EP1056892A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserverbundes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserverbundes

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EP1056892A1
EP1056892A1 EP99914422A EP99914422A EP1056892A1 EP 1056892 A1 EP1056892 A1 EP 1056892A1 EP 99914422 A EP99914422 A EP 99914422A EP 99914422 A EP99914422 A EP 99914422A EP 1056892 A1 EP1056892 A1 EP 1056892A1
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EP
European Patent Office
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fibers
discharge head
discharge
long
fiber
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EP99914422A
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English (en)
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EP1056892B1 (de
Inventor
Rolf Prof. Dr. Hesch
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1056892A1 publication Critical patent/EP1056892A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1056892B1 publication Critical patent/EP1056892B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/10—Moulding of mats
    • B27N3/14—Distributing or orienting the particles or fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G25/00—Lap-forming devices not integral with machines specified above
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G9/00—Opening or cleaning fibres, e.g. scutching cotton
    • D01G9/14—Details of machines or apparatus
    • D01G9/18—Arrangements for discharging fibres

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for producing a nonwoven from fibers.
  • Such nonwovens are used in particular for the production of molded parts, insulating mats and upholstery material.
  • Cards / cards are able to produce particularly fine and uniform nonwovens, but they also place the highest demands on the freedom from shaving and the degree of opening of the fibers. Your production output is very low at a maximum of 500 kg / h, the costs are correspondingly high.
  • bast fibers are processed that still contain cockroaches, they spear on the clothing of cards / cards or sit in the holes or perforations of the sieve drums or sieve belts of aerodynamic fleece molding systems and impede the formation of the fleece to a considerable extent up to complete inability to function .
  • hemp shives in particular deflect the needles from the holes in the perforated plates onto the steel plates. The result is that the needles break off.
  • Aerodynamic fleece molding plants place fewer demands on the freedom from shingles and the degree of opening of fibers.
  • the output reaches about 1,000 kg / h. But that is still not enough to achieve cheap costs for mass products.
  • the object of the present invention is thus to provide nonwovens for insulation purposes, upholstery materials and the like. to produce, which are characterized by minimal costs.
  • nonwovens are to be produced economically from which molded parts with a high modulus of elasticity and high strength are created.
  • the basic idea of the invention is that minimal costs can only be achieved if the number of production stages is reduced to a minimum and the throughput is maximized. Furthermore, the currently usual material losses have to be at least decisively reduced.
  • nonwovens can now be produced in which the two production stages mentioned, namely "shaving separation” and "fiber opening", are no longer required, since in the extreme case, the process and the corresponding device according to the invention can also be used to process unpurified and unopened fibers. This eliminates the associated manufacturing costs. - 4 -
  • the device according to the invention is also able to provide a multiple of the throughput of systems according to the prior art. That cuts costs to a fraction.
  • unroasted, unpurified, unopened fibers with lengths between 20 and 150 mm, preferably 30 to 70 mm with or without scraping and / or scraping and / or non-fibrous constituents lying freely in between, with or without the addition of polymer -Recyclate and other fibers are formed into a single- or multi-layer fleece, whereby a throughput rate far above the state of the art is achieved, namely 2,000 to 9,000 kg / h, preferably 2,000 to 4,000 kg / h with a working width of 3,000 mm.
  • the method according to the invention can be used with the use of any fibers, including synthetic, mineral, natural, including cleaned and opened, etc.
  • Figure 1 A sectional view of a first preferred - 5 -
  • Figure 2 a sectional view of a second preferred
  • Figure 3 a detailed representation of the elements of the first and second discharge devices of the devices according to
  • Figure 1 or 2 and Figure 4: a perspective view of an embodiment of a composite element produced with the device according to the invention
  • Figure 5 a sectional view of a third preferred
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 of a device for applying fibers to a forming belt for producing a fiber composite initially contains an intermediate store in the form of a dosing hopper 10, in which the long fibers intended for processing, with any additives, are introduced via a cross distributor 11.
  • the bottom of the dosing hopper 10 is formed by a bottom belt 12 which moves in the direction of the arrow P1 shown in FIG. 1, so that a material column M is formed which is moved in the direction of a discharge head A by the movement of the bottom belt 12.
  • a compressor belt 13 is arranged at an angle leading downward, which moves in the direction of arrow P2, that is, in the same direction as the direction of the base belt 12.
  • the conveying speeds of cross distributor 11, base belt 12 and compressor belt 13 are matched to one another, that the material column M builds up between the top of the bottom band and the bottom of the compressor band and is compressed by the latter.
  • the bottom band 12 is delimited on its two long sides and on its rear side by correspondingly high walls, so that the material column M consisting of long fibers and possibly their additives and supplements assumes a substantially square or rectangular cross section and continuously with said compression against the discharge head A is pushed. 6 -
  • the discharge head A consists of first discharge devices 20 pointing to the material column M and cooperating with these, connected downstream discharge devices 30 pointing to the discharge side of the discharge head A.
  • the first discharge devices 20 consist of a plurality of shafts 22 (FIG. 3), preferably arranged vertically one above the other, on which are held spaced laterally spaced star wheels 21, the elements 21A of which are essentially radial to the shaft 22 and the front flanks 21V of which are hook-shaped or sickle-shaped in the direction of rotation R1 are trained.
  • the second discharge devices 30 likewise consist of shafts 32 arranged vertically one above the other, such that the connection planes E1, E2 of the shafts 22 and 32 of the two discharge devices 20 and 30 are parallel to one another.
  • On the shafts 32 of the second discharge devices 30 are arranged star and / or spike-shaped elements 31A which rotate in the direction R2, the directions of rotation R1, R2 of the shafts of the first and second discharge devices being in opposite directions.
  • the elements 21A and 31A are matched to one another in terms of their number and shape in such a way that their respective areas of action interlock.
  • a suspension space S is provided on the discharge side of the discharge head A formed in this way, the upper boundary of which is formed by first nozzles 40 and solid matter distributors 50.
  • the nozzles 40 serve to introduce liquid additives into the suspension space S.
  • a forming belt 14 is guided over a support table 15 and moved in the direction of arrow P3.
  • the long fibers discharged from the discharge head A are deposited in the form of a long fiber-air suspension on this continuously moving forming belt 14, so that depending on the operating Parameters of the device forms a fleece 70 of adjustable thickness and consistency on the forming belt.
  • Vacuum boxes 16 can affect the composition and consistency of this fleece.
  • second nozzles 60 are provided, with which, for example, a sealing agent can be applied to the nonwoven that forms.
  • a first coating tape 17 is additionally guided over the forming tape 14, which serves as a carrier layer or cover layer or barrier layer of the nonwoven.
  • the starting material or base material of the nonwoven 70 to be formed is placed on the transverse distributor 11;
  • this starting material contains, in particular, long fibers, i.e. fibers with lengths preferably between 30 to 70 mm, which in turn preferably consist of natural fibers such as hemp fibers or flax fibers that are not cleaned.
  • These long fibers can only be placed on the cross distributor 11 or can also be components of a mixture in which granulate-like components such as in particular beers, but also polymer parts, wood granules and recycled foams occur, that is to say through the choice of the composition of the starting material fed onto the cross distributor 11 the basic nature of the fleece produced in the device according to the invention is at least partially predetermined.
  • the long fibers are part of a natural long fiber shaving composite, in which the natural fibers and the cockroaches are still connected to each other over part lengths, ie are in the state in which none of the previously described, costly additional processing steps have been performed.
  • the described elements 21A, 31A of the first and second discharge devices act as milling organs which pull the long fibers or long fiber bundles and any substances accompanying them out of the matted material column M or tear them out.
