EP0690162A2 - Verfahren zum Vernadeln von Materialbahnen, dafür geeignete Vorrichtung und deren Verwendung - Google Patents
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- EP0690162A2 EP0690162A2 EP95109289A EP95109289A EP0690162A2 EP 0690162 A2 EP0690162 A2 EP 0690162A2 EP 95109289 A EP95109289 A EP 95109289A EP 95109289 A EP95109289 A EP 95109289A EP 0690162 A2 EP0690162 A2 EP 0690162A2
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- D04H1/46—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties the fleeces or layers being consolidated by mechanical means, e.g. by rolling by needling or like operations to cause entanglement of fibres
Definitions
- the present invention relates to a method for needling material webs, such as foils or nonwovens, and to a device adapted for carrying out the method.
- Mechanical consolidation steps can be used in the manufacture and processing of nonwovens or laminates, usually using needles, air or water jets. Examples of such treatment steps are the pre-compression of nonwovens or the connection of several nonwoven layers to form a laminate. Such mechanical treatments are common and are e.g. in "Vliesstoffe”, chapter Vliesverfest Trent, pp. 122-129 (publisher: Lünenschand / Albrecht, Georg Thieme Verlag (1982)).
- DE-AS-2,160,209 discloses a method for the heat fixing of nonwovens, in which the nonwoven to be treated is passed over a fixing roller covered with needles.
- the needles are only used to transport webs of material.
- DE-A-2 530 872 describes a needle device which consists of a single roller equipped with felting needles and a support roller which is equipped with pressure-resistant but laterally deflectable support elements. Both rollers run against each other, the textile material is needled in the engagement area of the rollers with felting needles.
- needle rollers it can be expected that the material web to be needled can be damaged under the drastic conditions of needling.
- the needles radially projecting from the roller and rotating with the roller between the needle foot and the needle tip have different peripheral speeds. Therefore, the needle normally acts differently depending on the depth of penetration into the material web when the needle is in a material web moving at a constant speed.
- a needling device is described in DE-C-38 22 652, in which a single needle roller describes a hypocycloid path, on the one hand about the axis of the needle roller and on the other hand about an axis of rotation parallel to the roller axis. With this device, only a low needling density, i.e. too few punctures per unit area.
- a needle bar moves up and down perpendicular to the direction of movement of the substrate to be needled.
- the needles enter and exit the respective substrate and perforate the material web; barbs in the needles cause individual fibers to devour.
- the maximum achievable production speeds of conventional needle machines so far are around 40 m / min and are mainly limited by the maximum achievable Frequency of the needle bar, the required needling density and the longitudinal distortion caused by the dwell time in the fleece.
- the present invention relates to a method for needling a material web, characterized in that the material web is guided at a predetermined speed over a plurality of needle rollers rotating about its longitudinal axis and arranged transversely to the direction of movement of the material web, the material web each covering part of the surface of the needle rollers, and wherein the peripheral speed of the needle rollers relative to the speed of the material web is set such that the desired degree of needling is obtained with adjustable longitudinal distortion.
- “Material web” in the sense of the present description is to be understood to mean those flat structures whose structure is changed by the action of the needles of the needle roller; Examples of this are films or in particular textile fabrics, in particular nonwovens or combinations containing nonwovens and thus fabrics to be connected to form laminates.
- Needling in the sense of the present description means a treatment of the aforementioned material webs by the needles of the needle roller, the structure of the material webs being changed by this treatment.
- needling steps are perforating, slitting foils or textile fabrics, and preferably mechanically engulfing or connecting the fibers of textile fabrics, such as nonwovens or laminates containing nonwovens.
- the needles can be smooth or barbed.
- the needles projecting radially from the roller have different speeds along their radial extension.
- a material web located in the engagement area of the needle roller and moving at a predetermined speed thus experiences different deformations along its thickness, which result from the relative speed between the needle and the material web at this point.
- the method according to the invention is based on the finding that the forces caused by the relative speed between the needle movement and the movement of the material web in the same material web are adjusted such that the desired needling effect is achieved.
- the speed n of the needle rollers is selected such that the peripheral speed v needle of the needles at at least one point in the material web in the area between the needle foot and the needle tip and at a point in the area between the needle entry and exit corresponds to the speed v mat of the material web.
- the speed n of the needle rollers is very particularly preferably selected such that the peripheral speed v needle of the needles at at least one point in the material web in the area between the needle foot and the needle tip and in the middle between the needle entry and exit points of the speed v mat of the material web corresponds.
