DE69701148T2

DE69701148T2 - Diskontinuerliche Fertigung von geformten Verbundkörpern

Info

Publication number: DE69701148T2
Application number: DE69701148T
Authority: DE
Inventors: Colm Doris
Original assignee: HP Chemie Pelzer Research and Development Ltd
Current assignee: Entwicklungsgesellschaft fuer Akustik EFA GmbH
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: CZ298150B6; PT909619E; DE69701148D1; EP0909619A1; CZ148098A3; EP0909619B1; US6024905A; ES2143819T3

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln sowie ein geeignetes Verfahren.
Es gibt zur Zeit zwei Haupttypen von Verfahren für die Herstellung formgepresster Komponenten, d. h. von Verbundmaterialartikeln, insbesondere aus einzelnen Fasern zur Bildung von faservliesartigen Matten. Bei einem dieser Verfahren, das in DE 28 45 112 C beschrieben ist, wird zuerst eine Endlosmatte hergestellt, die anschließend kompaktiert und in rechteckige Matten geschnitten wird. Die Kapitalkosten für eine solche traditionelle Filzherstellung sind hoch, was dazu führt, dass die Herstellung von Filzen auf wenige Orte zentralisiert ist. Dies bedeutet, dass Anlagen, die die Filzmatten verarbeiten, weiterhin hohe Transportkosten für die Matten bezahlen müssen, wenn sie sich nicht geographisch in der Nähe der Mattenverarbeitungsanlage befinden. Die meisten Schalldämmplatten haben eine nicht-rechteckige Form, und dennoch bieten die herkömmlichen Filzherstellungsanlagen nur rechteckige Matten an. Beim anschließenden Formen und Ausstanzen der rechteckigen Matten kann bis zu 40% Abfall entstehen.
Das zweite Verfahren, das im Stand der Technik vorgeschlagen wird, ist ein diskretes Verfahren zur Herstellung geformter Matten des Faservliestyps, Es weist ebenfalls hohe Kapitalkosten auf, und es ist schwierig, eine gleichmäßige Faserverteilung über das gesamte Teil zu erreichen.
IR-A-61402 und IR-A-61403 offenbaren eine Vorrichtung für die diskontinuierliche Herstellung geformter Verbundmaterialartikel, die Einrichtungen (1) zum Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel und Einrichtungen (2) zum Befördern des Gemischs zu einer Mattenbildungsvorrichtung umfasst.
Es ist also das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln sowie ein geeignetes Verfahren, die weniger Kosten verursachen als bekannte Vorrichtungen und Verfahren, bereitzustellen.
Dieses Ziel der Erfindung wird in einer ersten Ausführungsform erreicht durch eine Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln, umfassend
Einrichtungen (1) zum Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel;
Einrichtungen (2) zum Befördern des Gemischs zu einer Mattenbildungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mattenbildungsvorrichtung eine Mattenbildungskammer (3) ist, bei der es sich um eine versiegelte Einheit handelt, die aus einer unteren Hälfte (4) und einer beweglichen oberen Hälfte (5) besteht, die eine äußere Haube und eine drehbare Trommel (6) mit einem Schablonenteil (7), das ein perforiertes Muster des gewünschten Artikels auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel (6) aufweist, umfasst;
Einrichtungen (8) zum Einstellen des Drucks auf die Oberfläche der Trommel (6), die einen geschlossenen Luftkreislauf durch das perforierte Muster liefern;
Abschäumwalzen (9) zur Steuerung der Höhe der Artikel;
Einrichtungen (10) zum Öffnen der Mattenbildungskammer (3), die das Fortsetzen der Rotation und/oder das Ansaugen während der Bewegung der Trommel (6) in eine Fallposition (11) erlauben;
zweite Einrichtungen (12) zum Befördern des vorgeformten Artikels aus der Fallposition (11) zu einer Formpress- und/oder Härtungsstation (13).
Die Vorteile der neuen Vorrichtung gegenüber bestehenden Vorrichtungen können wie folgt zusammengefasst werden:
