht, was als ein Zeichen
für niedrige
Qualität
und schlechte Fertigungspräzision betrachtet
wird. Von Laminaten wird also erfordert, dass sie eine der von Blechen ähnliche
Oberflächenglätte aufweisen.
In der Praxis bedeutet dies, dass wenn das Produkt zum Beispiel
aus Glasfaser hergestellt wird, ein sehre feinkörnige Faser verwendet werden
muss. Ein charakterisierendes Merkmal solch einer feinkörnigen Faser
ist, dass ein daraus hergestelltes Laminat nicht ausreichend standhaft
für Verwendung,
zum Beispiel als Kotflügel
eines Automobils, ist. Deshalb muss ein Glasfaser-Kotflügel aus mehreren
verschiedenen Schichten hergestellt werden. Die Forderung nach Stärke und
Standhaftigkeit setzt voraus, dass es eine Strukturschicht mit relativ groben
Fasern, von ungefähr
45–50
mm Länge, manchmal
mehr, manchmal weniger, gibt.
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Als
Minimum würden
die oben erwähnten zwei
Schichten fürs
Erreichen der notwendigen Erscheinung und Festigkeit ausreichen,
doch verursacht die Automatisierung der Produktion Probleme. Erstens
ist es offensichtlich, dass der Prozess einer Formwerkzeugs bedarf,
um die Form des Produktes eng nachzubilden. Die leichteste Möglichkeit
wäre, lediglich
ein einteiliges Formwerkzeug anzuordnen, in welches die Oberflächenmatte,
von Harz gefolgt, zuerst eingelegt werden würde. Danach würde die Verstärkungsmatte
eingelegt werden, worauf eine andere Schicht Harz aufgetragen werden
würde,
wonach die Schichten abgerollt werden würden, um eventuelle Luftblasen
zu entfernen. Diese Art von Herstellung wäre vollkommen manuell, weil
sowohl das Ausbreiten von Harz und Abrollen der Luftblasen per Augenschein überwacht
werden müssen.
Zusätzlich
ist ein Laminationsprozess wie dieser ein Gesundheitsrisiko sogar
in guten Verhältnissen
wegen der Gase, die während
der Produktion gebildet werden.
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Die
oben erwähnte
manuelle Arbeit ist in der Industrie durch ein Verfahren ersetzt
geworden, wobei Harz auf die Oberflächenschicht im Formwerkzeug
auf getragen wird, wonach eine verstärkende, zum Beispiel, Matte
auf das Harz gelegt wird. Derart formiert wird das Laminat dann
in seine Form durch die andere Hälfte
des Formwerkzeugs gepresst, was auch das Harz veranlasst, die beiden
Schichten zu durchdringen. Das
US-Patent
5,672,309 stellt ein Spritzverfahren dar, bei dem eine
Oberflächenschicht zuerst
in eine Form platziert wird, wobei eine andere Schicht darauf platziert
wird. Eine der Schichten hat eine Öffnung an einer gewünschten
Stelle. Diese zwei übereinander
gelagerten Schichten werden dann in gewissem Maße mittels der einen Hälfte der Form
gegeneinander gepresst, so dass die Kanten der Form sich zuzuziehen
beginnen. In dieser Phase wird Harz zwischen die Schichten durch
das, einer Düse
in einer der beiden Hälften
der Form entsprechende das Loch mittels der Düse eingespritzt, so dass wenn
die Form vollständig
geschlossen ist, das Harz sich überall
in der Form ausbreitet und beide Schichten imprägniert.
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Eine
Weiterentwicklung hiervon ist die Vakuum-Spritzgussverfahren, wo
die Form aus zwei Teilen besteht, die mit den notwendigen Glasfaserschichten
dazwischen gegeneinander gelegt werden. Der veröffentlichte
JP-Anmeldung 58-168510 erwähnt im Prinzip diese Herstellungstechnik.
Zusätzlich
sind Öffnungen
im Formteil oder -teilen angeordnet worden, um Harz in die Form
einzuspritzen, und entsprechend sind Öffnungen für das Entfernen der vom Harz
verdrängten
Luft angeordnet worden. Der Begriff Vakuum-Spritzgussformen wird
benutzt, wenn Saugung zum Entfernen der erwähnten Luft eingesetzt wird.
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Wenn
das oben erwähnte
Produkt, d. h. ein Kotflügel
eines Automobils, aus den erwähnten
zwei Schichten, der Oberflächenschicht
und der Verstärkungsschicht,
hergestellt wird, wird man bald merken, dass sich das Harz in den
Glasfaserschichten nicht gut ausbreitet, es sei denn, das Harz wird
zwischen die Schichten eingeführt,
während
die Form etwas offen ist, wie im
US-Patent
5,672,309 beschrieben ist, oder es sei denn, Öffnungen
sind sehr nah aneinander zumindest auf der der Verstärkungssicht zugewandten
Seite der Form vorgesehen. Der Grund hierfür ist, dass beim Zusammenpressen
die Glasfaserschichten das Harz nicht frei in Richtung der eigentlichen
Schicht fließen
lassen, sondern die Hauptrichtung des Harzstroms senkrecht zu den
Schichten ist.
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Wenn
man also das Produkt aus diesen zwei Schichten durch Vakuum-Spritzgussverfahren
herstellen will, sollte die Form entweder teilweise offen sein oder
eine der Formhälften
sollte fast vollständig perforiert
sein, um ein gleichmäßiges Ausbreiten
des Harzes innerhalb der Form zu ermöglichen. Letzteres ist jedoch
eine unnötig
teure Lösung,
weil jede Harzeinlassöffnung
in der Praxis ein Harzzuführrohr
mit einem damit verbundenen Stutzen erfordert.
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Um
diesem Nachteil beizukommen hat man vorgeschlagen, eine spezielle
Strömungsschicht
zu benutzen, welche Schicht aus relativ dicken, möglicherweise
sogar hohlen Fasern besteht, wodurch sogar eine Harzströmung in
Richtung der Schicht erleichtert werden würde. Es wäre natürlich bevorzugt, wenn die Strömungsschicht
als Verstärkungsschicht oder
Oberflächenschicht
des Produkts funktionieren könnte,
doch in der Praxis, besonders im Fall der Oberflächenschicht, ist dies nicht
möglich
wegen der groben Struktur der Strömungsschichtfasern. Die Glätte der
Oberflächenschicht
würde nicht
den Anforderungen an das vollendete Produkt genügen. Dicke und/oder hohle Fasern
würden
der Verstärkungsschicht
auch keine Maximalfestigkeit verleihen, weshalb sie, zumindest in
anspruchsvollen Anwendungen, nicht in den Verstärkungsschichten eingesetzt werden
können.
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Das
Ergebnis ist somit eine Situation, wo in diesem Beispiel zumindest
drei verschiedene Schichten benötigt
werden, es sei denn, man wendet das Verfahren einer teilweise offenen
Form an, wie es im
US-Patent
5,672,309 beschrieben ist. In anderen Fällen sind folgende Schichten
notwendig: eine Oberflächenschicht
auf der Außenseite
des Produkts, eine Verstärkungsschicht
auf der Innenseite und eine Strömungsschicht
zwischen diesen zwei Schichten.
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Wenn
der Herstellungsprozess in Hinsicht auf die gesamte Herstellungskette
automatisiert werden soll, können
wir das Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung des
Produkts beschreiben. Dies ist in der oben erwähnten japanischen veröffentlichten
Anmeldung
JP 58-168510 gut
beschrieben. Die Veröffentlichung
stellt dar, wie jede Schicht getrennt in die Form eingelegt wird,
wonach die Formhälften
zusammengepresst werden und das Harz in die Form eingespritzt wird.
Das heißt,
jede der Schichten des Laminats wird getrennt in die Form eingebracht.
In der Praxis bedeutet dies, dass jede Schicht getrennt hergestellt,
getrennt transportiert wird, und jede Schicht von ihrer eigenen
Rolle in die Form entrollt wird.
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Der
Grund für
die separate Herstellung einer jeden Schicht ist, dass es bis heute
keine Verfahren fürs
Herstellen von Mehrschichtprodukten gegeben hat, um eine ausreichende
Qualität
des Endprodukts sowohl in Hinsicht auf Erscheinung als auch Festigkeit
zu erreichen.
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Ein
zu erwähnender
Zwischenschritt ist ein Herstellungsverfahren, bei dem getrennt
hergestellte Bahnen durch Nähen
derart kombiniert werden, dass bestenfalls nur eine Mehrschichtfasermatte
in die Form eingelegt zu werden braucht. Man hat jedoch festgestellt,
dass obwohl die Handhabung der Fasermatte erleichtert worden ist,
und die Herstellung des Produkts dadurch vereinfacht worden ist,
das Endergebnis nicht ganz so gut ist, wie man annehmen könnte. Das
Zusammennähen
der verschiedenen Bahnen ruft Veränderungen auch in der Oberflächenschicht
hervor, wobei die Stiche in der Oberfläche des Endprodukts sichtbar
sind, auch wenn die Oberfläche
selbst glatt wäre.
Im Endeffekt führt
dies zu einer Situation, wo die Verstärkungsschicht und die Strömungsschicht
in dem als Beispiel angeführten Dreisichtprodukt
zusammengenäht
sein können, aber
die Oberflächenschicht
getrennt gehalten werden muss. Mit anderen Worten, der extra Schritt
des Nähens
reduziert die Anzahl der getrennt handzuhabenden Matten von drei
auf zwei. Dies ruft etwas Skepsis gegenüber dem Einsatz des Nähens hervor.
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Es
gibt eine Anzahl Möglichkeiten,
die als Schichten des Laminats verwendeten Bahnen herzustellen.
Es sind dies das sogenannte Wasserverfahren, am besten von dem in
einer Papiermaschine angewandten Bahnbildungssystem bekannt, das Schaumverfahren,
entwickelt von Wiggins Teape seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts,
und das so genannte Trockenverfahren. All diese oben erwähnten Verfahren
können
bei Bedarf zur Herstellung von Mehrschichtprodukten eingesetzt werden,
doch bis heute ist keines der Verfahren imstande gewesen, ein Produkt
mit ausreichender Qualität
für die
in dieser Anwendung angeführten
Produkte zu erzeugen.
