DE69233415T2

DE69233415T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rosten aus fasern

Info

Publication number: DE69233415T2
Application number: DE69233415T
Authority: DE
Inventors: Frank John HUNT
Original assignee: US GOV COMMERCE; US Department of Commerce
Current assignee: US GOV COMMERCE; US Department of Commerce
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2012-06-06
Also published as: FI935445A0; EP0587781A1; ATE276862T1; CA2110696A1; AU2187192A; DE69233415D1; JP2003336200A; JPH07500779A; WO1992021499A1; FI935445A; EP0587781B1; US5277854A; BR9206093A; EP0587781A4; NO934436L; JP3450003B2; CA2110696C; MX9202679A; NO934436D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Erzeugung von offenzelligen Gittern, die in und an verschiedenen anderen Strukturen als Bestandteile derselben verwendet werden können. Die Erfindung nutzt viele herkömmliche und einige geschützte Techniken zur Fertigung von Bauteilen aus Fasern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung von offenzelligen Gittern auf eine äußerst vorteilhafte Weise und betrifft die Verwendung von Fasern zum Erzeugen solcher Gitter. Die Fasern können Zellulose oder andere Arten, wie beispielsweise verschiedene Kunststoffe, Glasfasern und dergleichen, sein. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist, daß sie Holz- und holzfreie Fasern verwendet, die sonst nicht verwendet werden.
Bäume, die in den USA für gewerbliche Zwecke gezüchtet werden, sind von zwei allgemeinen Typen, hart und weich. Weichhölzer werden vollständig für die Erzeugung von Papier, Zeitungspapier und anderen Papiererzeugnissen verwendet. Die großen Hartholzbäume von guter Qualität werden gut verwendet, um Zweckholz zu erzeugen.
Es gibt jedoch auch Hartholzbäume, die verhältnismäßig klein, etwas verformt oder aus verschiedenen anderen Gründen nicht gut zur Erzeugung von Zweckholz geeignet sind. Darüber hinaus sind die kleineren Äste von Bäumen nicht für Zweckholz geeignet. Die vorliegende Erfindung ist, soweit sie Holzfasern verwendet, ein vorteilhafter Weg, diese Forstfaserquelle zu nutzen, die sonst ungenutzt bleibt oder im besten Fall unzureichend genutzt wird.
Die Erfindung kann an die Anwendung sowohl mit Kunststoff-Fasern, wie beispielsweise Polyethylen und Polypropylen, als auch mit Glasfasern und „exotischeren" künstlichen Fasern, wie beispielsweise Aramid, angepaßt werden. Diese zusätzlichen Fasern werden den nach der Erfindung schließlich erzeugten offenzelligen Gittern in Abhängigkeit von ihrer Endanwendung Festigkeit, Wasserbeständigkeit und andere wünschenswerte Eigenschaften verleihen.
Die Erfindung hat einen weiteren wichtigen Vorzug darin, daß sie neben Bäumen minderer Güte, Ästen und dergleichen, wie es oben erörtert wird, Abfallfasern aller Arten verwenden kann. Es ist heute in der Welt ein riesiges Problem, sich mit der Entsorgung von Abfallmaterialien beschäftigen zu müssen. Die Deponien werden allmählich gefüllt, und die Belastung der Hauptnaturressourcen nimmt zu. Durch das Wiederverwerten von Abfallmaterialien werden der Druck auf die Deponien, die Luftverschmutzung und dergleichen verringert, und gleichzeitig werden Bäume geschont und folglich unsere Waldressourcen gut bewirtschaftet.
Die Erfindung kann mit Altpapier aller Arten, einschließlich Rechnerpapier, Zeitschriften, Zeitungspapier, Kartons und dergleichen, arbeiten, und sie kann sogar mit gemischten Fasern, einschließlich sowohl von Zellulose- als auch von zellulosefreien (künstlichen) Fasern, arbeiten. Dies ist an und für sich ein wichtiger Vorteil, weil Altpapier aus Büros und Wohngemeinden viele Verunreinigungen, wie beispielsweise Ton, Farbe, Kunststoff, Klammern und dergleichen, enthält. Dieses gemischte Altpapier usw. kann ohne vorbereitende Bearbeitung, wie beispielsweise Deinken, Bleichen oder dergleichen, und mit wenig vorbereitender Bearbeitung, wie beispielsweise Sieben, um einige der größeren Verunreinigungen zu entfernen, verwendet werden, um ein Bauerzeugnis nach der Erfindung herzustellen. Dies ist insbesondere so, falls das Gitter in das Innere eines anderen Bauteils, z. B. einer Tür, eingebaut werden soll. Dies ist insofern sehr wichtig im Hinblick auf die Wiederverwertung, als solche gemischten Altpapiere und Abfallmaterialien, eine unerwünschte und unzureichend genutzte Faserressource, verwendet werden können. Folglich hat die Erfindung den wichtigen Vorzug der Fähigkeit, ohne den zusätzlichen Aufwand einer Trennung dieser Materialien alle Arten von Holzfasern, holzfreien Fasern und holzfreiem Abfall wiederzuverwerten und einzubauen, um neue leichte, aber feste Bauerzeugnisse und Teile solcher Erzeugnisse zu erzeugen.
Diese Erfindung nutzt etwas von der Technologie des US-Patents 4 702 870 vom Erfinder der vorliegenden Technologie zusammen mit einem Anderen. Dieses Patent steht mit der vorliegenden Erfindung in gemeinsamem Eigentum.
Die vorliegende Erfindung erzeugt Gitter mit einem monolithischen einteiligen Charakter. Die Gitter werden nach der Erfindung entweder in der Endform oder nahezu in der Endform hergestellt und erfordern daher keinen weiteren Zusammenbau und/oder Bedienerhandhabung. Das verbreitete Verfahren nach dem bekannten technischen Stand zum Herstellen eines in gewisser Hinsicht ähnlichen Bienenwaben-Strukturmaterials beginnt mit flachen Blättern oder Streifen aus Papier oder papierähnlichem Material, die an mit Zwischenraum angeordneten Punkten verleimt, gepreßt und danach expandiert werden, um ein Gitter aus rautenartigen offenen Zellen zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich wesentlich von diesem bekannten technischen Stand und wird darin als eine wesentliche Verbesserung gegenüber demselben betrachtet, daß kein Verleimen an mit Zwischenraum angeordneten Punkten und keine Expansionsvorgänge erforderlich sind. Die vorliegende Erfindung bietet auch darin einen Fortschritt auf dem Gebiet, daß sehr komplexe Strukturen (siehe zum Beispiel 2E) erzeugt werden können. Es ist unmöglich, solche komplexen Strukturen mit Verfahren des bekannten technischen Stands zu erzeugen, da nur eine Gleichförmigkeit der Zellen in den gesamten solchen Strukturen des bekannten technischen Stands möglich ist.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls von verschiedenen Arten von anderen Faserplatten- und Papierherstellungsvorrichtungen und -verfahren zu unterscheiden. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Verwendung eines Formelements, das sich während des Formvorgangs verformt, um das Fasermaterial in Richtungen sowohl senkrecht zur Preßrichtung als auch parallel zur Preßrichtung zusammenzudrücken. Dies ist bei vielen anderen solcher Techniken, einschließlich der Fertigung von Eierkartons, Wellpappe und dergleichen, nicht zu finden.
Mehrere Formen der Erfindung erzeugen kontinuierlich Material. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem gesamten bekannten technischen Stand, der von diskontinuierlicher Beschaffenheit ist.
ZUSAMMENFASSUNG UND VORZÜGE DER ERFINDUNG
Das Erzeugen von Artikeln aus Fasermaterial ist ein gut entwickeltes Gebiet. Die vorliegende Erfindung hat den Vorzug, daß sie, in Abhängigkeit von den erforderlichen Eigenschaften des Endprodukts und den speziellen verwendeten Fasern alle diese Technologie nutzen kann. Das heißt, die Fasern können in Luft, Wasser oder anderen Fluids getragen werden, das Härten kann mit Hitze, Druck, Klebstoff und dergleichen vorgenommen werden, und das Trocknen kann unter Benutzung vieler verschiedener Maschinen und Herangehensweisen zum Trocknen oder anderweitigen Zurichten des geformten Erzeugnisses ausgeführt werden. Diese Möglichkeit, einen Großteil des aktuellen Stands der Technik verwenden zu können, ist ein wichtiger Vorzug der Erfindung, d. h., erprobte Technologie und Maschinenausstattung können verwendet werden, um nach der Erfindung bessere Erzeugnisse zu erzeugen.