  • the function of the second discharge devices 30 is consequently a particularly important one for the desired goals constructively decisive addition to the function of the first discharge devices 20 in such a way that the elements 31A provided there clear, loosen and accelerate the long fibers captured by the first discharge devices 20, and thus enable the overall function of the discharge head A only in the case of strongly felting material by reliably preventing blockages.
  • the two planes E1, E2 (FIG. 3) of the shaft groups 22, 32 of the first and second discharge devices are arranged vertically; in the exemplary embodiment shown, the elements of the second discharge devices 30 serving as clearing and acceleration rollers have hook-shaped or crescent-shaped ends pointing slightly forward and fulfill several functions: - 9
  • the elements 21A of the first discharge devices 20 intervene at an increased speed between the elements 21A of the first discharge devices 20 and tear out the material contained in the discharge, which contains the long fibers, accelerated.
  • the passage of the long fiber material through the rotating elements 21A is greatly accelerated, blockages and tangles are reliably avoided, and the performance of the overall system is thus increased.
  • the shape of the elements 21A and 31A of the two discharge devices can be optimized to a certain extent with regard to the currently processed long fiber material by suitable shaping; Many variants are conceivable, from strongly curved, sickle-like shapes to pin-like or spike-like shapes, especially since such variants can also be designed to be interchangeable.
  • Any clumping of the fibers that may occur can also be completely resolved by increasing the speed of the elements 31A of the second discharge devices 30, which is of particular importance for the quality of the nonwovens with regard to strength and also homogeneity of the weight distribution.
  • the speed of the shafts 32 can be set continuously, for example, in the range from 150 to 1,500 rpm, so that the thrown-off long fiber elements move away from the delivery side of the discharge head A in a kind of parabola.
  • the “throwing distance” and thus the depth of the adjoining suspension space S and thus of course the consistency of the fleece 70 that forms can also be predetermined by the choice of the rotational speed of the shafts 32.
  • the individual, stacked shafts of second discharge devices 30 can be operated at different speeds, for example with increasing speed, so that the long fiber material from the lower acceleration level is thrown only slightly while the 10 -
  • the long fibers processed here cannot be loaded with binders or other additives before the fleece is formed. In the liquid state, the fibers would become too soft and cause them to stick to the discharge devices 20 and 30, so that proper fleece shaping would no longer be possible. Dry adhesives or other additives would not even stick to long fibers.
  • liquid binders and additives are only introduced after the long fiber material has left the discharge head A via the first nozzles 40, so that a connection or an admixture of such constituents to the long fiber elements and to the mixture constituents which may have been added to them only takes place directly when the nonwoven is formed, that is, the liquid binders, additives or foams are sprayed or dropped into the loose long-fiber air suspension via the first nozzles 40 in accordance with the desired quantitative ratio.
  • This system can also be used analogously for the introduction of solid additives such as, for example, additional cockroaches, granules or powdered binders; solid distributors 50 are provided for this purpose, which in the exemplary embodiment shown are arranged alternately with the first nozzles 40 above the suspension space S. - 11 -
  • First nozzles 40 and solids distributors 50 thus form a "curtain" of the respectively desired liquid or solid additives in the nonwoven 70 forming on the forming belt 14 in such a way that a largely homogeneous structure of the nonwoven 70 from the base materials, the long fibers, and the additional components is achieved, be it that these are already applied in a suitable form together with the long fibers on the cross distributor 11, be it that these are expediently or necessarily applied by the nozzles 40 or the solids distributor 50 when they promote the conveying of the material M would be made unreasonably difficult by the discharge head A.
  • a first coating belt 17 is guided over the forming belt 14, which, depending on the choice of material, is only used as a base or also with regard to the later use of the fleece can be selected, for example from paper, plastic film with different functions such as as a barrier.
  • the forming belt 14 can be used in an air-impermeable or (as shown) air-permeable version (as a sieve belt); in the last-mentioned embodiment, the vacuum boxes 16 below the forming belt 14 serve to reduce the strong entanglement resulting especially at high speed of the second discharge devices 30. 12
  • the long fibers or the long fiber shives composites or mixtures of the long fibers with the other constituents in the material column M in front of the discharge head A have very low bulk densities, predominantly between 10 and 20 kg / m 3 , depending on the type of fiber, fiber mixture, fiber length , Cockroach portion and other components. In order to achieve large throughputs, this requires large overall heights of the device according to the invention for the metering bunker 10.
  • the compressor belt 13 can first be used, and "over its length and angle of inclination the bulk density can be increased to a multiple of the specified initial value, so far, until a satisfactory work of the discharge head is still guaranteed with the present long fiber composite.
  • a further possibility for increasing the performance and increasing the symmetry of the structure of the fleece 70 or also for achieving a multi-layer fleece structure consists in the mutually facing arrangement of two essentially identical devices, as shown in FIG.
  • the “throwing parabolas” of the long fiber elements delivered by the two discharge heads A1, A2 arranged opposite, from metering bins 10A, 10B are selected such that they do not overlap, ie a two-layer fleece 70 is the result arise when the 13
  • the composition of the mixtures containing the long fibers in the two material columns M1, M2 is predetermined differently.
  • the vacuum boxes 16 can increase the vertical acceleration component in the suspension space S 2, which, for example, results in the shape of the throwing parabolas shown in FIG. 2 being relatively steep, whereas when the vacuum boxes are switched off and the discharge devices of the discharge heads A1, A2 are possibly increased, there is a complete or partial overlap of the two bunkers originating basic materials can take place, so that with one and the same arrangement according to FIG. 2, both homogeneous, single-layer nonwovens 70 and also two-layer nonwovens 70 are applied solely by controlling the parameters mentioned can be aut.
  • FIG. 2 additionally shows second nozzles 60B assigned to the second discharge head A2, for example for applying a sealing agent to the top of the nonwoven that forms, and a second coating tape 18 that can be applied to the top of the finished nonwoven 70, for example as a barrier layer, and that also made of suitable material, such as Plastic film or cardboard or paper can exist, depending on the later use of the fleece 70th
  • nonwovens 70 can thus be produced in a very wide physical range, whereby it should be emphasized as particularly important that the integration of long fibers in such a nonwoven can be managed inexpensively with the method according to the invention and the device described and at the same time, by adding suitable additives or additives at a suitable point, the physical and chemical properties of the resulting fleece 70 are defined to a very wide extent - 14
  • FIG. 4 briefly shows an exemplary embodiment of such an end product, wherein the fleece 70 is covered on the underside by the already mentioned first coating tape 17 and by the second coating tape 18 on its top and the front edges, so of course the two coating tapes 17 and 18 must overlap accordingly be executed.
  • an additional layer 71 which, for example, can also be designed as a fleece or also as an additional foamed layer, for example in a thickness range from 1 mm to 3 mm.
  • the method according to the invention and the devices provided for carrying it out for the first time permit the economical integration of long fibers, in particular also unpurified natural fibers, into a wide variety of industrially usable end products, such as insulating mats, profile parts, but also molded parts, which must have a high level of rigidity, in each case by adding suitable additives.
  • the recycling of natural long fibers in the unpurified state, in this area so far not possible and very desirable connection between ecology and economy is possible, which makes the specific advantages of such natural products accessible to a wide range of technical applications.
  • Multi-layer nonwovens offer the possibility, particularly in motor vehicle construction, of also producing molded parts for interior claddings from natural fibers, the surface being sealed in a vapor-tight manner during pressing, in order, for example, to Avoid formation of condensate, moisture penetration and mold formation in the area of natural fibers at critical points.
  • This can be done by lamination with a film, for example by the above-mentioned connection of the nonwoven to the coating tape 17 or 18.
  • this solution has the advantage that when laying the three-layer fleece, the polymer fibers partially cross or matt with the natural fibers of the middle layer and a much stronger bond is formed between the layers than when laminating a polymer film. Molded parts produced in this way can be subjected to higher loads than laminated molded parts and therefore increase occupant safety in the event of a crash.
