DE69016554T2

DE69016554T2 - Verfahren zur Herstellung von Glasfasermatten unter Verwendung von kontrollierbaren Glasstrangzubringern.

Info

Publication number: DE69016554T2
Application number: DE69016554T
Authority: DE
Inventors: Paul E Bailey; Shahid Rauf
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: CN1050710A; US4963176A; JPH03183636A; CA2026759A1; EP0421375A1; DE69016554D1; KR910008204A; EP0421375B1; KR920009288B1; ES2070232T3

Description

Diese Erfindung richtet sich auf Verbesserungen bei den Verfahren zur Herstellung von Matten aus Fasermaterial.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Matten aus endlosen Fasersträngen unter Verwendung von sich hin- und herbewegenden Strangzuführungen, während unabhängig sowohl die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung als auch die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der die Stränge von den Zuführungen auf einem laufenden Transportband abgelegt werden, so daß sie Matten mit gleichmäßiger Dichte und Dicke ausbilden.
Ganz besonders richtet sich die Erfindung auf die Herstellung von verbesserten Glasfasermatten aus endlosen Fasersträngen unter Verwendung der hier beschriebenen, sich hin- und herbewegenden Vorrichtungen.

Hintergrund der Erfindung

Glasfasern und Glasfaserstränge wurden schon früher in der Technik verwendet, um verschiedene Arten von Glasfasermatten zur Verwendung als Verstärkungsmaterial herzustellen. Die Grundprinzipien der Mattenherstellung sind in der Fachwelt bekannt und werden in dem Fachbuch mit dem Titel 'The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers' (Die Verfahrenstechnik bei Endlosglasfasern) von K.L. Lowenstein, veröffentlicht 1973 von der Verlagsgesellschaft Elsevier, SS. 234 bis 251, ausführlich beschrieben. Typische Verfahren zur Herstellung von Matten aus endlosen Glasfasersträngen werden auch in den Patenten US-A-3,883,333 (Ackley) und 4,158,557 (Drummond) beschrieben.
Normalerweise werden die nach diesen Verfahren ausgebildeten Matten genadelt, um ihnen genügend mechanischen Zusammenhalt zu verleihen. Zum Nadeln werden sich schnell hin- und herbewegende, mit Widerhaken versehene Nadeln verwendet, damit sich die einzelnen Glasstränge, aus denen die Matte besteht, miteinander verhaken und so eine Matte ergeben, die anschließend gehandhabt und verarbeitet werden kann. Das normalerweise verwendete Nadelverfahren wird in den Patenten US-A-3,713,962 (Ackley), 4,277,531 (Picone) und 4,404,717 (Neubauer et al.) beschrieben. Der Matte kann auch mechanischer Zusammenhalt verliehen werden, indem auf ihrer Oberfläche ein Harz aufgebracht wird, das gehärtet oder geschmolzen wird, so daß die einzelnen Stränge miteinander verbunden werden.
Eine besondere Verwendung finden Glasfasermatten bei der Verstärkung von harzartigen oder polymeren Materialien. Durch das Vorhandensein einer Glasfasermatte wird die Festigkeit im Vergleich zum unverstärkten Material erhöht. Normalerweise werden die Matte und das geschmolzene Harz zusammen verarbeitet, um ein wärmegehärtetes oder thermoplastisches Laminat auszubilden. Thermoplastische Laminate sind besonders geeignet für die Verwendung in der Flugzeugbau-, Schiffsbau- und Fahrzeugbauindustrie, da sie bis zum halbgeschmolzenen Zustand wieder erwärmt und dann in Platten mit unterschiedlichen Formen, wie Türen, Schutzabdeckungen, Stoßstangen u.ä. gepreßt/geprägt werden können. Es ist jedoch von größter Wichtigkeit, daß die Glasfasermatte, die zur Herstellung des Laminats verwendet wird, sowohl in ihrer Dicke als auch ihrer Faserdichte, Maßeinheit ist Unzen pro Quadratfuß, so gleichmäßig wie möglich ist. Wenn eine ungleichmäßige Matte für Verstärkungszwecke verwendet wird, können die daraus hergestellten verstärkten Erzeugnisse beträchtliche Schwankungen in ihrer Festigkeit haben, da einige Bereiche durch das Fehlen von Glasfaserverstärkung weicher und andere fester sein können. Sogar noch wichtiger ist die Notwendigkeit zu gewährleisten, daß sich die Glasverstärkung während des Preßvorgangs in dem thermoplastischen Laminat frei bewegt oder darin fließt, um ein Endprodukt mit gleichmäßigen Festigkeitseigenschaften zu erzeugen.
Bei der Herstellung von Matten aus endlosen Spinnfäden nach den oben erwähnten patentierten Verfahren sind eine Vielzahl von Strangzuführungen über- einem laufenden Transportband oder Transportband angeordnet. Das Transportband ist normalerweise eine flexible rostfreie Stahlkette. Die Strangzuführungen werden über dem Transportband hin- und her- oder vor- und zurück- parallel zueinander und in einer Richtung bewegt, die im allgemeinen quer zur Breite des laufenden Transportbandes verläuft. Den Zuführungen werden Stränge aus einer Vielzahl von Glasfasern von einer geeigneten Zuführquelle, wie einer Vielzahl von vorher ausgebildeten Spulen, die in einem Stützrahmen, in der Technik allgemein als Spulengatter bekannt, gehalten werden, zugeführt. Jede Zuführvorrichtung sorgt für die Ziehkraft, die notwendig ist, den Strang von der Zuführquelle vorwärts zu bewegen und ihn auf der Oberfläche des laufenden Transportbandes abzulegen. In einer typischen Fertigungssituation werden 12 bis 16 solcher Strangzuführungen gleichzeitig verwendet, um eine Matte herzustellen, deren Dichteverteilung so gleichmäßig wie möglich ist.
Zum Stand der Technik gehört, daß die Zuführung als Ausziehvorrichtung verwendet werden kann, um die Glasfasern direkt aus einer Glasfasern ausbildenden Düse abzuziehen, die schließlich die auf diese Weise ausgebildeten Stränge direkt auf dem Transportband ablegt, wie von Lowenstein, oben, auf den Seiten 248 bis 251 beschrieben und in den Patenten US-A-3,883,333 (Ackley) und US-A-4,158,557 (Drummond) weiter verdeutlicht.
Ein Beispiel für einen einfachen querbeweglichen Mechanismus ist eine auf einem Wagen montierte Zuführung, wobei die Zuführung durch einen Elektromotor, der die Richtungen umkehren kann, veranlaßt wird, sich vor und zurück hin- und herzubewegen. Die Ausrüstung, die bei dieser Art des Aufbaus verwendet wird, beschränkt naturgemäß die mechanische Haltbarkeit. Erstens sind die Zuführungen sehr schwer; sie wiegen normalerweise zwischen 13,6 kg und 22,7 kg (30 und 50 Pound) oder mehr. Wenn diese schwere Vorrichtung quer über die Breite des Transportbandes bewegt wird, wird die Geschwindigkeit in Querrichtung durch die Bewegungsenergie der sich bewegenden Zuführung und der Stoßkräfte begrenzt, die bei jeder Umkehr der Richtung irgendwie überwunden oder absorbiert werden müssen. Diese Einschränkung bei der Geschwindigkeit, mit der die Zuführung sich quer iiber die Breite des Transportbandes bewegen kann, kann auch die Geschwindigkeit der Mattenherstellung einschränken. Zweitens bewirkt diese ständige Hin- und Herbewegung der Zuführungen das Auftreten von Vibrationen, und das kann einen starken Verschleiß der Zuführungsmechanismen und ihrer Führungen bewirken, was schließlich zu einer mechanischen Störung führen kann.
In dem Patent US-A-3,915,681 (Ackley) wird eine Minderung der Vibration, die normalerweise bei der Umkehrung einer Zuführung auftritt, durch die Verwendung eines sich quer bewegenden Systems, bei dem eine Zuführung veranlaßt wird, sich auf einer Spur hin und her vor- und zurückzubewegen, erreicht. Die Zuführung wird durch eine durch einen Motor angetriebene Endloskette vorwärtsbewegt. An der Kette ist ein Verlängerungsteil oder ein Stift befestigt, der in eine Rille eingreift, die in das Fahrgestell der Zuführung gefräst ist. Die Rille ist so angeordnet, daß ihre Länge parallel zur Bewegungsrichtung der Kette verläuft; die Rille ist wesentlich länger als der Durchmesser des Stiftes. Somit wird die Zuführung veranlaßt, sich durch die Endlosbewegung der Kette hin- und herzubewegen, da, wenn sich die Zuführung in einer Richtung bewegt, der Stift die zur Vorwärtsbewegung der Zuführung notwendige Kraft ausübt, indem er gegen die Außenfläche der Rille drückt. Wenn die Zuführung ihre Richtung umkehrt, gleitet der Stift, bis er die gegenüberliegende Außenfläche der Rille berührt, und an dieser Stelle wird die Bewegung der Zuführung umgekehrt. Wenn die Zuführung den Endpunkt der Hin- und Herbewegung erreicht, kommt sie mit einem Stoßdämpfer in Berührung, der sie abbremst und den Schlag durch die Veränderung der Bewegungsenergie absorbiert. Als Verbesserung dieser Konstruktion wurden später die Stoßdämpfer durch Gaskolben und einen Behälter ersetzt, der die absorbierte Energie speichern kann, die als Hilfe bei der Beschleunigung der Zuführung in die entgegengesetzte Richtung verwendet wird (s. US-A-4,340,406 (Neubauer et al.)).