Außerdem bietet sich die Erfindung zur Umsetzung entweder als diskontinuierliches Verfahren oder als kontinuierliches Verfahren an, was wieder von den speziellen Parametern der speziellen Anwendung und dem zu erzeugenden speziellen Endprodukt abhängt.
Die Erfindung beruht in ihrer einfachsten Form auf einer Technologie ähnlich der des früheren Patents 4 702 870. Sie schließt eine Form ein, die aus einem Basisträger, Sieb oder Filter besteht und eine Vielzahl von an der Basis befestigten Elastomerkissen hat. Diese Kissen haben eine vorher festgelegte Form und Größe und befinden sich in einer vorher festgelegten Beziehung zueinander auf dem Träger. Die Art der Wahl der Größe, der Form und des Zwischenraums dieser Kissen auf dem Sieb bestimmt die Beschaffenheit des fertiggestellten Erzeugnisses, wie es aus der detaillierten Beschreibung weiter unten offensichtlich wird. Das Trägerfluid bewegt sich durch die Form und setzt die Fasern nur zwischen den Kissen ab. Es werden keine Fasern auf die Kissen abgesetzt. Diese Elastomerkissen (vorzugsweise aus Silikonkautschuk) sind ein entscheidender Teil des gesamten Verfahrens, nicht nur zum Festlegen der Anfangsform des Gitters, sondern ebenfalls zum Bestimmen seiner Verfestigung. Nachdem die Fasern abgesetzt sind, wird das Gitter durch das Ausüben eines Drucks auf die Oberseiten der Kissen verfestigt. Wenn dieser Druck ausgeübt wird, werden die Kissen in der Richtung der ausübenden Kraft zusammengedrückt, außerdem werden sie aber in rechten Winkeln zu derselben ausgedehnt und verringern folglich den Raum zwischen den Kissen, wo sich die Fasern befinden. Folglich werden die abgesetzten Fasern sowohl in Vertikalrichtung als auch in Horizontalrichtung zu einem offenzelligen Gitter verdichtet.
Nachdem das Gitter so geformt ist, kann es abgenommen und/oder gehärtet und irgendwie zugerichtet und danach in genau dieser Form verwendet werden. Eine andere Wahlmöglichkeit innerhalb der Erfindung ist es, das Gitter ein zweites Mal zu verfestigen, wobei ein anderer Satz von ähnlichen Kissen von der im Vergleich zum Einsetzen des ersten Satzes von Kissen entgegengesetzten Seite in das Gitter eingesetzt wird. Dies erzeugt ein fertiggestelltes Erzeugnis, das fester ist, aber mit Gitterstäben, die kürzer und kleiner sind als die Stäbe, die sich aus einem einzigen Verfestigungsschritt ergeben.
In Bezug auf das einfache oder das doppelte Verfestigen gibt es kein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Das heißt, manchmal kann es wünschenswert sein, ein Gitter in einem einzigen Durchgang zu erzeugen, weil es billiger ist, es kann schneller ausgeführt werden, und bei einem speziellen Ausführungsbeispiel sind die Stäbe höher, d. h., das Gitter ist dicker, und die verringerte Festigkeit des Erzeugnisses ist unwichtig. In einen anderen Umfeld kann das doppelte Pressen von entgegengesetzten Seiten wünschenswert sein, und das unter diesem speziellen Satz von Bedingungen erzeugte kürzere, dichtere und stärkere Gitter wird der zusätzlichen Mühe und des zusätzlichen Aufwands des zweiten Preßschritts für wert erachtet.
Jedoch sind allgemeiner, angesichts der Flexibilität der Erfindung in Bezug auf Faserwahl (d. h., einige Fasern sind von Natur aus fester und/oder verbinden sich fester als andere), Kissengröße, -material und -abstand, Arbeitsdrücke und dergleichen, die für das doppelte Verfestigen verfügbaren Wahlmöglichkeiten ebenfalls bei einer einfachen Verfestigung verfügbar. Jedoch führt das doppelte Verfestigen zu einer verbesserten Maßhaltigkeit, d. h., die Abmessungen eines doppelt verfestigten Gitters werden im allgemeinen näher an den Abmessungen des Ideals oder der „Blaupause" sein, als es die eines einfach verfestigten Gitters sein werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Fertigung einer breiten Palette von Erzeugnissen, die eine vielfältige Menge von Eigenschaften zeigen, z. B. kann ein Erzeugnis mit gewissen Elastizitäts- und/oder Puffereigenschaften erzielt werden, auf Grund der breiten Vielfalt von für die Fertigung verwendeten Materialien und verfügbaren Drücken, der Auswahl von einfacher gegenüber doppelter Verfestigung, Gittergrößen und dergleichen.
Noch eine andere Wahlmöglichkeit der Erfindung ist es, das Gitter von der Form abzudrücken, nachdem es geformt ist. Dies erzeugt ein Gitter mit Gitterstäben, die beträchtlich kürzer und dicker sind. Dieser spezielle Satz von Eigenschaften und Leistungsparametern kann in einem bestimmten Umfeld wünschenswert sein. Dies ist noch ein weiterer Aspekt der Vielseitigkeit der Erfindung.
Ein weiterer Vorzug der Doppelpressungsform der Erfindung ist, daß die zweite Form, das heißt, die Elastomerkissen auf dem zweiten Träger oder Sieb, mit engeren Toleranzen gestaltet werden können, so das die verfestigte Endform der Stäbe im Gitter dem näher kommt, was genau durch das spezielle Nutzerumfeld erfordert wird.
Noch ein weiterer Vorzug dieses zweiten Pressens dieser Doppelpressungsvariante ist, daß verstreute Fasern, die nach dem ersten Pressen vom Gitter abstehen können, dann nach innen gedrückt und in den Stäben verfestigt werden, was das Gitter an beiden Enden ziemlich glatt hinterläßt. Bei einem ersten Pressen gibt es unvermeidlich wenigstens einige verstreute Fasern, die eine etwas unansehnliche Erscheinung verleihen. Dies mag unwichtig sein, in Abhängigkeit davon, wo die Erfindung verwendet wird, d. h., von den speziellen Anforderungen der speziellen Umgebung und Endnutzung. Falls das Gitter zum Beispiel der Kern einer Tür werden soll, mögen verstreute Fasern keine Rolle spielen.
Bei der Variante der Erfindung, bei der das verfestigte Gitter von der Form abgedrückt wird, könnte die verwendete Vorrichtung Papierpressen nach dem aktuellen Stand der Technik einschließen. Diese Maschinen bieten sich sowohl für kontinuierliche als auch für diskontinuierliche Verfahren an. Das Ergebnis dieser Variante ist ein verhältnismäßig dünnes, aber stark verfestigtes offenzelliges Gitter, das eine Erscheinung ähnlich der einer flachen Tafel hat, die eingestanzte Löcher hat. Jedoch sind die Leistungsmerkmale des Erzeugnisses dieser Form der Erfindung vollkommen anders als die einer einfachen Tafel mit Stanzlöchern. Diese Unterschiede beruhen wenigstens teilweise auf der Ausrichtung/Anordnung der einzelnen Fasern, genauer gesagt, sind bei einer einfachen Tafel die Fasern allgemein zufällig angeordnet, während bei dem Erzeugnis der Erfindung die Mehrzahl der Fasern entsprechend dem gewählten Gittermuster ausgerichtet sind. Diese allgemein gleichmäßige Ausrichtung der Fasern in den nach der Erfindung erzeugten Gittern gewährleistet eine verhältnismäßig größere Festigkeit, als das mit einer Zufallsausrichtung von Fasern möglich ist.
Die Hauptunterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und der des früheren Patents 4 702 870 schließen ein, daß die vorliegende Erfindung ein offenzelliges Gitter erzeugt und das frühere Patent auf die Verwendung von Holzfasern begrenzt ist. Dieses frühere Patent erzeugt aus Holzfasern hergestellte dreidimensionale Bauelemente, die eine flache Wand mit Flanschen an der einen Seite derselben haben. Die Vielseitigkeit des offenen Gitters der Erfindung ist viel größer als die des Erzeugnisses dieses früheren Patents. Jedoch ist die entwickelte Technologie, mit der diese frühere Erfindung umgesetzt wird, in großem Umfang bei der vorliegenden Erfindung verwendbar, und dies, d. h., die Verwendung von erprobten und entwickelten Maschinen und Verfahren, ist an sich ein wichtiger Vorzug der vorliegenden Erfindung.