  • a two- or three-layer structure of a nonwoven can also be advantageous for the production of insulation, since polymer fibers bond more easily to one another than natural fibers.
  • fleece are made of polymer fibers
  • the actual insulation layer which is the main cross-section, on the other hand, consists of, for example, 90% natural fibers and only 10% polymer fibers as support and binding fibers and then lets this fiber composite run through a thermal oven, you get a fleece with two strongly fused by thermobonding Top layers of high strength, which hold the loose core of the natural fiber-polymer fiber mixture together like a skin and allow easy installation.
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of a third preferred embodiment of the device according to the invention, with which the described multilayer structure of a fiber composite is possible without great effort:
  • cross-distributor 11 instead of the single cross-distributor 11 (see FIG. 1), three cross-distributors 11A, 11B, 11C are respectively arranged in the dosing bunker in the illustrated embodiment for producing a three-layer fiber composite, their horizontal and vertical positioning and their conveying speed determining the relative thickness of the layers of the fiber composite ultimately formed .
  • Each of these cross-distributors 11A, 11B, 11C serves to feed a component of the multi-layer fleece, in the last-mentioned exemplary embodiment for producing an insulating material, the cross-distributors HA and 11C would consequently convey polymer fibers, the cross-distributor 11B a mixture of 90% long fibers and 10% polymer fibers.
  • neither a certain mixing of adjacent material layers or a sharp delimitation of such material layers can be set.
  • the sharpness of the delimitation of the individual material layers can also be regulated by the air flow and air speed with the help of the vacuum boxes 16.
  • the upper discharge device can be set to a higher speed and the lowest discharge device to a lower speed than the speed of the middle discharge devices, so that there is a large spread over the throwing parabolas of the particles of the individual material layers, so that there is no overlap of the throwing tracks during the throw occurs and thus a relatively sharp separation of the layers on the multi-layer fleece is achieved.
  • the vacuum boxes should be switched off and the discharge devices should be controlled in the opposite direction in terms of their speed, so that on the one hand a longer state of suspension is achieved and on the other hand the throwing parabolas of the particles of one another!
  • the layers of material mix until they hit the forming belt, so that a continuous material transfer between the individual layers can be achieved over the total thickness of the multiple fleece that is formed.
  • the aggregate can be selectively acted upon (in the exemplary embodiment, therefore, the middle material layer).
  • the nonwoven formed in this way can then be subjected to consolidation by thermobonding, needling or the like in order to allow handling in the subsequent processing operations.
  • the device according to the invention according to the third exemplary embodiment described thus allows the production of a multi-layer fiber composite for the production of a nonwoven without high capital expenditure, the components and their transitions at the boundary layers being able to be selected or set simply using control parameters which are available in any case.
  • additives can also be dispensed with completely or temporarily for specific nonwoven designs.

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Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundes
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses aus Fasern.
Derartige Vliese dienen insbesondere zur Herstellung von Preßformteilen, Dämmatten und Polstermaterial.
Stand der Technik
Es sind im wesentlichen zwei Verfahren und entsprechende Vorrichtungen bekannt, um solche Vliese herzustellen: Die Formung eines Vlieses mittels Karde/Krempel und aerodynamische Vliesformanlagen.
Nachteile beider Systeme sind sehr geringe bis geringe Durchsatzleistung und daher hohe Kosten, sowie die Notwendigkeit, zumindest weitgehend gereinigte, fremdkörperfreie und geöffnete und daher teure Fasern zu verwenden.
Karden/Krempel sind in der Lage, besonders feine und gleichmäßige Vliese herzustellen, sie stellen aber auch die höchsten Anforderungen an die Schäbenfreiheit und den Öffnungsgrad der Fasern. Ihre Produktionsleistung ist mit maximal 500 kg/h sehr gering, die Kosten sind entsprechend hoch.
Werden beispielsweise Bastfasern verarbeitet, die noch Schaben enthalten, so spießen sich diese auf die Garnituren von Karden/Krempel oder setzen sich in die Bohrungen bzw. Lochungen von den Siebtrommeln oder Siebbändern von aerodynamischen Vliesformanlagen und behindern die Vliesformung in erheblichem Maße bis hin zur völligen Funktionsunfähigkeit. Bei anschließender Nadel ung lenken insbesondere Hanfschäben die Nadeln von den Bohrungen der Lochplatten auf die Stahlplatten ab. Die Folge ist, daß die Nadeln abbrechen.
Aerodynamische Vliesformanlagen stellen geringere Anforderungen an die Schäbenfreiheit und den Öffnungsgrad von Fasern. Die Leistung erreicht in etwa 1.000 kg/h. Das reicht aber immer noch nicht aus, um für Massenprodukte günstige Kosten zu erreichen.
Das Reinigen der Fasern von Sch ben und das Öffnen der Fasern ist mit hohen Kosten verbunden. Darüber hinaus führen das Reinigen und besonders das Öffnen stets zu einer mehr oder minder starken mechanischen Schädigung der Fasern. Damit sind Materialverluste bis zu 40% verbunden. Letztlich können gut gereinigte und geöffnete Fasern, die somit diesen Anforderungen der bekannten Systeme Rechnung tragen, nur aus geröstetem Hanf- oder Flachsstroh erzeugt werden. Rösten ist aber ein biologischer Abbauvorgang und zieht daher unweigerlich auch eine Schwächung der Fasern nach sich. Für technische Zwecke sind Fasern von maximaler Festigkeit und maximalem E-Modul erforderlich.
Andere Anlagen zur Formung von Schüttgütern dienen der Herstellung von Holzwerkstoffplatten; Endprodukte sind insbesondere Spanplatten, die im Möbelbau weitgehende Verwendung gefunden haben. Zur Herstellung solcher Platten dienen Streuverfahren, bei denen die Späne aus einem Bunker einem Stockwalzenkopf zugeführt werden und von diesem über verschiedene Zwischenbearbeitungsstufen (z.B. Fraktionierung) auf eine Unterlage abgestreut werden.
Diese Technik ist mit bekannten Streumaschinen jedoch nur mit leicht fließenden Spänen einsetzbar. Die Fließfähigkeit der Späne hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß nach der Abstreuung sofort eine Aushärtung und Verpressung zur Stabilisierung erfolgen muß, es sind also auch hier zusätzliche Verarbeitungsstationen erforderlich, um zu einem handhabbaren Erzeugnis zu kommen. Die oben erwähnte weit Palette von Endprodukten (Dämmaterialien, Polsterformteile, - 3 -
Preßformteile) ist mit den mit diesem Verfahren erzeugten Spankuchen nicht herstellbar.
Gegenstand der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, somit Vliese für Dämmzwecke, Polstermaterialien u.a. herzustellen, welche sich durch minimale Kosten auszeichnen. Es sollen hierbei insbesondere auch solche Vliese wirtschaftlich hergestellt werden, aus denen Formteile mit einem hohen E-Modul und hoher Festigkeit geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den Patentansprüchen 1 und 13 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung geht davon aus, daß sich minimale Kosten nur erzielen lassen, wenn die Zahl der Produktionsstufen auf ein Minimum reduziert und die Durchsatzleistung maximiert _wird. Weiterhin müssen die derzeit üblichen Materialverluste zumindest entscheidend gesenkt werden.
Wie oben schon erwähnt, ist insbesondere die Produktionsstufe "Abscheidung von Sch ben" oder ähnlichen granulat- oder knotenähnlichen Begleitstoffen von Fasern und die "Öffnung" (Verfeinerung) außerordentlich kostenintensiv. Außer den dabei anfallenden Betriebskosten fallen auch die durch sie bewirkten Material Verluste kostenmäßig stark ins Gewicht.