- Materialeinsparungen, da jeder geformte Artikel ohne Abfall hergestellt werden kann.
- geringe Kapitalkosten der Maschine ermöglicht Anlagen, die die Artikel weiterverarbeiten und somit in der Lage sind, die Artikel firmenintern herzustellen, und dadurch Transportkosten sparen.
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in den beigefügten Figuren zu sehen.
Fig. 1 offenbart eine vollständige Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln. Als Beispiel für den Verbundmaterialartikel wird eine Fasermatte hergestellt. Die Fig. 2a und 2b offenbaren die neue Mattenbildungskammer im Detail.
In den Fig. 3 bis 8 sind die Schritte des Verfahrens zur Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln gemäß der Erfindung gezeigt.
Eine Vorbedingung für das gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellende Verbundmaterial ist das Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit dem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel. In Fig. 1 sind übliche Einrichtungen 1 zum Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel gezeigt. Die zu verarbeitenden Fasern und/oder das granulierte Material werden in Ballenform auf den Einspeisungsförderer des Ballenöffners 15 gebracht. Beim Verlassen des Ballenöffners 15 gelangt das Material in eine Waage 16. Sobald sich das Zielgewicht für das herzustellende Teil in der Waage 16 befindet, wird das Material auf das Einspeisungsförderband eines Feinöffners 17 geschüttet. Der Feinöffner 17 weist eine oder mehrere Trommeln auf, um zu gewährleisten, dass das Material in einzelne Teilchen oder Fasern zerlegt wird.
Das Material wird mittels eines Materialgebläses über einen Abscheider 18 zur Mischeinrichtung 1 transportiert. Das Material kann in eine Vormischungskammer 19 eingebracht werden, wo es mit der speziellen Menge an Bindemittel gemischt wird, die aus einer Dosiereinheit 20 zugeführt wird. Nach einer kurzen Zeit des Mischens in der Mischkammer 1 wird deren Inhalt auf eine Transporteinrichtung 2 geleert.
Fig. 1 und in mehr Details Fig. 2a und 2b zeigen die Mattenbildungskammer 3, bei der es sich um eine versiegelte Einheit handelt, die aus einer unteren Hälfte 4 und einer beweglichen oberen Hälfte 5 besteht, die eine äußere Haube und eine drehbare Trommel 6 mit einem Schablonenteil, das ein perforiertes Muster des gewünschten Artikels auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel 6 aufweist, umfasst. Während des Betriebs wird der Druck an der perforierten Oberfläche der Trommel 6 insbesondere durch einen geschlossenen Luftkreislauf durch das perforierte Muster hindurch eingestellt. Somit kann, wie man insbesondere anhand von Fig. 2a erkennt, das Innere der Trommel einem Unterdruck ausgesetzt werden, der durch einen Ventilator 10 erzeugt wird. Die Trommel ist mittels einer Rotationsluftverbindung 8' und einem Schlauch mit dem Ventilator verbunden.
Fig. 2a zeigt also eine ungefüllte Mattenbildungskammer 3, während Fig. 2b die entsprechende Vorrichtung zeigt, die in den perforierten Teilen des Musters mit dem gewünschten Gemisch von faserigem und/oder granuliertem Material mit thermoplastischem und/oder duroplastischem Bindemittel gefüllt ist. Die vielen Dreiecke in Fig. 2b stellen das fliegende Material in der Mattenbildungskammer 3 dar, wenn sich die Trommel 6 dreht und das perforierte Muster der Trommel 6 einem Unterdruck ausgesetzt wird. Der geschlossene Luftkreislauf kann dadurch erhalten werden, dass der Ausstoß des Ventilators 10 in den Boden der Mattenbildungskammer 3 eingeleitet wird. Am Boden der Mattenbildungskammer 3 befinden sich vorzugsweise mehrere Mischwalzen 14, die die Materialien und Bindemittel in Bewegung halten. Während sich die perforierte Trommel 6 dreht, werden die Materialien auf die Oberfläche der Trommel 6 gesaugt. Ein auf den Trommelumfang angepasstes Schablonenteil 7 blockiert die Bereiche ohne Perforation, so dass nur die erforderliche Form des Teils erzeugt wird.