Die nach der Erfindung erzeugten offenen Gitterstrukturen unterscheiden sich ziemlich von den nach dem Patent 870 erzeugten Strukturen und können bei anderen Anwendungen verwendet werden. Wenn zum Beispiel an die beiden Seiten eines Kerns zwei Liner oder Pappen gebunden werden, um eine sandwichartige Platte (ein Kern und zwei Liner) herzustellen, ist es wichtig, einen symmetrischen Aufbau zu haben. Mit dem offenen Gitter der Erfindung würde das Binden zweier ähnlicher Liner an die beiden Seiten des offenen Gitters einen symmetrischen Aufbau erzeugen. Um mit dem Erzeugnis von 870 eine sandwichartige Tafel herzustellen, werden sich, wenn der Liner an die Seite des dadurch erzeugten Erzeugnisses gebunden wird, die Eigenschaften an der flachen Seite wesentlich von denen an der Stegseite unterscheiden. Außerdem können die nach der Erfindung erzeugten offenen Gitter um einen kleineren Radius gewickelt werden als die durch das Patent 870 erzeugten Erzeugnisse. Außerdem könnte nur die Erfindung verwendet werden, wenn gewünscht würde, die Möglichkeit zu haben, durch die erzeugte Struktur hindurchzusehen. Die durch das Patent 870 erzeugte massive Wand würde diese Fähigkeit nicht haben. Noch ein weiterer Unterschied ist, daß dann ein nach der vorliegenden Erfindung erzeugtes offenes flaches Gitter gegenüber dem durch das Patent 870 erzeugten Erzeugnis vorzuziehen wäre, falls eine leichte Struktur, doch eine dünne feste Struktur unter Verwendung einer minimalen aufgetragenen Klebstoffmenge gewünscht würde. Ein anderes Merkmal ist, daß bei dem offenen Gitter der Erfindung die Gitterstäbe gleichmäßiger sein werden und es eine vollständigere Verdichtung geben wird, wenn die doppelte Verfestigung von entgegengesetzten Seiten der zwei Strukturen angewendet wird. Bei dem Patent 870 könnte bei Anwendung der doppelten Pressung auf die Stege der gleiche Grad an Gleichmäßigkeit und Verdichtung nicht erreicht werden.
Die durch die Erfindung erzeugten offenzelligen Gitter finden viele Anwendungen. Sie können zum Herstellen von Möbeln, Tafeln unterschiedlicher Arten für Wände in Flugzeugen und dergleichen, als Isolierstoffe und als Pufferelemente verschiedener Arten verwendet werden. Außerdem ist es möglich, mehrere durch die Erfindung erzeugte Gitter zu stapeln, wobei die Stäbe und Zellen von einem zum nächsten versetzt werden und sie mit dünnen Tafeln dazwischen verbunden werden. Diese sich ergebende Verbundstruktur wird sowohl außerordentlich fest als auch leicht sein und wird gute Isoliereigenschaften haben. Die Zellen werden so durch die dünnen Tafeln nach jeder Seite abgedichtet, und die Tafeln verbessern die Beständigkeit gegen ein Biegen und Verdrehen der Verbundstruktur. Das heißt, ein offenzelliges Gitter der Erfindung ist für sich anfälliger für Verdrehen und Biegen, als es ist, wenn es an einer oder beiden Seiten des Gitters an verhältnismäßig dünne Tafeln gebunden wird.
Ein weiterer wichtiger Vorzug der Erfindung ist, daß sie Fasern einsetzt, die von dem gegenwärtig unzureichend genutzten Abfallholz, das von gewerblichem Abholzen und Holzschneiden erzeugt wird, stammen. Außerdem kann die Erfindung sowohl nur mit einer solchen Zellulosefaser, nur mit einer zellulosefreien Faser als auch mit Kombinationen von Zellulosefaser mit irgendeiner zellulosefreien Faser verwendet werden. Zum Beispiel kann die Zugabe von unterschiedlichen Mengen an Polyethylen, Polypropylen und anderen Kunststoffmaterialien dem Endprodukt verbesserte Leistungsmerkmale in Bezug auf Wasserbeständigkeit, verbesserte Festigkeit, Bruchfestigkeit und dergleichen verleihen. Diese Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung auf alle Arten von Fasern ist ein wichtiger Vorzug der Erfindung.
Es ist klar, daß das Erzeugen von verschiedenen Erzeugnissen unter Verwendung der offenzelligen Gitter der Erfindung an Stelle vom massivem Material als Kernmaterial, wie beispielsweise bei einigen Möbeln und Bauelementen, wichtige Vorteile eines verringerten Gewichts erzielt. Die Kosten können ebenfalls verringert werden, das hängt von vielen Faktoren ab. Diese Vorteile werden erzielt, während eine ausreichende Festigkeit für das spezielle Erzeugnis aufrechterhalten wird. Vorzüge für offenzellige Kerne schließen außerdem weniger verbrauchtes Material, verringerte Versandkosten und erleichtertes Handhaben und Zusammenbauen durch den Hersteller, die Transportunternehmen und schließlich den Endkunden ein. Für einige Anwendungen ist das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht von außerordentlicher Bedeutung gegenüber einer maximalen Festigkeit, die durch einen massiven Kern erreicht wird. Diese Verringerung des Gewichts, bei einem minimalen Verlust an Festigkeit, durch die Verwendung von offenzelligen Strukturen ist auf dem Gebiet der Luftfahrt seit langem zum Herstellen von Abtrennungen, Bauteilen und dergleichen an Bord von Flugzeugen bekannt.
Um das erfindungsgemäße Verfahren auf eine kontinuierliche Weise auszuführen, ist es ein wichtiger Vorzug, daß Maschinen und Techniken des aktuellen Stands der Technik verwendet werden können. Das heißt, verschiedene Standardmaschinen zum Ablagern der Fasern und zum Formen des Gitters und später zum Trocknen und Härten desselben sind, sowohl in der kontinuierlichen als auch in der diskontinuierlichen Variante, verwendbar, um die Erfindung umzusetzen. Wieder ist dies ein wichtiger Vorteil insofern, als erprobte Technologie des aktuellen technischen Stands mit geringen Modifikationen in die Erfindung eingeschlossen werden kann.
Die Erfindung ist in allen ihren Facetten außerordentlich vielseitig. Sie kann verwendet werden, um offenzellige Gitter in vielen unterschiedlichen Größen, in getrennten oder fortlaufenden Stücken, in allen Arten von Dicken, das heißt, Dicken des Gesamtgitters (was den Höhen der Gitterstäbe entspricht) ebenso wie Dicken der Stäbe selbst, die das Gitter ausmachen, und aus allen Arten von Materialien und Kombinationen von Materialien herzustellen. Die Endprodukte sind aus vielen Gründen verwendbar, einschließlich von Behältern, Tafeln für den Haus- und den Fahrzeugbau, Isoliertafeln und allen Arten anderer Anwendungen.
Es werden folglich ein Verfahren und eine Vorrichtung nach der Erfindung bereitgestellt, die für ihre Anwendungsgebiete gut geeignet sind, die wichtige Vorteile erzielen und die folglich für ihre Anwendungsgebiete sehr geeignet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird besser zu verstehen sein unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls einen Teil dieser Offenlegung bilden und in denen:
1A und 1B eine Seitenansicht und eine Draufsicht sind, die ein Verfahren zum Herstellen von expandierten offenzelligen Gittern nach dem bekannten technischen Stand illustrieren,
2A bis 2E einige Varianten der offenzelligen monolithischen Gitter zeigen, die nach der Erfindung hergestellt werden können,
3 drei nach der Erfindung hergestellte Gitter zeigt, gestapelt, um ein Verbunderzeugnis herzustellen,
4 bis 8 die Funktionsprinzipien der Erfindung illustrieren,
9A bis 9C das Ausführungsbeispiel der zweiseitigen Verfestigung oder Pressung zeigen,
10A und 10B die Variante des Aus-der-Form-Drückens des Gitters zeigen,
11A und 11B die kontinuierlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen und eine Maschine zum Absetzen der Fasern zeigen,
12A bis 12F die kontinuierlichen Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen und die Weise des Formens und Pressens der Fasern zum Herstellen der Gitter illustrieren und
13A bis 13C das Trocknen und Zurichten von nach den Fließfertigungsformen der Erfindung erzeugten Gittern illustrieren.