Erfindungsgemäß können nunmehr Vliese hergestellt werden, bei denen die zwei genannten Produktionsstufen, nämlich "Schäbenabscheidung" und "Faseröffnung", nicht mehr benötigt werden, da mit dem Verfahren und mit der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung im Extremfall auch ungereinigte und ungeöffnete Fasern verarbeitet werden können. Dadurch entfallen die damit zusammenhängenden Herstellungskosten. - 4 -
Hohe Festigkeit der Fasern und ein hoher E-Modul lassen sich auch nur erhalten, wenn man auf eine Röste verzichtet. Verzicht auf Röste bedeutet aber, daß die Fasern sehr viel schäbenreicher, derber und rauher ausfallen, als zur Verarbeitung nach dem Stand der Technik zwingend erforderlich ist. Auch hier kann die Erfindung eingesetzt werden, im Gegensatz zu Vliesformanlagen nach dem Stand der Technik, die mit ungerösteten Fasern, ungereinigten und nicht geöffneten Fasern überhaupt nicht arbeiten können.
Von besonderem Vorteil ist aber, daß auch die damit verbundenen Materialverluste vermieden werden, was kostenmäßig noch stärker ins Gewicht fällt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus in der Lage, ein Vielfaches der Durchsatzleistung von Anlagen nach dem Stand der Technik zu erbringen. Das senkt die Kosten auf einen Bruchteil.
Erfindungsgemäß können somit ungeröstete, ungereinigte, ungeöffnete Fasern mit Längen zwischen 20 und 150 mm, vorzugsweise 30 bis 70 mm mit oder ohne noch daran haftenden und/oder frei dazwischen liegenden/eingestreuten Schaben und/oder nicht faserartigen Bestandteilen, mit oder ohne Zumischung von Polymer-Recyclat und sonstigen Fasern zu einem ein- oder mehrschichtigen Vlies geformt werden, wobei eine weit über dem Stand der Technik liegende Durchsatzleistung erzielt wird, nämlich 2.000 bis 9.000 kg/h, vorzugsweise 2.000 bis 4.000 kg/h bei 3.000 mm Arbeitsbreite.
Einsetzbar ist das erfindungsgemäße Verfahren aber mit Verwendung jeglicher Fasern, auch synthetischer, mineralischer, natürlicher, einschließlich gereinigter und geöffneter, etc.
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Figur 1: Eine Schnittdarstellung einer ersten bevorzugten - 5 -
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2: eine Schnittdarstellung einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 3: eine Detail darstellung der Elemente der ersten und zweiten Austragsvorrichtungen der Vorrichtungen nach
Figur 1 oder 2, und Figur 4: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Verbundelements, Figur 5: eine Schnittdarstellung einer dritten bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das in Figur 1 dargestellte AusfUhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Aufbringung von Fasern auf ein Formband zur Herstellung eines Faserverbundes beinhaltet zunächst einen Zwischenspeicher in Form eines Dosierbunkers 10, in dem die zur Verarbeitung vorgesehenen Langfasern mit eventuellen Zusätzen über einen Querverteiler 11 eingebracht werden. Den Boden des Dosierbunkers 10 bildet ein Bodenband 12, das sich in Richtung des in Figur 1 dargestellten Pfeils Pl bewegt, so daß sich eine Materialsäule M bildet, die durch die Bewegung des Bodenbandes 12 in Richtung eines Austragskopfes A bewegt wird. Auf der Oberseite des Dosierbunkers 10 ist ein Verdichterband 13 schräg nach unten führend angeordnet, das sich in Richtung des Pfeiles P2 bewegt, also gleichlaufend mit der Richtung des Bodenbandes 12. Die Fördergeschwindigkeiten von Querverteiler 11, Bodenband 12 und Verdichterband 13 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Materialsäule M sich zwischen der Oberseite des Bodenbandes und der Unterseite des Verdichterbandes aufbaut und von letzterem verdichtet wird. Das Bodenband 12 ist an seinen beiden Längsseiten und an seiner Rückseite von entsprechend hohen Wandungen begrenzt, so daß die aus Langfasern und ggf. deren Zusatz- und Ergänzungsstoffen bestehende Materialsäule M einen im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt annimmt und kontinuierlich unter besagter Verdichtung gegen den Austragskopf A geschoben wird. 6 -
Der Austragskopf A besteht aus ersten, zur Material säule M zeigenden Austragsvorrichtungen 20 und mit dieser zusammenarbeitenden, nachgeschalteten, zur Abgabeseite des Austragskopfes A zeigenden zweiten Austragsvorrichtungen 30.
Die ersten Austragsvorrichtungen 20 bestehen aus einer Vielzahl von vorzugsweise senkrecht übereinander angeordneten Wellen 22 (Figur 3), auf der seitlich beabstandet Sternräder 21 gehalten sind, deren Elemente 21A im wesentlichen radial zur Welle 22 zeigen und deren Vorderflanken 21V in Drehrichtung Rl haken- oder sichelförmig ausgebildet sind.
Die zweiten Austragsvorrichtungen 30 bestehen ebenfalls aus senkrecht übereinander angeordneten Wellen 32, derart, daß die Verbindungsebenen E1,E2 der Wellen 22 und 32 der beiden Austragsvorrichtungen 20 und 30 parallel zueinander liegen. Auf den Wellen 32 der zweiten Austragsvorrichtungen 30 sind stern- und/oder stachelförmig angeordnete Elemente 31A gehalten, die sich in Richtung R2 drehen, wobei die Rotationsrichtungen R1,R2 der Wellen der ersten und zweiten Austragsvorrichtungen gegenläufig sind. Die Elemente 21A und 31A sind dabei hinsichtlich ihrer Zahl und ihrer Formgebung so aufeinander abgestimmt, daß ihre jeweiligen Wirkungsbereiche ineinandergreifen.
Auf der Abgabeseite des derart gebildeten Austragskopfes A ist ein Suspensionsraum S vorgesehen, dessen obere Begrenzung von ersten Düsen 40 und Feststoffverteuern 50 gebildet wird. Die Düsen 40 dienen zur Einbringung von flüssigen Zusatzstoffen in den Suspensionsraum S.
Unterhalb des Suspensionsraumes S ist ein Formband 14 über einen Tragtisch 15 geführt und in Richtung des Pfeils P3 bewegt. Auf diesem sich kontinuierlich fortbewegenden Formband 14 lagern sich die vom Austragskopf A abgegebenen Langfasern in Form einer Langfaser-Luft-Suspension ab, so daß sich abhängig von den Betriebs- Parametern der Vorrichtung ein Vlies 70 einstellbarer Dicke und Konsistenz auf dem Formband bildet.
Unterdruckkästen 16 können auf die Zusammensetzung und die Konsistenz dieses Vlieses einwirken.
Im Bereich unterhalb des Austragskopfes A sind zweite Düsen 60 vorgesehen, mit denen beispielsweise ein Versiegelungsmittel auf das sich bildende Vlies aufgetragen werden kann.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist über dem Formband 14 zusätzlich ein erstes Beschichtungsband 17 geführt, das als Trägerschicht oder Deckschicht oder Sperrschicht des Vlieses dient.
