DE69708622T2

DE69708622T2 - Sammeln und deponieren von geschnittenen fasersträngen zur herstellung von vliesstoffe aus verbundenen schnittfasern

Info

Publication number: DE69708622T2
Application number: DE69708622T
Authority: DE
Inventors: M. Berry; J. Clements; F. Heisler
Original assignee: Owens Corning Canada Inc
Current assignee: Owens Corning Composite Materials Canada LP
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: EP0896647A1; JP2000509444A; AU2377897A; IN192794B; ES2165603T3; CA2251881C; DE69708622D1; CA2251881A1; BR9709135B1; WO1997042368A1; EP0896647B1; BR9709135A; JP4065325B2; AU724848B2; US5795517A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Sammeln von Schnittfasermaterial, spezieller eine Vorrichtung zum Sammeln von Schnittfasern von einer Quelle derartiger Fasern und zum Ablegen der Schnittfaser auf einer Sammelfläche für Verarbeitung zu Vliesstoffen aus verbundenem Schnittfasermaterial, die allgemein als Schnittstrangmatten bezeichnet werden. Während die Erfindung allgemein bei einer großen Vielzahl von Fasermaterialien einschließlich mineralischer und organischer Fasermaterialien anwendbar ist, wird sie hier unter Bezugnahme auf Glasfasern beschrieben, für die sie speziell anwendbar ist und zunächst angewandt wurde.
Das US-Patent Nr. 3,939,532 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Filzfaserstoffen oder -matten durch Blasen eines Faserstroms zu einem sich bewegenden porösen Träger, auf dem die Fasern zu einer gewebeartigen Struktur zusammengefügt werden. Ein Luft-Faser-Strom wird durch eine Düse unter Verwendung eines Gebläses so weggeblasen, dass der Strom eine bestimmte Geschwindigkeit aufweist, wenn er auf den sich bewegenden porösen Träger trifft.
Kontinuierliche Fasermaterialstränge, wie Glasfilamente, wurden auch unter Verwendung einander gegenüberstehender, den Coanda-Effekt zeigender Flächen gesammelt und verteilt, um Matten aus einem derartigen Material zu erzeugen, die z. B. zur Isolierung verwendet werden. Beispiele für eine derartige Anlage sind in den US-Patenten Nr. 4,300,931; Nr. 4,466,819 und Nr. 4,496,384 offenbart. Derartige kontinuierliche Stränge werden typischerweise in nassem Zustand gehandhabt, da sie mit Bindemittel oder einer Leimung beschichtet sind, die auf die Stränge aufgesprüht oder auf andere Weise aufgetragen wird, bevor diese zu den Flächen mit Coanda-Effekt weiter laufen.
Abweichend von diesen kontinuierlichen Fasern sind Schnittfasern trocken, so dass sie während ihrer Verarbeitung ein erhebliches Ausmaß an statischer Elektrizität aufbauen können. Demgemäß ist normalerweise, wenn Schnittfasern gehandhabt werden, eine Anlage zum Unterdrücken oder Verteilen statischer Elektrizität vorhanden. Unglücklicherweise, trägt eine Anlage zur Unterdrückung statischer Ladungen zu den Kosten einer trockene Schnittfasern handhabenden Anlage bei, und sie selbst kann hinsichtlich der Wartung zu Problemen führen.
Trotzdem wurden Vliesstoffe aus verbundenem Schnittglas, d. h. Schnittstrangmatten, über viele Jahre hinweg erzeugt. Ein Anfangsschritt bei dieser Herstellung besteht im Sammeln des Schnittglases und dem Ablegen desselben auf einer sich bewegenden Sammelfläche, wobei die sich ergebende Schnittglasmatte verarbeitet wird, um eine Schnittstrangmatte zu erzeugen. Zerschneideinrichtungen sind über einer die Sammelfläche umgebenden Formungshaube angebracht, und sie führen der Formungshaube Schnittglas durch Öffnungen in der Oberseite der Haube zu, um einen Schnittglasstrom zur Sammelfläche zu lenken. Luftdüsen stehen unter einem Winkel in den Glasstrom hinein, um zu versuchen, denselben zu verteilen.
Die Menge von in jede der Zerschneideinrichtungen eingegebenen Glassträngen wird eingestellt, und die Düsen werden beim Versuch umgebogen, das Schnittglas gleichmäßig auf der Sammelfläche zu verteilen. Die Sammelfläche ist durchlöchert, und es wird Luft durch sie hindurchgesaugt, um bei der gleichmäßigen Verteilung des Schnittglases Unterstützung zu liefern und das Glas an die Sammelfläche zu ziehen. Unglücklicherweise sind diese Bemühungen zum Erzielen einer gleichmäßigen Faserverteilung auf der Sammelfläche nicht immer erfolgreich.
So besteht Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung zum Sammeln von Schnittfasern von einer Quelle derartiger Fasern und zum Ablegen der Schnittfasern auf einer Sammelfläche in solcher Weise, dass sie gleichmäßig verteilt werden und dadurch besser zu einer Schnittstrangmatte verarbeitet werden können. Vorzugsweise soll eine derartige Vorrichtung Probleme hinsichtlich einer turbulenten Luftströmung in der Formungshaube sowie statischer Elektrizität, wie sie in Zusammenhang mit existierender Schnittfaserhandhabung auftreten, überwinden.