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Beim
Wasserverfahren haben die Probleme mit den, in den oben erwähnten Lösungen verwendeten
Fasern in der unkontrollierten Ausflockung der Fasern bereits im
Stoffauflauf, in Kräuselung
der Fasern, Aufbrechen der Faserflocken und so weiter bestanden.
Ein Grund für
die oben erwähnten
Probleme ist die starke Turbulenz beim Wasserverfahren, die einerseits
bereits gebundene Flocken homogener Größe aufbricht und andererseits
einzelne Flocken kräuselt,
und beim Mischen der Suspension den gekräuselten Fasern eine Möglichkeit
gibt, sich anzusammeln und auch andere Fasern zusammen in ungeöffnete Faserflocken
einzubinden. Außerdem
ist das Wasserverfahren sehr empfindlich gegenüber Konsistenzänderungen,
was im Endeffekt bedeutet, dass die Konsistenz mit äußerster
Sorgfalt konstant gehalten werden muss, damit das Verfahren überhaupt
funktioniert.
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Wenn
das Wasserverfahren zur Herstellung von Mehrschichtprodukten eingesetzt
wird, werden die Faserschichten wegen des hohen Turbulenzniveaus
des Wasserverfahrens sogar zu gründlich durchgemischt,
so dass die verschiedenen Schichten den ihnen zugeordneten Aufgaben
nicht auf die beste mögliche
Weise gerecht werden können.
Es muss zusätzlich
beachtet werden, dass das Wasserverfahren von Anfang an zur Bildung
von Bahnen aus Zellulosefasern entwickelt worden ist, wofür es sehr
geeignet zu sein scheint. Das heißt, die Größe und Steifheit von Zellulosefasern
sind für
Wassersuspensionen geeignet. Somit kräuselt die beim Wasserverfahren
vorhandene Turbulenz nicht die Zellulosefasern oder vermischt sie übermäßig, sondern
optimal in Hinsicht auf die Bahnbildung und Funktion des Stoffauflaufs.
Weil verschiedene Laminate und Verbundstoffe jedoch eine Vielzahl
von Fasern, meistens von Glasfaser bis manchmal zum Beispiel zu
Aramidfasern, manchmal zu Kohlefasern oder sogar Sisal- oder Jutefasern
verwenden, sind die an den Bahnbildungsprozess gestellten Anforderungen
der Fasern ziemlich unterschiedlich von den Anforderungen bei der
Behandlung von Zellulosefasern. So unterscheiden sich zum Beispiel
allein die Größe und Steifheit der
in Laminaten und Verbundstoffen verwendeten Fasern stark von der
Größe und Steifheit
von Zellulosefasern.
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Das
beim Wasserverfahren vorhandene Turbulenzniveau hängt stark
von der Viskosität
des Wassers ab, was im Endeffekt bedeutet, dass das Turbulenzniveau
relativ konstant ist, zumindest was die Anforderungen der verschiedenen
Fasern betrifft, Dies bedeutet natürlich, dass bei einigen Fasertypen,
zum Beispiel Polyester- und Viskosefasern, Turbulenz Biegung und
Verdrillung der Fasern verursacht, was die Fasern dazu bringt, einander
zu umschlingen, Knoten und große
Faseransammlungen zu bilden, die sich in keinem nachfolgenden Schritt
des Prozesses öffnen
können.
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Beim
Trockenverfahren andererseits ist es schwierig, natürliche Bindungen
jedweder Art zwischen den Faserschichten zu bilden, weil es eine
mischende Turbulenz weder zwischen einzelnen Fasern oder Faserflocken
noch zwischen den Faserschichten gibt. Stattdessen bildet jede Schicht
ihre eigene, leicht lösbare
Schicht, was sich unvermeidlich auf die Qualität des Endprodukts auswirkt.
Beim Luftverfahren ist die Länge
von Fasern begrenzt, weil die Fasern von einem Sieb auf die Bahn
ausgebreitet werden, das mit langen Fasern nicht funktionieren kann.
Wenn es beim Einsatz des Luftverfahrens erwünscht ist, die Faserschichten
aneinander zu befestigen, müssen
die Schichten zusammengenäht
werden, was der auf der Oberfläche
der zusammengenähten
Schichten Eindruckstellen verursacht, oder eine spezielle Verklebung
zwischen den Schichten. Dies versteif jedoch das Produkt macht das
Aufrollen schwierig. Außerdem
kann das Aufrollen eines steifen Produkts zwischen den Schichten
Risse verursachen, was sich auch die Qualität des Produkts auswirken wird.
Zusätzlich
ist es typisch für
das Luftverfahren, dass das Flächengewicht
relativ große örtliche
Schwankungen aufweist.
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Das
Schaumverfahren liegt zwischen diesen zwei Bahnbildungsverfahren,
was zum Beispiel das Turbulenzniveau anbelangt. Die Turbulenzeigenschaften
des Schaumverfahrens sind von jenen des Wasserverfahrens vollkommen
verschieden. Beim Schaumverfahren wird Turbulenz typisch nur zur
Bildung des Schaums verwendet, nicht nachdem ein homogener Schaum
gebildet wurde. Mit anderen Worten, wenn eine Schaumsuspension in
einem Mischpulper herstellt wird, wird starke Turbulenz benutzt,
auch wenn das Turbulenzniveau im Vergleich zum Wasserverfahren um
eine Größenklasse
oder eine Anzahl von Größenklassen
niedriger ist, was bedeutet, dass in einer Schaumsuspension die
Fasern nicht so leicht gekräuselt
oder beschädigt
werden wie beim Wasserverfahren. Wenn die Schaumsuspension vom Mischpulper
zum Stoffauflauf befördert
wird, ist die Strömung
praktisch vollkommen laminar, wie auch im Stoffauflauf selbst. In
einer Schaumsuspension sind die Fasern zu Schaumblasen gebunden, und
mit den Blasen bleiben sie im Wesentlichen unbeweglich im Verhältnis zueinander,
bis der Schaum auf dem Sieb der Produktionsmaschine unter dem Einfluss
der Saugkästen
kollabiert.
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Beim
Schaumverfahren ist die Konsistenz nicht so entscheidend wie beim
Wasserverfahren, obwohl die Konsistenz der Schaumsuspension ein bedeutender
Faktor ist, wenn nach einem optimalen Herstellungsverfahren für jeden
Einsatz gesucht wird. Die Grundidee beim Schaumverfahren ist, einzelne
Fasern oder Faserbündel
gewünschter
Größe an eine
Schaumblase oder -blasen zu binden, so dass die Fasern oder Faserbündel vor
der Bahnbildung nicht in Kontakt miteinander driften, weil es die Bildung
von unerwünschten
Flocken verursachen könnte.
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Wir
haben festgestellt, dass in der Praxis das verwendbarste Verfahren
zur Herstellung von sowohl Ein- als auch Mehrschichtprodukten das
Schaumverfahren ist, mit dem jeder der verschiedenen Fasertypen
auf optimale Weise behandelt werden kann. Das Schaumverfahren ist
auch nicht bei dem Verfahren geblieben, das ursprünglich von
Wiggins Teape entwickelt und im
US-Patent
3,938,782 beschrieben wurde. Bei dem durch das Patent offenbarten
Verfahren (
1) wird das Ausgangsmaterial,
zum Beispiel Fasern, Surfactants, pH-Regler und Stabilisatoren usw. in einen
Mischpulper in sorgfältig
gewogenen Dosen eingeführt,
in welchen Pulper sowohl Schaum zum Beispiel aus der Siebwassergrube
der Produktionsmaschine als auch Wasser aufgegeben werden, das ebenfalls
aus dem Flüssigkeitskreislauf
der Produktionsmaschine er hältlich
ist. In den meisten Fällen
können
alle für
die Bahnbildung benötigten
Ausgangsmaterialien aus verschiedenen Gründen nicht in ein und demselben
Pulper aufgeschlossen werden, sondern es ist notwendig, eine Anzahl
von Pulpern einzusetzen. Besonders bei der Bildung einer Mehrschichtbahn
ist es eine bekannte Tatsache, dass die Anzahl von Pulpern zumindest
der Anzahl der Schichten der Bahn gleich sein muss. Aus diesen Materialien
wird eine Schaumsuspension in einem Pulper oder Pulpern gebildet,
und die Suspension wird mit einer kundenspezifischen Pumpe entweder zu
einer Produktionsmaschine oder vorübergehend in einen Lagerbehälter gepumpt.
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Die
in die Produktionsmaschine eingeführte Schaumsuspension wird
normalerweise in die Einlassrohrleitung des Stoffauflaufs über eine
Siebwassergrube geleitet. In der Siebwassergrube wird die Konsistenz
der Schaumsuspension auf das gewünschte
Niveau eingestellt. Die Aufgaberohrleitung im Stoffauflauf bestehen
aus einem Verteiler, im Zusammenhang damit angeordneten Düsen und
der Rohrleitung, die von den Düsen
zum Stoffauflauf führt.
Konventionell besteht die Rohrleitung aus zahlreichen flexiblen
Kunststoff- und Gummirohren, die derart angeordnet sind, dass sie
Schlaufen bilden, wie im
US-Patent
3,938,782 (
2) beschrieben ist. Die Rohrleitung
soll zusammen mit den am Übergang des
Verteilers und der Rohrleitung angeordneten Düsen Turbulenz erzeugen und
aufrechterhalten, so dass die Schaumsuspension homogen bleibt. Aus den
Rohren wird die Schaumsuspension in den Stoffauflauf eingeführt, dessen
Konstruktion sehr einfach sein kann.
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Die
in den
US-Patenten 6,019,871 (
3),
6,136,153 (
5)
und der
CA-Patentanmeldung 2301995 (
4)
beschriebenen Lösungen
können als
Beispiele für
Stoffauflaufkonstruktionen nach dem Stand der Technik genannt werden.
Der Stoffauflauf wird benutzt, um den Schaum zu dosieren, um auf dem
Sieb eine gleichbleibende Bahn zu bilden. Das Flächengewicht der Bahn kann eingestellt
werden kann zum Beispiel durch Aufgabe von reinem Schaum in den
Stoffauflauf, in Abhängigkeit
von der Aufgabestelle, um entweder die Konsistenz der ursprünglichen
Schaumsuspension zu verdünnen
oder die Schichtdicke der ursprünglichen
faserigen Schaumsuspension örtlich
auszudünnen.