Während sich die partiell perforierte Trommel 6 dreht, sammelt sich das Material auf der Trommeloberfläche an. Die Höhe des Teils wird durch wenigstens eine oder mehrere Abschäumwalzen (9) gesteuert, die sich rund herum entlang des Umfangs der Trommel 6 befinden. Die Abschäumwalzen 9 gewährleisten eine gleichmäßige Höhe der Teile und daher eine gleichmäßige Dichte des Mattenteils.
Da das Luftsystem einen geschlossenen Kreislauf bildet, wird faseriges und/oder granuliertes Material oder Bindemittel, das durch die Perforationen der Trommel entweicht, durch den Hauptventilator 10 zurück in die Mattenbildungskammer 3 transportiert. Ein kreisförmiger Aufbau der Mattenbildungskammer 3 verhindert die Ansammlung von Bindemittel auf den Seiten der Mattenbildungskammer 3, da das durch die Luft fliegende Material dazu neigt, die Oberfläche zu reinigen, während es dagegen reibt.
Die Dichten des Mattenteils hängen von den folgenden Systemparametern ab, die vom Fachmann gemäß den Erfordernissen eingestellt werden können:
1. Hauptventilatordruck;
2. Tiefe der Abschäumwalzen;
3. Oberfläche des Teils; und
4. Typ des verarbeiteten faserigen und/oder granulierten Materials.
Im folgenden werden die Verfahrensschritte anhand der Fig. 3 bis 8 erläutert.
In Fig. 3 wird das Mischen des faserigen und/oder granulierten Materials mit dem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel in der Mischeinrichtung 1 gezeigt.
Fig. 4 zeigt die Beförderung des Gemischs aus dem faserigen und/oder granulierten Material und dem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel zur Mattenbildungskammer 3. Diese Mattenbildungskammer 3 ist in einer geöffneten Position, und so wird das Materialgemisch in den unteren Teil der Mattenbildungskammer 3 eingefüllt, die sich in Fig. 5 immer noch in einer offenen Position befindet. Wenn das gesamte Material in die Mattenbildungskammer 3 eingefüllt worden ist, wird die Mattenbildungskammer 3 geschlossen, wie man insbesondere in Fig. 2a erkennt. Wenn die Trommel 6 gedreht wird und die perforierte Oberfläche der Trommel 6 einem Unterdruck ausgesetzt wird, insbesondere durch einen geschlossenen Luftkreislauf, werden das faserige und/oder granulierte Material sowie das thermoplastische und/oder duroplastische Bindemittel auf dem perforierten Muster der Trommel 6 abgeschieden.
In Abhängigkeit von den oben genannten Systemparametern wird auf der Oberfläche der Trommel 6 ein geeigneter Verbundmaterialartikel gebildet. Sobald die erforderlichen Parameter erfüllt sind, wird die Mattenbildungskammer 3 geöffnet, wie man zum Beispiel in Fig. 6 erkennt. Es ist selbstverständlich notwendig, den reduzierten Druck auf der Oberfläche des Musters auf der Trommel 6 aufrechtzuerhalten, für den Fall, dass die auf der Trommel 6 befindliche Matte nicht von selbst an Ort und Stelle bleibt. In einem nächsten Schritt muss man also die Trommel 6 in eine Fallposition 11 bewegen.
Wenn die Trommel in die Fallposition 11 bewegt wird, wird der Ventilator 10 abgeschaltet, und die Teile werden auf der zweiten gekrümmten Fördereinrichtung 12 abgelegt, wie man in Fig. 7 und 8 erkennt. Dann werden die Teile mit der zweiten Fördereinrichtung 12 zur Härtungsstation 13 transportiert. Die Teile können unter Verwendung üblicher Mittel, wie trockenem Dampf, heißer Luft oder Kontaktwärme, gehärtet werden, in Abhängigkeit vom Gemisch aus faserigem und/oder granuliertem Material und in Abhängigkeit vom Verhalten des thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittels.