Dieser Forderung wird durch die Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung genügt, bei der ein Einlasskegel, ein Luftverstärker und ein Auslasskegel einander zugeordnet sind, um eine Luftkanone zu erzeugen, die Schnittfasern empfängt und diese zwangsweise auf einer Sammelfläche oder einem Gewebe ablegt, die bzw. das sich unter dem Auslassende des Auslasskegels bewegt. Auf die sich ergebende Schnittfasermatte wird ein Bindemittel aufgetragen, das durch Einwirken mit Energie wie Wärme aktiviert werden kann, wodurch die sich ergebende behandelte Matte verdichtet, abgekühlt und aufgerollt wird, um einen Packen einer Schnittstrangmatte zu bilden. Für breite Matten erstrecken sich eine oder mehrere Gruppen aus jeweils mindestens einer und vorzugsweise mehreren Luftkanonen über das sich bewegende Sammelgewebe. Die Luftkanonen einer Gruppe mit mehreren Luftkanonen sind vorzugsweise abwechselnd stromabwärts und stromaufwärts in Bezug auf das Gewebe ausgerichtet, um die Wechselwirkung zwischen den Luftkanonen zu verhindern, die auch einzeln eingestellt werden können, um die vorgesehene Richtung der Luftkanonen über das Gewebe hinweg zu variieren. Die Luftkanonen lenken Schnittfasern zwangsweise auf das Gewebe, und sie überwinden daher eine Luftturbulenz innerhalb der Formungshaube sowie Kräfte aufgrund statischer Elektrizität.
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung weist eine Luftkanone zum Sammeln von Schnittfasermaterial und zum Ablegen aufgenommener Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche einen Luftverstärker mit durchgehendem Kanal und einem Einlass und einem Auslass auf. Der Luftverstärker wird durch Druckluft betrieben, die durch eine Luftöffnung in den Kanal des Luftverstärkers eintritt. Das Auslassende eines Einlasskegels ist benachbart zum Einlass des Luftverstärkers positioniert, wobei das Einlassende des Einlasskegels Schnittfasern aufnimmt und sie zum Luftverstärker lenkt. Das Einlassende eines Auslasskegels ist benachbart zum Auslass des Luftverstärkers positioniert, und das Auslassende des Auslasskegels lenkt Schnittfasern auf die sich bewegende Sammelfläche. Bei einer funktionierenden Ausführungsform der Erfindung sind der Einlass- und der Auslasskegel als kreisförmiger Kegelstumpf geformt, und das Einlassende des Einlasskegels ist größer als das Auslassende desselben, während das Auslassende des Auslasskegels größer als das Einlassende desselben ist.
Der Luftverstärker verfügt über einen minimalen Innendurchmesser, und das Auslassende des Einlasskegels weist vorzugsweise eine Abmessung zwischen ungefähr dem 0,75-fachen und dem 1,25-fachen des minimalen Innendurchmessers auf. Das Auslassende des Einlasskegels ist vorzugsweise auch von der Luftöffnung um einen Abstand entfernt, der im Bereich von ungefähr 0,8 mm (1/32 Zoll) bis ungefähr 12,7 mm (0,5 Zoll) liegt. Der Auslass des Luftverstärkers verfügt über einen minimalen Außendurchmesser, und das Einlassende des Auslasskegels weist eine Abmessung zwischen ungefähr dem 1,00-fachen und dem 1,2-fachen des minimalen Außendurchmessers auf. Symmetrieachsen A des Luftverstärkers, des Einlasskegels und des Auslasskegels fallen im Wesentlichen zusammen, wobei vorzugsweise die Symmetrieachsen A des Luftverstärkers, des Einlasskegels und des Auslasskegels innerhalb von ungefähr 3,18 mm (0,125 Zoll) miteinander ausgerichtet sind. Für geeignete Aufnahme von Schnittfasern durch eine Luftkanone befinden sich die im Wesentlichen ausgerichteten Symmetrieachsen A des Einlasskegels, des Luftverstärkers und des Auslasskegels innerhalb von 45º eines Geschwindigkeitsvektors von Schnittfasern, wenn die Fasern von einer Schnittfaserquelle ausgestoßen werden.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Sammeln von Schnittfasermaterial und zum Ablegen empfangener Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche mindestens eine Gruppe von Luftkanonen auf, die über die sich bewegende Sammelfläche hinweg angebracht sind. Die Gruppe verfügt über mindestens eine und vorzugsweise mehrere Luftkanonen, die relativ zueinander positioniert sind, um ihre Wechselwirkung zu verringern. Bei einer funktionierenden Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung, um die Wechselwirkung zwischen benachbarten Luftkanonen mehrerer Luftkanonen zu verringern, ferner mehrere im Wesentlichen L-förmige Stäbe zum Montieren der mehreren Luftkanonen auf. Die L-förmigen Stäbe sind so ausgebildet, dass sie abwechselnde Luftkanonen stromaufwärts und stromabwärts in Bezug auf die Bewegung der sich bewegenden Sammelfläche ausrichten. Die L-förmigen Stäbe weisen im Wesentlichen horizontale, an einem Halterahmen montierte Schenkel sowie im Wesentlichen vertikale Schenkel auf, an denen die Luftkanonen befestigt sind. Um für eine abwechselnde Stromaufwärts/Stromabwärts-Richtung der Luftkanonen zu sorgen, verfügen die L-förmigen Stäbe über abwechselnde spitze und stumpfe Winkel zwischen ihren im Wesentlichen horizontalen und im Wesentlichen vertikalen Schenkeln.
Die im Wesentlichen horizontalen Schenkel der Montagestäbe sind im Halterahmen drehbar angebracht, um die Luftkanonen in der Querrichtung zur sich bewegenden Sammelfläche zu bewegen. An den im Wesentlichen horizontalen Schenkeln sind Stellhebel vorhanden, um die Winkelstellung der im Wesentlichen horizontalen Schenkel der L-förmigen Stäbe und damit die vertikalen Schenkel und die an ihnen befestigten Luftkanonen einzustellen. Den Stellhebeln sind Sperrvorrichtungen zum Verriegeln derselben und demgemäß der im Wesentlichen horizontalen Schenkel in bevorzugten Winkelstellungen zugeordnet. Bei einer funktionierenden Ausführungsform verfügen die Sperrvorrichtungen über Ringschrauben, die durch Langlöcher in den Stellhebeln laufen, und Nockenhebel, die verschwenkbar an den Ringschrauben angebracht sind. Die Nockenhebel werden in eine Stellung bewegt, um die Stellhebel für eine Bewegung derselben innerhalb von Grenzen freizugeben, die durch die Langlöcher und die Ringschrauben bestimmt sind. In einer Sperrstellung sichern die Nockenhebel die Stellhebel am Halterahmen, um die Einstellungen der Montagestäbe und dabei die Querrichtungspositionierung der Luftkanonen aufrecht zu erhalten.