Obwohl solche Konstruktionen etwas von der mit der Hin- und Herbewegung der Zuführungen verbundenen Vibration mindern konnten, wurden mit den Stift- und Rillenanordnungen zusätzliche mechanische Bauteile eingeführt, die ausfallen und eine Unterbrechung des Mattenherstellungsverfahrens bewirken können. Auch die Stoßdämpfer und Gaskolben sind mechanische Vorrichtungen, die natürlich nicht zu einer präzisen und wiederholbaren Beschleunigung und Abbremsung in der Lage sind.
Ein zweites Problem bei den Systemen gemäß dem Stand der Technik ist die Nichtreproduzierbarkeit der hergestellten Matte. Beim Beschleunigungs-/Abbremszyklus der Zuführungen sammelten sich mehr Glasfasern auf der Oberfläche des Transportbandes in der Nähe des Endbereiches an und bildeten somit eine Matte aus, die an den Kanten dicker als im Mittelteil war.
Die Ursache für die Ansammlung von Glasfasern in der Nähe der Mattenkanten liegt darin, daß jedesmal, wenn die Zuführung ihre Richtung wechselt, sie lokal eine größere Zeitspanne über den Abschnitten der Matte verweilt, wo der Beschleunigungs-/Abbremszyklus auftritt, d.h. an den Kanten, als über den anderen Abschnitten. Solange wie die Zuführung den Glasstrang mit konstanter Geschwindigkeit während der gesamten Dauer des Wendezyklus ausgibt, müssen sich an den Kanten der Matte die Glasstränge in größerer Dicke ansammeln als im mittleren Teil.
Um ein Fertigprodukt mit einer Dichte von größerer Gleichmäßigkeit herzustellen, muß oftmals -die Matte beim Verlassen des Transportbandes beschnitten werden. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens um ein wesentliches verringert, denn das abgeschnittene Material wird als Abfall verworfen.
Somit besteht trotz der Fortschritte in der Technik immer noch die Notwendigkeit, (1) die Zuführvorrichtung während ihres Wendezyklus schneller umzukehren, (2) die mechanische Vibration zu verringern, die mit einer schnellen Wende der Zuführvorrichtung verbunden ist, und (3) die Gleichmäßigkeit des Mattenrandes und der Dichte zu steuern.
Aus der restlichen Beschreibung wird klar werden, daß ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Matten geschaffen wird, das diese Bedürfnisse erfüllt.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung bei den Methoden offenbart, die zur Herstellung von Matten aus endlosen Fasersträngen unter Anwendung einer gesteuerten Hin- und Herbewegung der Strangzuführung eingesetzt werden. Im besonderen nutzt die vorliegende Erfindung die Verwendung von herkömmlichen, sich hin- und herbewegenden StrangzufUhrungen, die angepaßt sind, sowohl die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung als auch die Geschwindigkeit zu steuern, mit der die Stränge von den Zuführungen auf einem laufenden Transportband abgelegt werden, so daß Matten von gleichmäßigerer Dichte und Dicke ausgebildet werden. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf Verbesserungen bei der Herstellung von zwei Matten aus endlosen Glasfasersträngen, von denen eine einheitliche mechanische Eigenschaften und die andere richtungsabhängige Eigenschaften aufweist.
Die Verwendung von sich hin- und herbewegenden Strangzuführungen zur Herstellung von Matten aus Fasersträngen ist in der Technik bekannt, jedoch übt der typische Aufbau der verwendeten Anlage inhärente Einschränkungen auf die mechanische Haltbarkeit aus. Erstens ist die Bewegung der Zuführungen in Querrichtung auf Grund ihrer Bewegungs- und Stoßkräfte beschränkt, die bei jedem Richtungswechsel irgendwie überwunden oder absorbiert werden müssen. Zweitens bewirkt diese ständige Hin- und Herbewegung der Zuführungen das Auftreten von Vibrationen, die bei den Zuführungsmechanismen und ihren Führungen einen starken Verschleiß bewirken können, was schließlich zu einer mechanischen Störung führen kann.
Ein zweites Problem ist die Reproduzierbarkeit der hergestellten Matte unter Einsatz von herkömmlichen Methoden. Im Verlangsamungs-/Beschleunigungszyklus der Zuführungen sammeln sich auf der Oberfläche des Transportbandes in der Nähe des Endpunktes eines jeden Querhubs mehr Fasern an, wodurch eine Matte ausgebildet wird, die in der Nähe ihrer Kanten dicker als in ihrem mittleren Teil ist.
Um eine Matte mit einer gleichmäßigeren Dichte herzustellen, ist es oftmals notwendig, die Matte beim Verlassen des Transportbandes zu beschneiden. Wenn die Zuführungen schneller in Querrichtung bewegt werden, um dicke Mattenkanten zu vermeiden, dann wird die mit dem Wendezyklus verbundene Schwingung stärker.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mechanische Schwingung zu verringern, die mit einer schnellen Wende der Zuführvorrichtung verbunden ist und die Gleichmäßigkeit von Dichte und Dicke auf der Oberfläche der Matte besser zu steuern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Matte aus endlosen Fasersträngen durch Hinund Herbewegen einer Vielzahl von Strangzulieferungen quer über die Oberfläche eines sich bewegenden Transportbandes, wobei jede der Strangzuführungen Stränge von einer Zuführquelle zuführt und auf der Oberfläche des Transportbandes ablegt, gekennzeichnet durch
a) elektronisches Steuern der Geschwindigkeit, mit der jede Strangzuführung am Ende jeder Querbewegung verzögert und beschleunigt wird, um die Vibration und mechanischen Belastungen, die mit der Umkehr jeder Strangzuführung verbunden sind, zu minimieren, und
b) Abtasten der relativen Stellung jeder der Strangzuführungen bezüglich ihrer Stellung über die Breite des laufenden Transportbandes,
c) Verändern der Geschwindigkeit, mit der Strang auf der Oberfläche des Transportbandes abgelegt wird in Abhängigkeit von der relativen Stellung jeder der Strangzuführungen über die Breite des Transportbandes, um eine Matte mit im wesentlichen gleichmäßiger Dichte und Dicke auszubilden.
Das wurde durch die Verwendung von elektronisch gesteuerten, bürstenlosen Schrittmotoren erreicht, deren Drehmoment hoch genug ist, die Bewegungskraft zu überwinden, die mit der Hin- und Herbewegung der Zuführungen verbunden ist, damit ihre Bewegungsrichtung schnell und schwingungsfrei umgekehrt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Abb. 1 ist eine allgemeine Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zur Ausbildung von Glasfasern, wobei eine Düse, ein Auftragegerät und eine Wickelvorrichtung dargestellt sind.
Abb. 2 ist die perspektivische Darstellung einer Düse mit den dazugehörigen Rippenkühlern, einzelnen Spitzen und daraus austretenden Fasern.
Abb. 3 ist die perspektivische Darstellung einer typischen Fertigungslinie für Matten, auf der genadelte Endlosfasermatten hergestellt werden.
Abb. 4 ist die perspektivische Darstellung des vorderen Endes der Fertigungslinie für Matten aus Abb. 3 entlang des Abschnitts 4-4, die im Detail auch verschiedene Bauteile im Zusammenhang mit der Steuerung-der sich hin- und herbewegenden Zuführungen zeigt.
Abb. 5 ist die Ansicht einer- sich hin- und herbewegenden Zuführung, eines stationären Verteilers und eines Stranges, der auf ein laufendes Transportband abgelegt wird.
Abb. 6 zeigt in Form eines Blockdiagramms die elektrische Schaltung zur Steuerung der Beschleunigung und Abbremsung einer jeden sich hin- und herbewegenden Zuführung.
Abb. 7 zeigt in Form eines Blockdiagramms die elektrische Schaltung zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der Strang von jeder sich hin- und herbewegenden Zuführung auf einem laufenden Transportband abgelegt wird.
Abb. 8 ist der Aufriß einer typischen Fertigungslinie für Matten entlang Abschnitt 8-8 von Abb. 3, der weiterhin die Ausrichtung der zu jeder sich hin- und herbewegenden Zuführung gehörigen Bauteile zeigt.
Abb. 9 ist die Seitenansicht einer typischen Fertigungslinie für Matten, deren Aufbau die Herstellung einer Matte zuläßt, die sich aus einer Schicht aus wahllos ausgerichteten Strängen, die mit einer Schicht aus einheitlich ausgerichteten, parallelen Strängen vernadelt ist, zusammensetzt.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In den Abbildungen 1 und 2 wird ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung- von Glasfasern im kontinuierlichen Direktabzug dargestellt, bei dem geschmolzenes Glas in den oberen Teil einer Düseneinheit (1) eingespeist wird und das aus einer Vielzahl von Spitzen oder Öffnungen (2) austritt, um einzelne Glaskone der Düsenstränge aus zubilden, die dann gekühlt und- ausgezogen werden. Die Ziehkraft für das Ausziehen des Konus oder Stranges zu einer zusätzlichen Glasfaser kann entweder von einer in geeigneter Weise angetriebenen, sich drehenden Wickelvorrichtung (3) oder einer sich hin- und herbewegenden Bandausziehvorrichtung geliefert werden, die die Glasfasern erfaßt und auf eine gewünschte Oberfläche, wie ein Endlostransportband, wirft, wie es in den Patenten US-A- 3,883,333 (Ackley) und US-A-4,158,557 (Drummond) beschrieben wird.