Fig. 9 zeigt insbesondere ein Diagramm mit den potentiellen Materialeinsparungen der Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere der schraffierte Bereich kann bei der Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung eingespart werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Mattenbildungskammer 3, die im Innern einen zylindrischen Aufbau in paralleler Ausrichtung zur Achse der Trommel 6 hat. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Innenfläche der Mattenbildungskammer 3 sauber gehalten werden kann, da die rotierenden faserigen und/oder granulierten Materialien diese Fläche reinigen. Wegen der speziellen Geometrie der Mattenbildungskammer 3 ist die Dichte des Teils über die gesamte Fläche des Verbundmaterialartikels sehr gleichmäßig.
Um die Mischqualität in der Mattenbildungskammer 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern, umfasst die Mattenbildungskammer vorzugsweise Mischwalzen 14, die sich auf deren Boden befinden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Trommel 6 gemäß der vorliegenden Erfindung mittels einer Rotationsluftverbindung und einem Schlauch mit einem Ventilator 10 verbunden, um einen geschlossenen Luftkreislauf durch das perforierte Muster hindurch zu erhalten.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln durch
Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit dem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel;
Befördern des Gemischs zu einer Mattenbildungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mattenbildungsvorrichtung eine Mattenbildungskammer (3) ist, die aus einer unteren Hälfte (4) und einer beweglichen oberen Hälfte (5) besteht, die eine äußere Haube und eine drehbare Trommel (6) mit einem Schablonenteil (7), das ein perforiertes Muster des gewünschten Artikels auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel (6) aufweist, umfasst; Drehen der Trommel (6), Saugen von Luft in einem geschlossenen Kreislauf durch das perforierte Muster; Verdichten des Gemischs auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel (6) in dem perforierten Muster und Steuern der Höhe der vorgeformten Matte durch Abschäumwalzen (9);
Bewegen der Trommel (6) in eine Fallposition (11) und Entnehmen des vorgeformten Artikels, der zu einer Härtungs- und/oder Formpressstation (13) befördert werden soll.
Außer Teilen mit unterschiedlicher Form können auch Teile mit unterschiedlichen Dichten hergestellt werden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann faseriges und/oder granuliertes Material, insbesondere faseriges Material, oder zerschnittenes Material, wie Teppichabfälle, Schaumstoffabfälle, Papier oder eine Kombination davon, mit dem Bindemittel verarbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung die Verarbeitung von faserigem Material, das aus natürlichen Fasern, insbesondere Baumwollfasern und Wollfasern, und/oder synthetischen Fasern, insbesondere Polyesterfasern, und Mehrkomponentenfasern, insbesondere Zweikomponentenfasern, ausgewählt ist. Die geformten Matten werden zu Schalldämmplatten und Verkleidungsteilen für die Kraftfahrzeugindustrie formgepresst. Das Härten und/oder Formpressen der Matte erfolgt also vorzugsweise unter Verwendung von trockenem Dampf, heißer Luft oder Kontaktwärme.
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung insbesondere die Herstellung von Formteilen im Automobilbereich, insbesondere Schalldämmplatten im Bereich der Motorhaube, des Windlaufs (auf beiden Seiten), des Tunnels, der Tür, des Dachs, des Fußraums, der Pumpen, der A- bis D-Säulen und der Lüftungskanäle sowie als gegebenenfalls selbsttragende Basis für Innenverkleidungen, insbesondere für Instrumentenabdeckungen, Tunnelverkleidungen, Türverkleidungen, Rückenlehnenverkleidungen, A- bis D-Säulenverkleidungen und als Ersatzradabdeckungen sowie als Teile mit doppelter Funktion, insbesondere als Dachverkleidung, Hutablagen, Füllstücke, Kofferraummatten und Radkastenverkleidungen.