Gemäß noch einer anderen Erscheinungsform der Erfindung verfügt ein Verfahren zum Herstellen einer Schnittstrangmatte über Schritte, bei denen: Fasermaterial in Stränge geschnitten wird; geschnittene Fasermaterialstränge durch wenigstens eine Luftkanone geleitet werden, um sie zu verteilen und auf eine sich bewegende Sammelfläche zu drücken; ein Bindemittel auf die geschnittenen Stränge aufgebracht wird; Energie zur Aktivierung des Bindemittels aufgetragen wird; die Zusammenstellung aus aktiviertem Bindemittel und geschnittenen Strängen verdichtet wird; und die Zusammenstellung aus aktiviertem Bindemittel und Schnittfasern gekühlt wird um eine zusammenhängende Schnittstrangmatte zu bilden.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Aufrollens der kontinuierlichen Schnittstrangmatte zum Erzeugen eines Packens aufweisen. Der Schritt des Hindurchführens von Schnittsträngen durch mindestens eine Luftkanone zum Verteilen derselben und zum Drücken derselben auf eine sich bewegende Sammelfläche kann den Schritt des Hindurchleitens von Schnittsträngen durch mindestens zwei Luftkanonen aufweisen, und das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Ausrichtens abwechselnder von mindestens zwei Luftkanonen stromaufwärts und stromabwärts in Bezug auf die sich bewegende Sammelfläche. Um die Schnittfasern auf der Sammelfläche gleichmäßiger zu verteilen, kann das Verfahren ferner den Schritt des Anbringens mindestens zweier Luftkanonen für eine Bewegung zum selektiven Ausrichten jeder der mindestens zwei Luftkanonen in einem Bereich über die sich bewegende Sammelfläche enthalten.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt ein Verfahren zum Sammeln von Schnittfasermaterial und zum Ablegen aufgenommener Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche über Schritte, bei denen: die Schnittfasern in einer Einlasskone mit einem Einlassende zur Aufnahme der Schnittfasern und einem Auslassende gesammelt werden; die gesammelten Schnittfasern von dem Auslassende der Einlasskone auf einen Einlass eines Luftverstärkers gerichtet werden und; die Fasern von einem Auslass des Luftverstärkers durch eine Auslasskone auf der sich bewegenden Sammelfläche verteilt werden.
Demgemäß ist es ein Ziel der Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung, für ein verbessertes Ablegen von Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche zu sorgen, um die sich ergebende Schnittfasermatte zu einer Schnittstrangmatte zu verarbeiten; für ein verbessertes Ablegen von Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche mittels einer Luftkanone mit einem Einlasskegel, einem Luftverstärker und einem Auslasskegel zu sorgen; für ein verbessertes Ablegen von Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche unter Verwendung mindestens einer Gruppe von Luftkanonen, die über die Fläche hinweg angebracht sind, zu sorgen; und für ein verbessertes Ablegen von Schnittfasern aus einer sich bewegenden Sammelfläche unter Verwendung mindestens einer Gruppe von über die Fläche hinweg angebrachten Luftkanonen zu sorgen, wobei abwechselnde Luftkanonen innerhalb mindestens einer Gruppe von Luftkanonen stromaufwärts und stromabwärts ausgerichtet sind, um die Wechselwirkung zwischen den in der Querrichtung einstellbaren Luftkanonen zu verringern.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen hervor.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftkanone, die gemäß der Erfindung betreibbar ist;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Luftkanone der Fig. 1;
Fig. 2A ist eine Schnittansicht eines Luftverstärkers in den Fig. 1 und 2;
Fig. 3, 4 und 5 sind eine Vorder-, Drauf- bzw. Seitenansicht einer Vorrichtung mit einer Gruppe von Luftkanonen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch eine in Stromaufwärtsrichtung ausgerichtete Luftkanone innerhalb der Gruppe von in den Fig. 3-5 hergestellten Luftkanonen entlang der Schnittlinie 6-6;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht durch eine in Stromabwärtsrichtung ausgerichtete Luftkanone innerhalb der Gruppe von in den Fig. 3-5 hergestellten Luftkanonen entlang der Schnittlinie 7-7;
Fig. 8 veranschaulicht einen Stellhebel zum Einstellen der Positionierung der in den Fig. 3-5 dargestellten Luftkanonen quer zur Matte; und
Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht einer Maschine zum Herstellen von Schnittstrangmatten gemäß der Erfindung.
Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Fig. 1 und 2 eine Luftkanone 100 darstellen, die, alleine oder in Gruppen von Luftkanonen 100, ein Schnittfasermaterial, wie Schnittglasfasern, aufnimmt und aufgenommene Schnittfasern auf einer sich bewegenden Fläche 102 ablegt, wie es in den Fig. 3-5 und 9 dargestellt ist. Die Luftkanone 100 verfügt über einen pneumatisch betriebenen Luftverstärker 104 mit einem durchgehenden Kanal 106 und einem Einlass 108 und einem Auslass 110. Der Luftverstärker 104 wird durch Druckluft betrieben, die von einer Druckluftquelle 113, siehe Fig. 5, in einen Lufteinlass 112 eingeblasen wird, wobei die Druckluft durch den Einlass 112 in eine Ringkammer 112a und aus dieser heraus mit hoher Geschwindigkeit durch eine Luftöffnung 114, siehe Fig. 2A, in den Kanal 106 des Luftverstärkers 104 strömt.