Die einzelnen Glasfasern (4) (die nachfolgend einfach nur als Fasern bezeichnet werden) werden, nachdem sie ausreichend abgekühlt sind, so daß sie sich im wesentlichen verfestigen, mit einem Walzenapplikator (5) in Berührung gebracht, der sie mit einer flüssigen Schlichtzusammensetzung beschichtet. Diese Schlichtzusammensetzung hilft, den einzelnen Fasern Gleitfähigkeit zu verleihen und enthält normalerweise auch einen Binder, der ein Bindemittel schafft. Die chemischen Eigenschaften von Schlichtzusammensetzung und Binder sind derartig, daß sie mit der beabsichtigten Endnutzung der Glasfasern kompatibel sind. Wenn zum Beispiel ein Harz, wie ein thermoplastischer Kunststoff, mit Glasfasern verstärkt werden soll, dann wird das Binde- und/oder Schlichtemittel normalerweise auch ein kompatibles thermoplastisches Harz enthalten. Andererseits wird, wenn das zu verstärkende Material ein duroplastischer Kunststoff ist, das Binde- und/oder Schlichtemittel normalerweise ein kompatibles duroplastisches Harz enthalten. Es können auch solche Harze wie Polyester, Polyurethane, Epoxide, Polyamide, Polyethylene, Polypropylene, Polyvinylacetate und ähnliches verwendet werden.
Zwei nennenswerte Harze, die normalerweise mit Matten aus Endlosglasstrang verstärkt werden, sind Polypropylen, Polyester und Nylon. Ein bevorzugtes Binde-/Schlichtemittelsystem für Glasfasern, die zur Verstärkung von Polypropylen verwendet werden sollen, wird in dem Patent US- A-3,849,148 (Temple) beschrieben. Wenn eine Matte aus Endlosglasstrang zur Verstärkung eines Nylonharzes verwendet werden soll, ist ein bevorzugte Binde-/Schlichtemittelsystem so, wie in dem Patent US-A-3,814,592 (McWilliams et al.) beschrieben.
Die Fasern (4) werden zu Einzel- oder Mehrfasersträngen (6) zusammengefaßt, indem eine Vielzahl von einzelnen Fasern (4) über eine Sammelvorrichtung (17) geführt wird. Die Sammelvorrichtung (7) ist normalerweise ein Zylinder oder eine Scheibe aus Graphit, auf deren Umfang eine Vielzahl von Rillen eingeschnitten ist, deren Anzahl der Anzahl der einzelnen Stränge entspricht, die aus den Fasern ausgebildet werden sollen, die von einer einzelnen Düse erzeugt werden. Der Strang (6) wird dann über eine sich drehende Spirale (8) und auf eine rohrförmige Papphülse (9) gewickelt, die durch eine entsprechend angetriebene Wickelvorrichtung (3) gedreht wird. Die Wickelvorrichtung (3) kann bewirken, daß entweder die rohrförmige Hülse (9), die Spirale (8) oder beide sich entlang ihrer Drehachse vor- und zurück- bzw. hin- und herbewegen, so daß der Strang (6), der über die Spirale (8) verläuft, gleichmäßig entlang der Länge der rohrförmigen Hülse (9) aufgewickelt wird. Die Kühlrippen (10) sind zwischen den benachbarten Spitzenreihen (2) eingesetzt, wobei ein Ende einer jeden Rippe an einem Verteilerrohr (11) befestigt ist, durch das eine Kühlflüssigkeit, wie z.B. Wasser, gepumpt wird. Die Rippen (10) sind so angeordnet, daß sie die Strahlungswärme von den einzelnen Glaskonen absorbieren und an das Verteilerrohr (11) leiten, wo sie von der Kühlflüssigkeit entzogen wird. Die Rippen entziehen auch etwas von der Wärme, die von der Spitzenplatte (12) abgestrahlt wird.
Abb. 3 stellt ein Transportband (13) dar, bei dem es sich um ein endloses, perforiertes Band handelt, vorzugsweise eine rostfreie Stahlkette, das durch im Abstand befindliche Antriebsrollen (14) kontinuierlich angetrieben wird. Bei normalen Anwendungen wurden Bandgeschwindigkeiten von bis zu 3,66 m/min (12 Fuß/min) oder mehr verwendet. Es ist dargestellt, wie die Stränge nach unten auf die Oberfläche des Transportbandes mit Hilfe einer Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Strangzuführungen (15) abgelegt werden. Während zum Zwecke der Verdeutlichung nur fünf solcher Strangzuführungen dargestellt werden, kann die tatsächlich verwendete Anzahl größer oder kleiner sein. Es können mehr als die dargestellten Zuführungen verwendet werden, und tatsächlich haben die Anwender 16 solcher einzelnen Strangzuführungen eingesetzt, um Strang auf das Transportband (13) zu legen.
Wie in Abb. 3 angegeben, wird jede Zuführung (15) quer uber eine vorgegebene Breite des Transportbandes (13) bewegt, bis das Transportband vollständig mit Strang bedeckt ist. Die einzelnen Stränge (6) können von einer Vielzahl von vorher ausgebildeten Spulen (9) oder von Glasfaserdüsen abgezogen werden, und zwar in der Art und Weise, wie das in den Patenten US-A-3,883,333 (Ackley) und US-A-4, 158,557 (Drummond) beschrieben ist.
Die lose Matte (16) wird ausgebildet, indem aufeinanderfolgende Strangschichten (6) auf das laufende Transportband (13) abgelegt werden. Das Transportband läuft dann in der durch den Pfeil angegebenen Richtung durch einen Ofen (17) und dann in eine Nadelmaschine (18).
Dem Stand der Technik gemäß wurde ein Strang (6) aus jeder Zuführvorrichtung (15) direkt auf dem laufenden Transportband abgelegt. Während mit diesem Verfahren eine akzeptable Matte hergestellt wurde, wurde später festgestellt, daß ein solcherart abgelegter Strang oftmals eine bevorzugte Ausrichtung annahm. Um das zu überwinden, wurden Ablenkplatten verwendet, die so an jeder Zuführvorrichtung starr befestigt sind, daß der Strang auf ihnen auftrifft und wahllos auf dem Transportband abgelegt wird. Das ergab eine Matte mit einer gleichmäßigeren Festigkeit (s. US-A-4,345,927 (Picone)). Später wurde eine andere Art einer starr befestigten Ablenkplatte entwikkelt, wie in dem Patent US-A-4,615,717 (Neubauer et a.) beschrieben, um den Strang in eine Vielzahl von faserigen Feldern zu unterteilen, die abgelenkt und auf der Oberfläche des Transportbandes in Form von- länglichen, elliptischen Schleifen abgelegt werden.
Vor noch kürzerer Zeit wurde bewiesen, daß die Verwendung von verstellbaren, stationären Ablenkplatten (19), die am Gestell der mattenherstellenden Vorrichtung befestigt sind, zu einer Verbesserung gegenüber dem bekannten Stand der Technik führt, wobei auch die Bewegungsenergie, die bei den sich hin- und herbewegenden Zuführungen (15) auftritt, verringert wird.
Um jegliche Uberschüssige Feuchtigkeit aus dem Strang wieder zu entfernen, läßt man die Matte kontinuierlich durch einen Ofen (17) laufen. Der Ofen (17) ist an einen Lüftungsschacht (20) angeschlossen und mit einer Heizvorrichtung (nicht dargestellt) ausgestattet, um ein durchgeleitetes Gas zu erwärmen. Das erwärmte Gas, vorzugsweise Luft, das auf zwischen 21º C (70º F) und 60º C (140º F) erwärmt wurde, wird durch die Haube (21) des Ofens (17) gelenkt, der die gesamte Breite des Transportbandes (13) überdeckt und sich eine ausreichende Strecke entlang seiner Länge erstreckt, damit sich eine Verweilzeit ergibt, die ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Matte auf einen akzeptablen Wert, normalerweise zwischen 1 und 0,5 %, zu senken.
Nach Verlassen des Ofens (17) wird die lose Matte (16) normalerweise auf der Oberfläche des Transportbandes (13) zu einer Nadelmaschine (18) transportiert. Die Matte wird mit Hilfe einer Antriebsrolle (22), die eine Zugkraft auf sie ausübt, durch die Nadelmaschine vorwärtsbewegt. Die Maschine (18) weist ein Nadelbrett (23) auf, an dem eine Vielzahl von Nadeln mit Widerhaken (24) befestigt ist, die normalerweise in parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind. Die Nadelmaschine (18) weist eine Abstreifplatte (25) auf, durch die eine Vielzahl von Löchern gebohrt ist, so daß die Nadeln (24) sich ohne weiteres durch die Löcher hindurch hin- und herbewegen können. Es ist eine Grundplatte (26) vorhanden, auf der die Matte (16) liegt, wenn sie durch die Nadelmaschine (18) läuft, die auch eine Vielzahl von Löchern entsprechender Größe hat, so daß die Nadeln sich durch sie hindurch hin- und herbewegen können. Ein Behälter (27) ist auch vorgesehen, um alle gebrochenen Glasfasern aufzufangen. Das Nadelbrett (23) bewegt sich hin und her und hoch und runter, wie durch die Pfeile angegeben, um so die Nadeln teilweise durch die lose Matte (16), die Abstreifplatte (25) und die Grundplatte (26) zu schieben, wodurch die losen Glasstränge, die die Matte ausbilden, miteinander verwickelt werden.
In Abb. 4 werden einzelne Stränge (6) durch eine Vielzahl von keramischen Ösen (nicht dargestellt) geführt und zu jeder Zuführvorrichtung (15) gelenkt, wo sie von der Zuführvorrichtung nach unten geleitet und auf der Oberfläche des laufenden Kettentransportbandes (13) abgelegt werden. Jede einzelne Zuführung (15) kann mit einer Vielzahl von Strängen versorgt werden. Die genaue Anzahl der Stränge hängt von der Geschwindigkeit des Transportbandes (13), der Anzahl der arbeitenden Zuführungen und der gewünschten Dichte oder Dicke der fertiggestellten Matte ab.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden verstellbare, stationäre Ablenkplatten (19) verwendet, die über dem Transportband in solcher Weise angebracht sind, daß die von jeder Zuführung weitergeleiteten Stränge auf deren Oberfläche auftreffen und dann auf das laufende Transportband fallen, auf dem sie eine wahllose Orientierung annehmen.