Liste der Bezugszeichen

1 Mischeinrichtung
2 Fördereinrichtung
3 Mattenbildungskammer
4 untere Hälfte
5 obere Hälfte
6 perforierte Trommel
7 Schablonenteil
8 Einrichtung zum Einstellen des Drucks
8' Rotationsluftverbindung
9 Abschäumwalzen
10 Hauptventilator
11 Fallposition
12 zweite Fördereinrichtung
13 Härtungs-/Formpressstation
14 Mischwalzen
15 Ballenöffner
16 Faserwaage
17 Feinöffner
18 Abscheider
19 Vormischkammer
20 Bindemitteldosiereinheit

Claims

1. Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln, umfassend

Einrichtungen (1) zum Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel;

Einrichtungen (2) zum Befördern des Gemischs zu einer Mattenbildungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mattenbildungsvorrichtung eine Mattenbildungskammer (3) ist, bei der es sich um eine versiegelte Einheit handelt, die aus einer unteren Hälfte (4) und einer beweglichen oberen Hälfte (5) besteht, die eine äußere Haube und eine drehbare Trommel (6) mit einem Schablonenteil (7), das ein perforiertes Muster des gewünschten Artikels auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel (6) aufweist, umfasst;

Einrichtungen (8) zum Einstellen des Drucks auf die Oberfläche der Trommel (6), die einen geschlossenen Luftkreislauf durch das perforierte Muster liefern;

Abschäumwalzen (9) zur Steuerung der Höhe der Artikel;

Einrichtungen (10) zum Öffnen der Mattenbildungskammer (3), die das Fortsetzen der Rotation und/oder das Ansaugen während der Bewegung der Trommel (6) in eine Fallposition (11) erlauben;

zweite Einrichtungen (12) zum Befördern des vorgeformten Artikels aus der Fallposition (11) zu einer Formpress- und/oder Härtungsstation (13).

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mattenbildungskammer (3) im Innern einen zylindrischen Aufbau in paralleler Ausrichtung zur Achse der Trommel (6) hat.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mattenbildungskammer (3) Mischwalzen (14) umfasst, die sich an deren Basis befinden.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Trommel (6) mittels einer Rotationsluftverbindung und einem Schlauch mit einem Ventilator verbunden ist.

5. Verfahren zur Herstellung von geformten Verbundmaterialartikeln durch

Mischen von faserigem und/oder granuliertem Material mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Bindemittel;

Befördern des Gemischs zu einer Mattenbildungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mattenbildungsvorrichtung eine Mattenbildungskammer (3) ist, die aus einer unteren Hälfte (4) und einer beweglichen oberen Hälfte (5) besteht, die eine äußere Haube und eine drehbare Trommel (6) mit einem Schablonenteil (7), das ein perforiertes Muster des gewünschten Artikels auf der umlaufen den Oberfläche der Trommel (6) aufweist, umfasst; Drehen der Trommel (6), Saugen von Luft in einem geschlossenen Kreislauf durch das perforierte Muster; Verdichten des Gemischs auf der umlaufenden Oberfläche der Trommel (6) in dem perforierten Muster und Steuern der Höhe der vorgeformten Matte durch Abschäumwalzen (9);

Bewegen der Trommel (6) in eine Fallposition (11) und Entnehmen des vorgeformten Artikels, der zu einer Härtungs- und/oder Formpressstation (13) befördert werden soll.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass faserartiges Material, Schaumstoffabfälle, granulierte Abfälle, Papier oder eine Kombination davon mit dem Bindemittel gemischt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das faserartige Material aus natürlichen Fasern, insbesondere Baumwollfasern und Wollfasern, und/oder synthetischen Fasern, insbesondere Polyesterfasern, und Mehrkomponentenfasern, insbesondere Zweikomponentenfasern, ausgewählt ist.

8. Verfahren gemäß Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material unter Verwendung von trockenem Dampf, heißer Luft oder Kontaktwärme gehärtet wird.

9. Verfahren gemäß Ansprüchen 6 bis 8 zur Herstellung von Formteilen im Automobilbereich, insbesondere Schalldämmplatten im Bereich der Motorhaube, des Windlaufs (auf beiden Seiten), des Tunnels, der Tür, des Dachs, des Fußraums, der Pumpen, der A- bis D- Säulen und der Lüftungskanäle sowie als gegebenenfalls selbsttra gende Basis für Innenverkleidungen, insbesondere für Instrumentenabdeckungen, Tunnelverkleidungen, Türverkleidungen, Rückenlehnenverkleidungen, A- bis D-Säulenverkleidungen und als Ersatzradabdeckungen sowie als Teile mit doppelter Funktion, insbesondere als Dachverkleidung, Hutablagen, Füllstücke, Kofferraummatten und Radkastenverkleidungen.