Zunächst soll die grundsätzliche Funktion dieser Vorrichtung erläutert werden:
Auf dem Querverteiler 11 wird der Ausgangsstoff oder auch Basisstoff des zu bildenden Vlieses 70 aufgegeben; dieser Ausgangsstoff beinhaltet erfindungsgemäß insbesondere Langfasern, d.h., Fasern mit Längen vorzugsweise zwischen 30 bis 70 mm, die wiederum vorzugsweise aus Naturfasern wie beispielsweise Hanffasern oder Flachsfasern bestehen, die ungereinigt sind. Diese Langfasern können ausschließlich auf dem Querverteiler 11 aufgegeben werden oder auch Bestandteile eines Gemischs sein, in dem auch granulatähnliche Bestandteile wie insbesondere Sch ben, aber auch Polymerteile, Holzgranulate und Recyclingschäume vorkommen, d.h., durch die Wahl der Zusammensetzung des auf den Querverteiler 11 aufgegebenen Ausgangsmaterials ist die grundsätzliche Beschaffenheit des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Vlieses zumindest teilweise vorgegeben.
Insbesondere ist es hierbei möglich und wünschenswert, daß die Langfasern Bestandteil eines Natur-Langfaser-Schäbenverbundes sind, bei dem die Naturfasern und die Schaben über Teil längen noch miteinander verbunden sind, d.h. sich in demjenigen Zustand befinden, in dem noch keine der einleitend beschriebenen, kostenintensiven Zusatzverarbeitungsschritte ausgeführt worden sind. - 8 -
Diese Langfasern bilden nun alleine oder zusammen mit den erwähnten Gemischbestandteilen den Inhalt des sich langsam füllenden Dosierbunkers 10 und gelangen folglich zum Austragskopf A, dessen Aufbau oben erläutert wurde. Die beschriebenen Elemente 21A,31A der ersten und zweiten Austragsvorrichtungen wirken als Fräsorgane, die die Langfasern oder Langfaserbündel und sie ggf. begleitenden Stoffe aus der verfilzten Materialsäule M herausziehen oder herausreißen.
Je länger die Langfasern und je stärker sie verfilzt sind, umso schwieriger wird ihre Passage durch den Austragskopf nach außen hin; die Verstopfungsgefahr nimmt in diesem entscheidenden Bereich mit steigender Faserlänge, steigendem Verfilzungs- und Verhakungsgrad und besonders auch mit steigendem Anteil nicht vollständig von den Langfasern gelösten Schaben stark zu. Ein besonderes Erschwernis ergibt sich hierbei aus der Zumischung dickerer und daher steiferer Polymerfasern, was darin resultiert, daß ohne zusätzliche Maßnahmen die Austragsleistung entsprechend zurückgeht bis hin zur völligen Verstopfung der ersten Austragsvorrichtungen 20. Die Funktion der zweiten Austragsvorrichtungen 30 ist folglich eine besonders bedeutsame, für die angestrebten Ziele konstruktiv entscheidende Ergänzung der Funktion der ersten Austragsvorrichtungen 20 dahingehend, daß die dort vorgesehenen Elemente 31A die Räumung, Lockerung und Beschleunigung der von den ersten Austragsvorrichtungen 20 erfaßten Langfasern bewirken, und somit insbesondere bei stark filzendem Material die Gesamtfunktion des Austragskopfes A erst ermöglichen, indem sie Verstopfungen zuverlässig verhindern.
Beim dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die beiden Ebenen E1,E2 (Figur 3) der Wellengruppen 22,32 der ersten und zweiten Austragsvorrichtungen vertikal angeordnet; die Elemente der als Räum- und Beschleunigungswalzen dienenden zweiten Austragsvorrichtungen 30 weisen beim dargestellten Ausführungsbeispiel leicht nach vorne gerichtete haken-oder sichelförmige Enden auf und erfüllen mehrere Funktionen: - 9
Zunächst greifen sie mit erhöhter Drehzahl zwischen die Elemente 21A der ersten Austragsvorrichtungen 20 ein und reißen das im Austrag befindliche, die Langfasern enthaltene Material beschleunigt heraus. Dadurch wird der Durchtritt des Langfasermaterials durch die rotierenden Elemente 21A stark beschleunigt, Verstopfungen und Verwicklungen zuverlässig vermieden, und somit die Leistung der Gesamtanlage erhöht. Es versteht sich von selbst, daß die Form der Elemente 21A und 31A der beiden Austragsvorrichtungen in gewissem Umfang hinsichtlich des aktuell verarbeiteten Langfasermaterials durch eine geeignete Formgebung optimiert werden kann; es sind hierbei von stark gekrümmten, sichelähnlichen Formen bis zu stift- oder stachelähnlichen Formen viele Varianten denkbar, zumal solche Varianten konstruktiv auch austauschbar ausgelegt sein können.
Eventuell entstehende Verklumpungen der Fasern können auch durch eine erhöhte Drehzahl der Elemente 31A der zweiten Austragsvorrichtungen 30 wieder vollständig aufgelöst werden, was von besonderer Bedeutung für die Qualität der Vliese hinsichtlich Festigkeit als auch Homogenität der Flächengewichtsverteilung ist.
Die Drehzahl der Wellen 32 kann beispielsweise im Bereich von 150 bis 1.500 UpM stufenlos eingestellt werden, so daß sich die abgeworfenen Langfaserelemente in einer Art Wurfparabel von der Abgabeseite des Austragskopfes A weg bewegen. Durch die Wahl der Drehzahl der Wellen 32 kann die "Wurfweite" und somit die Tiefe des anschließenden Suspensionsraum S vorgegeben werden und damit natürlich auch die Konsistenz des sich bildenden Vlieses 70.
Zu einer noch weitergehenderen Definition der "Wurfbahnen" von in übereinander angeordneten Austragsvorrichtungen abgegebenen Langfaserelementen können die einzelnen, übereinander angeordneten Wellen der zweiten Austragsvorrichtungen 30 mit unterschiedlich hoher Drehzahl betrieben werden, z.B. mit nach oben hin zunehmender Drehzahl, so daß das Langfasermaterial von der unteren Beschleunigungsebene nur geringfügig weit geschleudert wird, während das 10 -
Langfasermaterial von der am schnellsten arbeitenden obersten Walze 32 in einer weiten Wurfparabel abgeschleudert und verwirbelt wird. Damit kann das gesamte Langfasermaterial somit weiter auseinandergezogen werden und zu einer sehr lockeren Langfaser-Luft-Suspension aufgelöst werden.
Die Steuerung dieser Vorgänge und damit die Einflußnahme auf die Konsistenz und die Dichteverteilung der abgeschleuderten Langfaserelemente ist für die Zugabe von insbesondere flüssigen Zusatzstoffen, die den Langfasern bzw. den Gemischteilen zugegeben werden sollen von besonderer Bedeutung, wie im folgenden erläutert wird:
Im Gegensatz zu kurzen Fasern bis zu etwa 20 mm Länge lassen sich die hier verarbeiteten Langfasern nicht vor der Vliesformung mit Bindemitteln oder anderen Additiven beaufschlagen. Im flüssigen Zustand würden die Fasern zu weich werden und ein Ankleben an den Austragsvorrichtungen 20 und 30 verursachen, so daß eine ordnungsgemäße Vliesformung nicht mehr möglich wäre. Trockene Klebstoffe oder sonstige Additive würden gar nicht erst an Langfasern haften. Erfindungsgemäß werden daher flüssige Bindemittel und Additive erst nach Austritt des Langfasermaterials aus dem Austragskopf A über die ersten Düsen 40 eingebracht, so daß eine Verbindung bzw. eine Zumischung solcher Bestandteile zu den Langfaserelementen und den diesen gegebenenfalls vorher zugegebenen Gemischbestandteilen erst unmittelbar bei der Vliesbildung erfolgt, d.h., die flüssigen Bindemittel, Additive oder Schäume werden über die ersten Düsen 40 in die lockere Langfaser-Luftsuspension entsprechend dem gewünschten Mengenverhältnis eingesprüht oder eingetropft.