- the speed n of the needle roller, the speed v mat of the material web and the wrap angle ⁇ of the material web around the needle roller are selected such that the vectorial difference between the peripheral speed v nspe of the needle tips and the speed of the material web v mat at the location of the puncture of the needle into the material web results in a rate of penetration of the needle v rele , the direction of which is perpendicular to the direction of movement of the material web at the location of the puncture of the needle into this material web.
- the speed n of the needle roller, the speed v mat of the material web and the wrap angle a of the material web around the needle roller are chosen such that the vectorial difference between the peripheral speed v nspa of the needle tips and the speed of the material web v mat at the point of the Exit of the needle from the material web results in an exit speed of the needle v rela , the direction of which is perpendicular to the direction of movement of the material web at the point of exit of the needle from this material web.
- a plurality of needle rollers rotating about their longitudinal axis and having a radius r are guided in a circle with the radius R.
- the material web is preferably guided such that it can come into contact with the needle rollers along the circular movement circumscribed by the needle rollers, approximately half the way.
- the needle rollers With the help of the planetary movement of the needle rollers, there are a number of design parameters that allow a favorable solution for longitudinal distortion, needle density and production speed. Due to the opposite movement of the axes of the needle rollers to the material web movement, it can be achieved, for example, that the needle rollers behave synchronously with the movement of the material web in spite of a higher peripheral speed than the speed of the material web during needle engagement.
- the needle engages in the material web at different peripheral speeds depending on the immersion depth. These peripheral speeds should be adapted to the transport speed of the material web as far as possible. If there are too large differences between these two speeds, this can lead to longitudinal distortion or even damage to the material web. It is therefore preferred to have a penetration movement of the needle which is as perpendicular as possible to the direction of movement of the material web.
- the method according to the invention offers the possibility, during a rolling, continuous needling process, of designing the relative speed between the movement of the needle and the movement of the material web, regardless of the depth of penetration of the needle into the material web, such that the difference between the web-oriented component of the movement of the needle and the Material web speed is minimized to zero.
- the device according to FIG. 1 comprises a plurality of needle rollers (1) of radius r, which are operated at the speed n, and a plurality of backup rollers (2). Needles of length ⁇ r project from the needle rollers in the radial direction. Needle rollers (1) and back-up rollers (2) follow each other alternately, can each be rotated about their longitudinal axes (3, 4) and are in turn arranged in a circle. The needle rollers are guided at the speed N with the radius R. For this purpose, needle rollers (1) and backup rollers (2) are located on a carrier (5). Carrier (5) and the needle rollers (1) are each moved by different drives, not shown. The needle rollers are preferably moved via a gear drive.
- the material web (9) is guided at a speed v mat along part of the surface of the circular arrangement of the needle and support rollers, preferably at the positions before the impact and after leaving the material web (9) of the device according to the invention there are deflection rollers (8).
- FIG. 2 shows the arrangement of a needle roller (1) and a backup roller (2) according to FIG. 1 in detail. Furthermore, the preferred speed ratios in the moments of the puncture and the puncturing of the needles into the material web are shown in this figure.
- the needle roller (1) has a radius r and rotates at a speed n. Needles of the length ⁇ r protrude radially from the needle roller (1).
- the material web (9) moves along the support roller (2) and the needle roller (1) at the speed v mat . Wrap angle ⁇ of the material web (9) around the needle roller (1) and contact angle ⁇ can be modified by changing the position of the support roller (2).
- the wrap angle 2 ⁇ is to be understood as the angle that the distance between the center point of the needle roller (1) and the point of impact of the material web (9) on the needle roller (1) and the distance between the center point of the needle roller (1) and the lifting point Enclose the material web (9) from the needle roller (1).
- the contact angle 2 ⁇ is to be understood as the angle which the distance between the center of the needle roller (1) and the point of impact of the material web (9) on the needle tips and the distance between the center of the needle roller (1) and the lifting point of the material web (9 ) from the needle tips.
- the axis of rotation (3) of the needle roller (1) in turn moves around a circle with the radius R at the rotational speed N.
- v mat 2 * ⁇ * r * n - 2 * ⁇ * (r + R) * N
- These parameters include, for example, radius R, diameter and number of needle rollers, wrap angle ⁇ or contact angle ⁇ , speeds n and N.
- eight needle rollers with a radius r 200 mm are used, which move in a circle of radius R of 800 mm. This arrangement is shown in FIG. 2 for a wrap angle 2 ⁇ of 22.5 °.
- the resulting speed relationships at the single-needle and needle-out points can be seen from the vector diagrams also shown in FIG.
- the relative speeds v rele and v rela formed from the speed of the needle tip v needle and the speed of the material web v mat can be derived from the vector diagrams and gives here 1030 mm / sec.