Mit Hilfe einer Antriebskette oder eines Kabels (28), angetrieben durch einen Riemen (29), verbunden mit einem elektrischen Umkehrmotor, vorzugsweise der unten beschriebene Schaltmotor oder bürstenlose Schrittmotor, werden die Zuführungen (15) über dem Transportband (13) hin- und her- oder vor- und zurückbewegt. Jede Zuführung (15) fährt innerhalb einer Bahn (31), wenn sie sich über dem laufenden Transportband (13) hin- und herbewegt. Normalerweise beträgt die Geschwindigkeit der Zuführung, wenn sie sich über der Breite des Transportbandes hinund herbewegt, zwischen 0,38 und 1 m/s (75 und 200 Fuß/min), und die Zuführung bewegt sich quer in eine Richtung, die im allgemeinen senkrecht zur Bewegung der Oberfläche des Transportbandes (13) verläuft. Die Geschwindigkeit der Ausgabe des Stranges (6) von jeder Zuführung (15) liegt normalerweise im Bereich von etwa 1000 bis 5000 Fuß/min.
In Abb. 5 wird eine detaillierte Ansicht der Strangzuführung (15) gezeigt. Der Strang (6), der von vorher ausgebildeten Spulen bereitgestellt wird, wird von einer Vielzahl von Keramikösen (32) so geleitet, daß er entlang der äußeren Oberfläche eines flexiblen Riemens (33) verläuft. Die genaue Breite des Riemens kann unterschiedlich sein, um die Anzahl der einzelnen Stränge, die von der Zuführvorrichtung vorwärtsbewegt werden sollen, unterzubringen. Der Riemen (33) und der Strang (6) werden um eine sich drehende zylindrische Nabe (34) geführt. Die zylindrische Nabe (34) wird von einem elektrischen Regelmotor (35) angetrieben. In der bevorzugten Ausführungsform ist dieser Motor ein dreiphasiger Induktionsmotor für Wechselstrom.
Wenn der Strang (6) um die angetriebene zylindrische Nabe (34) auf der äußeren Oberfläche des Riemens (33) läuft, wird der Riemen durch Reibung zwischen seiner inneren Oberfläche und der Nabe (34) vorwärts bewegt. Der Riemen (33) und der Strang (6) bewegen sich von der angetriebenen zylindrischen Nabe (34) weiter zu einem zylindrischen Gehäuse (36),das im Freilauf über einem Kugellager (nicht dargestellt) läuft. Das Gehäuse (36) hat auch eine Vielzahl von Stiften oder Stäben (37), die aus seiner Oberfläche hervortreten und parallel zu seiner Länge verlaufen. Der Strang (6) kommt mit diesen Stiften in Berührung und wird somit zwischen ihnen und der äußeren Oberfläche des Riemens (33) zusammengepreßt. Das erzeugt die notwendige Zugkraft, um den Strang (6) von den einzelnen ausgebildeten Spulen (9), die jede Zuführung (15) versorgen, vorwärts zu bewegen. Da der Strang (6) das Gehäuse (36) nur an den Stäben (37) und nicht auf der gesamten durchgehenden Oberfläche berührt, haftet der Strang an den Stäben (37) nicht mit der gleichen Festigkeit, wie er an einer durchgehenden Oberfläche haften würde. Das hilft, das Umwickeln von Strang zu vermeiden, was zu Unterbrechungen des Ablaufs führt. Da der Strang (6) zwischen der äußeren Oberfläche des Riemens (33) und den Stäben (37) liegt während der Riemen durch die zylindrische Nabe (34) auf seiner inneren Oberfläche angetrieben wird, wird die Haltbarkeit beider Oberflächen des Riemens stark erhöht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Für den Betrieb der Zuführung bewegt ein Umkehrschaltmotor oder ein bürstenloser Schrittmotor (30) die Zuführung (15), wie in Abb. 4 dargestellt, über der Breite des Transportbandes hin und her bzw. vor und zurück. Ein flexibler Antriebsriemen oder eine -kette (29) verbindet die Abtriebswelle eines bürstenlosen Schrittmotors (30) mit einer ersten Drehscheibe oder Trommel (38), um deren Umfang eine zweite flexible Antriebskette oder vorzugsweise ein verseiltes Stahlkabel (28) gewickelt ist. Die Länge des Kabels beträgt im wesentlichen das Doppelte der Breite des Transportbandes. Ein Ende des Kabels ist, wie in Abb. 5 gezeigt, an einer Seite des Zuführungsrahmens (39a) fest angebracht. Das Kabel wird dann ein oder zwei Mal um den Umfang der angetriebenen Trommel (38) gewikkelt, über die Breite des Transportbandes und über eine zweite, frei drehende Führungstrommel (40) gezogen, wo das gegenüberliegende Ende des Kabels an der anderen Seite des Zuführungsrahmens (39b) befestigt wird. Somit bewegt sich die Zuführung nach links, wenn, wie in Abb. 4 gezeigt, die angetriebene Trommel (38) mit Hilfe eines bürstenlosen Schrittmotors (30) im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Schrittmotor seine Richtung umkehrt und die Trommel (38) entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, bewegt sich die Zuführung nach rechts.
Der bürstenlose Schrittmotor (30), der zur Umkehrung der Zuführung verwendet wird, muß ein Drehmoment erzeugen können, das ausreicht, die Bewegkraft der sich bewegenden Zuführung (15) zu überwinden, um ihre Richtung schnell umzukehren. Das Drahtseil oder die Kette (28) müssen auch die Beanspruchung aushalten können, die mit der Umkehrung der Zuführvorrichtung einhergeht.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ein bürstenloser Schalt- oder Schrittmotor verwendet, wie der Model Nr. 112-FJ326, hergestellt von der Superior Electric Company in Bristol, Connecticut. Es kann jedoch jeder Schrittmotor verwendet werden, der ein Drehmoment erzeugen kann, das ausreicht, die Bewegkraft der sich bewegenden Zuführvorrichtung zu überwinden.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Motor für Wechsel- oder Gleichstrom bringt die Verwendung eines Schalt- oder Schrittmotors mehrere Vorteile mit sich. Dazu gehört die Tatsache, daß ein Schrittmotor keine Bürsten hat, die in periodischen Abständen herausgenommen und gereinigt werden müssen. Er läuft auch mit einer höheren Drehzahl, beschleunigt und bremst schneller, hat ein besseres spezifisches Leistungsgewicht und ist zuverlässiger als herkömmliche Motoren.
Ein bürstenloser Schalt- oder Schrittmotor gleicht einem Wechselstrommotor darin, daß in seinen Statorwicklungen ein Drehmagnetfeld erzeugt wird, während für den Rotor ein Dauermagnet verwendet wird. So, wie die Statorwicklungen nacheinander erregt werden, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen, dreht sich der Rotor und versucht, mitzuhalten. Es wird eine Steuereinrichtung verwendet, um das Statikfeld durch Aberregen der einen Wicklung und Erregen der anderen zu schalten. Das geschieht über eine verstärkte Folge von zerhacktem Gleichstrom oder Impulsen, die auch als Schaltbefehle bezeichnet werden, und die den entsprechenden Wicklungen des Schrittmotors zugeführt werden, um die Drehung des Rotors um einen feststehenden Wert zu induzieren. Die einzelnen Schaltbefehle oder Impulse werden durch einen Oszillatorkreis erzeugt. Bei dem in der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Motor bewegt sich der Rotor durch jeden Impuls um 1,8 und somit ergeben 200 solcher Impulse eine volle Drehung des Motors. Aufgrund der besonderen Abmessungen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Riemen, Scheiben usw. bewirkt jede Drehung des Schrittmotors, daß sich die Zuführung etwa 2 Zoll über der Breite des Transportbandes bewegt. Wenn man zuerst die gewünschte Breite der herzustellenden Matte festlegt und sowohl die Strecke kennt, um die die Führung auf ihrer Bahn durch jede Drehung des Schrittmotors vorwärtsbewegt wird, als auch die Anzahl der Schaltbefehle, die notwendig ist, den Motor um eine Drehung zu drehen, dann ist es möglich, die Bewegung der Zuführung zu steuern, und zwar indem man die Gesamtzahl der Schaltbefehle bestimmt, die an den Motor geschickt werden müssen, damit er die Zuführung eine festgelegte Strecke vorwärtsbewegt. Wenn z.B. eine Matte von 6 Fuß Breite hergestellt werden soll und bekannt ist, daß die Zuführung sich pro Motordrehung 5,08 cm (2 Zoll) über der Breite des Transportbandes vorwärtsbewegt, dann müssen 7.200 Schaltbefehle vom Oszillator an den Schrittmotor geschickt werden, damit sich die Zuführung 6 Fuß weiterbewegt.
Ein anderes- besonders nützliches Merkmal von Schrittmoto- ren ist ihre Fähigkeit, schnell zu beschleunigen und abzubremsen. Zum Beispiel kann der in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Motor in etwa 370 Millisekunden von 105 auf 3.000 U/min beschleunigt werden. Sowohl diese schnelle Anstiegszeit als auch der hohe Drehmomentenausgang des Motors gehören mit zu den Hauptgründen für den Erfolg der vorliegenden Erfindung, da es möglich ist, jede der sich bewegenden Zuführungen (15) schnell und problemlos umzukehren, ohne zusätzliches Rucken, Vibrieren oder die Notwendigkeit, sich auf mechanische Vorrichtungen, wie Stoßdämpfer oder Gaskolben zu verlassen.