Dieses System kann sinngemäß auch Anwendung finden für die Einbringung von festen Zusatzstoffen wie beispielsweise zusätzlichen Schaben, Granulaten oder pulverförmigen Bindemitteln, hierzu sind Feststoffverteiler 50 vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel abwechselnd mit den ersten Düsen 40 oberhalb des Suspensionsraumes S angeordnet sind. - 11 -
Erste Düsen 40 und Feststoffverteiler 50 bilden somit einen "Vorhang" von den jeweils gewünschten flüssigen oder festen Zusatzstoffen in das sich auf dem Formband 14 bildende Vlies 70 derart, daß ein weitgehend homogener Aufbau des Vlieses 70 aus den Grundmaterialien, den Langfasern, und den Zusatzbestandteilen erreicht wird, sei es nun, daß diese bereits in geeigneter Form zusammen mit den Langfasern auf dem Querverteiler 11 aufgebracht werden, sei es, daß diese zweckmäßigerweise oder notwendigerweise von den Düsen 40 oder den Feststoffverteuern 50 aufgebracht werden, wenn sie das Fördern der Material säule M durch den Austragskopf A unzumutbar erschweren würden.
Zweckmäßigerweise wird man die Zugabe der Zusatzstoffe in diesem Sinne daher so optimieren, daß maximale Austragsleistungen der Vorrichtung erzielt werden.
Grundsätzlich ist es möglich, das Vlies 70 unmittelbar auf dem Formband 14 sich aufbauen zu lassen, beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist jedoch über das Formband 14 ein erstes Beschichtungsband 17 geführt, das je nach Materialwahl lediglich als Unterlage, oder auch im Hinblick auf den späteren Verwendungszweck des Vlieses gewählt werden kann, also beispielsweise aus Papier, Kunststoffolie mit verschiedenen Funktionen wie z.B. als Sperrschicht.
In ähnlicher Weise ist es möglich, über die zweiten Düsen 60 auf das sich bildende Vlies 70 ein Versiegelungsmittel aufzubringen oder auch ein Klebemittel zur besseren Haftung des Vlieses 70 auf dem ersten Beschichtungsband.
Das Formband 14 kann in luftundurchlässiger oder (wie dargestellt) luftdurchlässiger Ausführung (als Siebband) eingesetzt werden; bei letztgenannter Ausführungsform dienen die Unterdruckkästen 16 unterhalb des Formbandes 14 dazu, die besonders bei hoher Drehzahl der zweiten Austragsvorrichtungen 30 resultierende starke Verwir- 12
belung des Langfasermaterials zu glätten und die Homogenität der MaterialVerteilung über die Querachse des Formbandes 14 zu verbessern.
Zur Steigerung der Leistung und zur Erzeugung eines noch weiter optimierten Vliesaufbaus sind folgende Maßnahmen möglich:
Die Langfasern bzw. die Langfaser-Schäben-Verbunde bzw. Mischungen der Langfasern mit den übrigen Bestandteilen in der Material säule M vor dem Austragskopf A weisen sehr geringe Schüttgewichte überwiegend zwischen 10 und 20 kg/m3 auf, je nach Faserart, Fasermischung, Faserlänge, Schäbenanteil und anderen Bestandteilen. Das erfordert zur Erzielung großer Durchsätze große Bauhöhen der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Dosierbunker 10. Zur Erhöhung der Durchsatzleistung bei niedrigeren Baugrößen kann zunächst das Verdichterband 13 herangezogen werden, und "über dessen Länge und Neigungswinkel die Schüttdichte bis auf ein Vielfaches des angegebenen Anfangswertes erhöht werden, so weit, bis noch eine zufriedenstellende Arbeit des Austragskopfes bei dem aktuell vorliegenden Langfaserverbund gewährleistet ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Leistung und zur Erhöhung der Symmetrie des Aufbaus des Vlieses 70 oder auch zur Erzielung eines mehrschichtigen Vliesaufbaus besteht in der einander zugewandten Anordnung von zwei im wesentlichen baugleich aufgebauten Vorrichtungen, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.
Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise ist hierbei wie unter Figur 1 beschrieben, so daß lediglich noch auf zusätzliche Bauteile und entsprechende Wirkungen eingegangen wird:
Beim in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die "Wurfparabeln" der von den beiden gegenüber angeordneten Austrags- köpfen A1,A2, von Dosierbunkern 10A,10B angelieferten Langfaserelemente so gewählt, daß diese sich nicht überlappen, d.h., es wird als Ergebnis ein zweischichtiges Vlies 70 entstehen, wenn die 13
Zusammensetzung der die Langfasern enthaltenden Gemische in den beiden Material säulen M1,M2 unterschiedlich vorgegeben wird. Es ist jedoch auch möglich, die Charakteristik des Aufbaus des Vlieses 70 durch ein konzentriertes Zusammenwirken der Abwurfgeschwindigkeiten der Austragsvorrichtungen der beiden Austragsköpfe A1,A2 und der Wirkung der Unterdruckkästen 16 zu definieren: Die Unterdruckkästen 16 können hierbei zu einer Vergrößerung der vertikalen Beschleunigungskomponente im Suspensionsraum S herangezogen werden, so daß beispielsweise bei eingeschalteten Unterdruckkästen 16 die in Figur 2 dargestellte Form der Wurfparabeln ergibt, die relativ steil ist, wogegen bei abgeschalteten Unterdruckkästen und gegebenenfalls erhöhter Abwurfgeschwindigkeit der Austragsvorrichtungen der Austragsköpfe A1,A2 eine vollständige oder teilweise Überlappung der von den beiden Bunkern stammenden Grundmaterialien erfolgen kann, so daß mit ein- und derselben Anordnung gemäß Figur 2 sowohl homogene, einschichtige Vliese 70, als auch zweischichtige Vliese 70 allein durch Steuerung der genannten Parameter aufgebaut werden können.
Figur 2 zeigt ergänzend noch dem zweiten Austragskopf A2 zugeordnete zweite Düsen 60B, beispielsweise zur Anbringung eines Versiegelungsmittels auf die Oberseite des sich bildenden Vlieses, sowie ein zweites Beschichtungsband 18, das auf die Oberseite des fertigen Vlieses 70 aufgezogen werden kann, beispielsweise als Sperrschicht, und das ebenfalls aus geeignetem Material, wie z.B. Kunststoffolie oder Karton oder Papier bestehen kann, je nach späterem Verwendungszweck des Vlieses 70.
Mit der vorbeschriebenen Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich somit Vliese 70 in einer sehr weiten physikalischen Bandbreite herstellen, wobei als besonders wesentlich hervorgehoben werden soll, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung die Einbindung von Langfasern in ein derartiges Vlies kostengünstig bewältigt werden kann und gleichzeitig durch Zugabe geeigneter Additive oder Zuschlagstoffe an geeigneter Stelle die physikalischen und chemischen Eigenschaften des entstehenden Vlieses 70 in einem sehr weiten Umfang definiert - 14
werden können, die einem solchen Vlies einen sehr weiten Einsatzbereich erschließen. Hierzu ist es natürlich noch in bekannter Weise möglich, der erfindungsgemäßen Anlage weitere Verarbeitungsstationen nachzuschalten, beispielsweise eine kontinuierlich arbeitende Bandpresse zur Verdichtung des Vlieses oder auch eine Wärmebehandlung zur Beaufschlagung von im Vlies eingebrachten Additiven wie z.B. Bindemitteln, die dann aktiviert werden, um das Vlies dann in seinen endgültigen Endzustand, angepaßt auf seinen Verwendungszweck bringen zu können.