Die Druckluft bildet einen Primärluftstrom 112b, der an einem ringförmigen Coanda-Profil 112c anhaftet, das durch einen Teil der Innenfläche 104a des Luftverstärkers 104 gebildet ist. Durch den Primärstrom 112b wird ein Niederdruckgebiet 104b erzeugt, das zu einem hohen Volumenstrom von Umgebungsluft in den Luftverstärker 104 führt. Als Luftverstärker 104 verwendbare Luftverstärker sind käuflich von einer Anzahl von Quellen erhältich. Für eine funktionierende Ausführungsform der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung wurde ein von Exair Corporation, Cincinnati, Ohio erworbener Luftverstärker mit der Modellnummer 6034 mittels einer Druckluftversorgung betrieben, die zwischen 138 kPa (20 PSIG) und 689 kPa (100 PSIG) eingestellt wurde.
Es wird erneut auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, gemäß denen die Luftkanone 100 über einen Einlasskegel 116 mit einem angrenzend an den Einlass 108 des Luftverstärkers 104 positionierten Auslassende 118 und einem Einlassende 120, das größer als das Auslassende 118 ist, verfügt. Das Einlassende 120 des Einlasskegels 116 erhält Schnittfasern und lenkt diese zum Luftverstärker 104. Das Einlassende 122 eines Verteiler- oder Auslasskegels 124 ist benachbart zum Auslass 110 des Luftverstärkers 104 positioniert, wobei das Auslassende 126 des Auslasskegels 124 Schnittfasern auf die sich bewegende Sammelfläche 102 lenkt. Der Einlasskegel 116 und der Auslasskegel 124 sind vorzugsweise als kreisförmige Kegelstümpfe aus nitriertem, rostfreiem Stahl, zum Verlängern ihrer Lebensdauer, ausgebildet. Bei der Erfindung können, wie es ersichtlich sein sollte, andere geometrisch geformte Kegel verwendet werden.
Wie es in den Fig. 1, 2, 6 und 7 dargestellt ist, ist der Einlasskegel 116 vorzugsweise nicht direkt am Luftverstärker 104 angebracht, und er ist so bemessen positioniert, dass er aufgenommene Schnittfasern in den Einlassbereich des Luftverstärkers 104 lenkt, um den Abrieb an der Innenfläche 104a, siehe Fig. 2A, des Luftverstärkers 104 durch Verringern des Aufschlagens von Schnittfasern auf den Kanal 106 des Luftverstärkers 104 zu verringern. Der Einlass 108 des Luftverstärkers 104 verfügt über einen minimalen Innendurchmesser MID, und das Auslassende 118 des Einlasskegels 116 ist vorzugsweise zwischen ungefähr dem 0,75-fachen und dem 1,25-fachen des minimalen Innendurchmessers MID des Luftverstärkers 104 bemessen. Der Winkel der Seitenwände des Einlasskegels 116 kann zwischen ungefähr 0º und 45º in Bezug auf eine Achse A des Einlasskegels 116 variieren. Auch ist das Auslassende 118 des Einlasskegels 116 vorzugsweise um einen Abstand, der im Bereich von ungefähr 0,8 mm (1/32 Zoll) bis ungefähr 12,7 mm (0,5 Zoll) liegt, von der Luftöffnung 114 beabstandet.
Der Auslass 110 des Luftverstärkers 104 verfügt über einen minimalen Außendurchmesser MOD, und das Einlassende 122 des Auslasskegels 124 ist vorzugsweise zwischen ungefähr dem 1,00-fachen und dem 1,25-fachen des minimalen Außendurchmessers MOD des Luftverstärkers 104 bemessen. Wie dargestellt, verfügt der Auslasskegel 124 über eine Verlängerung 128, die über mindestens einen Teil des Endes des Luftverstärkers 104, das den Auslass 110 bildet, passt. Jedoch sind andere Montageanordnungen möglich, bei denen z. B. der Auslasskegel 124 so angebracht sein kann, dass der Einlass 122 desselben um ungefähr 3,81 cm (1,5 Zoll) vom Auslass 110 des Luftverstärkers 104 beabstandet ist. Der Winkel der Seitenwände des Auslasskegels 124 kann zwischen ungefähr 0º und 10º relativ zu einer Achse A des Auslasskegels 116 variieren.
Die Symmetrieachsen A des Luftverstärkers 104, des Einlasskegels 116 und des Auslasskegels 124 sind im Wesentlichen miteinander ausgerichtet. Wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, sind die Symmetrieachsen A vollständig ausgerichtet. Während eine derartige Ausrichtung bevorzugt ist, arbeitet die Luftkanone 100 korrekt, wenn die Symmetrieachsen des Einlasskegels 116 und des Auslasskegels 124 innerhalb von ungefähr 3,2 mm (0,125 Zoll) zur Symmetrieachse A des Luftverstärkers 104 ausgerichtet sind. Korrekter Betrieb der Luftkanone 100 wurde bei einer funktionierenden Ausführungsform der Erfindung beobachtet, wenn die im Wesentlichen ausgerichteten Symmetrieachsen des Luftverstärkers 104, des Einlasskegels 116 und des Auslasskegels 124 innerhalb von ungefähr 45º eines Geschwindigkeitsvektors V, siehe die Fig. 1, von Schnittfasernlagen, wenn die Fasern von einer Schnittfaserquelle, wie einer Faser-Zerschneideinrichtung, ausgegeben wurden, und das Einlassende 120 des Einlasskegels 160 befindet sich innerhalb von ungefähr 45,7 cm (18 Zoll) des Auslasses der Faser-Zerschneideinrichtung.