- FIG. 3 A / B the vector diagram contained in FIG. 2 at the location of the needle insertion is shown in detail for two embodiments. From this it can be seen that the speed of the needle tip v nspe is itself a relative movement, which is composed of the rotary movement of the needle rollers n with the peripheral speed v needle and the rotational speed N of the needle roller axis with the peripheral speed v pl .
- FIG. 3 shows the speed relationships with the same speed of the material web v mat of 100 m / min and different speeds v pl and v nspe .
- FIG. 4 shows the needling of a pre-consolidated nonwoven with the device according to the invention.
- a web of non-pre-consolidated nonwoven fabric (13) is fed from a conveyor belt (12) running between rollers (11) to a non-pre-consolidated nonwoven fabric (13) to a pre-consolidation device (14), for example a device in which pre-needling takes place by means of water jets.
- the material web (9) is then needled further in the device (15) according to the invention.
- the material web (9) is guided in a semicircle along radially arranged and moving needle rollers (1) and support rollers (2), which in turn rotate about their axes and move with their axes in the opposite direction.
- Deflection pulleys (16, 17, 18) are respectively mounted between the pre-consolidation device (14) and the device (15) according to the invention, the deflection pulley (17) additionally containing a water suction device.
- the device according to the invention can be operated, for example, with the following setting: Speed of the nonwoven: 100 m / min Radius R + r of the nonwoven web along the device according to the invention: 1000 mm Orbital rotation N: 20 min ⁇ 1 (corresponding to an external speed of 125.66 m / min) Radius r of the needle rollers: 200 mm Speed of the needle rollers n: 179.58 min ⁇ 1 (corresponding to an external speed of 225.67 m / min) Needle length: 12 mm (corresponding to an external speed of the needle tip of 239.21 m / min).
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vernadeln von Materialbahnen, wie Folien oder Vliesstoffen, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens angepaßte Vorrichtung.
- Bei der Herstellung und Verarbeitung von Vliesstoffen oder von Schichtstoffen können mechanische Verfestigungsschritte zum Einsatz kommen, wobei üblicherweise Nadeln, Luft- oder Wasserstrahlen eingesetzt werden. Beispiele für derartige Behandlungsschritte sind die Vorverdichtung von Vliesstoffen oder die Verbindung mehrerer Vliesschichten zu einem Schichtstoff. Derartige mechanische Behandlungen sind allgemein üblich und werden z.B. in "Vliesstoffe", Kapitel Vliesverfestigung, S. 122-129 (Herausgeber: Lünenschloß/Albrecht, Georg Thieme Verlag (1982)) beschrieben.
- Neben der Vliesverfestigung ist der Einsatz von Nadeln auch bei anderen Bearbeitungsschritten von Vliesstoffen bekannt geworden.
- So ist aus dem DE-Gbm-82-11,455 eine Maschine zum Vorverfestigen eines Vlieses bekannt, welche durch den Einsatz einer Transportvorrichtung in Form von mit Nadeln besetzten Riemen gekennzeichnet ist.
- Desweiteren wird in der DE-AS-2,160,209 ein Verfahren zum Heißfixieren von Vliesen offenbart, worin das zu behandelnde Vlies über eine mit Nadeln besetzte Fixierwalze geleitet wird.
- In diesen vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen dienen die Nadeln also lediglich zum Transport von Materialbahnen.
- Der Einsatz von einer einzigen rotierenden Nadelwalze zum Vernadeln von Materialbahnen ist bereits beschrieben worden.
- In der DE-A-2 530 872 wird eine Nadelvorrichtung beschrieben, die aus einer einzigen mit Filznadeln bestückten Walze und einer Stützwalze besteht, die mit druckbeständigen, aber seitlich auslenkbaren Stützelementen bestückt ist. Beide Walzen laufen gegeneinander, das Textilgut wird im Eingriffsbereich der Walzen durch Filznadeln vernadelt. Beim Einsatz von Nadelwalzen ist damit zu rechnen, daß die zu vernadelnde Materialbahn unter den drastischen Bedingungen des Vernadelns geschädigt werden kann. In diesen Vorrichtungen weisen die von der Walze radial abstehenden und sich mit der Walze drehenden Nadeln zwischen Nadelfuß und Nadelspitze unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten auf. Deshalb wirkt normalerweise die Nadel je nach Eindringtiefe in die Materialbahn unterschiedlich ein, wenn sich die Nadel in einer mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Materialbahn befindet.
- Eine Vernadelungsvorrichtung beschreibt die DE-C-38 22 652, bei der eine einzige Nadelwalze eine hypozykloide Bahn beschreibt, einerseits um die Achse der Nadelwalze und andererseits um eine zur Walzenachse parallele Umlaufachse. Mit dieser Vorrichtung läßt sich nur eine geringe Vernadelungsdichte, d.h. eine zu geringe Zahl von Einstichen je Flächeneinheit, erzielen.