BESCHREIBUNG DES BEKANNTEN TECHNISCHEN STANDS
Unter Bezugnahme auf 1A und 1B wird ein Verfahren nach dem bekannten technischen Stand zum Herstellen von offenzelligen Gittern gezeigt, die oberflächlich den durch die Erfindung erzeugten ähneln. Das Gitter 10 von 1B wird häufig „Bienenwabe" genannt. Diese Bienenwaben werden aus flachen Blättern oder Streifen 12 aus Papier oder papierartigen Materialien gefertigt, die mit Hilfe von mit Zwischenraum angeordneten Klebstoff-Flecken 14 verbunden werden. Der in 1A gezeigte Aufbau wird gepreßt und danach wird dem Klebstoff Zeit zum Härten gelassen. Der Aufbau wird beschnitten und danach in die in 1B gezeigte Struktur expandiert.
Die vorliegende Erfindung bietet Vorteile gegenüber diesem speziellen technischen Stand, nämlich das Vermeiden des Klebstoffs und der vielen anderen Fertigungsschritte und die größere Flexibilität zum Herstellen von vielen unterschiedlichen Arten von offenzelligen Gittern. Die Erfindung weicht darin von diesem bekannten technischen Stand ab, daß Eigenschaften in der Längen- und der Breitenrichtung entworfen werden könnten. Das „Bienenwaben"-Material des bekannten technischen Stands besteht aus Streifen 12 eines papierartigen Materials, verbunden durch mit Zwischenraum angeordnete Klebstoff-Flecken 14. Die Festigkeitseigenschaften parallel zur Länge der Papiere sind höher als die Eigenschaften senkrecht zur Länge (in der Breitenrichtung), wie es in 1B gezeigt wird. Bei dieser Erfindung werden die Fasern auf Grund der Weise, wie sie sich zwischen den Kissen formen, vorwiegend längs der Längen der Gitterstäbe liegen. Folglich werden die Eigenschaften bei einem quadratischen Muster in der Längen- und der Breitenrichtung gleichförmig sein. Ein sechseckiges Muster wird, wie es in 2A und 2C als Beispielen durch die Pfeile gezeigt wird, in drei Richtungen gleichförmige Eigenschaften haben. Komplexe Muster werden ihre Haupteigenschaften längs der Richtungen der Gitterstäbe in dem Muster haben. Weil sich die Fasern zufällig, aber vorwiegend längs der Längen der Gitterstäbe formen, ist es ein Vorteil dieser Erfindung, daß die Stabanordnung oder das Muster dann für spezifische Anforderungen an die Eigenschaften in der Länge, der Breite oder außerhalb der Achsen entworfen werden könnte.
Die Erfindung sollte ebenfalls vom bekannten technischen Stand bei Wellfaserplatten unterschieden werden. Wellfaserplatten werden aus flachem Faserplattenmaterial hergestellt. Eine einzelne Tafel wird gewellt und wird zum Mittelkern oder gewellten Träger gemacht. Dies erfordert einen gesonderten Vorgang. Klebstoff wird auf die Knoten entweder einer oder beider Seiten des gewellten Mittelkerns aufgebracht und danach an eine bzw. zwei flache Tafeln gebunden. Die Form des Kerns wird durch die Verbindungen aufrechterhalten. Die vorliegende Erfindung hat wichtige Vorzüge gegenüber dieser Technologie darin, daß die Fasern in einem Schritt unmittelbar in die fertige Gestalt geformt werden. Wieder sind keine Leim- oder Klebeschritte zum Erhalten der Form oder aus irgendwelchen anderen Gründen erforderlich, außer bei bestimmten Ausführungsbeispielen, um die Fasern miteinander zu dem monolithischen Gitter der Erfindung zu verbinden. Außerdem sind mit Gittern nach der Erfindung erzeugte Platten fester und haben andere Eigenschaften als Wellpappe.
Die Erfindung sollte ebenfalls von bestimmten aus Papierbrei geformten Artikeln, wie beispielsweise Eierkartons, Blumentöpfen und dergleichen, Körben, Polsterecken für Leuchtstoffröhren und dergleichen, unterschieden werden. Diese Erzeugnisse werden auf starren Formen hergestellt. Die Form ist oft halbporös und wird mit Siebmaterial überzogen. An der Rückseite der Form zieht ein Unterdruck und bewirkt einen Fluß durch das Sieb und die Form, so daß die Fasern eine gleichmäßige Matte über dem Sieb bilden. Die Matte auf dieser starren Form wird dadurch verfestigt, daß eine passende, umgekehrt geformte massive Form gegen die Matte auf der formenden Matrize gepreßt wird. Dies verfestigt die Matte zwischen den zwei zusammenpassenden Formen. Die Richtung der Verfestigung ist senkrecht zur Matte. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Verfestigungskraft sowohl parallel als auch senkrecht zu den Stäben des Gitters.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die Gruppe von 2A bis 2E werden nun verschiedene Formen der Gitter, die nach den Unterrichtungen der Erfindung erzeugt werden können, gezeigt.
In 2A hat das Gitter 16A eine sechseckige offenzellige Struktur. In 2B besteht dieses Gitter 16B aus in einer überlappenden oder ziegelwandartigen Anordnung angeordneten Rechtecken. In 2C besteht das Gitter 16C aus im Verhältnis zueinander winkelrecht angeordneten quadratischen Zellen. In 2D hat das Gitter 16D quadratische Zellen, aber sie sind in Reihen um eine halbe Zelle versetzt. 2E zeigt gemischte Zellformen.
In allen diesen 2A bis 2E zeigen die gepunkteten Linien, daß das Gitter eine unbestimmte Länge und/oder Breite haben kann.
2E zeigt noch eine weitere wichtige Facette der Vielseitigkeit der Erfindung. Die Erfindung hat die Fähigkeit, die Fasern und folglich die Festigkeit in unterschiedliche Teile des gleichen Bauteils zu legen. Unter Bezugnahme auf 2E wird ein Gitter 16E gezeigt, das aus Zellen von vielen unterschiedlichen Größen besteht und bei dem sich die Zellen verschiedener Größen in unterschiedlichen Konfigurationen und Beziehungen zueinander befinden. Das Gitter 16E schließt kleine quadratische Zellen, große quadratische Zellen, sehr große, zu dreieckigen Zellen halbierte, quadratische Zellen und kleine und große rechteckige Zellen ein. Wieder weist das Zeigen der gepunkteten Linien darauf hin, daß die Formen und Längen und Breiten, wie hierin dargelegt, nach anderen Unterrichtungen der Erfindung unbestimmt sind. Aus 2E ist besonders gut zu erkennen, daß die Varianten von Gittern, die nach der Erfindung erzeugt werden können, wesentlich unbegrenzt sind, wobei nur die Vorstellung des Konstrukteurs und bedarfsgerichtete Anforderungen die Grenzen definieren.
Wie aus diesen Abbildungen deutlich wird, könnte jede Art von Anordnung verwendet werden. Die Zellen könnten dreieckige Formen, fünfeckige Formen und alle Arten von geometrischen und nicht geometrischen anderen Formen haben. Die Varianten sind buchstäblich unbegrenzt.
Es ist ein wichtiger Vorzug der Erfindung, daß sie zum Fertigen verschiedener Arten von baulichen Erzeugnissen und nicht baulichen Erzeugnissen, Bauteilen solcher Erzeugnisse, wie beispielsweise Mittellagen für Türen oder leichte Büromöbel, verwendet werden können, solcher Erzeugnisse, wie sie an verschiedenen Stellen beim Wohnungsbau und beim Industriebau und an beliebigen anderen Stellen verwendet werden, wo leichte, hochfeste Platten erforderlich sind. Nicht bauliche Erzeugnisse und Teile solcher Erzeugnisse schließen Dämmplatten und Isoliererzeugnisse und ähnliche Erzeugnisse ein, wie sie an verschiedenen Stellen verwendet werden, wo leichte Bauplatten mit niedriger Dichte erforderlich sind.