Wenn dem Luftverstärker 104 Druckluft zugeführt wird, werden Schnittfasern und Umgebungsluft in den Einlasskegel 116 eingezogen. Der Einlasskegel 116 führt die Umgebungsluft und die Fasern in den Hals des Luftverstärkers 104, wobei sich die Anzahl der auf den Luftverstärker 104 treffenden Fasern erheblich verringert, um den Abrieb zu verringern und die Lebensdauer des Luftverstärkers 104 zu verlängern. Der Luftverstärker 104 erzeugt eine Bewegungskraft zum Transportieren von Luft und Schnittfasern durch die Luftkanone 100. Der Auslasskegel 124 steuert die Verzögerung und Verteilung der Luft und von Schnittfasern, die vom Luftverstärker 104 wegströmen. Das Auslassende 126 des Auslasskegels 124 ist in die Richtung der sich bewegenden Sammelfläche 102 gerichtet, um Schnittfasern auf diese Fläche 102 zu lenken. Eine turbulente Luftströmung und statische Kräfte werden unter Verwendung der Luftkanone 100 überwunden, so dass Schnittfasern gleichmäßig auf der Sammelfläche 102 abgelegt werden und keine Anlage zum Unterdrücken statischer Ladungen erforderlich ist.
Um Schnittfasern über eine breite sich bewegende Sammelfläche, wie die Fläche 102, abzulegen, ist mindestens eine Gruppe 130 von Luftkanonen 100 über die Fläche 102 hinweg angebracht, siehe die Fig. 3 und 4. Es können eine oder mehrere Zusatzgruppen 13ß von Luftkanonen 100 vorhanden sein, um die Dicke der auf der Fläche 102 abgeschiedenen Schnittfasermatte zu erhöhen, wobei bei der in der Fig. 9 schematisch veranschaulichten Maschine zwei Gruppen von Luftkanonen 130 dargestellt sind. Während eine Gruppe eine einzelne Luftkanone enthalten kann, wobei eine Reihe von Gruppen über die Fläche 102 hinweg schrittweise oder gestuft angebracht ist, verfügt die Gruppe 130 vorzugsweise über mehrere Luftkanonen 100, die in einer Linie über die Fläche 102 hinweg angebracht sind und relativ zueinander so positioniert sind, dass Wechselwirkungen verringert sind. Wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, sind in der Gruppe 130 sieben Luftkanonen 100 enthalten, wobei jedoch selbstverständlich mehr oder weniger als sieben Luftkanonen in einer Gruppe abhängig von der Größe der Fläche 102 und der Luftkanonen verwendet werden können.
Die sich bewegende Sammelfläche 102 ist durchlöchert, und durch die Fläche 102 wird z. B. durch ein Gebläse 131, siehe Fig. 9, Luft gesaugt, um das Ablegen von Schnittfasern auf der Fläche 102 etwas zu unterstützen und um, was wichtiger ist, Luft wegzuführen, wie sie von den Luftkanonen 100 zugeführt wurde. Die Fläche 102 bewegt sich von der stromaufwärtigen Seite der Bank 130 zur stromabwärtigen Seite derselben, wie es durch einen Pfeil 132 dargestellt ist, siehe die Fig. 4 und 5. Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Gruppe 130 von sieben Luftkanonen 100 sind vier der Luftkanonen, nämlich 100A, 100C, 100E, 100G, stromaufwärts gerichtet, und drei der Luftkanonen, nämlich 100B, 100D, 100F, sind stromabwärts gerichtet, um die Wechselwirkung zwischen den Strömen der Luft und der Schnittfasern von den Luftkanonen 100 zu verringern. Fasern F werden auf herkömmliche Weise, wie in den Fig. 5 und 9 dargestellt, in die Faser-Zerschneideinrichtungen 134 eingeleitet, wobei für jede Luftkanone 100 eine Faser-Zerschneideinrichtung 134 vorhanden ist, siehe die Fig. 3 und 4.
Es wird nun auf die Fig. 5-7 Bezug genommen, gemäß denen die Ausrichtung der Luftkanonen 100 in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung dadurch bewerkstelligt wird, dass die Luftkanonen 100 an im Wesentlichen L-förmigen Stäben 136 aus Stahl angebracht werden, die im Wesentlichen horizontale Schenkel 136H, die schwenkbar an einem Halterahmen 138 befestigt sind, und im Wesentlichen vertikale Schenkel 136 V aufweisen, an denen die Luftkanonen 100 befestigt sind. Die L-förmigen Stäbe 136 verfügen über abwechselnde spitze und stumpfe Winkel zwischen ihren horizontalen und vertikalen Schenkeln, um abwechselnde der Luftkanonen 100 in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung auszurichten. Wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, verfügt ein L-förmiger Stab 136U über einen spitzen Winkel 140 zwischen seinem horizontalen und vertikalen Schenkel 136H, 136 V, so dass die daran angebrachte Luftkanone 100 stromaufwärts gerichtet ist, siehe die Fig. 3-5. Die Fig. 7 zeigt einen L-förmigen Stab 136D mit einem stumpfen Winkel 142 zwischen seinem horizontalen und vertikalen Schenkel 136H, 136V, so dass die daran angebrachte Luftkanone 100 stromabwärts gerichtet ist, siehe die Fig. 3-5.
Der Abstand des Einlasskegels 116 vom Luftverstärker 104 ist in den Fig. 6 und 7 deutlich dargestellt, wobei die Einlasskegel 116 der Luftkanonen 100 durch Schellen 144, die sich zwischen den Schenkeln 136 V und den Einlasskegeln 116 erstrecken, direkt an den im Wesentlichen vertikalen Schenkeln 136 V der L-förmigen Stäbe 136 befestigt sind. Der Luftverstärker 104 und der an ihm befestigte Auslasskegel 124 werden in ähnlicher Weise durch Schellen 146 an den im Wesentlichen vertikalen Schenkeln 136 V der L-förmigen Stäbe 136 gehalten. Die Einlassenden 120 der Einlasskegel 116 der Luftkanonen 100 können rechtwinklig in Bezug auf die jeweiligen Symmetrieachsen A der Einlasskegel 116 ausgebildet sein, oder sie können abgewinkelt zu den Achsen A verlaufen, z. B. dadurch, dass die Einlassenden 120 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet werden. Ferner können die Einlassenden 120 nach außen abgeschrägt oder aufgerollt sein. Derzeit ist es bevorzugt, die Einlassenden 120 der Luftkanonen 100 rechtwinklig zu den Symmetrieachsen A der Einlasskegel 116 auszurichten und nach außen aufzurollen.