- Bei der herkömmlichen Vernadelung bewegt sich ein Nadelbalken senkrecht zur Bewegungsrichtung des zu vernadelnden Substrats auf und ab. Dabei treten die die Nadeln in das jeweilige Substrat ein und aus und bewirken eine Perforation der Materialbahn; durch Widerhaken in den Nadeln führt dies zu einem Verschlingen einzelner Fasern. Die bislang maximal erreichbaren Produktionsgeschwindigkeiten herkömmlicher Nadelmaschinen liegen bei etwa 40 m/min und werden hauptsächlich begrenzt durch die maximal erreichbare Frequenz des Nadelbalkens, die gewünschte Vernadelungsdichte und den durch die Verweilzeit im Vlies bedingten Längsverzug.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vernadeln von Materialbahnen zur Verfügung zu stellen, bei dem sich bei gewohnten Vernadelungsdichten im Vergleich mit herkömmlichen Vernadelungsverfahren erheblich höhere Produktionsgeschwindigkeiten realisieren lassen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn mit vorgegebener Geschwindigkeit über mehrere um ihre Längsachse sich drehende und quer zur Bewegungsrichtung der Materialbahn angeordnete Nadelwalzen geführt wird, wobei die Materialbahn jeweils einen Teil der Oberfläche der Nadelwalzen bedeckt, und wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Nadelwalzen relativ zur Geschwindigkeit der Materialbahn derart eingestellt wird, daß das gewünschte Ausmaß der Vernadelung mit einstellbarem Längsverzug erhalten wird.
- Unter "Materialbahn" im Sinne der vorliegenden Beschreibung sind solche Flächengebilde zu verstehen, die durch die Einwirkung der Nadeln der Nadelwalze in ihrer Struktur verändert werden; Beispiele dafür sind Folien oder insbesondere textile Flächengebilde, insbesondere Vliesstoffe oder Kombinationen enthaltend Vliesstoffe und damit zu Schichtstoffen zu verbindende Flächengebilde.
- Unter "Vernadeln" im Sinne der vorliegenden Beschreibung ist eine Behandlung der vorgenannten Materialbahnen durch die Nadeln der Nadelwalze zu verstehen, wobei die Materialbahnen durch diese Behandlung in ihrer Struktur verändert werden. Beispiele für Vernadelungsschritte sind Perforieren, Schlitzen von Folien oder von textilen Flächengebilden sowie vorzugsweise das mechanische Verschlingen oder Verbinden der Fasern von textilen Flächengebilden, wie z.B. von Vliesstoffen oder von Schichtstoffen enthaltend Vliesstoffe. Die Nadeln können dabei glatt oder mit Widerhaken versehen sein.
- Wie bereits erwähnt, weisen bei vorgegebener Drehzahl der Nadelwalze die von der Walze radial abstehenden Nadeln entlang ihrer radialen Erstreckung unterschiedliche Geschwindigkeiten auf. Eine im Eingriffsbereich der Nadelwalze befindliche und mit vorgegebener Geschwindigkeit sich bewegende Materialbahn erfährt also entlang ihre Dicke gesehen unterschiedliche Verformungen, die von der Relativgeschwindigkeit zwischen Nadel und Materialbahn an dieser Stelle herrühren.
- Ferner ändert sich die Bewegungsrichtung der Materialbahn während des Transports entlang einer Nadelwalze, wodurch sich die Relativgeschwindigkeit zwischen einer Nadel und der Materialbahn zusätzlich ändert. Folglich ändern sich während des Transports der Materialbahn entlang der Nadelwalze die an einem bestimmten Ort der Materialbahn auf diese einwirkenden Kräfte.
- Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, die durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Nadelbewegung und Bewegung der Materialbahn in ebendieser Materialbahn hervorgerufenen Kräfte so einzustellen, daß der gewünschte Vernadelungseffekt erzielt wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl n der Nadelwalzen derart gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit vnadel der Nadeln an mindestens einer sich in der Materialbahn befindlichen Stelle im Bereich zwischen Nadelfuß und Nadelspitze und an einer Stelle im Bereich zwischen Nadelein- und -austritt der Geschwindigkeit vmat der Materialbahn entspricht.