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Bei
der Herstellung von Mehrschichtprodukten, d. h. bei der Durchführung einer
so genannten Mehrschicht-Bahnbildung, kann der Stoffauflauf eine Anzahl
von Abteilen umfassen, deren jedes selbständig funktioniert. Ein Beispiel
für solch
eine Konstruktion ist in
5 (
US-A-6,136,153 ) dargestellt.
In einigen Fällen
kann Mehrschicht-Bahnbildung auch derart durchgeführt werden,
dass spezielle Aufgaberohre (
6;
US-A-6,238,518 ),
die entweder im Inneren des Stoffauflaufs oder durch den Stoffauflauf
hindurch geführt
sind, zur Aufgabe der gewünschten Schaumsuspension
an einer gewünschten
Stelle innerhalb der vom Stoffauflauf gebildeten Bahn benutzt werden.
Besagtes Dokument
US-A-6,238,518 beschreibt
die Kombinationen der Merkmale der Oberbegriffe von Patentanspruch
1 und 19.
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In
Versuchen hat es sich jedoch herausgestellt, dass sowohl der Prozess
nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Schaum und Aufgabe von
Schaumsuspension in den Stoffauflauf unnötig kompliziert sind. Zumal
es sich herausgestellt hat, dass die Aufgaberohrleitung bei der
Schaumsuspension-Aufgabevorrichtung
ein Problem darstellt. Sowohl tatsächliche Prozesse als auch Versuche
haben gezeigt, dass diese Rohre verstopfungsanfällig sind. In der Praxis läuft dies
derart ab, dass eine einzige Faser, zum Beispiel eine gekräuselte Faser
oder eine Flocke von Fasern sich entweder im Rohrinneren oder an
der Rohröffnung
verfängt,
und die hängen gebliebene
Faser oder Flocke dann mehr Fasern einfängt und dadurch die Größe der Flocke
vergrößert. Am
Anfang ist die Flocke sehr porös,
so dass Flüssigkeit
und/oder Gas sie noch durchfließen
können,
was zur Folge hat, dass Fasern und möglicherweise andere Feststoffe
an der Flocke hängen
bleiben, während
Flüssigkeit
und/oder Gas noch dadurch fließen. Nachdem
sie eine Weile in der Größe zugenommen hat
und sie sich allmählich
fester und fester am Rohr oder seiner Öffnung festgesetzt hat, beginnt
die Flocke, auch die Strömung
von Flüssigkeit
und/oder Gas zu beeinträchtigen,
und hat schließlich
zur Folge, dass die Strömung
durch das Rohr aufhört.
Die Verstopfung eines der Rohre des Rohrsystems verursacht sofort
eine Änderung
beim Stoffauflauf, die sich in einem hinreichend großen Betrag
widerspiegeln kann, um sich auf die aus dem Stoffauflauf austre tende
Bahn auszuwirken. Sogar wenn es möglich ist, diese verstopften
Rohre auszuspülen,
falls solch eine Möglichkeit
bei der Konstruktion der Vorrichtung vorgesehen wurde, ohne die
Produktion vollständig
anzuhalten, wird es sogar im besten Fall einen hohen Arbeitsaufwand
und im schlimmsten Fall relativ große Produktionsverluste erfordern.
Des Weiteren hat man festgestellt, was ganz natürlich ist, dass je länger die
Fasern des Materials sind, desto leichter werden die Rohre und der
Verteiler verstopft. Natürlich wirkt
sich der verwendete Fasertyp, hauptsächlich die Form und Steifheit
der Fasern, sowohl darauf, wie schnell Faserflocken gebildet werden
und somit auch auf die Verstopfungstendenz der Rohre aus.
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Somit
ist der Schaumprozess nach dem Stand der Technik oder eigentlich
die dabei benutzte Stoffauflauflösung
nicht immer geeignet fürs
Behandeln von Schaumsuspension mit langen Fasern. Es ist schließlich Fakt,
dass in Abhängigkeit
vom Fasertyp die traditionellen beim Schaumverfahren benutzten Stoffaufläufe – oder vielmehr
deren Rohrsystem – lediglich
zur Behandlung von Fasern imstande sind, die von weniger als 50
bis 100 mm Länge
sind.
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In
einigen Fällen,
zum Beispiel bei der Behandlung von dünnen, weichen und/oder langen
Fasern, z. B. 1,7 dtex Polyester- und Viskosefasern mit mehr als
30 mm Länge,
ist Turbulenz gar nicht nützlich.
Bei diesen Fasern kann nicht einmal ein Schaumverfahren nach dem
Stand der Technik angewandt werden, weil sogar eine relativ kleine,
im Pulper vorhandene Turbulenz die Fasern biegt und sie derart durchmischt,
dass sie einander umschlingen und Flocken bilden, die sowohl den
Prozess als auch das Endprodukt negativ beeinflussen. Wegen der
Turbulenz, die stärker
als im konventionellen Schaumprozess ist, kommt auch das Wasserverfahren
gar in nicht in Frage.
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Die
Zugabe von einigen wasserabsorbierenden Materialien zur Bahn hat
sich auch als problematisch erwiesen. Dieses Problem wird z. B.
im
US-Patent 6,019,871 angegangen.
Bei diesem Patent hat sich das Schaumverfahren als wesentlich besser
als das konventionelle Wasserverfahren erwiesen, doch weil Schaum
auch Wasser enthält,
hat dieses Schaumverfahren nach dem Stand der Technik auch seine
Nachteile. Der Nachteil besteht zum Beispiel darin, dass ein verwendetes
Wasser-absorbierendes Polymer eine lange Zeit dem im Schaum vorhandenen
Wasser ausgesetzt ist und dadurch fast vollständig seine Wirkung verliert.
Die oben erwähnte
Veröffentlichung
versucht, das Problem zum Beispiel durch Tiefgefrieren oder zumindest
Abkühlen
des Polymers, Beschichten des Polymers oder einfach durch Einführung des
Polymers so spät
wie möglich zu
der, auf das Sieb aufgegebenen Schaumsuspension, zu lösen. Sämtliche
aufgezeigten Maßnahmen erfordern
besondere Anordnungen, die selbstverständlich die Produktionskosten
erhöhen
werden.
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Obwohl
das Schaumverfahren nach dem Stand der Technik als solches ganz
nützlich
zur Herstellung von Mehrschichtprodukten, etwa Dreischichtprodukten
ist, ist es unmöglich
gewesen, mit einem Schaumverfahren nach dem Stand der Technik, ein
lange Fasern bevorzugendes Produkt herzustellen, weil es sich gezeigt
hat, dass die zuvor erwähnten
Systeme sogar mit kürzeren
Fasern verstopft werden. Ein partieller Grund für das Verstopfen ist, dass
die weniger steifen Fasern sich biegen, kräuseln und bereits im Mischpulper
Flocken bilden, während
sie die Schaumsuspension bilden.
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In
der
FR-Patentveröffentlichung
1,449,737 werden Fasern und die Flüssigkeit vom Sieb dem Sieb
vorausgehenden „pulperähnlichen" Mischer zugeführt. Im
Mischungsprozess wird entweder aus einem mechanischen Mischer oder
Ultraschallmischung Gebrauch gemacht, die bei Schaumbildung weder
nützlich
noch wirtschaftlich sind, wo zum Beispiel sehr lange Fasern oder
sogar Netz in den Stoffauflauf aufgegeben wird. Die Funktion des „pulperähnlichen" Mischers der erwähnten FR-Patentveröffentlichung,
der in der Art eines Stoffauflaufs erwähnt sei, um unter anderem die
Schaumsuspension gleichmäßig auf
das Sieb aufzutragen, bleibt auch unklar.
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Wir
befassen uns mit der Herstellung einer Fahrzeug-Stoßstange,
wie sie im
US-Patent 6,231,094 dargestellt
ist, als zweites Beispiel für
mit traditionellen Schichtmaterialien verbundene Probleme. Diese
Stoßstange
besteht, wie in
7 dargestellt ist, aus zwei
Bahnen, die bevorzugt aus faserhaltigen thermo plastischen Bahnen
hergestellt sind, die die ganze Stoßstange überspannen, und aus schmäleren, ebenfalls
faserhaltigen thermoplastischen Bändern, die den Körper der
Stoßstange
an gewünschten
Stellen verstärken.
Der Veröffentlichung
zufolge sind alle sechs Bahnen oder Bänder getrennt und werden erst
in der Herstellungsphase in Kontakt miteinander gebracht. Es ist
nicht schwierig vorzustellen, wie präzise und anspruchsvoll es ist,
die Bahnen zu legen und insbesondere sie auf Position zu halten,
wenn die Form geschlossen wird.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfassen die
Merkmale der Patentansprüche
1 und 19 und lösen
unter anderem die oben erwähnten
Probleme, wobei ein charakterisierendes Merkmal der Erfindung ist,
dass die trockenen Materialien und der Schaum nicht zu einer Schaumsuspension
vermischt werden, bevor sie sich im Stoffauflauf befinden, unmittelbar
vor der Einführung
der Suspension auf das Sieb der Produktionsmaschine, durch Einführung des
Schaums mit hohem Druck aus Düsen
in den Stoffauflauf.
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Deshalb
bedarf es keines Pulpers zur Zumischung des Fasermaterials in den
Schaum beim erfindungsgemäßen Verfahren.
Somit gibt es keinen Bedarf für
Schaumpumpen oder Rohre vom Stoffauflauf, geschweige denn für Rohre
zwischen Verteilkasten und Stoffauflauf.
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Des
Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren
völlig
unempfindlich gegenüber
Materialien, die beim Schaumverfahren eingesetzt werden. Die Länge oder
Steifheit der Faser kann frei gewählt werden, weil die Faser
ein dünnes
Rohr nicht zusetzen kann, weil es keine solchen Rohre auf dem Weg
der Faser zum Sieb gibt.
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Bei
Benutzung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, in
ein oder mehrere Schichten der gebildeten Bahn zum Beispiel eine
kontinuierliche Faser, Garn, Band, Netz oder nahezu jedes beliebige,
im Endprodukt entbehrliche Komponente einzuführen.
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Andere
charakterisierende Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung der
Erfindung gehen aus den beigefügten
Ansprüchen
hervor.