Zusätzlich zur abwechselnden Ausrichtung der Luftkanonen 100 in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung kann jede der Luftkanonen 100 in der Querrichtung oder von einer Seite zur anderen verstellt werden, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Diese Bewegung der Luftkanonen 100 über die Matte hinweg von einer Seite zur anderen wird dadurch ausgeführt, dass die im Wesentlichen horizontalen Schenkel 136H in Lagern 148 verdreht werden, die dem Halterahmen 138 die Schwenkbewegung der im Wesentlichen L-förmigen Stäbe 136 verleihen. Zu diesem Zweck ist ein erstes Ende eines Stellhebels 150 an den Enden jedes der im Wesentlichen horizontalen Schenkel 136H angebracht und vorzugsweise damit verkeilt, siehe die Fig. 8. Das zweite Ende jedes Stellhebels 150 endet in einer Einstellplatte 152 mit einem in ihr ausgebildeten Langschlitz 154.
Durch den Schlitz 154 ist eine Ringschraube 156 mit einem Auge 156A an einem Ende sowie einem Gewinde 156B am anderen Ende hindurchgeführt und in eine Gewindebohrung eingeschraubt, die sich ungefähr am Halterahmen 138 befindet, siehe Fig. 6. Für eine Schwenkbewegung ist ein Nockenhebel 158, siehe die Fig. 3, 5, 6 und 7, am Auge 156A der Ringschraube 156 befestigt. Wenn der Nockenhebel 158 angehoben wird, kann der Stellhebel 150 nach oben oder unten um eine Achse 159 verstellt werden, wobei seine Bewegung durch die Enden des Schlitzes 154 begrenzt ist, in den die Ringschraube 156 eingreift. Für eine Aufwärtsbewegung des Stellhebels 150 bewegt sich der im Wesentlichen vertikale Schenkel 136V nach rechts, wie durch Pfeile 160 därgestellt, und für eine Abwärtsbewegung des Stellhebels 150 bewegt sich der im Wesentlichen vertikale Schenkel 136V nach links, wie durch Pfeile 162 dargestellt, siehe die Fig. 8. Wenn der Stellhebel 150 einmal so positioniert ist, dass die Luftkanone 100 nach Wunsch ausgerichtet ist, wird der Nockenhebel 158 abgesenkt, um den Stellhebel 150 am Halterahmen 138 zu verriegeln. Wie ersichtlich, können die im Wesentlichen vertikalen Schenkel 136V und damit ihre Luftkanonen 100 auf diese Weise mit einer im Wesentlichen bogenförmigen Bewegung nach hinten und vorne relativ zur Fläche 102 eingestellt werden, wie es durch einen doppelköpfigen Pfeil 164 dargestellt ist, siehe die Fig. 8.
Nun wird auf die Fig. 9 Bezug genommen, die schematisch eine Maschine 166 zum Herstellen von Schnittstrangmatten gemäß der Erfindung zeigt. Eine Station 168 beinhaltet zwei Gruppen 130 von Luftkanonen 100, wie durch Faser-Zerschneideinrichtungen 134 repräsentiert, die Fasern F aufnehmen und zerschneiden und Schnittfasern den Luftkanonen 100 zuführen, wie oben beschrieben. Die Luftkanonen 100 sind nicht dargestellt, jedoch sind sie innerhalb der Formungshaube 170 der Station 168 positioniert.
Eine Matte 172 von auf der sich bewegenden Sammelfläche 102 abgelegten Schnittfasern wird zu einer Bindemittel-Abscheideeinrichtung 174 geleitet, wo ein Bindemittel auf die Matte 172 von Schnittfasern aufgetragen wird. Z. B. kann, für eine Pulvermatte, das Bindemittel pulverförmiger ungesättigter Polyester mit einem Glasübergangspunkt von ungefähr 35ºC bis 71ºC (95ºF bis 160ºF), bevorzugter zwischen ungefähr 41ºC bis 49ºC (1050F bis 120ºF) sein, das auf die Matte 172 aufgetragen wird, während für eine Emulsionsmatte das Bindemittel eine flüssige Polyvinylacetat-Emulsion sein kann, die auf die Matte 172 gesprüht wird.
Die sich ergebende, mit Bindemittel behandelte Matte 176 wird durch eine Vorrichtung zum Einwirken mit Energie geführt, wobei z. B. Wärme mittels Öfen 178, 180, wie in der Fig. 9 dargestellt, übertragen wird, um das Bindemittel zu aktivieren, d. h., um ein thermoplastisches Bindemittelpulver zu verflüssigen, um Wasser aus einem wässrigen Bindemittel auszutreiben, oder um für ein Aushärten eines durch Wärme härtbaren Bindemittels zu sorgen. Es wird darauf hingewiesen, dass zum Herstellen einer Matte unter Verwendung eines wässrigen Bindemittels das Einwirken mit Energie, wie Wärme, nicht erforderlich sein muss, da die Matte an Luft getrocknet werden kann; jedoch ist dies für ein schnelleres. Trocknen bevorzugt. Die sich ergebende Schnittstrangmatte 182 wird dann durch Verdichtungs/Abkühl-Walzen 184 geführt, woraufhin sie durch einen Kühllüfter 186 weiter abgekühlt wird.
Die Schnittstrangmatte kann dann durch Beschneideeinrichtungen 188, die sie auf gewünschte Breite schneiden, Zuführwalzen 190 und eine Zerschneideinrichtung 192 geführt werden, die die kontinuierliche Matte in geeignete Packungslängen zerschneidet. Abschließend wird die Schnittstrangmatte aufgerollt, um einen Rollpacken 194 zu bilden. Wer zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der Herstellung von Schnittstrangmatten und dergleichen wünscht, die dem Fachmann gut bekannt sind, wird auf "The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres", Zweite Auflage, K.L. Loewenstein, veröffentlicht von Elsevier im Jahr 1983 verwiesen. Es wird darauf hingewiesen, dass jedwede Art geeigneter Prozesse stromabwärts in Bezug auf die Station 168 verwendet werden kann, um aus der durch die Station 168 erzeugten Matte 172 eine Schnittstrangmatte zu erzeugen.