3 zeigt eine solche Verbundplatte. Als Beispiel werden drei der Gitter 16A von 2A gezeigt. Es könnte jedes der anderen Gitter verwendet werden, und Kombinationen und mehrfache Lagen solcher Gitter könnten ebenso verwendet werden. Es werden Zwischentafeln 38 aus einem beliebigen geeigneten Material verwendet, um die drei Gitter 16A miteinander zu verbinden. Es sollte zu bemerken sein, daß das mittlere Gitter 16A im Verhältnis zu den zwei äußeren Lagen um 90° gedreht worden ist. Das Drehen des/der mittleren Gitters) in verschiedenen Winkeln kann eingesetzt werden, um die Eigenschaften in der Längen- und der Breitenrichtung der Platte auszugleichen oder auf andere Weise zu gestalten oder um spezifische Eigenschaften längs einer oder mehrerer spezifischen Richtungen) zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil eines Mehrgitteraufbaus, wie er beispielsweise in 3 gezeigt wird, ist, daß die Isolierqualität enorm verbessert wird, wobei eines oder mehrere der Gitter verwendet werden können, um sowohl die Schall- als auch die Wärmedämmung durch Füllen der Zellen derselben mit einem geeigneten Material noch weiter zu verbessern. Es können ebenfalls brandhemmende Materialien verwendet werden, um die Zellen zu füllen, um diesen wichtigen Vorteil in der Verbundstruktur zu erreichen, und andere Vorteile können ebenfalls erreicht werden. Dieses wahlweise Füllen der Zellen wird in 3 gezeigt. Es ist ebenfalls möglich, die Zellen aller Gitter so zu füllen, wenn die Platte, wie zum Beispiel bei einer Tür, verschlossen wird. Außerdem könnten die Gitter unmittelbar miteinander verbunden werden, aber die Tafeln 38 sind vorzuziehen, weil sie der Verbundstruktur eine große Festigkeit verleihen, viel mehr, als sie für sich haben, wenn sie mit nach der Erfindung erzeugten Gittern verbunden werden.
4 bis 10 zeigen die grundlegenden Funktionsprinzipien der Erfindung. Vor der Beschreibung derselben wird ein Verständnis bestimmter Begriffe hilfreich sein.
Die durch die Erfindung erzeugten Gitter werden in 2 gezeigt. Unter Bezugnahme auf diese Abbildungen kann man zuerst davon ausgehen, daß das Gitter eine Ebene hat. Die Zellen haben Achsen, und sie sind senkrecht zur Ebene des Gitters. Die Stäbe definieren die Zellen und stellen zusammen das Gitter dar. Die Dicke des Gitterstabs wird in der Ebene des Gitters gemessen. Die Höhe eines Gitterstabs wird senkrecht zu der Ebene des Gitters, d. h., parallel zu den Achsen der Zellen, gemessen. Die Höhen der Gitterstäbe definieren die Dicke des Gesamtgitters.
Die Erfindung benutzt etwa die gleiche Vorrichtung wie das frühere Patent 4 702 870. Vergleiche 1 dieses früheren Patents mit 4, 5 und 7 der vorliegenden Erfindung. Folglich umfaßt die Erfindung in ihrer einfachsten Form einen Träger 18, der eine Vielzahl von Elastomerkissen 20 trägt, Der Träger 18 kann ein aus einem geeigneten Metall oder synthetischen Material geformtes Sieb sein.
Unter Bezugnahme auf 4 werden nun Fasern 22 in einem geeigneten Trägerfluid getragen, das auf den Träger, das Sieb oder die Unterlage 18 und um die Kissen 20 strömt. Dieses Absetzen der Fasern wird in 4 gezeigt, wobei die Pfeile das Hindurchgehen des Trägerfluids, Luft, Wasser oder anderer Fluids, durch die abgesetzten Fasern und den Träger oder das Sieb 18 anzeigen. 5 zeigt das Ende des Faserabsetzschritts. Die Menge und die Art der verwendeten und in dem Trägerfluid bereitgestellten Fasern sind derart, daß die Fasern nur die Räume zwischen den Kissen auffüllen und sich nicht oben auf den Kissen absetzen, wie es in 5 illustriert wird. Dies ist einer der Hauptunterschiede gegenüber der früheren Erfindung des Patents 4 702 870, wie es bei einem Vergleich von 5 hierin mit 3 dieses früheren Patents zu sehen ist.
Unter Bezugnahme auf 5 sollte jedoch wieder berücksichtigt werden, daß die Erfindung nicht auf das vollständige Füllen der Räume zwischen den Kissen begrenzt ist. Bestimmte Anwendungen der Nutzung der Erfindung können vorschreiben, daß die Räume zwischen den Kissen nur teilweise, zum Beispiel zu einer Hälfte oder zu einem Drittel, gefüllt werden. Eine solche Wahlmöglichkeit liegt leicht in den Fähigkeiten von Fachleuten auf dem Gebiet. Diese Variante, das heißt, das teilweise Füllen der Räume zwischen den Kissen, ermöglicht es, daß ein Satz von Kissen aus einem Sieb verwendet wird, um Gitter von unterschiedlichen Größen und Leistungsmerkmalen zu erzeugen.
6 illustriert das Verfestigen der zwischen den Kissen 20 abgesetzten Fasern 22. Zu diesem Zweck werden Preßmittel 24 bereitgestellt. Die Kissen 20 werden durch eine senkrecht zur Ebene des zu erzeugenden Gitters und senkrecht zum Sieb 18 ausgeübte Kraft zusammengedrückt. Dies wird durch die Kraftpfeile in 6 angezeigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung etwa die gleiche Vorrichtung und Techniken des früheren Patents 4 702 870 verwendet, verwendet sie auch andere Techniken. Ein wichtiger Unterschied sind der ausgeübte Druck und die Art des bei den Kissen 20 verwendete Gummis. Bei einem Blick auf 10 des Patents 870 ist zum Beispiel zu sehen, daß die Seiten der Kissen eine wesentlich gekrümmte Form annehmen, wenn das Verfestigen stattfindet. Bei einem Blick auf die entsprechende 6 der vorliegenden Anmeldung ist zu sehen, daß die Seiten der Kissen eine wesentlich gerade Konfiguration annehmen, wie es erforderlich ist, um die Stäbe der Gitter zu erzeugen, die nach der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Dieser Unterschied speist sich aus zwei Quellen. Erstens werden im allgemeinen bei der vorliegenden Erfindung höhere Drücke verwendet. Bei der früheren patentierten Erfindung lag der Arbeitsdruck üblicherweise gut unterhalb von 670 kPa (100 Pfund/Quadratzoll) und der erwähnte Bereich betrug 172 kPa bis 670 kPa (25 bis 100 Pfund/Quadratzoll). Bei der vorliegenden Erfindung liegt der Arbeitsdruck üblicherweise oberhalb von 670 kPa (100 Pfund/Quadratzoll), und der Arbeitsbereich beträgt 670 bis 3447 kPa (100 bis 500 Pfund/Quadratzoll). Jedoch ist dieser Bereich keine Begrenzung. Die Erfindung ist bei Drücken von nur 21 kPa (3 Pfund/Quadratzoll) zum Erzeugen von Gittern verwendet worden. Außerdem wird angenommen, daß höhere Drücke, selbst wesentlich höhere Drücke als 3447 kPa (500 Pfund/Quadratzoll) verwendet werden können. Es wird angenommen, daß Drücke von bis zu 6894 kPa (1 000 Pfund/Quadratzoll) nach den Unterrichtungen der Erfindung erfolgreich verwendet werden könnten.
Außerdem wird vorgesehen, daß die vorliegende Erfindung, wenn sie zur gewerblichen Anwendung gebracht wird, für die Kissen 20 weichere Gummiqualitäten verwenden kann, als sie bei dem Patent 4 702 870 verwendet wurden. Dies wird die geraden Seiten an den Kissen verbessern, um die Gitterstäbe bei der vorliegenden Erfindung gerader herzustellen. Oft sind aber wesentlich gerade Seiten bei der vorliegenden Erfindung wünschenswert, und folglich werden die Steigerung des Drucks und die Veränderung der Gummizusammensetzung benutzt, um dieses Ziel bei der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Es sollte zu bemerken sein, daß die Kissen 20 unter dem Druck zusammengedrückt werden und sich parallel zu dem Sieb nach außen verformen, während sie doch eine wesentlich gerade Konfiguration beibehalten, wie es in den Zeichnungen gezeigt wird. Folglich werden die Gitterstäbe sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung verfestigt. Die vertikale Richtung entspricht der Höhe der Stäbe des erzeugten Gitters, und die horizontale Verfestigung entspricht der Dicke dieser Stäbe. 7 zeigt das Preßmittel 24 entfernt, die Kissen zurückgekehrt zu ihrem entspannten Zustand, und das sich ergebende verfestigte Gitter wird an seinem Platz auf der Form zwischen den Kissen 20 gezeigt.
Die in 6 gezeigten Kraftpfeile und Preßmittel 24 könnten Platten, Walzen oder andere Mittel zum Ausüben eines Drucks zum Verfestigen des Gitters darstellen, die alle innerhalb des Rahmens einer gut entwickelten Technologie liegen und Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt sind.
8 zeigt das aus der Form entfernte Gitter 16. Das Gitter 16 besteht aus den Stäben 28, und sie definieren die offenen Zellen zwischen denselben.