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Im
Folgenden werden die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung
anhand der beigefügten
Figuren detaillierterer beschrieben, wobei
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1 schematisch
eine Vorrichtung für
das Schaumverfahren nach dem Stand der Technik zeigt,
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2 ein
Detail eines Stoffauflaufs zeigt, der in Verbindung mit einem Schaumverfahren
nach dem Stand der Technik benutzt wird,
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3 einen
Stoffauflauf zeigt, der in Verbindung mit einem Schaumverfahren
nach dem Stand der Technik benutzt wird,
-
4 einen
Stoffauflauf zeigt, der in Verbindung mit einem anderen Schaumverfahren
nach dem Stand der Technik benutzt wird,
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5 einen
Stoffauflauf zeigt, der in Verbindung mit einem dritten Schaumverfahren
nach dem Stand der Technik benutzt wird,
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6 einen
Stoffauflauf zeigt, der in Verbindung mit einem vierten Schaumverfahren
nach dem Stand der Technik benutzt wird,
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7 von
der Herstellung eines Fahrzeug-Stoßstangenkörpers nach einem Verfahren nach
dem Stand der Technik handelt,
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8 einen
Stoffauflauf gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der neuen Erfindung zeigt, der ein neues Konzept darstellt,
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9 einen
Stoffauflauf gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
-
10 einen
Stoffauflauf gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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11 einen
Stoffauflauf gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
-
12 einen
Stoffauflauf gemäß einer
fünften
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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13 einen
Stoffauflauf gemäß einer sechsten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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14 einen
Stoffauflauf gemäß einer
siebten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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1 zeigt
einen Schaumprozess nach dem Stand der Technik, der als vom Pulper 10 beginnend betrachtet
werden kann, wobei ein Schaum zumindest aus Flüssigkeit, bevorzugt Wasser,
Gas, bevorzugt Luft, und einem Surtactant gebildet wird, in welchen
Schaum des Weiteren Faser, Füllstoffe, pH-Regler,
Stabilisatoren, Farbe und Bindemittel und andere Zusätze zur
Bildung einer Schaumsuspension eingeführt werden. Wasser wird in
den Pulper 10 über
einen Stutzen 12, eine Pumpe 14 und einen Durchflussmesser 16 eingeführt. Das
Wasser kann ursprünglich
zum Beispiel aus dem Entwässerungssystem
der Produktionsmaschine oder aus irgendeiner anderen geeigneten
Quelle, inklusive Frischwasser, stammen. Surfactant 20 wird über eine
Waage 18 oder dergleichen in den Pulper dosiert, geeignetes Fasermaterial 24 wird
mittels einer Waage 22 oder dergleichen eingeführt, und
Füllstoffe,
Stabilisatoren, Farben, Bindemittel und pH-Regler werden mittels
einer Waage oder einer Vielzahl Waagen 26 zudosiert. Bevorzugt
wird jedes davon über
seine eigene Messvorrichtung eingeführt. Der Gasgehalt einer dadurch hergestellten
Schaumsuspension kann bei normalem atmosphärischem Druck und Temperatur
zwischen 50 und 80 %, in einigen Fällen sogar außerhalb
dieses breiten Bereichs, liegen. Der Feststoffgehalt der Schaumsuspension
ist zwischen 2 und 25 Prozent, manchmal sogar niedriger als dies,
je nach Dichte des Schaums, Typ und Länge der Fasern und dem herzustellenden
Produkt. Diese Schaumsuspension wird dann vom Pulper 10 zum
Bahnbildungssieb 30 der Produktionsmaschine über den
Stoffauflauf 40 eingeführt,
um das erwünschte
Produkt herzustellen. Beim dargestellten Schaumprozess nach dem
Stand der Technik werden die Feststoffe, inklusive Fasermaterial,
Surfactant und Füllstoffe,
usw., das oben erwähnt
wurde, in den Pulper 10 eingeführt. Die Mischungsverhältnisse
der Materialien werden bestimmt, indem zum Beispiel jedes Material über eine zugeordnete
Aufgabevorrichtung einführt
wird, die mit einer Waage zur Beimischung der Menge verbunden ist,
die für
das richtige Verhältnis
pro Zeiteinheit (kg/min) notwendig ist. Die erforderliche Menge
Wasser wird durch einen Durchflussmesser 16 ebenfalls in
den Pulper eingeführt,
so dass das Wasser und das Surfactant einen Schaum bilden, in den
die Feststoffe im Pulper gleichmäßig dispergiert
sind.
-
In
einigen Fällen
kann ein Material in den Pulper nur in der Phase eingeführt werden,
wo die Quantität
aus dem Schaum im Pulper erfasst werden kann. Dies kann im Zusammenhang
zum Beispiel mit einem pH-Regler erfolgen, in welchem Fall der pH des
Schaums im Pulper gemessen wird und, dem Ergebnis entsprechend,
der pH-Wert durch Einführung entweder
einer sauren oder basischen Chemikalie in den Pulper reguliert wird.
-
Auch
wesentlich faserloser Schaum kann in den Pulper 10 über Leitung 38 eingeführt werden, welcher
Schaum von den Saugkästen 32 der
Bahnbildungspartie mit Hilfe von Pumpe 36 entweder direkt
oder über
die Siebwassergrube 34 zurückgeführt wird.
-
Schaumsuspension
wird vom Pulper 10 als konstante Strömung mit einer eigens hierfür konstruierten
Pumpe 42 abgeleitet; bei der Pumpe kann es sich entweder
um eine Kreiselpumpe oder eine Verdrängungspumpe handeln. Die Schaumsuspension kann
entweder direkt zum Stoffauflauf 40 gepumpt werden, wenn
ihre Konsistenz stimmt. Sie kann auch zur Siebwassergrube 34 gepumpt
werden, wo die Konsistenz der Schaumsuspension richtig eingestellt wird
und aus der die Suspension weiter in den Stoffauflauf 40 gepumpt
wird, oder sie kann auch in einen Lagerbehälter 44 gepumpt werden
kann, wenn der Einsatz eines solchen für notwendig gehalten wird. Vom
Lagerbehälter 44 wird
die Schaumsuspension bevorzugt zur Verwendung mittels einer Pumpe 46 eingeführt.
-
Wenn
die Schaumsuspension in den Stoffauflauf 40 eingeführt wird,
wird sie nach dem Stand der Technik zunächst einem Verteiler 50 zugeführt, wo
die Schaumsuspension mittels Düsen 52 auf
ein Rohrsystem 54 verteilt wird, mit dem die Schaumsuspension
in den eigentlichen Stoffauflauf 40 aufgegeben wird. Die
Düsen 52 und
das Rohrsystem 54 sind detaillierterer im Zusammenhang
mit 2 beschrieben. Auch wesentlich faserfreier Schaum
kann zum Beispiel aus der Siebwassergrube 34 zum Stoffauflauf 40 und/oder
zum Aufgaberohrsystem gebracht werden, um die Konsistenz der Schaumsuspension und/oder
das Flächengewicht
des Produkts einzustellen:
Vom Stoffauflauf 40 wird
die Schaumsuspension ins Sieb 30 der Bahnbildungspartie
mit darunter – oder im
weiteren Sinne – auf
der, der Schaumsuspension gegenüber
liegenden Seite angeordneten Saugkästen 32 zur Entfernung
von Schaum durch das Sieb 30 mittels Saugung aufgegeben.
Der aus der dadurch gebildeten Bahn entfernte Schaum wird in die
Siebwassergrube 34 oder wahlweise direkt in den, die Schaumsuspension
erzeugenden Pulper 10 geleitet.
-
Die
auf dem Sieb 30 gebildete Bahn wird zur Trocknung geleitet,
möglicherweise
nachdem sie beschichtet worden ist. Die an der Bahn vorgenommenen
Nachbehandlungen richten sich natürlich nach den Anforderungen
an das Produkt, so dass es nicht notwendig, sie hier zu besprechen.
-
Die
in 2 dargestellten Einlassdüsen 52 und das Rohrsystem 54 sind
zwischen dem Verteiler 50 und dem eigentlichen Stoffauflauf 40 angeordnet. Eine
Vielzahl Düsen 52 ist
im Verteiler 50 angeordnet, dessen Innenfläche nicht
zylindrisch ist, sondern Kämme
oder dergleichen umfasst, um das Turbulenzniveau der Schaumsuspension
vor dem Rohrsystem 54 anzuheben. Die Anzahl von Rohren
im Rohrsystem 54 ist gleich der Anzahl von Düsen 52 im Verteiler 50.
Die Rohre 54 des Rohrsystems sind meistens als eine Schlaufe
angeordnet, wie es in der Figur dargestellt ist.
-
Diese
Form von Rohr und Düse
sollen die Schaumsuspension homogen und eine gleichmäßige Turbulenz
in allen Rohren des Rohrsystems 54 aufrechterhalten. Das
Ziel ist natürlich,
dass die Rohre in den Stoffauflauf 40 Schaumsuspension
ableiten können,
wo die Fasern nicht ausgeflockt sind, sonder sich mühelos gleichmäßig auf
das Sieb der Produktionsmaschine verteilen lassen.
-
In
der Praxis hat es sich jedoch herausgestellt, dass sich die Düsen 52 und
Rohrsysteme 54 sehr leicht zusetzen. Dieses Risiko liegt
besonders dann vor, wenn die Länge
der Fasern in der Schaumsuspension zunimmt. Dies hat sich derzeit
als problematisch erwiesen, als das Schaumverfahren in industriellen
Einsatz übernommen
wurde und man hat festgestellt, dass damit eine riesige Anzahl verschiedener
Produkte hergestellt werden kann. Dies bedeutet unter anderem auch
Mehrschichtprodukte, wo eine der Schichten zum Beispiel eine Verstärkungsschicht
sein kann. Durch andere Verfahren hergestellte Verstärkungsmatten
haben eine Faserlänge von
ungefähr
5 bis 50 mm, hauptsächlich
in Abhängigkeit
vom Fasertyp, so dass die Benutzung von ähnlichen Faserlängen auch
beim Schaumverfahren eine Notwendigkeit ist. In der Praxis hat es
sich jedoch als schwierig erwiesen, weil Fasern von solcher Länge, natürlich in
Abhängigkeit
vom Fasertyp, sehr leicht ausflocken können, und, einmal in dünnen Rohren,
das ganze Rohr leicht verstopfen können.