Claims

1. Luftkanone (100) zum Sammeln von Schnittfasermaterial und Ablegen der aufgenommenen Schnittfasern auf eine sich bewegende Sammelfläche (102), wobei die Luftkanone (100) aufweist:

einen Luftverstärker (104) mit einem durchgehenden Kanal (106), einem Einlaß (108) und einem Auslaß (110), wobei der Luftverstärker (104) durch Druckluft betrieben wird, die durch eine Luftöffnung (114) in den Kanal des Luftverstärkers (104) eintritt;

eine Einlaßkone (116) mit einem dem Einlaß (108) des Luftverstärkers (104) benachbarten Auslaßende (118) und einem Einlaßende (120) zur Aufnahme der Schnittfasern und deren Weiterleitung an den Luftverstärker (104); und

eine Auslaßkone (124) mit einem dem Auslaß (110) des Luftverstärkers (104) benachbarten Einlaßende (122) und einem Auslaßende (126) zur Weiterleitung der Schnittfasern auf die sich bewegende Sammelfläche (102).

2. Luftkanone (100) nach Anspruch 1, wobei das Einlaßende (120) größer als das Auslaßende (118) der Einlaßkone (116) und das Auslaßende (126) größer als das Einlaßende (122) der Auslaßkone (124) ist.

3. Luftkanone nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einlaß- und die Auslaßkonen (116, 124) die Form von kreisförmigen Kegelstümpfen aufweisen.

4. Luftkanone (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einlaß (108) des Luftverstärkers (104) einen minimalen Innendurchmesser (MID) aufweist, und das Auslaßende (118) der Einlaßkone (116) zwischen dem 0,75-Fachen und dem 1,25-Fachen des minimalen Innendurchmessers bemessen ist.

5. Luftkanone (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Auslaß (110) des Luftverstärkers (104) einen minimalen Außendurchmesser aufweist, und das Einlaßende (122) der Auslaßkone (124) zwischen dem etwa 1,00-Fachen und dem 1,25-Fachen des minimalen Außendurchmessers bemessen ist.

6. Luftkanone (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Auslaßende (118) der Einlaßkone (116) von der Luftöffnung (114) einen Abstand zwischen etwa 0,8 mm (1/32 inch) und etwa 12,7 mm (1/2 inch) hat.

7. Luftkanone (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Symmetrieachsen A) des Luftverstärkers (104), der Einlaßkone (116) und der Auslaßkone (124) im wesentlichen miteinander fluchten.