Figur 4 zeigt kurz noch ein Ausführungsbeispiel eines solchen Endproduktes, wobei das Vlies 70 von dem schon erwähnten ersten Beschichtungsband 17 auf seiner Unterseite bedeckt ist und von dem zweiten Beschichtungsband 18 auf seiner Oberseite und den Stirnkanten, dementsprechend müssen natürlich die beiden Beschichtungsbänder 17 und 18 überlappend ausgeführt sein.
Unterhalb des Vlieses 70 befindet sich eine Zusatzschicht 71, die beispielsweise ebenfalls als Vlies ausgebildet sein kann oder auch als zusätzlich aufgeschäumte Schicht, beispielsweise in einem Dickenbereich von 1mm bis 3mm.
Zusammenfassend läßt sich daher feststellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die zu dessen Durchführung vorgesehenen Vorrichtungen erstmalig die wirtschaftliche Einbindung von Langfasern, insbesondere auch von ungereinigten Naturfasern in eine breite Vielzahl von industriell verwertbaren Endprodukten gestattet, wie z.B. Dämmatten, Profil teilen, aber auch Formteilen, die eine hohe Ei gensteifigkeit aufweisen müssen, jeweils durch Zugabe geeigneter Additive. Insofern ist mit der Verwertung insbesondere von Natur- Langfasern im ungereinigten Zustand eine in diesem Bereich bisher nicht mögliche und sehr wünschenswerte Verbindung zwischen Ökologie und Ökonomie möglich, die die spezifischen Vorteile solcher Naturstoffe einem weiten technischen Anwendungsbereich zugänglich macht. 15
Mit dem beschriebenen Verfahren und der zu dessen Durchführung vorgesehenen Vorrichtung ist es jedoch auch ohne weiteres möglich, in einer Fortbildung des Erfindungsgedankens mehrschichtige Vliese herzustellen, ohne dafür mehrere Vliesformmaschinen einzusetzen, von denen jede eine Lage oder Schicht legt, wie dies nach dem Stand der Technik erforderlich ist:
Mehrlagige Vliese bieten insbesondere im Kraftfahrzeugbau die Möglichkeit, Formteile für Innenverkleidungen auch aus Naturfasern herzustellen, wobei die Oberfläche beim Verpressen dampfdicht versiegelt wird, um z.B. Kondensatbildung, Durchfeuchtung und Schimmel- pilzbildung im Bereich der Naturfasern an kritischen Stellen zu vermeiden. Dies kann durch Kaschierung durch eine Folie geschehen, beispielsweise durch die oben erwähnte Verbindung des Vlieses mit dem Beschichtungsband 17 bzw. 18. Gemäß der unten erläuterten Weiterbildung ist es aber auch möglich, beispielsweise die Deckschichten der Vliese aus reinen Polymerfasern herzustellen und nur in die Hauptschicht in der Mitte einen hohen Naturfaseranteil einzubringen. Beim anschließenden Verpressen kann durch entsprechende Temperatur- und Druckregelung dafür gesorgt werden, daß die aus Polymerfasern bestehenden Außenschichten vollständig aufschmelzen und beim Verpressen dann ein- oder beidseitig eine durchgehende oder dampfdichte Polymerhaut bilden. Gegenüber dem Aufkaschieren einer Polymerfolie, beispielsweise des Beschichtungsbandes 17 und 18, hat diese Lösung den Vorteil, daß sich die Polymerfasern beim Legen des dreischichtigen Vlieses teilweise mit den Naturfasern der Mittelschicht überkreuzen oder verfilzen und sich daraus eine sehr viel festere Verbindung zwischen den Schichten bildet als beim Aufkaschieren einer Polymerfolie. Auf diese Weise hergestellte Formteile sind höher beanspruchbar als kaschierte Formteile und erhöhen daher die Insassensicherheit im Crash-Fall.
Auch für die Dämmstoffherstellung kann ein zwei- oder dreischichtiger Aufbau eines Vlieses vorteilhaft sein, da sich Polymerfasern leichter miteinander zu einer festen Schicht verbinden als Naturfasern. Indem zum Beispiel beide Deckschichten eines Dämm- 16 -
vlieses aus Polymerfasern hergestellt werden, die eigentliche Dämmschicht, die den Hauptquerschnitt darstellt dagegen aus beispielsweise 90% Naturfasern und nur 10% Polymerfasern als Stütz- und Bindefasern und dann diesen Faserverbund durch einen Thermoofen laufen läßt, erhält man ein Vlies mit zwei durch Thermobonding stark verschmolzenen Deckschichten von hoher Festigkeit, welche den lockeren Kern aus dem Naturfaser-Polymerfaser-Gemisch hautähnlich zusammenhalten und einen einfachen Einbau ermöglichen.
Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der der beschriebene mehrschichtige Aufbau eines Faserverbundes ohne großen Aufwand möglich ist:
Anstelle des einzigen Querverteilers 11 (vergl. Figur 1) sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines dreilagigen Faserverbundes entsprechend drei Querverteiler 11A,11B,11C im Dosierbunker angeordnet, deren horizontale und vertikale Positionierung und deren Fördergeschwindigkeit die relative Dicke der letztlich gebildeten Schichten des Faserverbundes bestimmen. Jeder dieser Querverteiler 11A,11B,11C dient zur Zuförderung einer Komponente des mehrlagigen Vlieses, beim zuletzt erwähnten Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Dämmstoffes würden die Querverteiler HA und 11C folglich Polymerfasern fördern, der Querverteiler 11B ein Gemisch aus 90% Langfasern und 10% Polymerfasern.
Anstelle der einzigen Material säule M beim Aufbau einer homogenen Faserschicht gemäß Figur 1 bilden sich dabei folglich drei überein- anderliegende Material schichten MA,MB,MC aus, in der jeweiligen Faserzusammensetzung. Diese Material schichten werden vom Bodenband 12 kontinuierlich dem Austragskopf A mit seinen Austragsvorrichtungen 20 und 30 zugeführt und von diesen zum mehrschichtigen Vlies ausgeworfen. Hierbei kann die Rotationsgeschwindigkeit der Austragsvorrichtungen so bestimmt werden, daß die "Wurfparabeln" der einzelnen Faserbestandteile der jeweiligen Material schichten so verlaufen, daß sich beim Auftreffen auf das Formband wahlweise ent- - 17
weder eine gewisse Durchmischung benachbarter Materialschichten oder eine scharfe Abgrenzung solcher Material schichten einstellen läßt. Die Schärfe der Abgrenzung der einzelnen Materialschichten kann auch noch durch die Luftführung und Luftgeschwindigkeit mit Hilfe der Unterdruckkästen 16 geregelt werden.
Beispielsweise kann die obere Austragsvorrichtung auf eine höhere Drehzahl eingestellt werden und die unterste Austragsvorrichtung auf eine geringere Drehzahl als die Drehzahl der mittleren Austragsvorrichtungen, so daß eine große Spreizung über die Wurfparabeln der Partikel der einzelnen Materialschichten erfolgt, so daß während des Wurfes keine Überlappung der Wurfbahnen auftritt und somit auch eine relativ scharfe Trennung der Schichten auf dem mehrschichtigen Vlies erreicht wird.
Werden dagegen diffuse Grenzen der einzelnen Materialschichten im mehrschichtigen Vlies gewünscht, sollten die Unterdruckkästen abgeschaltet werden und die Austragsvorrichtungen in ihrer Drehzahl im gegenläufigen Sinne gesteuert werden, so daß einerseits ein längerer Schwebezustand erreicht wird, andererseits sich die Wurfparabeln der Partikel der übereinander! iegenden Materialschichten bis zu ihrem Auftreffen auf dem Formband sich vermischen, so daß über die Gesamtdicke des entstehenden Mehrfachvlieses ein kontinuierlicher MaterialÜbergang zwischen den einzelnen Schichten erreicht werden kann.