-
Es
sei weiterhin bemerkt, dass es, auch wenn die Beschreibung von 1 lediglich
einen Pulper erwähnte,
offensichtlich ist, dass in einigen Fällen eine größere Anzahl
von Pulpern für
die Produktion erforderlich ist. Zum Beispiel bei der Herstellung
eines Mehrschichtprodukts entspricht die erforderliche Anzahl von
Pulpern normalerweise der Anzahl von Schichten. Des Weiteren, wenn
im Prozess Materialien involviert sind, die einander nicht kontaktieren
dürfen,
ist es ratsam, eine getrennte Schaumsuspension aus den beiden Materialien
sowie Materialien zu mischen, denen gegenüber sie sich neutral verhalten,
und die Schaumsuspension erst im Schaumbildungsschritt, bevorzugt
unmittelbar vor dem Stoffauflauf, durchzumischen. Das heißt, bei Mehrschicht-Bahnbildung
kann die Anzahl der notwendigen Pulper leicht gar so hoch wie sechs
sein.
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3 zeigt
schematisch einen Schaumprozess nach dem Stand der Technik: einen
Stoffauflauf 40, das vorausgehende Rohrsystem 54 und
hinter dem Stoffauflauf einen Bahnbildungsabschnitt mit seinem Sieb 30 und
Saugkästen 32.
Die Figur stellt mit dem Bezugszeichen 48 auch eine der
Pumpe 48 von 1 entsprechende Pumpe. In der
der Pumpe 48 folgenden Leitung gibt es sowohl den Verteiler 50 als
auch das Rohrsystem 54 von 2. Die Figur zeigt
auch, wie der Stoffauflauf 40 die Schaumsuspension direkt
zum Bahnbildungsabschnitt in den Spalt zwischen den zwei Sieben 30 aufgeben
kann, im Gegensatz zu 1, die einen konventionelleren, ein
Fourdrinier-Sieb umfassenden Bahnbildungsabschnitt darstellt. 3 zeigt
weiter, wie aus den, außerhalb
der Bahnen 30 angeordneten Saugkästen 32 erhältlicher
Schaum oder der aus Bahnbildungsabschnitt generell erhältliche
Schaum mittels einer Pumpe 56 in Leitung 58 zugeführt werden
können, um
mit der Schaumsuspension irgendwo zwischen Pumpe 48 und
Stoffauflauf 40 vermischt zu werden. Bevorzugt erfolgt
dies nach dem Verteiler 50, in Verbindung mit entweder
Düsen 52 oder
Aufgaberohren 54 oder im eigentlichen Stoffauflauf 40.
Bevorzugt kann die Menge des zuzugebenden Schaums reguliert werden.
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4 zeigt
einen sehr ähnlichen
Stoffauflauf 140, der Schaumeinlassstutzen 158' aufweist, die
im Zusammenhang mit den Schaumsuspensionsstutzen 154 entweder
zur Verdünnung
der Schaumsuspension oder zum Ausgleichen des Flächengewichts des Produktes
durch Zugabe von Schaum angeordnet sind. Der Stutzen 158'' ist funktionsmäßig ähnlich, zur Einführung von
Schaum an die Decke des Stoffauflaufs 140 angeordnet, wobei
der Schaum aus dem Stutzen den oberen Teil des Stoffauflaufs 40 entlang
zum Sieb 130 hingeleitet wird. Der Schaum fungiert auch
als Schmiermittel, um eine Ausrichtung der Fasern in der Schaumsuspension
in Strömungsrichtung
der Schaumsuspension zu verhindern.
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5 zeigt
eine dritte Stoffauflauflösung 240 nach
dem Stand der Technik, die die Herstellung eines Dreischichtprodukts
ermöglicht.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist der Stoffauflauf 240 vertikal
in drei Kammern 242, 244 und 246 unterteilt,
deren jede ihre eigene Schaumsuspension aus Quellen 248, 250 und 252 bezieht.
Es ist jedoch möglich,
dass beide Oberflächenschichten
(gebildet aus der Schaumsuspension in den Kammern 242 und 246)
oder sogar alle Schichten gleich sind, doch die dargestellte Technologie
sieht die Möglichkeit
vor, auch drei verschiedene Schichten herzustellen. Die Figur zeigt,
wie die in jede der Kammern 242, 244 und 246 eingeführte Schaumsuspension
gleichzeitig zum Bahnbildungsabschnitt zwischen die Siebe 30 geleitet
wird. Die Bahn wird schnell gebildet, indem Schaum in zwei Richtungen
mittels Saugkästen 32 entfernt
wird und die verschiedenen Schichten der Bahn sich durch die Vermischung
der Fasern der verschiedenen Schichten in der Randzone der Schichten
aneinander festsetzen.
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6 zeigt
noch eine weitere Stoffauflauflösung 340 nach
dem Stand der Technik. In diesem Fall sind drei Kammern 342, 344 und 346 im
Stoffauflauf 340 entweder übereinander oder nebeneinander
angeordnet, je nach der Einbaulage des Stoffauflaufs 340.
Jede der Kammern 342, 344 und 346 kann
ihre eigene Schicht zur Bahn einführen, wie im Zusammenhang mit
der vorhergehenden Figur beschrieben wurde. Im Vergleich der Kammern
zeigt diese Lösung eine
noch andere Möglichkeit
auf, eine getrennte Schicht oder Streifen zur Bahn zu bilden. Dies
erfolgt mittels Rohren 348 und 350, die durch
die Kammer 344 verlaufen, die Schaumsuspension zuführt, die ihre
eigenen Schichten in der Bahn bildet, falls zum einen die Aufgaberohre 348 und
zum anderen die Aufgaberohre 350 ziemlich parallel in Längsrichtung des
Stoffauflaufs (senkrecht zur Ebene der Figur) angeordnet sind, oder
ihre eigenen Streifen, falls es Leerräume zwischen den Aufgaberohren 348 und/oder
den Aufgaberohren 350 gibt, wo die Schaumsuspension nicht
aus Rohren 348 und 350 ausgebreitet wird. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
können
die Aufgaberohre, außerdem
dass sie in jeder Kammer angeordnet sind, falls es erforderlich
ist, zumindest in ihrer Längsrichtung
bewegt werden. In der Praxis bestimmt die Längsposition des Aufgaberohrs
die Art von Schicht oder Streifen, die die aus dem Rohr austretende
Schaumsuspension bildet. Je weiter weg von der Öffnungsstelle der Kammern das
Ende des Rohrs positioniert ist, desto weiter hat sich die aus der
zur Bahn austretenden Schaumsuspension bildende Bahn fortbewegt
und desto schärfer
ist die Kante des aus dem Rohr austretenden Schaums. Wenn die Aufgabe
aus dem Rohr sehr schnell erfolgt, nachdem sich die Kammern zur
Bahn hin geöffnet
haben, wird der aus dem Rohr ablaufende Schaum wirksam mit anderem Schaum
vermischt und die Ränder
des aus dem, aus Rohr zugeführten
Schaum gebildeten Streifens sind sehr unbestimmt im Vergleich zur
restlichen Bahn.
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7 zeigt
die Produktion eines Produkts nach dem Stand der Technik. Die Figur
stellt die Produktion eines Fahrzeug-Stoßstangenkörpers dar. Der Figur zufolge
besteht das Formwerkzeug natürlich
aus zwei Teilen 60 und 62, die der Form des Stoßstangenkörpers entsprechen.
Der in der Veröffentlichung
beschriebenen Technologie zufolge wird eine erste thermoplastische
Fasermatte 64 auf den unteren Formteil 62 positioniert,
wobei zwei schmälere
Mattenbahnen 66 und 68 auf die Matte 64 in
den beiden Randbreichen der Matte positioniert werden. Eine Matte 70,
die der untersten Matte entspricht, wird auf diese Bahnen gelegt,
und formierbares thermoplastisches Material 72 wird auf
die letzte Schicht 70 gelegt. Wenn die Formteile 60 und 62 zusammengepresst
werden, breitet sich das thermoplastische Material 72 in
allen Matteschichten 64–70 aus.
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Bei
der in 7 gezeigten Herstellungstechnik kann man leicht
feststellen, dass es hohe Präzision
und viel vorbereitende Arbeit erfordert, um alle Matteschichten
zu beschaffen. Der in der Veröffentlichung
beschriebenen Technologie zufolge wird eine erste thermoplastische
Fasermatte 64 auf den unteren Formteil 62 positioniert,
wobei zwei schmälere Mattenbahnen 66 und 68 auf
die Matte 64 in den beiden Randbreichen der Matte positioniert
werden. Eine Matte 70, die der untersten Matte entspricht, wird
auf diese Bahnen gelegt, und formierbares thermoplastisches Material 72 wird
auf die letzte Schicht 70 ge legt. Wenn die Formteile 60 und 62 zusammengepresst
werden, breitet sich das thermoplastische Material 72 in
allen Matteschichten 64–70 aus.
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Bei
der in 7 gezeigten Herstellungstechnik kann man leicht
feststellen, dass es hohe Präzision
und viel vorbereitende Arbeit erfordert, um alle Matteschichten 64–70 an
den richtigen Stellen absetzen zu lassen und dort den gesamten Herstellungsprozess
hindurch zu bleiben. Ferner muss es an der Anlage getrennte Lager-,
Transport- und Aufgabevorrichtungen für alle notwendigen Bahnen geben,
und in diesem Beispiel gibt es sechs verschiedene Bahnen. Weiters
müssen
die Matten auf die richtigen Größen entweder
auf der Anlage oder beim Hersteller der Matten geschnitten sein.
In der Praxis bedeutet dies, dass sechs Bahnen bestimmter Breite
irgendwo zugeschnitten werden müssen,
anstatt eine einzige Bahn verwenden zu können, wenn es eine Möglichkeit
gäbe, alle
verstärkenden
Bahnen in einem Produkt bereits in der Herstellungsphase des verstärkendes
Produkts zu befestigen.
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8 zeigt
eine Vorrichtung 76 zur Herstellung von Frischschaum und
einen erfindungsgemäßen Produktionsmaschinen-Stoffauflauf 78.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, umfasst der Stoffauflauf 78 in dieser
Ausführungsform
hauptsächlich
ein nach oben offenes oder zumindest atmosphärisches Becken 80, Schaumdüsen 94,
einen Bodenteil 98 und einen Auslaufspalt 100.