In Abb. 6 wird in Form eines Blockdiagramms die elektrische Schaltung dargestellt, die zur Steuerung des Schrittmotors verwendet wird. Zur Bestimmung der Anzahl der Impulse, die notwendig ist, die Zuführung eine bestimmte Strecke über der Breite der Oberfläche des Transportbandes zu bewegen, wurde ein programmierbares Steuergerät (41), EPTAK 700, verwendet. EPTAK 700 ist eine Form eines programmierbaren logischen Steuergerätes, das von der Eagle Signal Corporation hergestellt wird. Die tatsächlichen Strecken, die sich die Zuführung sowohl rechts als auch links von einer imaginären Mittellinie quer bewegen muß, werden in das Gerät über eine Vielzahl von digitalen Vorwählschaltern eingegeben, die diese Informationen in einen Binärcode für Dezimalzahlen (BCD) umwandeln. Das Gerät berechnet intern die Gesamtzahl der notwendigen Schaltbefehle oder Impulse, um die Zuführung, ähnlich wie in der oben beschriebenen Weise, vor- und zurückzubewegen. Diese BCD-Informationen werden dann über eine digitale Sammelschiene (43) an einen Schaltmodul (42) geschickt, und ein in den Schaltmodul eingebauter Oszillator erzeugt die entsprechende Anzahl von Schrittbefehlen, um den Schrittmotor (30) im oder entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Schrittmodul auch die Frequenz oder die Wiederholungsgeschwindigkeit der Schrittbefehle so verändern, daß die Zuführung in der Nähe der Enden eines jeden Überquerungszyklus beschleunigt oder abgebremst werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem verwendeten Schrittmodul um einen Slo-Syn Preset Indexer Module, Typ PIM153, hergestellt von der Superior Electric Company in Bristol, Connecticut. Es kann jedoch auch irgendein ähnliches handelsübliches Gerät- zur Steuerung der Bewegung eines Schrittmotors verwendet werden.
Die Schrittbefehle oder Impulse, die von dem eingebauten Oszillator des Schrittmoduls erzeugt werden, werden verstärkt, um ihre Spannung zu erhöhen, bevor sie zu den Statorwicklungen des Schrittmotors gelangen. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Verstärker, in der Technik auch als Umsetzer bekannt, der Umsetzer (44) Slo- Syn TM600, der auch von der Superior Electric Company hergestellt wird. Wegen der tatsächlichen physikalischen Entfernungen zwischen der Anbringung des Schrittmoduls und dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Umsetzer wurde jedoch auch ein Puffer (45) verwendet, um die Impulssignale vor irgendwelchen Fremdgeräuschen abzuschirmen und die Ausgangsimpedanz des Schrittmoduls auf Null zu senken. Bei der vorliegenden Erfindung wurde dafür ein Pufferchip, wie SN75451BP, hergestellt von Motorola, verwendet, obwohl irgendeine ähnliche Vorrichtung zur Erzielung der gleichen Ergebnisse genutzt werden kann.
Über dem Transportband auf jeder Zuführungsbahn (31) und in der Mitte der Breite der Transportbandoberfläche ist auch ein elektromagnetischer Näherungsschalter oder Sensor (46) angebracht. Jedes Mal, wenn die Zuführung (15) am Näherungssensor vorbeifährt und ihn schließt, wird an das Steuergerät EPTAK (14) ein Signal übertragen, das so interpretiert wird, daß die Zuführung einen halben Querungszyklus vollendet hat. Bei handelsüblichen Anwendungen, wo 12 Zuführungen gleichzeitig verwendet werden, um harmonisch miteinander zu arbeiten und eine Matte mit gleichmäßiger Dichteverteilung herzustellen, kann das Steuergerät (41) so programmiert werden, daß es eine voreingestellte Folge von Signalen von den Sensoren auf der Mittellinie, die mit jeder einzelnen Zuführung verbunden sind, erkennt. Sollte die Signalfolge, die vom Steuergerät (41) erfaßt wird, nicht mit der vorprogrammierten übereinstimmen, dann wird das Steuergerät das als Fehlfunktion bei einer der Zuführungen (15) interpretieren und eine Korrektur vornehmen. Wenn z.B. das Steuergerät so programmiert ist, daß es eine bestimmte Folge von Überquerungssignalen von den Zuführungen 1, 3 und 2 (in dieser Reihenfolge) erwartet und statt dessen nur den Empfang eines Signals von den Zuführungen 1 und 2 bestätigt, dann erkennt das Steuergerät (41), daß der Empfang eines Überquerungssignals von der Zuführung 2 zu dem Zeitpunkt, wo statt dessen ein Signal von Zuführung 3 erwartet wird, bedeutet, daß möglicherweise ein Problem vorliegt, wie z.B. ein blockierter Motor oder eine festgefressene Zuführung, weshalb die Signalfolge anders als erwartet ist. Das Steuergerät signalisiert dann das Starten einer zusätzlichen Zuführung, die sich weiter unten beim Transportband befindet, um die Strangmenge auszugleichen, die auf Grund des Ausfalls der dritten Zuführung, nicht darauf abgelegt wird. Bei handelsüblichen Anwendungen werden bis zu 12 aktive Zuführungen gleichzeitig mit 4 zusätzlichen Ausgleichzuführungen verwendet.
Um ein richtiges Starten und die richtige Reihenfolge der Zuführungen zu gewährleisten, wenn viele gleichzeitig miteinander verwendet werden, ist für jede Zuführung ein Endschalter (47), angebracht an einer Seite der Bahn (31), vorgesehen. Der Zweck dieses Endschalters (47) besteht darin, einen Bezugspunkt für die Zuführungen (15) anzuzeigen, indem ein Signal an das programmierbare Steuergerät EPTAK (41) gesendet wird. Nachdem das Steuergerät erfaßt hat, daß die Zuführungen (15) an ihrem Bezugspunkt sind, wie durch den Status- eines jeden Bezugspunktendschalters (47) angezeigt, bewirkt das Steuergerät (41), daß das Schrittmodul (42) jede Zuführung langsam in eine entsprechende Startposition anlaufen läßt, bevor sie mit der automatischen Überquerung des Transportbandes beginnen. Das Steuergerät (41) gibt dann einen Befehl zum entsprechenden Zeitpunkt aus, damit jede Zuführung unabhängig mit der Überquerung der Breite des Transportbandes beginnt. Die Zuführungen werden vorzugsweise in einer solchen zeitlichen Reihenfolge gestartet, daß Stränge, die von unmittelbar nebeneinanderliegenden Zuführungen abgelegt werden, einander nicht überlappen.
Es werden auch drei andere elektromagnetische Näherungssensoren verwendet, um die relative Stellung einer jeden Zuführung während ihrer Überquerung des Transportbandes anzuzeigen. Diese Näherungssensoren werden zur Steuerung der Geschwindigkeit verwendet, mit der Strang (6) durch die Zuführung von der Zuführquelle und auf das Transportband vorwärtsbewegt wird. Zwei Sensoren (49 und 50) sind an den gegenüberliegenden Enden der Bahn, kurz vor den Kanten der Matte angebracht, während der dritte (51) in der Nähe der Mittellinie des Kettentransportbandes (13) angebracht ist. Die Verwendung dieser Näherungssensoren ermöglicht, daß der Motor (35) der Zuführung und somit die Ablegegeschwindigkeit des Stranges verlangsamt werden kann, um eine ungleichmäßige Strangdichte in der Nähe der Mattenkanten zu vermeiden. Diese automatische Verringerung der Ablegegeschwindigkeit wird mit einem zweiten programmierbaren logischen Steuergerät (52) und einem Frequenzinverter für Wechselstrom (53) erreicht. Die Einzelheiten dieser Anordnung sind am besten unter Zuhilfenahme von Abb. 7 zu verstehen, die die Schaltung in Form eines Blockdiagramms darstellt.
Wenn einer 'Aus-Ein-Aus'-Signalfolge vom mittleren Sensor (51) eine 'Aus-Ein-Aus'-Signalfolge von einem der beiden Sensoren an der Seite (49 oder 50) folgt, sendet das programmierbare logische Steuergerät (52) (nachfolgend als 'PLC' bezeichnet) ein Ausgangssignal an den Inverter, damit er auf eine digital verstellbare voreingestellte Frequenz abfällt. Das verlangsamt die Zuführgeschwindigkeit des Zuführungsmotors (35), bei dem es sich um einen herkömmlichen 3-Phasen-Induktionsmotor, 480 Volt, Wechselstrom, handelt. Wenn einem 'Aus-Ein-Aus'-Signal von einem der beiden seitlichen Sensoren dann unmittelbar ein 'Aus-Ein-Aus'-Signal vom gleichen Sensor folgt, löst das PLC den Inverter aus, zum Betrieb mit seiner höheren, ursprünglichen, digital voreingestellten Frequenz zurückzukehren. Wenn dann diesem Signal wieder unmittelbar ein 'Aus-Ein-Aus'-Signal vom mittleren Sensor (51) folgt, dann stellt sich das PLC selbst zurück, um wieder die Zuführgeschwindigkeit zu senken, indem die Inverterfrequenz bis zum Erhalt eines 'Aus-Ein-Aus'-Signals vom Sensor auf der anderen Seite gesenkt wird. Diese Steuerlogik wird mit jeder Fahrt des Zuführmechanismus über das Transportband wiederholt. Bei der vorliegenden Erfindung wurde das programmierbare logische Steuergerät von Allen-Bradley, SLC-100, zur Steuerung des Inverters und zur Durchführung der entsprechenden Schaltfunktionen gemäß der eben beschriebenen logischen Folge verwendet. Das PLC ist ein Gerät, das mit der herkömmlichen Relais-Kettenleitersprache programmiert werden kann. Bei dem verwendeten Inverter handelt es sich um einen Allen-Bradley 1333-AAB, der einen 3-Phasen-Induktionsmotor, 480 Volt, Wechselstrom, 746 W (1 PS) über einen Frequenzbereich von 0,5 bis 70 Hz bei einem Verhältnis von 7,6 v/Hz mit Strom versorgen kann.
Nachfolgend wird der Einsatz der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung von zwei unterschiedlichen Glasfasermatten im Detail dargestellt.