Das erzeugte Gitter 16, nur von einer Seite gepreßt, kann so, wie es in 8 gezeigt wird, verwendet werden. Bei bestimmten Anwendungen und mit bestimmten Fasern oder Mischungen von Fasern kann es jedoch wünschenswert sein, ein Gitter zu erzeugen, daß fester ist und bei dem die Stäbe kürzer, aber dichter und fester, sind als die in 8 gezeigten. Ein solches Gitter 16-2 mit Stäben 32 wird in 9C gezeigt. Die Weise seiner Erzeugung wird in 9A und 9B gezeigt.
Um das zweite Verfestigen oder Pressen durchzuführen, siehe 9, wird das am Ende der Arbeitsgänge von 4 bis 7 erzeugte Gitter 16 in eine zweite Form eingesetzt, die aus einem Träger 18A und Kissen 20A besteht, so daß die dem Träger 18 entgegengesetzten Seiten der geformten Gitterstäbe nun am nächsten am Träger 18A liegen, wobei sich die Stäbe zwischen den Elastomerkissen 20A befinden. Die Kissen 20A können so bemessen werden, daß die Abmessungen des durch das zweite Pressen erzeugten Gitters 16-2 genauer kontrolliert werden. Der Zwischenraum der Kissen 20A kann sich gleichfalls von dem in 4 bis 7 gezeigten unterscheiden. Das heißt, falls es notwendig ist, die Mühe eines zweiten Pressens auf sich zu nehmen, wird durch die Verfahren der Erfindung zusätzliche Vielseitigkeit geboten, um die Konfiguration des fertigen Gitters 16-2 und seiner Stäbe 32 zu kontrollieren, siehe 9C und vergleiche sie mit 8.
Wie aus einem Vergleich von 8 und 9C zu ersehen ist, sind bei der nach einer Verfestigung oder einem Pressen von beiden Seiten erzeugten Platte die Stege kürzer, und die Stäbe 32 sind ebenfalls beträchtlich dichter und fester, als es die nach nur einer einzigen Verfestigung oder Pressung nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Stäbe 28 sind. 9C zeigt außerdem an, daß das doppelt gepreßte Gitter eine andere Referenzzahl, die Zahl 16-2, trägt, um die Verfestigung oder Pressung von beiden Seiten anzuzeigen, und um es von dem nur von einer Seite gepreßten Gitter 16 zu unterscheiden. Diese Bezeichnung wird in anderen Abbildungen und in der Erörterung hierin wieder verwendet.
Dieser Kompromiß des zweiten Schritts wird, zusammen mit seinen Kosten und Mühen, ebenfalls gegen die Unterschiede bei den zwei Erzeugnissen aufgewogen. Das heißt, die einfach verfestigten Stäbe von 8 können wünschenswert sein, wenn die zusätzliche Festigkeit nicht benötigt wird und die zusätzlichen größeren Abmessungen wichtiger sind. Andererseits können die kleineren, dichteren, festeren Stäbe von 9C bei anderen Endnutzungssituationen die zusätzliche Mühe der zweiten Verfestigung wert sein.
Das Gitter 16 wird von der entgegengesetzten Richtung in die aus den Teilen 18a und 20a bestehende Form eingesetzt. Danach werden, auf die in 6 gezeigte Weise, Druckmittel 24 angewendet. Der Verfestigungsvorgang ist, unter Verwendung von 9B, folglich ähnlich dem mit Bezug auf 6 gezeigten und oben beschriebenen, mit Ausnahme der beschriebenen Unterschiede.
In beiden Fällen, das heißt, bei dem am Ende des einfachen Preßvorgangs erzeugten Gitter 16 oder dem am Ende des doppelten Preßvorgangs erzeugten Gitter 16-2, wird das Gitter danach getrocknet, ein verwendeter Klebstoff wird gehärtet, und andere, innerhalb der normalen Technologie dieses Gebiets liegende, Zurichtverfahren werden angewendet, um das Gitter 16 oder 16-2 fertigzustellen und es zu einem Fertigprodukt zu machen. Wenn zellulosefreie Fasern verwendet werden, können einige der Fasern tatsächlich geschmolzen werden, um die Matte zu dem Gitter 16 oder 16-2 zu härten.
Es ist wünschenswert, das Gitter 16 im Verhältnis zu den Räumen zwischen den Kissen 20A umzukehren, wenn der zweite Preßvorgang von 9 angewendet wird. Dafür gibt es viele Gründe. Ein Grund ist, daß jede Diskontinuität oder Differenz beim Druck, die beim ersten Pressen aufgetreten sein könnte, durch das zweite Pressen ausgeglichen wird, wenn das Gitter in der umgekehrten Richtung eingesetzt wird. Dieses Umkehren neigt ebenfalls dazu, die Größe der Kehlen oben und unten an den Gitterstäben zu verringern, d. h., es wird durch das zweite Pressen ein geraderer, flacherer Gitterstab erzeugt. Ebenso werden beim zweiten Pressen alle verstreuten Fasern, die bei dem durch ein einfaches Pressen erzeugten Gitter 16 eine Störung sein könnten, beim zweiten Pressen in die Gitterstäbe verfestigt werden, was folglich im Ergebnis des zweiten Pressens von 9 ein ordentlicher, sauberer aussehendes Gitter erzeugt.
Noch eine andere Wahlmöglichkeit wird in 10A und 10B illustriert. In diesem Fall wird das Gitter im Charakter verändert, nachdem es geformt wird, aber bevor es gehärtet oder anderweitig zugerichtet wird. Dieses Gitter 34 kann entweder das nach dem einfachen Pressen geformte Gitter 16 oder das nach dem doppelten Pressen geformte Gitter 16-2 sein. Das Gitter wird aus der Form genommen und allein in die Druckmittel 24 gelegt. Es wäre wenigstens ein einfaches Pressen erforderlich, damit das Gitter eine ausreichende Festigkeit hätte, um aus der Form genommen und zu einer Bearbeitungsstation, wie sie beispielsweise in 10A gezeigt wird, bewegt zu werden. Das sich ergebende Gitter 34 wird in 10B allein gezeigt. Wieder wären abschließende Schritte, wie beispielsweise Trocknen und Härten, notwendig, um ein Fertigprodukt zu erzeugen.
Die in 4 bis 10 gezeigten und unter Bezugnahme auf dieselben beschriebenen Grundprinzipien des Funktionierens der Erfindung können sowohl auf eine diskontinuierliche als auch auf eine kontinuierliche Verfahrensart angewendet werden. Die verbleibenden 11, 12 und 13 illustrieren weitere Varianten und stellen eine zusätzliche Unterrichtung in Bezug auf Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, bei denen die Gitter, sowohl einfach als auch doppelt verdichtete Gitter, auf eine kontinuierliche Weise erzeugt werden.
11 zeigt zwei unterschiedliche Formverfahren zum Absetzen oder Formen des Gitters. 12 zeigt mehrere unterschiedliche Varianten des Pressens und Formens des Gitters. 13 zeigt mehrere Varianten des Trocknens und Härtens oder Zurichtens des Gitters.
Es gehört zu den Unterrichtungen der Erfindung und ist in der Tat eine Facette ihrer Vielseitigkeit, daß jeder der zwei Formvorgänge von 11 mit 12A, 12B oder 12C angewendet werden könnte. Falls ein Pressen von beiden Seiten wünschenswert ist, dann würde entweder 12A oder 12B von 12D, 12E oder 12F gefolgt. Das Trocknen des Gitters von 12A bis 12E kann mit jedem der Vorgänge von 13 vorgenommen werden. Die genaue Kombination, die verwendet würde, hängt von den Fasern, dem gewünschten Endergebnis, den Größen und anderen Parametern ab, die eine bestimmte Verwendungssituation umgeben.
11 zeigt zwei kontinuierliche Formverfahren, die nach der Erfindung angewendet werden können. 11A ist eine vereinfachte Zeichnung einer Formpartie, die auf dem Gebiet als Langsieb-Formpartie (Fourdrinier) bekannt ist. 11B ist eine vereinfachte Zeichnung einer Zylinderformmaschine. Beide können nach den Unterrichtungen der Erfindung verwendet werden. Die in 11A gezeigten Elemente 40 sind Vakuumkästen oder dergleichen, die auf eine für diese Art von Vorrichtungen mehr oder weniger herkömmliche Art das Formen des Gitters 16 auf dem sich bewegenden Gurt unterstützen.
In 12A, 12B und 12C wird eine Zylinderformmaschine in Verbindung mit drei unterschiedlichen Arten von Preßanordnungen gezeigt. Die Langsieb-Formpartie von 11A könnte ebensogut verwendet werden. Es könnten gleichfalls andere auf dem Gebiet bekannte Mittel verwendet werden.