Durch eine modifizierte Anordnung der Feststoffverteiler 50 bzw. Düsen 60 kann auch bei einer solchen Ausgestaltung eine selektive Beaufschlagung des Naturfaseranteils (im Ausführungsbeispiel also der mittleren Materialschicht) mit dem Zuschlagstoff erreicht werden.
Das derart geformte Vlies kann dann einer Verfestigung durch Thermobonding, Vernadelung oder ähnlichem zugeführt werden, um das Handling bei den nachfolgenden Verarbeitungsvorgängen zu gestatten. 18 -
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem geschilderten dritten Ausführungsbeispiel gestattet somit ohne hohen Investitionsaufwand die Erzeugung eines mehrschichtigen Faserverbundes zur Herstellung eines Vlieses, wobei die Komponenten und deren Übergänge an den Grenzschichten durch ohnehin verfügbare Steuerparameter einfach gewählt bzw. eingestellt werden können.
Insbesondere beim letztgenannten Ausführungsbeispiel kann für spezifische Vliesgestaltungen auch vollständig oder zeitweise auf die Zugabe von Zuschlagstoffen verzichtet werden.

Claims

- 19 -Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundes mittels Aufbringung von Fasern auf einen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Vlieses (70) Langfasern zumindest als wesentlicher Bestandteil verwendet werden, die im wesentlichen über die Höhe einer Material säule mindestens einem Austragskopf (A;A1,A2) zugeführt und von diesem im wesentlichen horizontal ausgeworfen werden, und daß unter Zusatz von mindestens einem Zuschlagstoff eine Langfaser-Luft- Suspension erzeugt wird, die unmittelbar auf den insbesondere als Formband (14) ausgebildeten Träger aufgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerfen der Langfasern unter Erteilung einer horizontalen Beschleunigung im Bereich des Austragkopfes erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern Bestandteil eines Gemisches sind, in dem auch granulat- ähnliche Bestandteile vorkommen (z.B. Schaben, Polymerteile, Holzgranulate, Recyclingschäume).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus ungereinigten Natur-Fasern besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern Bestandteil eines Natur-Langfaser-Schäben-Verbundes sind, bei dem Natur-Langfasern und Schaben über Teillängen noch miteinander verbunden sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Langfasern Hanffasern, Öl -Leinfasern, Flachsfasern oder Fasern aus Jute, Kenaf, Sisal oder Mischungen daraus eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoff zur Bildung der Luft-Faser-Suspension ein Bindemittel und/oder zusätzliche Sch ben und/oder Granulate verwendet werden. - 20 -
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe vor der Einführung mit einem Bindemittel versetzt werden, ungeschäumt, geschäumt oder nachträglich aufschäumbar.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern während ihrer Förderung zum Austragskopf verdichtet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Materialsäulen (M1,M2) vorgesehen sind, die über jeweils einen Austragkopf (A1,A2) die Langfasern gegeneinander gerichtet derart auswerfen, daß sie möglichst symmetrisch mit dem Zuschlagstoff beaufschlagt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Formband (14) mindestens ein Versiegelungsmittel für mindestens eine der beiden Oberflächen des Vlieses (70) zugegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Versiegelungsmittel ein vorher geschäumtes Material oder ein ungeschäumtes Material mit eingebautem Treibmittel verwendet wird, das sich mit der zu beschichtenden Oberfläche des Vlieses (70) verbindet, und gegebenenfalls eine Deckschicht oder Sperrschicht (18) mit dem Vlies (70) verbindet.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragskopf (A) im wesentlichen vertikal übereinander angeordnete erste Austragsvorrichtungen (20) zur Erfassung der Langfasern von der Front der Materialsäule (M) und deren Dosierung aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Querverteiler (11) aufweist, über den die Langfasern einem Dosierbunker (10) zugeführt werden, in dem sie mittels eines Bodenbandes (12) an den Austragskopf (A) gefördert werden, ein - 21 -
unterhalb des Austragskopfes (A) geführtes Formband (14) und ein Verdichtungsband (13), das zwischen dem Querverteiler (11) und dem oberen Ende des Austragskopfes (A) schräg nach unten verläuft und die Oberfläche der die Langfasern beinhaltenden Materialsäule (M) beaufschlagt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragkopf (A) zweite Austragsvorrichtungen (30) aufweist, die insbesondere zur Räumung, Auflockerung und Beschleunigung der Langfasern dienen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Austragsvorrichtungen (20) als an einer Welle (22) beabstandet gehaltene Sternräder (21) ausgebildet sind, deren Elemente (21A) im wesentlichen radial zur Welle (22) zeigen und deren Vorderflanken (21V) insbesondere haken- oder sichelförmig in Drehrichtung orientiert sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Austragsvorrichtungen (30) stern- und/oder stachelförmig an einer Welle (32) angeordnete Elemente (31A) zur Räumung, Auflockerung und Beschleunigung aufweisen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsbereiche der Elemente (21A, 31A) der ersten und zweiten Austragsvorrichtungen (20, 30) zumindest teilweise überlappen oder ineinandergreifen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Austragsseite des Austragskopfes (A)/der Austragsköpfe (A1,A2) erste Düsen (40) zur Einbringung von flüssigen Zusatzstoffen, wie z.B. Bindemittel oder Flammschutzmittel in die Langfaser-Luft-Suspension angeordnet sind. - 22 -
20. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Austragsseite des Austragskopfes (A;A1, A2) Fest- stoffverteiler (50) zur Einbringung von festen Zusatzstoffen wie z.B. Schaben, Granulaten oder pulverförmigen Bindemitteln in die Langfaser-Luft-Suspension angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Einbringung des Versiegelungsmittels aus zweiten Düsen (60A,60B) bestehen, die im Bereich unterhalb des Austragskopfes (A)/der Austragsköpfe (AI, A2) angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem luftdurchlässigen Formband (14) mindestens ein Unterdruckkasten (16) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Formband (14) ein erstes Beschichtungsband (17) als Träger/Deckschicht/Sperrschicht des Vlieses (70) geführt ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Vlies (70) ein zweites Beschichtungsband (18) als Deckschicht/Sperrschicht des Vlieses (70) geführt ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Beschichtungsband (17,18) aus Kunststoff und/oder Papier und/oder Textilgewebe und/oder Nonwoven besteht.
26. Vorrichtung nach Anspruch 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Beschichtungsbänder (17,18) breiter sind als das Vlies (70).
27. Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Faserverbundes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Material säule (M) aus mindestens zwei übereinander liegenden Materialschichten (MA, MB, MC) gebildet wird, die gleichzeitig dem Austragskopf (A, AI, A2) zugeführt und von diesem ausgeworfen werden. - 23 -
28. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß den gleichzeitig dem Austragskopf zugeführten Materialschichten eine unterschiedliche horizontale Beschleunigung erteilt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 1 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff nur einer oder einem Teil der Materialschichten nach dem Abwurf vom Austragskopf zur Erzeugung einer Faser- Luft-Suspension zugeführt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polymerfasern in den Materialschichten (MA, MB, MC).
31. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch die ausschließliche Verwendung von Polymerfasern für die oberste und unterste Materialschicht (MA, MC).
32. Verfahren nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polymerfasern als Bestandteil eines Gemisches, aus dem die mittlere Materialschicht (MB) gebildet wird.
33. Verfahren nach Anspruch 30-32, gekennzeichnet durch die Verwendung des gleichen Polymerfasertyps in den Material schichten (MA, MB, MC).
34. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Querverteiler aus einer der Zahl der Material schichten (MA, MB, MC) entsprechenden Anzahl von Förderbändern (HA, 11B, 11C) besteht, deren relative Positionierung und Fördergeschwindigkeit die Dickenverteilung der Material - schichten (MA, MB. MC) bestimmt.
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