BEISPIEL 1

Bei einer typischen Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer genadelten Glasfasermatte aus Endlosstrang mit einheitlichen mechanischen Eigenschaften werden Glasstränge auf dem Transportband durch eine Vielzahl von sich hin- und- herbewegenden- Zuführungen, wie in Abb. 8 dargestellt, abgelegt. Die ausgebildeten Strangspulen (9) werden durch ein Gatter (54) gehalten. Eine Vielzahl von Strängen (6) wird durch keramische Ösenführungen (55) und dann durch eine Führungsstange (56) geführt. Die Stränge (6) werden dann zu den Strangzuführungen (15) geführt. Die Stränge können in der Zeit zwischen dem Verlassen des Gatters (54) und dem Eingeführtwerden in die Zuführung (15) mit Wasser oder irgendeinem anderen flüssigen, antistatischen Mittel zur Verringerung des Aufbaus von statischer Elektrizität befeuchtet werden. Normalerweise sollten die Stränge zwischen 5 und 15 Gew.- % Feuchtigkeit haben. Das hilft, das Bestreben des Stranges zu mindern, zu brechen und sich um die riemenbetriebene Zuführung zu wickeln. Im allgemeinen wird die Verwendung eines antistatischen Mittels, wie Triton X-100, bei dem es sich um das nicht ionische oberflächenaktive Mittel Octylphenoxypolyethoxyethanol handelt, empfohlen, wenn der Strang von extrem trockenen ausgebildeten Spulen geliefert wird, die mehrere Monate gelagert wurden.
Es wird ein Ofen (17) verwendet, um jegliche überschüssige Feuchtigkeit zu verdunsten. Die den Ofen verlassende Matte wird dann zu einer Nadelmaschine (18) transportiert, wo der Strang vernadelt wird, um ihn miteinander zu verwickeln und ihm ausreichenden mechanischen Zusammenhalt zu verleihen, damit er anschließend verarbeitet werden und die fertige Matte gehandhabt werden kann.
In der hergestellten genadelten Strangmatte sind wahllos Stränge aus "T"-Fasern abgelegt, die von ausgebildeten Spulen, T-11,5, mit etwa 400 Fasern pro Strang, geliefert wurden, wobei 0,454 kg (1 Pound) etwa 1052 m (1150 Yard) des Stranges enthält. (Die Verwendung dieser Bezeichnung ist in der Technik bekannt und gibt an, daß jede einzelne Glasfaser einen Durchmesser in der Größenordnung von 90 bis 95 um hat.)
Die Oberfläche des Transportbandes bewegt sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von etwa 3,66 m (12 Fuß) pro Minute und es wurden auch die stationären Ablenkplatten (19) verwendet.
Die Zuführungen werden ein Mal alle 6 Sekunden vor- und zurück über eine Strecke von etwa 228,6 cm (90 Zoll) mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 48,77 bis 50,2 m/min (160 bis 165 Fuß/min) hin- und herbewegt. Der Induktionsmotor (35), der sich auf der Zuführung (15) befindet, bewegt den Endlosstrang, der von den ausgebildeten Spulen geliefert wird, mit einer Geschwindigkeit zwischen 381,0 und 396,2 m/min (1250 und 1300 Fuß/min) und vorzugsweise mit etwa 387,1 m/min (1270 Fuß/min) vorwärts. Die Näherungssensoren am Ende (49 und 50), die zum Ausschalten der Inverter verwendet werden, sind beide auf der Bahn etwa 22,9 cm (9 Zoll) direkt nach dem Start und etwa 22,9 cm (9 Zoll) direkt vor dem Ende des Querhubs von 228,6 cm (90 Zoll)angebracht. Durch das Ausschalten des Inverters fallen die zum Zuführungsmotor gelieferte Frequenz und Spannung ab, so daß die Zuführungsgeschwindigkeit des Glasstranges um etwa 80 % auf zwischen 76,2 und 79,2 m/min (250 bis 260 Fuß/min), vorzugsweise etwa 77,4 m/min, verringert wird.
Insgesamt werden 12 sich hin- und herbewegende Zuführungen verwendet, obwohl nur zwei mit den stufenlos regelbaren Induktionsmotoren (35) ausgerüstet sind, da man festgestellt hatte, daß diese Anzahl von Zuführungen genügend Ausgleich für die anderen bietet, um eine Matte von im wesentlichen gleichmäßiger Dichte zu erhalten. Um eine Matte mit einer Dichte von etwa 915 g/m² (3 Unzen/Quadratfuß) herzustellen, werden 6 Enden eines T-11,5-Stranges zu jeder Zuführung geführt, so daß etwa 611,5 kg/h (1348 Pound/h) Glas auf der Oberfläche des Transportbandes abgelegt werden. Um eine Matte mit einer Dichte von etwa 610 g/m² (2 Unzen/Quadratfuß) herzustellen, werden 4 Stränge zugeführt, so-daß von jeder Zuführung nur 410,5 kg/h (905 Pound/h) auf dem Transportband abgelegt werden.
Es wird auch ein Ofen (17) verwendet, der auf etwa 40,6º C (105º F) erwärmt ist und das Transportband auf etwa 6,1 m (20 Fuß) Länge umgibt, um überschüssige Feuchtigkeit von der locker ausgebildeten Matte zu verdunsten. Die Matte wird dann gedehnt und zu einer Nadelmaschine (18) mit einer Geschwindigkeit von etwa 4,88 m/min (16 Fuß/min) transportiert. Die Nadelmaschine (18) hat eine laufende Nadeldichte von etwa 44,88 (114) Nadeln pro Zentimeter (Zoll). Die Nadeln werden hin- und herbewegt, um eine Stichdichte von etwa 21,7 (140) Stichen pro cm² (Quadratzoll) zu erreichen. Die Stichtiefe beträgt etwa 1,14 cm (0,45 Zoll).