- Ganz besonders bevorzugt wird die Drehzahl n der Nadelwalzen derart gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit vnadel der Nadeln an mindestens einer sich in der Materialbahn befindlichen Stelle im Bereich zwischen Nadelfuß und Nadelspitze und in der Mitte zwischen Nadelein- und -austrittstelle der Geschwindigkeit vmat der Materialbahn entspricht.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Drehzahl n der Nadelwalze, die Geschwindigkeit vmat der Materialbahn und der Umschlingungswinkel α der Materialbahn um die Nadelwalze derart gewählt, daß als vektorielle Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit vnspe der Nadelspitzen und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat an der Stelle des Einstichs der Nadel in die Materialbahn eine Eindringgeschwindigkeit der Nadel vrele resultiert, deren Richtung senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Materialbahn an der Stelle des Einstichs der Nadel in diese Materialbahn steht.
- In analoger Weise können natürlich die Verhältnisse beim Austritt der Nadel aus der Materialbahn herangezogen werden. In diesem Falle werden die Drehzahl n der Nadelwalze, die Geschwindigkeit vmat der Materialbahn und der Umschlingungswinkel a der Materialbahn um die Nadelwalze derart gewählt, daß als vektorielle Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit vnspa der Nadelspitzen und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat an der Stelle des Austritts der Nadel aus der Materialbahn eine Austrittgeschwindigkeit der Nadel vrela resultiert, deren Richtung senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Materialbahn an der Stelle des Austritts der Nadel aus dieser Materialbahn steht.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere sich um ihre Längsachse drehende und einen Radius r aufweisende Nadelwalzen im Kreis mit dem Radius R geführt.
- Die Materialbahn wird dabei vorzugsweise so geführt, daß sie entlang des etwa von der Hälfte des Weges der von den Nadelwalzen umschriebenen Kreisbewegung mit den Nadelwalzen in Berührung treten kann.
- Durch diese Art der Führung der Nadelwalzen in Form einer Planetenbewegung kann auf einfache Art und Weise bewirkt werden, daß sich die Nadelwalzen auf der Materialbahn abwälzen; somit ist kinematische Kompensierung der unterschiedlichen Abwälzgeschwindigkeiten zwischen Nadelfuß und Nadelspitze möglich.
- Mit Hilfe der planetenartigen Bewegung der Nadelwalzen ergeben sich eine Reihe von Gestaltungsparametern, die eine günstige Lösung für Längsverzug, Nadeldichte und Produktionsgeschwindigkeit zulassen. Durch die gegenläufige Bewegung der Achsen der Nadelwalzen zur Materialbahnbewegung läßt sich beispielsweise erreichen, daß die Nadelwalzen trotz einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Materialbahn sich beim Nadeleingriff synchron zur Bewegung der Materialbahn verhalten.
- Verursacht durch die Abwälzbewegung einer Nadelwalze, bezogen auf die Materialbahn, greift die Nadel, je nach Eintauchtiefe, mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit in die Materialbahn ein. Diese Umfangsgeschwindigkeiten sollten an die Transportgeschwindigkeit der Materialbahn möglichst angepaßt sein. Sind zu große Unterschiede zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten vorhanden, so kann dies zu Längsverzug oder gar zum Beschädigen der Materialbahn führen. Es wird daher vorzugsweise angestrebt, daß eine Eindringbewegung der Nadel vorliegt, die sich möglichst senkrecht zur Bewegungsrichtung der Materialbahn einstellt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, während eines abwälzenden, kontinuierlichen Vernadelungsvorganges die Relativgeschwindigkeit zwischen Bewegung der Nadel und Bewegung der Materialbahn, unabhängig von der Eindringtiefe der Nadel in die Materialbahn so zu gestalten, daß die Differenz zwischen der bahngerichteten Komponente der Bewegung der Nadel und der Materialbahngeschwindigkeit gegen Null minimiert wird.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere sich um ihre Längsachsen drehende Nadelwalzen des Radius r im Kreis des Radius R geführt, wobei die Drehrichtung der Nadelwalzen gegenläufig zur Drehrichtung der Nadelwalzenachsen verläuft und die Geschwindigkeit der Materialbahn vmat, die Drehzahl n der Nadelwalzen mit Radius r und die Umlaufdrehzahl N der Nadelwalzenachsen auf der Kreisbahn mit Radius R so gewählt werden, daß diese der Beziehung (I) entsprechen
- In den Figuren 1 bis 4 wird die Erfindung näher dargestellt.
- Figur 1 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt dar, welche ebenfalls ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
- Figur 2 zeigt weitere Einzelheiten der Vorrichtung nach Figur 1.
- Figur 3 zeigt die Geschwindigkeitsverhältnisse beim Vernadeln mittels der Vorrichtung nach Figur 1.
- Figur 4 schließlich stellt den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Vernadeln vorverfestigter Vliesstoffe dar.