12A zeigt das spezielle Sieb nur auf dem Zylinderformer. Eine Presse 34 wird oben auf dem Zylinder angeordnet, um die Fasermatte und die Elastomerkissen 20 zu pressen. Danach hat das Fasergitter eine ausreichende Festigkeit, um vom Sieb abgehoben und zu Walzenpressen 36 befördert zu werden. Die Walzen 36 sind das Gegenstück der Preßmittel 24 der früheren Abbildungen. Das Ergebnis dieses Verfahrens von 12A wäre analog zu dem Gitter 34 von 10B, d. h., ein kurzes, gedrungenes Gitter mit verhältnismäßig dicken Stäben.
In 12B verläuft das spezielle Sieb von den Formzylindern weg um andere Walzen und kehrt danach zur Unterseite des Zylinders zurück. Die Presse 36 mit großem Durchmesser könnte einer von der Beloit Company aus Beloit, Wisconsin, gebauten Presse mit vergrößertem Walzenspalt nach dem aktuellen Stand der Technik ähneln oder eine ähnliche Presse mit solch weitem Walzenspalt oder eine ähnliche Keilpresse sein.
Die schematische Darstellung 36 in 12B könnte entweder eine Walze oder, für diese Abbildung genauer, eine Art von Preßvorrichtung sein, die Schuhspalt genannt wird. Eine genauere schematische Darstellung einer Walzenspalt-Preßvorrichtung wird in 12D gezeigt. Die zwei sind austauschbar, aber in vielen Fällen wird ein Schuhspalt von 12B bevorzugt.
In 12C werden das spezielle Sieb und das Gitter zusammen in eine der Trocknungsanlagen befördert. Das heißt, das spezielle Sieb, das die Kissen trägt, ist ausreichend lang, um sich genau durch das Formen, das Pressen und das Härten zu erstrecken. Das Härten wird nach 12A und 12B in einer beliebigen der Formen von 13 durchgeführt.
12D, 12E und 12F zeigen drei der vielen möglichen Mittel zum Erzeugen des oben beschriebenen doppelt verfestigten oder gepreßtett Gitters 16-2 von 9B und 9C. Ein zweiter Satz von Kissen wird, wie oben beschrieben, von der Seite, die derjenigen, von welcher der erste Satz von Kissen eingesetzt wurde, entgegengesetzt ist, in die Zelle des einmal verfestigten (aber noch nicht gehärteten und zugerichteten) Gitters 16 eingesetzt, und danach wird eine zweite Verfestigung oder Pressung auf das erste Gitter 16 ausgeübt, um das zweite Gitter 16-2 zu erzeugen.
In 12D wird die entweder von 12A oder von 12B erzeugte Gitterstruktur 16 einer Presse 36 zugeführt, deren Kissen an der Trommel befestigt werden, wie es in der Zeichnung gezeigt wird. Diese Kissen unterscheiden sich geringfügig von dem ersten Satz von Kissen (siehe die Erörterung dieses Punkts bezüglich der zwei Sätze von Kissen oben). Es wird ein Preßfilz 42 (in 12D: 92. Anm. d. Ü.) verwendet, um das sanfte Drücken der bereits geformten Zellen im Gitter 16 auf die Kissen an der Trommel 36 zu unterstützen. Wie oben erörtert, kann diese Trommel entweder ein Schuhspalt, wie in 12B gezeigt, oder eine Walzentrommel, wie in 12D gezeigt, sein. Gegenwärtig wird angenommen, daß ein Schuhspalt besser sein könnte, aber dies hängt selbstverständlich von den Parametern des besonderen angewendeten Ausführungsbeispiels ab. Außerdem kann der Preßfilz 42 ebenfalls zum Absorbieren von Wasser oder eines anderen Fluids verwendet werden, das noch in dem noch nicht getrockneten Gitter 16 vorhanden sein könnte.
Es sollte zu bemerken sein, daß die Kissen in diesen 12D, 12E und 12F von der Seite eingesetzt werden, die derjenigen, von der sie in 12A, 12B oder 12C, die ein einfach gepreßtes Gitter 16 formen, eingesetzt wurden, entgegengesetzt ist.
12E zeigt eine Variante, bei welcher der zweite Satz von Kissen auf einem kontinuierlichen oder Endlosschleifensieb 44 bereitgestellt wird. Das Betriebsverfahren und das Erzeugnis sind ansonsten identisch mit denen von 12D, einschließlich des Filzes 42, wie oben beschrieben.
Wie in Bezug auf 12A bis 12E angezeigt, wird das erzeugte Gitter, sei es nun 16 oder 16-2, danach zum Trocknen und Zurichten 13 zugeführt. 12F zeigt eine verbundene Anordnung zum zweiten Pressen und Trocknen, die einen Durchlauf-Drucktrockner 46 umfaßt. Ein Trocknerfilz 43 wird ebenfalls verwendet, zusammen mit einem kontinuierlichen Sieb, das die Kissen für das zweite Pressen trägt. Die Anordnung von 12F übt einen kontinuierlichen Druck und, falls gewünscht, Hitze aus, so daß das Endprodukt von 12F ein fertiggestelltes Gitter ist, d. h., in Verbindung mit 12F ist keine der Varianten von 13 erforderlich.
13 zeigt verschiedene Arten von Trocknungs- oder Härtungsanordnungen, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können. Es können auch andere solcher herkömmlichen Mittel verwendet werden.
13A zeigt einen Hochgeschwindigkeitsheißluftaufblastrockner, bei dem Heißluft von oben und/oder von unten aufgeblasen wird, um das Fasergitter zu trocknen. Es ist zu bemerken, daß bei dieser Form kein Druck senkrecht auf das Gitter ausgeübt wird.
13B zeigt eine typische Anordnung eines Trommeltrockners, wie er in der Papierindustrie verwendet wird. In diesem Fall wird eine kleine Menge Druck senkrecht zum Gitter auf das Gitter ausgeübt. Dies kann, in Abhängigkeit von dem speziellen erzeugten Gitter, in bestimmten Situationen wünschenswert sein und kann uninteressant, das heißt, ohne Folgen, sein.
Schließlich zeigt 13C eine Durchlaufpresse. Durchlaufpressen werden in der Industrie verwendet, um Hartfaserplatten- und Spanplattenerzeugnisse herzustellen. Durchlaufpressen können einen großen Druck senkrecht zu dem durch den Trocknungsvorgang laufenden Gitter ausüben. In allen drei Fällen von 13 kann das Gitter allein oder das Gitter zusammen mit dem Sieb verwendet werden, um zum Zurichten des Gitters durch die Trocknungs-/Härtungs- oder dergleichen Mittel zu laufen.