Die Schaumsuspension wird im Becken 80 hergestellt, in
welches der Großteil
des für die
Produktion des jeweiligen Produkts notwendigen Feststoffe nach den
gleichen Prinzipien eingebracht werden, wie sie bei Lösungen nach
dem Stand der Technik zur Einführung
von Material in einen oder mehrere Pulper angewandt werden. Das
heißt,
die in das Feststoffbecken eingeführten Mengen sind für eine bestimmte
Produktion bemessen, und die Fasern oder die Fasermatte sind mittels
einer Schneidvorrichtung auf die gewünschte Länge geschnitten. Faser kann
in das Becken direkt von der Schneidvorrichtung (nicht dargestellt)
eingeführt
werden, falls die in die Schneidvorrichtung eingeführte Menge
von Fasermaterial genau geregelt werden kann. Faser kann in das
Becken auch durch einen kalibrierten Förderer 82 eingeführt werden,
so dass eine gleichmäßige Menge
Schnittfaser ständig
in das Becken 80 abgeworfen wird. 8 zeigt
auch, wie ein anderer kalibrierter Förderer 83 zur Einführung von
z. B. Füllstoff,
Bindemittel, Farben oder dergleichen oder einer vorproduzierten
Mischung derselben in das Becken 80 benutzt wird. Eine
wesentliche Pointe der Erfindung ist, dass zumindest ein Teil der
Feststoffe in das Becken wesentlich trocken, nicht in einer Flüssigkeitssuspension,
eingebracht wird. Die Feststoffe können gegebenenfalls befeuchtetet
werden, doch jedenfalls so, dass kein freies Wasser mit den Feststoffen
in das Becken eingeführt
wird.
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Ein
charakterisierendes Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, dass ein wesentlicher Teil der für die Struktur
des Produkts benötigten
Faserkomponenten „trocken" in das Becken eingeführt wird.
Die Struktur des Produkts bedeutet in diesem Kontext das für das Produkt
typische Fasergeflecht, nicht eine Komponente, die möglicherweise
zum Produkt gehört
und im Gebrauch eine Wirkung auf seine Eigenschaften hat, etwa Aktivkohle
oder Flüssigkeit-absorbierende
Materialien.
-
Zusätzlich hierzu
wird in einem speziellen Schaumpulper 84 erzeugter Schaum
in das Becken 80 eingeführt.
Wie bereits in 1 dargestellt wurde, wird der
Schaum im Schaumpulper 84 aus Wasser, Surfactant und Gas,
geeigneterweise Luft, gebildet mit dem Unterschied, dass bei diesem
Verfahren keine andere Materialien notwendigerweise in den Pulper
eingeführt
werden. Wenn es aber erwünscht
ist, Feststoffe dem Schaum vor dem Becken 80 beizumischen,
kann es im Zusammenhang mit der Bildung des Schaums in einem Pulper 84 erfolgen.
Die Mengen von Wasser und Surfactant sind im Verhältnis zueinander
portioniert, wenn sie in den Pulper 84 zur Bildung eines
optimalen Schaums eingeführt
werden. Das Gemisch aus Wasser und Surfactant wird durch einen Mischer
derart durchgemischt, dass Luft im Gemisch in einer geeigneten Menge
eingeschlossen wird, die zur Erzeugung eines gewünschten Gasgehalts und einer
Bläschengröße geeignet
ist.
-
Es
ist möglich
und auch durchführbar,
zumindest einen Teil des Schaums durch Schaum zu ersetzen, der aus
Produktion in Leitung 86 zurückgeführt wird, wie es durch eine
unterbrochene Linie in der Figur dargestellt ist. Sowohl der im Pulper 84 produzierte
und mittels Pumpe 90 in die Leitung 92 gepumpte
Schaum 92 und der aus dem Prozess über Leitung 86 zurückgeführte Schaum
werden bevorzugt in einer gewünschten
Menge pro Zeiteinheit durch Düsen 94 in
das Becken 80 gesprüht,
so dass die Feststoffe durch die von den Schaumstrahlen hervorgerufene
Turbulenz wirksam vermischt werden und somit eine gleichmäßige Schaumsuspension
bilden. Wenn die Schaumsuspension gebildet wird, wird sie als Laminarströmung über den
Bodenteil 98 des Beckens zum Auslaufspalt 100 hingeleitet.
-
Schaum
wird aus den Düsen 94 bevorzugt mit
einer für
den jeweiligen Fasertyp geeigneten Geschwindigkeit aufgegeben; das
heißt
mit einer Geschwindigkeit, die eine homogene Schaumsuspension bildet,
aber nicht so hoch ist, dass sie zu viel Turbulenz in den Fasern
verursacht. Die Durchmischung kann unter bestimmten Umständen dadurch
verbessert werden, dass entweder ein mechanischer Mischer (nicht
dargestellt) im Becken installiert wird oder Ultraschall- oder Mikrowellenmischung
(nicht dargestellt) genutzt wird.
-
Diese
Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von Schaumsuspension-Pulpern nach dem
Stand der Technik darin, dass die Feststoffe als steter Strom bevorzugt über die
gesamte Länge
des Beckens 80 eingeführt
werden müssen,
die der Breite des Produktionsmaschinensiebs entspricht. Somit wird
auch der Schaum in das Becken aus Düsen 94 eingeführt, die
mit Abständen
von 10 cm angeordnet sind. Schaum wird bevorzugt in Verteilrohre 96 gepumpt,
die auf beiden Seiten des Beckens angeordnet sind (in einigen Fällen sind
jedoch ein Verteilrohr und Düsen
nur auf einer Seite des Beckens erforderlich), von wo die eigentlichen
Düsen 94 zum
Becken führen,
während
die Düsen
natürlich
aus längeren Düsenrohren
und den eigentlichen Düsen
bestehen können,
die am Ende der Rohre angeordnet sind. Einer anderen Ausführungsform
zufolge sind die Verteilrohre im Wesentlichen auf gleichem Niveau
mit der Oberkante des Beckens 80 angeordnet, wobei die
Düsenrohre
mit ihren Düsen
von oben in das Becken 80 eingeführt werden können, ohne
Löcher
in der Wand des Beckens machen zu müssen. Die Düsen 94 können bei
Bedarf entweder auf gegenüberliegenden
Seiten des Beckens 80 einander zugewandt oder gestaffelt,
je nach der erwünschten
Turbulenz, angeordnet sein. Des Weiteren können Düsen 94 in mehreren
Schichten auf entweder einer oder beiden Seiten des Beckens 80 angeordnet
sein, wobei es möglich
ist, mehrstufiges Mischen von Fasern mit dem Schaum vorzusehen.
Ferner können alle
Düsen 94 einer
Wand des Beckens 80 unidirektional sein, oder ihre Richtung
kann wunschgemäß variieren.
Das Becken 80 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verengt sich in einer Abwärtsrichtung, wie in 8 gezeigt
ist, so dass der Bodenteil 98 des Beckens tatsächlich einen
Trichter bildet, aus dem die Schaumsuspension als im Wesentlichen
laminare Strömung
zum Sieb oder zwischen die Siebe der Produktionsmaschine aufgegeben
wird. In einigen Fällen
kann das Becken aber von gleichmäßiger Breite
bis zum in seinem Bodenteil 98 angeordneten Auslaufspalt 100 sein.
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Für den Bahnbildungsprozess
ist es wesentlich, einen konstanten Füllstand der Schaumsuspension
im Becken 80 aufrechtzuerhalten. Der Füllstand bleibt konstant bereits
aus dem Grund, dass alle Komponenten, d. h. die einzugebenden Feststoffe und
der über
Leitung 92 eingeführte
Schaum in genau bemessenen Mengen ins Becken eingeführt werden.
Zusätzlich
kann natürlich
eine Füllstandskontrolle
im Zusammenhang mit dem Becken angeordnet werden zur Kontrolle sowohl
der Einführung von
Feststoffen als auch Schaum und, falls notwendig, der Produktion
von Frischschaum.
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Eine
für die
Bildung einer dreischichtigen Bahn geeignete Stoffauflauflösung ist
als eine bevorzugte Ausführungsform
im Zusammenhang mit 9 gezeigt. In der Tat ist in
der Ausführungsform der
Stoffauflauf 8 zufolge lediglich in drei
parallele Teile 78', 78'' und 78''' unterteilt.
Was das vollendete dreischichtige Produkt angeht, können die
Teile 78', 78'' und 78''' auch übereinander
angeordnet sein. In diesem Fall sind die Auslaufspalte 101, 102 und 103 der
Bodenteile der Becken 80', 80'' und 80''' der Teile 78', 78'' und 78''' des Stoffauflaufs
parallel, wobei jeder seine eigene Schaumsuspension dem Bahnbildungsabschnitt
zwischen den Sieben 30 zuführt. Ein oder mehrere der Auslaufspalte 101, 102 und 103 können derart
angeordnet sein, dass sie sich nicht gleichzeitig mit den anderen Öffnungen
zwischen den Sieben 30 öffnen,
sondern etwas früher oder
später.
Durch diese Vorgehensweise kann kontrolliert werden, inwiefern sich
die verschiedenen Schichten der Bahn mit einander vermischen. Zum Beispiel,
je später
der mittlere Auslaufspalt 102 sich zum Bahnbildungsabschnitt öffnet, desto
weiter ist die Bildung der Oberflächenschichten fortgeschritten und
desto weniger können
sich die Fasern der mittleren Schicht mit den Fasern der Oberflächenschicht vermischen.
-
Mit
einer Vorrichtung gemäß 9 ist
es möglich,
eine dreischichtige Bahn aus sogar drei verschiedenen Materialien
zu bilden. Verschiedene Feststoffe können in jedes der Becken 80', 80'' und 80''' aufgegeben
werden, wobei zum Beispiel, die im Zusammenhang mit 8 beschriebene
Vorrichtung benutzt wird. Es ist jedoch bevorzugt, den gleichen Frischschaum
in alle Becken aus den Verteilrohren 96 zuzuführen, wobei
es möglich
ist, lediglich einen Schaumpulper zu benutzen. In diesem Kontext
kann festgestellt werden, dass es in einigen Fällen bevorzugt ist, im Zusammenhang
mit der Produktion von Schaum dem Schaum im Schaumpulper Feststoffe beizumischen,
welche Feststoffe für
alle Schichten der Bahn gemeinsam sind. Ein Beispiel hierfür könnte zum
Beispiel ein Bindemittel oder eine Faserkomponente sein, die für alle Schichten
gemeinsam sind.