- Die Vorrichtung nach Figur 1 umfaßt mehrere Nadelwalzen (1) des Radius r, die mit der Drehzahl n betrieben werden, und mehrere Stützwalzen (2). Von den Nadelwalzen stehen in radialer Richtung jeweils Nadeln der Länge Δ r ab. Nadelwalzen (1) und Stützwalzen (2) folgen jeweils abwechselnd aufeinander, sind jeweils um ihre Längsachsen (3, 4) drehbar, sind ihrerseits kreisförmig angeordnet. Die Nadelwalzen werden mit der Drehzahl N mit dem Radius R geführt. Dazu befinden sich Nadelwalzen (1) und Stützwalzen (2) auf einem Träger (5). Träger (5) und die Nadelwalzen (1) werden jeweils von unterschiedlichen nicht dargestellten Antrieben bewegt. Die Nadelwalzen werden vorzugsweise über einen Zahnradantrieb bewegt. Die Materialbahn (9) wird mit der Geschwindigkeit vmat entlang eines Teils der Oberfläche der kreisförmigen Anordnung der Nadel- und Stützwalzen geführt, wobei an den Positionen vor dem Auftreffen und nach dem Verlassen der Materialbahn (9) der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise jeweils Umlenkwalzen (8) vorhanden sind.
- In Figur 2 wird die Anordnung einer Nadelwalze (1) und einer Stützwalze (2) gemäß Figur 1 im Detail dargestellt. Desweiteren werden in dieser Figur die bevorzugten Geschwindigkeitsverhältnisse in den Augenblicken des Einstichs und des Ausstichs der Nadeln in die Materialbahn dargestellt. Die Nadelwalze (1) weist einen Radius r auf und dreht sich mit einer Drehzahl n. Von der Nadelwalze (1) stehen (nur teilweise dargestellte) Nadeln der Länge Δ r radial ab. Entlang der Stützwalze (2) und der Nadelwalze (1) bewegt sich die Materialbahn (9) mit der Geschwindigkeit vmat. Umschlingungswinkel α der Materialbahn (9) um die Nadelwalze (1) und Berührungswinkel β können durch Veränderung der Position der Stützwalze (2) modifiziert werden.
- Unter dem Umschlingungswinkel 2α ist derjenige Winkel zu verstehen, den die Strecke zwischen dem Mittelpunkt der Nadelwalze (1) und dem Auftreffpunkt der Materialbahn (9) auf die Nadelwalze (1) und die Strecke zwischen dem Mittelpunkt der Nadelwalze (1) und dem Abhebpunkt der Materialbahn (9) von der Nadelwalze (1) miteinander einschließen.
- Unter dem Berührungswinkel 2β ist derjenige Winkel zu verstehen, den die Strecke zwischen dem Mittelpunkt der Nadelwalze (1) und dem Auftreffpunkt der Materialbahn (9) auf die Nadelspitzen und die Strecke zwischen dem Mittelpunkt der Nadelwalze (1) und dem Abhebpunkt der Materialbahn (9) von den Nadelspitzen miteinander einschließen.
- Die Drehachse (3) der Nadelwalze (1) bewegt sich ihrerseits um einen Kreis mit dem Radius R mit der Umlaufdrehzahl N.
-
- Durch die Veränderung verschiedener Parameter lassen sich unterschiedliche Vernadelungsdichten oder Längsverzüge der Materialbahnen erzielen.
- Zu diesen Parametern zählen beispielsweise Radius R, Durchmesser und Anzahl der Nadelwalzen, Umschlingungswinkel α bzw. Berührungswinkel β, Drehzahlen n und N.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden acht Nadelwalzen eingesetzt mit einem Radius r 200 mm, die sich in einem Kreis des Radius R von 800 mm bewegen. Für einen Umschlingungswinkel 2α von 22,5° ist diese Anordnung in Figur 2 dargestellt.
- Bei einer Geschwindigkeit der Materialbahn von 100 m/min und einer Umlaufdrehzahl N von 10 min⁻¹ entspricht dies nach der voranstehenden Beziehung (II) einer Nadelwalzendrehzahl n von 129,6 min⁻¹.
- Die sich daraus ergebenden Geschwindigkeitsverhältnisse an den Einnadel- und Ausnadelungspunkten sind aus den ebenfalls in Figur 2 dargestellten Vektordiagrammen zu ersehen. Die Relativgeschwindigkeiten vrele und vrela gebildet aus Geschwindigkeit der Nadelspitze vnadel und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat ist aus den Vektordiagrammen abzuleiten und ergibt hier 1030 mm/sec.