8. Luftkanone (100) nach Anspruch 7, wobei die im wesentlichen fluchtenden Symmetrieachsen (A) innerhalb eines 45º-Winkels zum Geschwindigkeitsvektor (V) der Schnittfasern beim Austritt aus einer Quelle (134) liegen.

9. Vorrichtung (130) zum Sammeln von Schnittfasermaterial und Ablegen der aufgenommenen Schnittfasern auf eine sich bewegende Sammelfläche (102), wobei die Vorrichtung (130) wenigstens eine Luftkanone (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfaßt.

10. Vorrichtung (130) nach Anspruch 9 mit wenigstens einer Gruppe (130) mit mehreen Luftkanonen (100), die über die sich bewegende Sammelfläche (102) hinweg und relativ zueinander so angeordnet sind, daß sich gegenseitige Interferenz reduziert.

11. Vorrichtung (130) nach Anspruch 10 mit ferner mehreren im allgemeinen L-förmigen Stäben (136) zur Anbringung der mehreren Lufikanonen (100), um diese abwechselnd in und gegen die Bewegungsrichtung der sich bewegenden Sammelfläche (102) auszurichten und dadurch Interferenz zwischen den mehreren Luftkanonen (100) zu reduzieren, wobei die L-förmigen Stäbe (136) im wesentlichen horizontale, auf einen Stützrahmen (138) montierte Schenkel (136H) sowie im wesentlichen vertikale Schenkel (136 V) aufweisen, an denen die Luftkanonen (100) befestigt sind, und wobei die L-förmigen Stäbe (I36) abwechselnd spitze und stumpfe Winkel (140, 142) zwischen ihren im allgemeinen horizontalen und im allgemeinen vertikalen Schenkeln (136H, 136V) bilden.

12. Vorrichtung (130) nach Anspruch 11, wobei die im allgemeinen horizontalen Schenkel (136) der L-förmigen Stäbe (136)drehbar in dem Stützrahmen (138) angebracht sind, um die Bewegung der Luftkanonen (100) quer zu der sich bewegenden Sammelfläche (102) zu ermöglichen, und außerdem Stellhebel (150) zum Einstellen ihrer Winkelstellung aufweisen.

13. Vorrichtung (130) nach Anspruch 12, die außerdem Sperrvorrichtungen zum Sperren der Stellhebel (150) und der im allgemeinen horizontalen Schenkel (136H) in bevorzugten Winkelstellungen aufweist.

14. Vorrichtung (130) nach Anspruch 13, wobei die Sperrvorrichtungen Langlöcher (154) in den Stellhebeln (150) durchsetzende Ringschrauben (156), sowie an den Ringschrauben (156) drehbar gelagerte Nockenhebel (158) aufweisen, die in einer Position die Stellhebel (150) zur Bewegung innerhalb der von den Langlöchern (154) und Ringschrauben (156) gesetzten Grenzen freigeben und in einer anderen Position die Stellhebel (150) an den Stützrahmen (138) festlegen, um die Einstellungen der Befestigungsstäbe (136) und damit die Positionierung der Luftkanonen (100) in Querrichtung beizubehalten.

15. Vorrichtung (130) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Auslaßkone (124) an dem Luftverstärker (104) und die Einlaßkone (116) an einem der vertikalen Schenkel (136V) von einem der L-förmigen Stäbe (136) befestigt ist, der die jeweilige Luftkanone (100) so abstützt, daß die Einlaßkone (116) und der Luftverstärker (104) nicht in direktem Kontakt zueinander stehen.

16. Verfahren zum Bilden von Schnittstrangmatten (182), wobei:

Fasermaterial (F) in Stränge geschnitten wird;

geschnittene Fasermaterialstränge (F) durch wenigstens eine Luftkanone (100) geleitet werden, um sie zu verteilen und auf eine sich bewegende Sammelfläche (102) zu drücken;

ein Bindemittel (174) auf die geschnittenen Stränge aufgebracht wird;

Energie (178, 180) zur Aktivierung des Bindemittels aufgetragen wird;

die Zusammenstellung aus aktiviertem Bindemittel und geschnittenen Strängen verdichtet wird (184); und

die Zusammenstellung aus aktiviertem Bindemittel und Schnittfasern gekühlt wird (184, 186), um eine zusammenhängende Schnittstrangmatte zu bilden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zusammenhängende Schnittstrangmatte ferner zu einem Packen (194) aufgerollt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die geschnittenen Stränge durch wenigstens zwei Luftkanonen (100) geleitet, und Luftkanonen (100) abwechselnd in und gegen die Bewegungsrichtung der sich bewegenden Sammelfläche (102) orientiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die wenigstens zwei Luftkanonen (100) innerhalb eines Bereichs über die sich bewegende Sammelfläche (102) bewegt werden, um die geschnittenen Stränge gleichmäßig über die sich bewegende Sammelfläche (102) zu verteilen.

20. Verfahren zum Sammeln von Schnittfasermaterial und Ablegen der aufgenommenen Schnittfasern auf einer sich bewegenden Sammelfläche (102), wobei:

die Schnittfasern in einer Einlaßkone (116) mit einem Einlaßende (120) zur Aufnahme der Schnittfasern und einem Auslaßende (118) gesammelt werden;

die gesammelten Schnittfasern von dem Auslaßende (118) der Einlaßkone (116) auf einen Einlaß (108) eines Luftverstärkers (104) gerichtet werden; und

die Fasern von einem Auslaß (110) des Luftverstärkers (104) durch eine Auslaßkone (124) auf der sich bewegenden Sammelfläche (102) verteilt werden.