-
Es
ist jedoch auch erwähnenswert,
dass in einigen Fällen
die für
verschiedene Schichten der Bahn verwendeten Materialien sich so
sehr voneinander unterscheiden, dass es nicht bevorzugt ist, genau
den gleichen Schaum in allen Schichten zu verwenden. In diesem Fall
werden selbstverständlich verschiedene
Schäume
in verschiedenem Pulpern hergestellt und über ihre eigenen Rohrsysteme
den Stoffauflaufbecken zugeführt.
Durch diese Art Anordnung wird es möglich, zum Beispiel ein bestimmtes Bindemittel
einigen Schichten der Bahn mit dem frischen Schaum zuzuführen, welches
Bindemittel nur für
die in diesen Schichten verwendeten Fasern geeignet ist.
-
Zum
oben Genannten sei es jedoch zu anzumerken, dass es sich auf die
Produktion von ein-, zwei-, drei-, oder mehrschichtigen Produkten
anwenden lässt.
-
Somit
sollte das Obige lediglich als Beispiel für viele Variationen der Erfindung
betrachtet werden.
-
Bei
den in 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen
sind die Becken im Wesentlichen vertikal angeordnet. Der Bahnbildungsabschnitt,
der aus zwei außerhalb
der Siebe angeordneten, einander gegenüber stehenden Sieben 30 und
Saugkästen 32 besteht,
ist auch im Wesentlichen vertikal.
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Die 10 zeigt
weiter, wie das Sieb 30 und die Saugkästen 32 horizontal
angeordnet werden können,
falls aufgrund der geneigten Bodenteile 98', 98'' und 98''' des
Stoffauflaufs bevorzugt ist, auch wenn der Stoffauflauf selbst oder
zumindest sein, fürs
Mischen der Schaumsuspension benutzter oberer Beckenteil 80', 80'' und 80''' vertikal ist.
-
Die
in den 8–10 dargestellten
erfindungsgemäßen Stoffauflauflösungen veranschaulichen
deutlich, wie der Stoffauflauf in diesen Ausführungsformen nach oben vollkommen
offen ist. Dadurch wird es möglich,
eine Vielzahl von Materialien der zu bildenden Bahn einfach zuzuführen. Es
ist zum Beispiel vollkommen möglich,
Glasfaser, Metalldraht, Band oder dergleichen in eine oder mehrere der
Schichten des Produkts einzuführen.
Andere verwendbare Materialien, die erfindungsgemäß mit dem obigen
Stoffauflauf ins erfindungsgemäße Produkt eingeführt werden
können,
sind zum Beispiel verschiedene Textil-, Kohlefaser-, Aramidfaser-
und Polyesterfaserbänder
und dergleichen, elektrisch leitfähige Drähte, Bänder oder Kabel, optische Fasern
und dergleichen, verschiedene Widerstandsdrähte oder Geflechte, andere
Netze, Materialien, die als Funktion der Temperatur die Farbe wechseln
und so weiter.
-
Dies
ist in 11 veranschaulicht, die die Herstellung
eines Produkts gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, die eine Vorrichtung mit der in 8 gezeigten ähnlichen Grundkonstruktion
nutzt. Die Figur zeigt, wie eine kontinuierliche Faser, Garn, Band
oder ähnliches über Becken 80 zur
Bahn eingeführt
wird. In der Ausführungsform
der Figur wird das kontinuierliche Garn 106 oder ähnliches
von einer Rolle oder ähnlichem (nicht
dargestellt) oder in einigen Fällen
sogar direkt aus der Produktion, von einer Umlenkrolle 108 zwischen
zwei Führungsrollen 110 entrollt.
Die Führungsrollen 110 stellen
die Zuführgeschwindigkeit des
Garns 106 der Geschwindigkeit der Bahn in der Produktionsmaschine
entsprechend ein. Es ist deshalb ein charakterisierendes Merkmal
dieser Ausführungsform,
dass das Garn oder ähnliches
in einer direkten Linie parallel zur Bahn steht. Die Geradheit des
Garns auch bei dieser Grundform eines Stoffauflaufs wird durch die
Tatsache begünstigt,
dass die zur Bildung der Schaumsuspension notwendige Turbulenz so
schwach ist, dass sie das Garn von der gewünschten Richtung nicht allzu
sehr abzulenken vermag. Die Zuführung
eines derartigen Garns ist beim Wasserverfahren nicht möglich, weil
beim Wasserverfahren die Turbulenz im Stoffauflauf ein derart starkes
Schwingen des Garns bewirken würde,
dass seine endgültige
Lage im Endprodukt zufällig
wäre. Eine
Möglichkeit,
sicherzustellen, dass das Garn im Endprodukt an der richtigen Stelle
landet, besteht darin, das Garn oder ähnliches mittels geeigneter
Rohre durch die Turbulenzzone des Stoffauflaufs zum Bereich der
Laminarströmung
zu leiten.
-
Zusätzlich zum
Garn 106 kann die in 11 gezeigte
Lösung
zur Einführung
eines Produkts einer bemerkenswert breiteren Dimension in der Breitenrichtung
der Bahn oder der Produktionsmaschine benutzt werden. Ein Beispiel
hierfür
ist ein Netz, das sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des
zu erzeugenden Produktes erstreckt, wobei das Netz nahezu aus jedem
erwünschten
Material hergestellt ist. Ein Beispiel hierfür ist ein Widerstandsdrahtnetz fürs Verbinden
des Endprodukts mit einem elektrischen System zur Heizung. Eine
andere Alternative aus zahlreichen Möglichkeiten ist eine vorfabrizierte Verstärkungsmatte,
die aus irgendeinem Grund nicht gleichzeitig mit dem, durch das
Verfahren hergestellten Produkt erzeugt werden kann. Die Matte wird
von einer Rolle über
Führungsrollen
zum Becken und von dort weiter in die Bahn geleitet. Eine dritte
Alternative besteht zum Beispiel in der Einführung einer perforierten, dünnen Stahlplatte
oder eines schmalen Stahlstreifens über das Becken zur Bahn. Die
Bindung der Stahlplatte zur Bahn wird durch die Bindung von Fasern
und Harz durch die Löcher
der Platte sichergestellt.
-
Eine
Lösung,
bei der die Führungsrollen 110 dazu
benutzt werden, zunächst
das Garn, Band, Netz oder ähnliches
mit der gleichen Geschwindigkeit wie sich die Bahn bewegt zur Bahn
zu führen,
kann hier als eine zusätzliche
Ausführungsform
erwähnt
werden. Bei Beginn der Produktion kann erwogen werden, dass die
Führungsrollen
die Geschwindigkeit des Garns oder dergleichen leicht abbremsen.
Dies dient zur Sicherung der Spannung des Garns oder dergleichen,
so dass es sich in der gewünschten Lage
im Produkt absetzt und sich in keine Richtung bewegen kann. Eine
andere Möglichkeit,
die zu seiner Aufgaberichtung senkrechte Bewegung von Garn oder ähnlichem
zu stoppen, besteht darin, Führungen
im Zusammenhang mit dem Auslaufspalt 100 anzuordnen, um
das Garn oder ähnliches
zur richtigen Stelle in der Bahn zu leiten. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das Garn, Band, Netz oder ähnliches mittels
einer Führung
lediglich zum Bereich der Laminarströmung in den Bodenteil des Beckens
oder, falls gewünscht,
ziemlich tief in den Bahnbildungsabschnitt, zwischen die Siebe,
einzuführen.
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12 zeigt
eine bevorzugte Stoffauflauflösung
gemäß der Erfindung,
wobei eine kontinuierliche Faser, Garn oder ähnliches 112 über das
mittlere Becken 80'' in die zu bildende
Bahn eingeführt
wird. Die Figur zeigt, wie Führungsrollen 110 das
Garn oder ähnliches 112 mit
einer Geschwindigkeit einführen,
die die Geschwindigkeit der Bahn übersteigt. Die Idee besteht
darin, eine getrennte Schicht aus dem Garn oder ähnlichem 112, bevorzugt
zum Beispiel aus Glasfaser zu bilden, auf welche Schicht das Garn,
die Faser oder dergleichen gleichmäßig gefaltet wird. Das Einführen eines „loosen" Garns oder ähnlichen
Elements in die Bahn könnte
beim Wasserverfahren nicht gelingen, weil sich beim Wasserverfahren
die Fasern der Fasersuspension wegen der starken Turbulenz am Garn
verfangen würden,
so dass eine gleichmäßige Verteilung
der Fasern auf dem Produkt unmöglich
wäre. Ebenfalls
im Fall dieser Ausführungsform
werden die Aufgabevorrichtungen 82 und 83 auch
dazu benutzt, andere Feststoffe, etwa Füllstoffe, Bindemittel und/oder
eine diskontinuierliche Faserkomponente in das Becken 80'' einzuführen.
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Es
leuchtet ein, dass es im Fall von 11 und 12 ein
oder mehrere Garne oder dergleichen über die Breite des Produkts
geben kann. Wie bereits oben erwähnt
wurde, können
die Garne oder ähnliches
in einer Menge eingeführt
werden, die ausreicht, um eine ganze Schicht in einem Laminat zu bilden.
Des Weiteren ist es möglich,
die Faser, das Garn oder ähnliches
allein zwischen zwei oder mehrere der Schichten ohne Schaum oder
Schaumsuspension einzuführen.
Es ist auch möglich,
kontinuierliche Faser, Garn, Netz, Bahn oder ähnliches, wie in 11 dargestellt, über die
Becken 80' und/oder 80''' bei
Benutzung z. B. einer Lösung,
wie sie in 12 gezeigt ist, in die gebildete
Bahn einzuführen.
Folglich ist es naheliegend, dass kontinuierliches Garn oder ähnliches
in jede Schicht der Bahn mit einer Geschwindigkeit eingeführt werden
kann, die die Geschwindigkeit der Bahn übersteigt. Somit können die in 12 gezeigten
Aufgabelösungen
des Beckens 80'' gewünschtenfalls
auch im Zusammenhang mit den anderen Becken 80' und/oder 80''' angeordnet werden.