- Da vrele und vrela in der dargestellten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sich senkrecht zur Geschwindigkeit der Materialbahn anordnen, bedeutet dies am Einnadelungs- und Ausnadelungspunkt keine relative Vor- oder Nacheilung der Nadel, also keinen Verzug. Bei einem maximalen Umschlingungswinkel von 157,5° (drei Nadelwalzen und vier Stützwalzen im Umschlingungsbereich) der Materialbahn entlang des von den Nadelwalzen umschriebenen Kreises sind dies 5,83 Abwälzungen einer Nadelwalze im Materialbahneingriff. Dies ergibt bei einer Nadelteilung von 10 mm eine Vernadelungsdichte von 3,74 mm in Längsrichtung der Materialbahn.
- Wird nun ein Längsverzug gewünscht, so ist dies im geschilderten Fall beispielsweise durch eine geringfügige Änderung der Drehzahl n und/oder N möglich; dies kann aber auch erreicht werden, indem der Umschlingungswinkel α geändert wird, beispielsweise durch eine Änderung der Radialposition der Stützwalzen.
- In Figur 3 A/B wird das in Figur 2 enthaltene Vektordiagramm am Ort des Nadeleinstichs im Detail für zwei Ausführungsformen dargestellt. Daraus ist zu erkennen, daß die Geschwindigkeit der Nadelspitze vnspe ihrerseits eine Relativbewegung ist, die sich aus der Drehbewegung der Nadelwalzen n mit der Umfangsgeschwindigkeit vnadel und der Umlaufdrehzahl N der Nadelwalzenachse mit der Umfangsgeschwindigkeit vpl zusammensetzt. In Figur 3 sind die Geschwindigkeitsverhältnisse bei jeweils gleicher Geschwindigkeit der Materialbahn vmat von 100 m/min und unterschiedlichen Geschwindigkeiten vpl und vnspe dargestellt. In beiden dargestellten Varianten wurde darauf geachtet, daß die vektorielle Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit vnspe der Nadelspitzen und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat an der Stelle des Einstichs der Nadel in die Materialbahn eine Eindringgeschwindigkeit der Nadel vrele resultiert, deren Richtung senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Materialbahn an der Stelle des Einstichs der Nadel in diese Materialbahn steht. Das obere Vektordiagramm in Figur 3 stellt die Geschwindigkeitsverhältnisse beim Vernadeln dar, wobei n = 179,58 min⁻¹ und N = 20 min⁻¹ betragen; das untere Vektordiagramm in Figur 3 stellt die Geschwindigkeitsverhältnisse beim Vernadeln dar, wobei n = 129,577 min⁻¹ und N 10 min⁻¹ betragen.
- In Figur 4 wird das Vernadeln eines vorverfestigten Vliesstoffes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Von einem zwischen Rollen (11) laufenden Transportband (12) einer nicht dargestellen Vliesherstellungsanlage wird eine Bahn eines nicht vorverfestigten Vliesstoffes (13) einer Vorverfestigungseinrichtung (14), beispielsweise einer Einrichtung, in der eine Vorvernadelung mittels Wasserstrahlen erfolgt, zugeführt. Anschließend erfolgt eine weitere Vernadelung der Materialbahn (9) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (15). In dieser wird die Materialbahn (9) im Halbkreis entlang von radial angeordneten und bewegten Nadelwalzen (1) und Stützwalzen (2) geführt, die sich ihrerseits um ihre Achsen drehen und sich mit ihren Achsen im entgegengesetzten Drehsinn bewegen. Bei der Bewegung der Materialbahn kann diese selbstverständlich von außen durch an sich bekannte Führungselemente, wie umlaufende Bänder, für den Vernadelungsvorgang abgestützt werden. Der vernadelte Vliesstoff wird anschließend einem nicht dargestellten Trockner und Wickler zugeführt. Zwischen der Vorverfestigungseinrichtung (14) und der erfindungsgemäßen Vorrichtung (15) sind jeweils Umlenkrollen (16, 17, 18) angebracht, wobei Umlenkrolle (17) zusätzlich noch eine Wasserabsaugeinrichtung enthält.
- In der dargestellten Ausführungsform läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise mit folgender Einstellung betreiben:
Geschwindigkeit des Vliesstoffes: 100 m/min
Radius R + r der Vliesstoffbahn entlang der erfindungsgemäßen Vorrichtung: 1000 mm
Umlaufdrehbewegung N: 20 min⁻¹ (entsprechend einer Außengeschwindigkeit von 125,66 m/min)
Radius r der Nadelwalzen: 200 mm
Drehzahl der Nadelwalzen n: 179,58 min⁻¹ (entsprechend einer Außengeschwindigkeit von 225,67 m/min)
Nadellänge: 12 mm (entsprechend einer Außengeschwindigkeit der Nadelspitze von 239,21 m/min).