BEISPIEL 2

Bei einigen Anwendungen ist eine Matte mit anisotropen oder unidirektionalen Materialeigenschaften erwünscht. Eine Matte mit richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften, wie die Eigenschaft Zugfestigkeit, kann zur nachträglichen Verstärkung von Laminaten verwendet werden, die für die Herstellung von Felgen, Stoßstangen oder irgendeine Konstruktion, bei der erwünscht ist, daß eine Richtung eine verstärkte Zugfestigkeit hat, genutzt werden.
Bei der Herstellung einer Matte mit solch richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften werden mehrere Tausend einzelne Fasern in Form eines Stranges auf das laufende Transportband (13) ausgegeben und in der gleichen Bewegungsrichtung wie das Transportband gezogen, und zwar so, daß sie im wesentlichen parallel zueinander liegen. Wie in Abb. 9 dargestellt, kann der Strang (6) von einzelnen Spulen geliefert werden, die durch ein Gatter (57) gehalten werden, das an der Stirnseite des Transportbandes angebracht ist . Es wird jedoch die Verwendung von stärkerem Strang in Form von Rovingspulen bevorzugt. Die Stränge (6) werden durch eine Vielzahl von keramischen Ösen (58), die auf dem Gatter (57) angeordnet sind, und durch eine Lochplatte (59) geführt, die auch an der Stirnseite des Transportbandes (13) angebracht ist. Die Stränge werden dann sowohl durch die Lochplatte als auch durch die Zinken eines faltwandartigen, präzise einstellbaren Kammes (60) gezogen, der auch direkt vor dem Transportband angebracht ist. Der Kamm wird verwendet, damit eine einheitliche Anzahl von Strängen pro Zoll über der Breite der Matte zugeführt wird; er kann auch eingestellt werden, um verschiedene laufende Strangdichten in Abhängigkeit von der jeweils zu fertigenden Matte zu schaffen.
Von anderen Quellen, z.B. einer Glasfaserdüse oder einzeln ausgebildeten Spulen (9), wie in Abb. 8 dargestellt, werden jeder der beiden sich hin- und herbewegenden Zuführungen (15) zusätzliche Stränge (6) zugeführt. Wenn diese Stränge durch die Zuführungen (15) zur Oberfläche des Transportbandes (13) hin bewegt werden, hält das Gewicht der angesammelten Stränge oben auf der ersten Schicht von Strängen, die sich bereits in der Richtung des Transportbandes bewegt, sie in einer im wesentlichen parallelen Ausrichtung. Es wird bevorzugt, daß die Stränge, die von den sich hin- und herbewegenden Zuführungen (15) abgeworfen werden, auch auf die Oberfläche einer stationären Ablenkplatte (19) auftreffen, und zwar unmittelbar bevor sie auf dem Transportband abgelegt werden. Das ergibt eine locker verbundene Matte mit einer oberen Schicht aus einem wahllos orientierten Strang endloser Fasern und einer unteren Schicht aus einem im wesentlichen parallelen Strang. Diese locker verbundenen Schichten werden dann, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, durch einen Ofen 17 transportiert, um jegliche überschüssige Feuchtigkeit zu beseitigen. Die den Ofen verlassende Matte wird dann zu einer Nadelmaschine (18) transportiert, wo die obere und die untere Schicht miteinander vernadelt werden, um die Stränge miteinander zu verwikkeln und ihnen ausreichenden mechanischen Zusammenhalt zu verleihen, damit sie anschließend verarbeitet werden können und die fertige Matte gehandhabt werden kann.
Die Matte kann insgesamt etwa 40 bis 60 Gew.-% parallel ausgerichtetee Stränge und etwa 60 bis 40 % wahllos abgelegte endlose Stränge enthalten. Bei der hergestellten Glasfaserstrangmatte enthalten etwa 55 % der Matte parallel ausgerichtete Stränge und die verbleibenden 45 % sind wahllos von den hier beschriebenen Zuführungen mit veränderlicher Geschwindigkeit (15) abgelegt. Die parallelen Stränge wurden von Rovingspulen mit Direktzug, T2.50, mit etwa 1600 "T"-Fasern pro Strang geliefert. (Die Verwendung dieser Bezeichnung ist in der Technik bekannt und gibt an, daß jede einzelne Glasfaser einen Durchmesser in der Größenordnung von 90 bis 95 um hat und daß 1 Pound dieses speziellen Roving etwa 228,6 m (250 Yard) Strang enthält.) Der verstellbare Präzisionskamm (60) wurde so eingestellt, daß er etwa 7 bis 8 Stränge pro 2,54 cm (1 Zoll) über einer Breite der Transportbandoberfläche von 254 cm (100 Zoll) liefert. Der wahllos abgelegte Strang ist auch aus einer "T"-Faser, T-11,5, die von ausgebildeten Spulen mit etwa 400 Fasern pro Strang geliefert wird, wobei 0,454 kg (1 Pound) etwa 1052 m (1150 Yard) Strang enthält.
Die Oberfläche des Transportbandes bewegt sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von etwa 3,66 m/min (12 Fuß/min) und es werden auch stationäre Ablenkplatten (19) verwendet.
Die Zuführungen werden ein Mal alle 6 Sekunden über einer Strecke von etwa 228,6 cm (90 Zoll) mit einer mittleren Geschwindigkeit von etwa 48,7 bis 50,29 m/min (139 bis 141 Fuß/min) hin- und herbewegt. Der Induktionsmotor (35), der von der Zuführung geführt wird, bewegt den Endlosstrang, der von den ausgebildeten Spulen geliefert wird, mit einer-Geschwindigkeit zwischen 381,0 und 396,2 m/min (1250 und 1300 Fuß/min), vorzugsweise mit 387,1 m/min (1270 Fuß/min). Die Näherungssensoren am Ende (49 und 50), die zum Ausschalten der Inverter verwendet werden, sind beide auf der Bahn etwa 22,9 cm (9 Zoll) direkt nach dem Start und etwa 22,9 cm (9 Zoll) direkt vor dem Ende des Querhubs von 228,6 cm (90 Zoll)angebracht. Durch das Ausschalten des Inverters fallen die zum Zuführungsmotor (35) gelieferte Frequenz und Spannung ab, so daß die Zuführungsgeschwindigkeit des Glasstranges um etwa 80 % auf zwischen 76,2 und 79,2 m/min (250 bis 260 Fuß/min), vorzugsweise etwa 77,4 m/min, verringert wird.
Insgesamt werden 12 sich hin- und herbewegende Zuführungen verwendet, obwohl nur zwei mit den stufenlos regelbaren Induktionsmotoren (35) ausgerüstet sind, da man festgestellt hatte, daß diese Anzahl von Zuführungen genügend Ausgleich für die anderen bietet, um eine Matte von im wesentlichen gleichmäßiger Dichte zu erhalten. Um eine Matte mit einer Dichte von etwa 915 g/m² (3 Unzen/Quadratfuß) herzustellen, werden 3 Enden eines T-11,5-Stranges zu jeder Zuführung geführt, so daß etwa 607 Pound/h Glas auf der Oberfläche des Transportbandes abgelegt werden.
Ein Ofen (17), auf etwa 40,6º C (105º F) erwärmt, der eine Länge von etwa 6,1 m (20 Fuß) des Transportbandes umgibt, wird verwendet, um Uberschüssige Feuchtigkeit von der lose ausgebildeten Matte zu verdunsten. Die Matte wird dann zur Nadelmaschine (18) mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,69 m/min (12,1 Fuß/min) transportiert. Die Nadelmaschine (18) hat eine laufende Nadeldichte von etwa 44,88 (114) Nadeln pro Zentimeter (Zoll). Die Nadeln werden hin- und herbewegt, um eine Stichdichte von etwa 21,7 (140) Stichen pro Quadratzentimeter (Quadratzoll) bis zu einer Tiefe von etwa 1,14 cm (0,45 Zoll) zu erreichen.
Probestücke, die von der hier beschriebenen genadelten Matte abgeschnitten wurden, wiesen beim Variationskoeffizienten der Mattendichte eine Verbesserung von etwa 3 bis 4 % auf, indem er von etwa 7 auf etwa 4 % verringert wurde.
Obwohl bei allen obigen Beispielen die Stränge nur genadelt wurden, um der losen Mattenstruktur mechanischen Zusammenhalt zu verleihen, ist es auch eine Fachleuten bekannte und übliche Praxis, pulverförmige Harzteilchen auf der Matte abzulagern und sie dann anschließend zu erwärmen, um die Stränge mit dem Harz zu verbinden und sich nicht auf eine mechanische Bindung durch das Nadeln zu verlassen. Um eine Matte aus endlosem Glasstrang zu imprägnieren, reicht es normalerweise aus, das Harz durch Spritzen aus einem Trog mit einer Rührvorrichtung direkt auf der Oberfläche der Matte abzulagern, was in der Fachwelt auch bekannt ist, und zwar unmittelbar bevor die Matte in den Ofen gelangt und auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht, das Harz zu schmelzen. Die Matte und das Harz werden dann mit Kühlwalzen verfestigt, was in der Technik auch bekannt ist. Für diesen Zweck ist das Harz ATLAC-300, hergestellt von ICI-USA, Inc., besonders gut geeignet. Es ist klar, daß die oben beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Strangzuführungen auch zur Herstellung von durch Harz gebundene Matten verwendet werden können, die ähnlich verringerte Dichte- und Dickeschwankungen haben.
Während es bei den oben beschriebenen Matten und den Beispielen so dargestellt wurde, daß sie aus Glasfaserstrang gefertigt wurden, soll doch die Anwendung dieser Verfahren nicht notwendigerweise durch diese Beschreibungen darauf beschränkt sein. Zum Beispiel können die gleichen Methoden wie hier beschrieben für die Herstellung von Matten sowohl aus Glasfasern als auch aus irgendwelchen anderen natürlichen oder künstlichen Fasern verwendet werden. Stränge, die sich aus Nylon, Polyester oder ähnlichem zusammensetzen, können auch eingesetzt oder miteinander oder mit Spulen mit Glasfasern vermischt werden.
Wenn auch die Verwendung von gewissen speziellen elektrischen Bauteilen beschrieben wird, so ist doch nicht beabsichtigt, daß das notwendigerweise zu einer Einschränkung führt, da alle Einrichtungen im Handel erhältlich sind und durch andere, ähnliche Einrichtungen ohne weiteres ersetzt werden können, um im wesentlichen die gleichen Ergebnisse zu erhalten. Zum Beispiel kann man bei der Verwendung von elektromagnetischen Näherungssensoren zur Feststellung der sich bewegenden Zuführungen damit rechnen, daß Einrichtungen wie Magnetsensoren, photoelektrische Sensoren, elektro-optische Sensoren und mechanische Endschalter verwendet werden. Auch ist die Verwendung eines Frequenzinverters zur Steuerung der Drehzahl eines Elektromotors nicht streng auf die Steuerung eines 3- Phasen-Induktionsmotors beschränkt, da jeder 2- oder 3- phasige Elektromotor verwendet werden kann, der seine Drehzahl in Abhängigkeit von einem Frequenzinverter verändern kann.
Daher soll die vorliegende Erfindung, die hier im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen und Bauteilen beschrieben und in ihrer Anwendung zur Herstellung von bestimmten Erzeugnissen dargestellt wurde, nicht darauf, sondern nur auf den Bereich beschränkt sein, der in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Matte aus endlosen fasersträngen (6) durch Hin- und Herbewegen einer Vielzahl von Strangzulieferungen (15) quer über die Oberfläche eines sich bewegenden Transportbandes (13), wobei jede der Strangzuführungen (15) Stränge (6) von einer Zuführquelle fördert und auf der Oberfläche des Transportbandes (13) ablegt, gekennzeichnet durch