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Des
Weiteren zeigt 13 eine andere bevorzugte Ausführungsform
eines Stoffauflaufs und eines erfindungsgemäßen Bahnbildungsverfahrens. Die
Figur zeigt die Herstellung eines Stoßstangenkörpers, die bereits im Zusammenhang
mit 7 besprochen wurde, wobei das neue Schaumverfahren derart
eingesetzt wird, dass sämtliche
für den
Stoßstangenkörper benötigten Schichten
in die gleiche Bahn eingeführt
werden, wobei der Stoßstangenkörper auf
einfache Weise in einer Produktionsphase aus einer Laminatmatte
lediglich durch Zugabe von Harz gefertigt werden kann.
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13 zeigt,
wie zwei Aufgaberohre 114 und 116 durch das mittlere
Becken 80'' des Stoffauflaufs hindurch,
etwas am Auslaufspalt 100 des Stoffauflaufs vorbei, zum
Spalt des Bahnbildungsabschnitts geführt worden sind. Für ein in 7 dargestelltes Produkt
wird das für
die Oberflächenschicht 64 benötigte Material
aus der Kammer 80' aufgegeben,
und Material für
die Oberflächenschicht 70 wird
aus der Kammer 80''' aufgegeben. Darüber hinaus
ist es möglich,
eine so genannte Strömungsschicht
aus der mittleren Kammer 80'' zwischen die
Oberflächen
aufzugeben, in welcher Schicht das Harz sich gleichmäßig durch
das Produkt ausbreitet. Andererseits werden die Rohre 114,
wovon eine Anzahl über
die Breite des Produkts, d. h. in Längsrichtung des Stoffauflaufs,
angeordnet ist, zur Aufgabe einer anderen Schaumsuspension benutzt,
die zur Bildung einer Bahn benötigt
wird, die aus dünneren,
in 7 mit dem Bezugszeichen 66 angedeuteten
Mattebahnen 66 und 68 gebildet wird, welche Bahn
zwischen den Oberflächeschichten 64 und 70 angeordnet
ist. Das Rohr 116 wird entsprechend fürs Aufgeben von Schaumsuspension
benutzt, die die Mattebahn 68 im vollendeten Produkt bildet.
Die Figur zeigt eine Situation, wo die Rohre 114 und 116 fürs Aufgeben
von Fasersuspension in Schaumform benutzt werden. Das gleiche Endergebnis
kann durch Aufgabe einer/eines schmalen Faserbahn oder -bands zu
den oben erwähnten
Stellen in der Bahn erreicht werden, wie in 11 gezeigt
ist. Eine Bahn mit einer Anzahl von Produktrohlingen nebeneinander
kann hergestellt werden, indem die in der Figur dargestellten Aufgaberohre 114 und 116 mit
passenden Abständen über die
gesamte Länge
des Stoffauflaufs angeordnet werden, die Rohlinge können dann
später
zum Beispiel in eigene getrennte, schmälere Bahnen zum Beispiel im
Zusammenhang mit dem Aufrollen des Produkts geschnitten werden.
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Auch
wenn es oben beschrieben wurde, dass die gleiche Schaumsuspension
durch Rohre 114 und 116 aufgegeben wird, ist es
natürlich
möglich,
eine unterschiedliche Schaumsuspension in jedem der Rohre einzuführen. Auf
entsprechende Weise ist es möglich,
eine der schmäleren
Schichten mittels einer Schaumsuspension und die andere mittels einer
vollständigen
Bahn zu bilden. Durch den erfindungsgemäßen Stoffauflauf kann das Produktionsverfahren
den Anforderungen und den Möglichkeiten des
Produkts entsprechend frei gewählt
werden.
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Es
ist natürlich
klar, dass wenn man ein Produkt gemäß 7 mit Verstärkungsschichten
in den Randbereichen zwischen zwei Oberflächenschichten haben will, es
möglich
ist, das Produkt nicht nur mittels einer Vorrichtung nach 13 herzustellen,
sondern auch durch Gestaltung des Endes des einzigen Aufgaberohrs
auf solche Weise, dass die Dicke des eingeführten Schaumsuspensionsstrahls
variiert. In diesem Fall entspricht der dickere Teil des Sprays den
zwei übereinander
gelagerten Faserbahnen oder- den
zwei übereinander
gelagerten Faserbahnen oder -bändern,
und der dünnere
Teil entspricht lediglich dem breiteren dieser Faserbahnen oder -bänder.
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13 zeigt
ferner, wie die Schaumsuspension zum Stoffauflauf über Rohre 114, 116 gebracht wird.
Mit anderen Worten, die Schaumsuspension ist getrennt gebildet worden,
gewünschtenfalls
in einem kleinen, für
den Zweck geeigneten Pulper. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein
kleines Becken für diese
Schaumsuspension zu arrangieren, welche Suspension sowohl im Becken
produziert als auch von dort in die Bahn eingeführt wird, um zwischen den Schichten
formiert zu werden.
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Ferner
können
die durch die Kammer oder Kammern des Stoffauflaufs hindurch geführten Rohre
auch zur Einführung
von im Produkt benötigten Feststoffe
in die Bahn, zusätzlich
zur vollendeten Bahn oder Schaumsuspension, benutzt werden. Bei den
Feststoffen kann es sich zum Beispiel einfach um Schnittfasern,
Bindemittel, ein Gemisch aus Bindemittel und Schnittfasern oder
ein anderes Material ohne Verbindung zur eigentlichen Schichtbildung handeln.
In diesem Fall kann das Material zum Beispiel SAP (super absorbent
polymer) sein, das fürs Absorbieren
von Flüssigkeiten
benutzt wird, oder z. B. ein Band mit in festen Abständen daran
befestigten Samen.
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Es
ist außerdem
einleuchtend, dass die Rohre 114 und/oder 116 durch
flache, sich in Breitenrichtung der Bahn erstrecken Düsenkanäle ersetzt
werden können,
die imstande sind, einen breiten Streifen in der Bahn zu bilden.
Und, wie beim Stand der Technik dargestellt wurde, können die
Rohre oder Strahlenkanäle
in Längsrichtung
beweglich sein, wobei die Einführungsstelle
des Materials im Bahnbildungsabschnitt der Anwendung entsprechend
eingestellt werden kann. Die Rohre und/oder Düsenkanäle können natürlich ebenfalls in der senkrechten
und/oder Dickenrichtung der Bahn beweglich ausgeführt sein, falls
es aus irgendeinem Grund erwünscht
ist, wellenförmige
Streifen in Längsrichtung
der Bahn zu bilden.
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Des
Weiteren ist in 14 eine andere Stoffauflauflösung 178 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Der Hauptunterschied zu den oben beschriebenen
Stoffaufläufen
ist, dass der Stoffauflauf bei dieser Ausführungsform geschlossen, d.
h. druckbeaufschlagt ist, während
in den anderen Ausführungsformen
der Stoffauflauf atmosphärisch
gewesen ist. In der Praxis ist der einzige Unterschied der Ausführungsform
von 14 zur Ausführungsform
von zum Beispiel 8, dass die Schnittfaser und
anderen Feststoffe jetzt durch den Deckel 179 des Stoffauflaufs 178 durch
Rotationsförderer 182 und 183 oder
andere entsprechende Hochdruck-Zuführvorrichtungen eingeführt werden.
Ganz entsprechend, falls die Anwendung die Zuführung von kontinuierlichem
Garn, Kabel, Faser oder dergleichen durch den Stoffauflauf zur gebildeten
Bahn voraussetzt, muss das Material über einen druckfeste Leitung
eingeführt
werden. Dichtrollen, luftdicht gegenüber dem Deckel des Stoffauflaufs
abgedichtet, können
als Beispiele für
druckfeste Leitungen betrachtet werden wobei das Garn, Band oder ähnliches
aus atmosphärischem
Druck zum druckbeaufschlagten Stoffauflauf geleitet wird. Eine andere
Lösung
wäre natürlich, die
komplette Materialrolle oder -spule in einem druckbeaufschlagten
Raum anzuordnen.
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Die
oben erwähnten
beispielhaften Ausführungsformen
zeigen, dass der besprochene neue Typ von Schaumverfahren die Produktion
von fast jeder beliebigen Art faserbasierter Produkte erlaubt. Somit
können
sowohl anorganische als auch organische Fasern als Fasermaterialien
entweder allein oder zusammen miteinander verwendet werden. Verschiedene
Glasfasern, Kohlefasern, Quarzfasern, keramische Fasern, Zirconiumfasern,
Borfasern, Wolframfasern, Molybdänfasern,
Berylliumfasern und verschiedene Stahlfasern können als Beispiele für anorganische
Fasern erwähnt
werden. Beispiele für
organische Fasern umfassen Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polyethylenfasern,
Acetatfasern, Acrylfasern, Melaminfasern, Nylonfasern, Modacrylfasern,
Olefinfasern, Lyocellfasern, Rayonfasern, Aramidfasern und verschiedene
Naturfasern, etwa Sisal- und Jutefasern. Die oben erwähnten Fasern können entweder
als getrennte einzelne Fasern oder als unterschiedliche Faserbündel eingesetzt
wer den. Auch können
alle Faserlängen,
von einer sehr kurzen Länge
von nur einigen Millimetern bis zu einer vollständig kontinuierlichen Faser,
benutzt werden.
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Wie
oben zu ersehen ist, hat man einen neuen Typ von Produktreihen entwickelt,
welcher nur durch die oben erwähnte
neue Art von Schaumbahnbildung hergestellt werden kann. Es sei bemerkt, dass
oben der Begriff „Schaum" im Text durchgehend verwendet
worden ist, um einen aus Wasser und Surfactant produzierten Frischschaum
oder von den Saugkästen
der Produktionsmaschine rückgeführten wiederverwendbaren
Schaum zu bezeichnen, wobei ein wesentlicher Teil der Feststoffe
auf dem Sieb im Produkt zurückgeblieben
ist. Somit könnte
man denken, dass „Schaum" im Wesentlichen
faserfreien Schaum bezeichnet. Der Begriff „Schaumsuspension" bedeutet andererseits
Fasern und/oder Feststoffe enthaltenden Schaum, d. h. im Prinzip
Schaum auf seinem Weg zur Produktionsmaschine, um einen wesentlichen
Teil der Feststoffe aufs Sieb zu übergeben.