Claims (16)
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn mit vorgegebener Geschwindigkeit über mehrere um ihre Längsachse sich drehende und quer zur Bewegungsrichtung der Materialbahn angeordnete Nadelwalzen geführt wird, wobei die Materialbahn jeweils einen Teil der Oberfläche der Nadelwalzen bedeckt, und wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Nadelwalzen relativ zur Geschwindigkeit der Materialbahn derart eingestellt wird, daß das gewünschte Ausmaß der Vernadelung mit einstellbarem Längsverzug erhalten wird.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n der Nadelwalzen derart gewählt wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit vnadel der Nadeln an mindestens einer sich in der Materialbahn befindlichen Stelle im Bereich zwischen Nadelfuß und Nadelspitze und an einer Stelle im Bereich zwischen Nadelein- und -austritt der Geschwindigkeit vmat der Materialbahn entspricht.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n der Nadelwalzen derart gewählt wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit vnadel der Nadeln an mindestens einer sich in der Materialbahn befindlichen Stelle im Bereich zwischen Nadelfuß und Nadelspitze und in der Mitte zwischen Nadelein- und -austrittstelle der Geschwindigkeit vmat der Materialbahn entspricht.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n der Nadelwalze, die Geschwindigkeit vmat der Materialbahn und der Umschlingungswinkel α der Materialbahn um die Nadelwalze derart gewählt werden, daß als vektorielle Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit vnspe der Nadelspitzen und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat an der Stelle des Einstichs der Nadel in die Materialbahn eine Eindringgeschwindigkeit der Nadel vrele resultiert, deren Richtung senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Materialbahn an der Stelle des Einstichs der Nadel in diese Materialbahn steht.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n der Nadelwalze, die Geschwindigkeit vmat der Materialbahn und der Umschlingungswinkel α der Materialbahn um die Nadelwalze derart gewählt werden, daß als vektorielle Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit vnspa der Nadelspitzen und der Geschwindigkeit der Materialbahn vmat an der Stelle des Austritts der Nadel aus der Materialbahn eine Austrittgeschwindigkeit der Nadel vrela resultiert, deren Richtung senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Materialbahn an der Stelle des Austritts der Nadel aus dieser Materialbahn steht.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sich um ihre Längsachse drehende und einen Radius r aufweisende Nadelwalzen im Kreis mit dem Radius R geführt werden.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Nadelwalzen gegenläufig zur Drehrichtung der Nadelwalzenachsen verläuft und die Drehzahl n der Nadelwalzen und die Umlaufdrehzahl N der Nadelwalzenachsen so gewählt werden, daß die Umfangsgeschwindigkeit Vnadel der Nadeln an mindestens einer sich in der Materialbahn befindlichen Stelle im Bereich zwischen Nadelfuß und Nadelspitze und an einer Stelle im Bereich zwischen Nadelein- und austritt der Geschwindigkeit vmat der Materialbahn entspricht.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn so geführt wird, daß sie entlang des etwa von der Hälfte des Weges der von den Nadelwalzen umschriebenen Kreisbewegung mit den Nadelwalzen in Berührung treten kann.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sich um ihre Längsachsen drehenden Nadelwalzen des Radius r im Kreis des Radius R geführt werden, wobei die Drehrichtung der Nadelwalzen gegenläufig zur Drehrichtung der Nadelwalzenachsen verläuft und die Geschwindigkeit der Materialbahn vmat, die Drehzahl n der Nadelwalzen und die Umlaufdrehzahl N der Nadelwalzenachsen so gewählt werden, daß diese der Beziehung (I) entsprechen
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mehrere sich um ihre Längsachsen drehenden Stützwalzen vorgesehen sind und im Kreis geführt werden, wobei Nadelwalzen und Stützwalzen jeweils abwechselnd aufeinander folgen.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht vorverfestigter Vliesstoff in einer Vorverfestigungseinrichtung behandelt und anschließend einer Vernadelung nach Anspruch 6 unterworfen wird.
- Verfahren zum Vernadeln einer Materialbahn nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverfestigung mittels Wasserstrahlen erfolgt.
- Vorrichtung zum Vernadeln einer Materialbahn (9) umfassend mehrere Nadelwalzen (1) die um ihre Längsachse (3) drehbar sind und deren jeweilige Längsachsen (3) wiederum auf einer Kreisbahn bewegbar sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzlich mehrere um ihre Längsachsen (4) drehbare Stützwalzen (2) umfaßt, deren jeweilige Längsachsen (4) wiederum auf einer Kreisbahn bewegbar sind und wobei Nadelwalzen (1) und Stützwalzen (2) jeweils abwechselnd aufeinander folgen.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwalzen (2) in radialer Richtung bewegbar sind.
- Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 13 zum Vernadeln von Materialbahnen, insbesondere von Vliesstoffen oder Schichtstoffen.
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