Während die Erfindung oben in einigen Details beschrieben worden ist, sollte es sich verstehen, daß diese detaillierte Beschreibung nur als Beispiel dient und der erteilte Schutz nur innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche begrenzt werden soll.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines offenzelligen Fasergitters (16) mit einer Vielzahl von integriert geformten Stäben (28), die eine Vielzahl von offenen Zellen mit senkrecht zur Ebene des Gitters ausgerichteten Achsen definieren, bei dem die Höhen der Stäbe, gemessen parallel zu den Achsen der Zellen, die Dicke des Gitters definieren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Bereitstellen eines auslegungsspezifischen porösen Trägers (18) mit einer Oberfläche, welche die Ebene des Gitters definiert, Bereitstellen einer Vielzahl von auf dem Träger (18) angeordneten Elastomerkissen (20), Bereitstellen eines Trägerfluids, das die beim Formen des Gitters zu verwendende Faser enthält, Formen einer Matte aus Fasern zwischen den Kissen, aber ohne dieselben zu überlagern, einschließlich des Absetzens von Fasern in den Räumen zwischen den Kissen (20) durch Aufbringen des Trägerfluids, um nur die Räume zwischen den Kissen (20) wenigstens teilweise mit Fasern auszufüllen, wobei das Trägerfluid durch die abgesetzten Fasern und durch den Träger entweicht, und Verfestigen der abgesetzten Matte aus Fasern in Richtungen sowohl senkrecht als auch parallel zur Oberfläche des Trägers (18), um die Stäbe (28) des Gitters in der Richtung sowohl ihrer Dicke als auch ihrer Höhe zusammenzudrücken, durch Ausüben eines Drucks in einer Richtung senkrecht zu dem Träger (18) auf die Kissen (20) an den vom Träger entfernten Enden derselben, um zu bewirken, daß sich die Kissen parallel zu dem Träger ausdehnen, unter Bedingungen, die ausreichen, um wenigstens dem Zwischenabschnitt der Stäbe des Gitters wesentlich gerade Seiten und eine wesentlich gleichmäßige Dicke zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem umfaßt, das erzeugte Gitter nach dem Verfestigungsschritt zu härten und zu trocknen, um ein fertiges Gitter zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle der Schritte, beginnend mit dem Mattenformungsschritt, kontinuierlich sind, wodurch das Gitter als Durchlauf-Erzeugnis hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, nach dem Verfestigungsschritt durch die folgenden Schritte eine zweite Verfestigung auszuführen: Trennen des während des ersten Verfestigungsschritts erzeugten Gitters von den Kissen (20), Bereitstellen eines zweiten Satzes von Elastomerkissen (20A) in einer zweiten vorher festgelegten Abstandsbeziehung zueinander, wobei jedes Kissen (20A) des zweiten Satzes von Kissen eine zweite vorher festgelegte Größe und Form hat, die allgemein der vorher festgelegten Größe und Form jedes entsprechenden Kissens des ersten Satzes von Kissen ähneln, Anordnen des Gitters im Verhältnis zu dem zweiten Satz von Kissen und Verfestigen des Gitters, um die Stäbe des Gitters in der Richtung sowohl ihrer Dicke als auch ihrer Höhe zusammenzudrücken, durch Ausüben eines Drucks auf die Kissen, bei dem alle der vorhergehenden Schritte, beginnend mit dem zweiten Verfestigungsschritt, so ausgeführt werden, daß die Stäbe (32) des Gitters nach dem zweiten Verfestigungsschritt kürzer, dünner und dichter sind, als es die Stäbe (28) nach dem ersten Verfestigungsschritt waren.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen einer Stütze (18A) für den zweiten Satz von Kissen (20A), Ausstatten des zweiten Satzes von Kissen mit abgeschrägten Seiten derart, daß die Querschnittsform des Raums zwischen jeweils zwei benachbarten Kissen kleiner ist als der entsprechende, durch den erwähnten ersten Satz von Kissen gebildete, Raum und Drehen des Gitters für den zweiten Verfestigungsschritt im Verhältnis zu dem zweiten Satz von Kissen auf den Kopf, verglichen mit der Position des Gitters im Verhältnis zu dem ersten Satz von Kissen während des ersten Verfestigungsschritts.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (32) des Gitters nach dem zweiten Verfestigungsschritt ungefähr 25% kürzer in der Höhe sind, als sie es nach dem ersten Verfestigungsschritt waren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei dem Druckausübungsschritt verwendete Druck im Bereich von ungefähr 172 kPa (25 Pfund/Quadratzoll) bis ungefähr 6894 kPa (500 Pfund/Quadratzoll) liegt.
Offenzelliges Fasergitter, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Offenzelliges Fasergitter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (22) aus Zellulose-Materialien besteht.
Offenzelliges Fasergitter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (22) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Fasern, hergestellt aus Zellulose- und Nicht-Zellulose-Materialien und Kombinationen solcher Fasern, besteht.
Gitter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen des Gitters (16) eine Vielzahl von unterschiedlichen Größen und Formen haben.
Bauplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von wesentlich in einer Ebene liegenden Gittern (16) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 umfaßt, wobei sie außerdem Klebstoff und Zwischentafeln (38) umfaßt, die wirksam zusammen mit der Vielzahl von Gittern verbunden werden.
Bauplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei solcher Gitter (16) so miteinander verbunden werden, und bei der wenigstens ein Zwischengitter in der Platte auf eine solche Weise ausgerichtet wird, daß die Stäbe des Zwischengitters nicht mit den Stäben eines seiner danebenliegenden Gitter axial ausgerichtet werden, um dadurch die Festigkeit der Bauplatte zu steigern.
Bauplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der Gitter sechseckig sind, und bei der das Zwischengitter so ausgerichtet wird, daß seine Zellen im Verhältnis zu den Zellen in wenigstens einem der danebenliegenden Gitter ungefähr 90° außer Ausrichtung angeordnet werden.
Bauplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zellen wenigstens eines der Gitter Isoliermaterial bereitgestellt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines offenzelligen Fasergitters (16) mit einer Vielzahl von integriert geformten Stäben, die eine Vielzahl von offenen Zellen mit senkrecht zur Ebene des Gitters ausgerichteten Achsen definieren, bei dem die Höhen der Stäbe, gemessen parallel zu den Achsen der Zellen, die Dicke des Gitters definieren, wobei die Vorrichtung einen porösen Träger (18) und eine Vielzahl von auf dem Träger (18) in einer vorher festgelegten Abstandsbeziehung zueinander angeordneten Elastomerkissen (20) hat, wobei jedes der Kissen eine vorher festgelegte Größe und Form hat, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: Absetzmittel zum Absetzen einer Fasermatte auf dem Träger (18) zwischen den Kissen, aber ohne dieselben zu überlagern, um nur die Räume zwischen den Kissen wenigstens teilweise mit Fasern auszufüllen, wobei die Absetzmittel eine Trägerfluidtechnik haben, bei der das Trägerfluid durch die abgesetzten Fasern und durch den Träger entweicht, und Verfestigungsmittel zum Verfestigen der abgesetzten Matte aus Fasern in Richtungen sowohl senkrecht als auch parallel zu dem Träger, um die Stäbe des Gitters in der Richtung sowohl ihrer Dicke als auch ihrer Höhe zusammenzudrücken, durch Ausüben eines Drucks senkrecht zu dem Träger auf die Kissen an den vom Träger entfernten Enden derselben, wodurch bewirkt wird, daß sich die Kissen parallel zu dem Träger ausdehnen, um den Stäben des Gitters wesentlich gerade Seiten zu verleihen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die vorher festgelegten Größen und Formen der Kissen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Quadraten, Rechtecken, Sechsecken, anderen geometrischen und nicht-geometrischen Formen, Mischungen der oben erwähnten Formen, Mischungen von Größen, die alle eine Form haben, und/oder Mischungen von sowohl Größen mit einer Form und/oder Mischungen der oben erwähnten Formen besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Mittel, um das verfestigte Gitter nach Bedarf zu härten und zu trocknen, um dadurch ein fertiges Gitter zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Fließfertigungsmittel, um das Gitter als Durchlauf-Erzeugnis herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließfertigungsmittel entweder eine Langsieb-Formmaschine oder eine Zylinderformmaschine hat, die beide die Kissen (20) auf derselben tragen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließfertigungsmittel außerdem wenigstens eine Zylinderpresse oder eine Schuhklemmpresse einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließfertigungsmittel außerdem wenigstens einen Heißlufttrockner, einen Trommeltrockner oder einen Durchlauf-Preßtrockner einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 19, gekennzeichnet durch zweite Verfestigungsmittel, die folgendes umfassen: Trennmittel zum Trennen eines von den ersten Verfestigungsmitteln erzeugten Gitters im Verhältnis zu dem ersten Satz von Kissen, Mittel, die einen zweiten Satz von Elastomerkissen (20A) in einer zweiten vorher festgelegten Abstandsbeziehung zueinander bereitstellten, wobei jedes Kissen des zweiten Satzes von Kissen eine zweite vorher festgelegte Größe und Form hat, die allgemein der vorher festgelegten Größe und Form jedes entsprechenden Kissens des ersten Satzes von Kissen ähneln, und alle der vorhergehenden Mittel derart sind, daß die Stäbe des Gitters nach der zweiten Verfestigung kürzer, dünner und dichter sind, als es die Stäbe nach der erwähnten ersten Verfestigung waren.
Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch: Stützmittel (18A) für den zweiten Satz von Kissen (20A), wobei die Kissen mit abgeschrägten Seiten geformt werden derart, daß die Querschnittsform des Raums zwischen jeweils zwei benachbarten Kissen in dem ersten Satz von Kissen größer ist als der entsprechende Raum in dem zweiten Satz von Kissen, und Mittel zum Drehen des Gitters für die zweite Verfestigung im Verhältnis zu dem zweiten Satz von Kissen auf den Kopf, verglichen mit der Position des Gitters im Verhältnis zu dem ersten Satz von Kissen während der erwähnten ersten Verfestigung.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Satz von Kissen (20; 20A) abgeschrägte Seiten haben derart, daß die Querschnittsform des Raums zwischen jeweils zwei benachbarten Kissen des zweiten Satzes von Kissen kleiner ist als der entsprechende Raum in dem ersten Satz von Kissen.