a) elektronisches Steuern der Geschwindigkeit, mit der jede Strangzuführung (15) am Ende jeder Querbewegung verzögert und beschleunigt wird, um die Vibration und mechanischen Belastungen, die mit der Umkehr jeder Strangzuführung (15) verbunden sind, zu minimieren, und

b) Abtasten der relativen Stellung jeder der Strangzuführungen (15) bezüglich ihrer Stellung über die Breite des sich bewegenden Transportbandes (13),

c) Verändern der Geschwindigkeit, mit der Strang (6) auf der Oberfläche des Transportbandes (13) abgelegt wird in Abhängigkeit von der relativen Stellung jeder der Strangzuführungen (15) über die Breite des Transportbandes (13), um eine Matte (16) mit im wesentlichen gleichmäßiger Dichte und Dicke auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung und Beschleunigung jeder Strangzuführung (15) durch elektronisches Steuern eines Schaltmotors (indexing motor) (30) erfolgt, der jede der Zuführungen (15) vor und zurück quer über die Oberfläche des sich bewegenden Transportbandes (13) bewegt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der Strang (6) durch jede der Strangführungen (15) auf der Oberfläche des Transportbandes (13) abgelegt wird, verändert wird durch Aufnehmen eines von einem Sensor abgegebenen Signals, das die momentane Stellung dieser Zuführung (15) und des Sensors zueinander wiedergibt, wobei die einem laufenden Motor (35) zugeführte frequenz und Spannung verändert werden, so daß sich dessen Drehzahl ändert und Strang (6) von jeder Zuführung (15) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit befördert wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der Strang (6) zur Oberfläche des Transportbandes (13) von jeder der Strangzuführungen (15) befördert wird, verändert wird durch Ermitteln einer von einer Vielzahl von Sensoren (49-51) abgegebenen Signalfolge, die die momentane Stellung jeder dieser Zuführungen (15) und der Sensoren (49-51) zueinander wiedergibt, und Verarbeiten der von den Sensoren (49- 51) abgegebenen Signalfolge, so daß die einem laufenden Motor (35) zugeführte frequenz und Spannung geändert wird, so daß sich die Drehzahl des Motors (35) ändert und Strang (6) von jeder Zuführung (15) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit befördert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführquelle von Strang (6) eine Glasfaserdüse (1) ist, aus der eine Vielzahl einzelner Ströme geschmolzenen Glases (4) austritt, die anschließend gekühlt und zu mindestens einem Strang (6) von endlosen Glasfasern zusammengeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch verändert, daß Stränge (6) von einer zweiten Zuführquelle auf einer ersten Schicht von ausgerichteten Strängen und der Transportbandoberfläche abgelegt werden, um eine zweite Schicht von Strängen auszubilden, wobei die erste Schicht ausgerichteter Stränge von einer ersten Zuführquelle auf die Oberfläche des sich bewegenden Transportbandes (13) überführt werden und die ausgerichteten Stränge in die gleiche Bewegungsrichtung wie das Transportband (13) gezogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zuführquelle von Strang (6) eine Glasfaserdüse (1) ist, aus der eine Vielzahl einzelner Ströme geschmolzenen Glases (4) austritt, die anschließend gekühlt und zu mindestens einem Strang (6) von Endlosglasfasern zusammengeführt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt des Nadelns der Matte (16) einschließt, um die Stränge miteinander zu verwirren und um dadurch eine Matte mit verbesserter Gleichmäßigkeit ihrer mechanischen Eigenschaften und ausreichender Festigkeit, um anschließendem Verarbeiten und Handhaben zu widerstehen, zu schaffen.

9. Verfahren nach Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt des Zusammennadelns sowohl der ersten als auch der zweiten Schicht der Stränge einschließt, um sie miteinander zu verwirren, um dadurch eine Matte mit richtungsabhängigen, mechanischen Eigenschaften und ausreichendem Zusammenhalt, um anschließendem Verarbeiten und Handhaben zu widerstehen, zu schaffen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einschließt die Schritte des Aufsprühens eines pulverförmigen Harzes auf die Matte (16) und Erwärmen der Matte (16-) und des Harzes, um das Harz zu schmelzen und um die einzelnen Stränge miteinander zu verbinden, um dadurch eine Matte mit verbesserter Gleichmäßigkeit ihrer mechanischen Eigenschaften und ausreichender Festigkeit, um anschließendem Verarbeiten und Handhaben zu widerstehen, zu schaffen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (6) Glasfaserstränge sind.