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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Diese
Anmeldung nimmt Bezug auf die U.S.-Anmeldung mit der Seriennummer
09/750.820, eingereicht am 28. Dezember 2000.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen
von nichtgewebten Stoffen bzw. Vliesstoffen und Laminaten aus feinen
Fäden eines
oder mehrerer thermoplastischer Polymere.
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Hintergrund der Erfindung
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Schmelzspinntechniken
werden routinemäßig für die Herstellung
von Vliesstoffen und mehrlagigen Laminaten oder Verbundstoffen eingesetzt,
die zur Fertigung von unterschiedlichen Verbrauchsgegenständen und
industriellen Gütern
verwendet werden wie beispielsweise Abdeckvorratsmaterial für absorbierende
Produkte für
einmaligen oder kurzlebigen Gebrauch, Wegwert-Schutzvorrichtungen,
Filtermedien für
Flüssigkeiten
und langlebige Gebrauchsartikel wie zum Beispiel Bettdecken und
Teppichwaren. Mit Schmelzspinnverfahren, wozu Spinnverbundverfahren
(spunbond) und Schmelzblasverfahren (meltblowing) gehören, werden
nicht gewebte Stoffe, also Vliesstoffe, und Verbundstoffe aus einer oder
mehreren Schichten miteinander verschlungener feiner Fäden oder
Fasern geformt, die aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren
zusammengesetzt sind. Die im Spinnverbundverfahren hergestellten
Fasern sind im allgemeinen gröber
und steifer als die im Schmelzblasverfahren hergestellten Fasern;
Spinnverbundvliesstoffe sind darum im allgemeinen fester, jedoch
weniger flexibel als Schmelzblasvliesstoffe.
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Zu
einem Schmelzblas-Prozess gehört
im allgemeinen die Extrusion einer Reihe halbfester feiner Fäden mit
geringem Durchmesser aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren
aus einem Schmelzblaswerkzeug einer Schmelzblasanlage und die Behandlung
der extrudierten Fasern mit erhitzter Prozessluft hoher Geschwindigkeit
unmittelbar nach dem Verlassen der Schmelzspinnanlage und solange
sie noch nicht abgelegt sind, um sie noch dünner zu machen. Die Prozessluft
kann als ununterbrochene, konvergierende Fläche oder als Vorhang auf einander
gegenüberliegenden
Seiten der aus der Anlage ausgepressten feinen Fäden ausgegeben werden oder
sie kann einzelne Ströme
oder Jets bilden, die den Fadenaustrittöffnungen zugeordnet sind. Die
im Durchmesser verringerten Fäden werden
dann durch einen Strahl verhältnismäßig kühler Prozessluft
sehr schnell abgekühlt
und in einer Formzone zu einer Faden-Luft-Mischung geblasen, die
als Schmelzblasvliesstoff auf einem Kollektor, beispielsweise auf
einem Substrat, einem Förderband
oder einem anderen geeigneten Träger,
der sich in Maschinenlaufrichtung bewegt, abgelegt wird.
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Zu
einem Spinnverbundverfahren gehört
im allgemeinen das Extrudieren mehrerer Reihen halbfester Fäden mit
geringem Durchmesser aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren
aus einem Extruderwerkzeug einer Spinnverbundanlage wie einer Spinndüse oder
einem Spinnpack. Ein großer
Strom verhältnismäßig kühler Prozessluft
wird auf den Strom extrudierter Fäden gerichtet, um das geschmolzene
thermoplastische Polymer schnell abzukühlen. Danach wird ein Strom
verhältnismäßig kühler Prozessluft
mit hoher Geschwindigkeit dazu eingesetzt, die Fäden im Durchmesser zu verringern oder
auf einen spezifizierten Durchmesser zu ziehen und sie in molekularer
Hinsicht zu orientieren. Die Prozessluft wird durch die von den
eingebetteten Fäden übertragene
thermale Energie stark aufgeheizt. Die im Durchmesser verringerten
Fäden werden
in einer Mischung aus Fäden
und Luft in die Richtung einer Formzone getrieben, um auf einem
sich bewegenden Kollektor einen Vliesstoff oder eine Laminatschicht
zu bilden.
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Spinnverbunderfahren
umfassen üblicherweise
eine Vorrichtung zum Ziehen der Fasern, die den Prozessluftstrom
hoher Geschwindigkeit zum Verringern des Faserdurchmessers liefert.
Der aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Luftstromes auftretende
hydrodynamische Zug beschleunigt jede Faser auf eine lineare Geschwindigkeit
oder Spinngeschwindigkeit, die bedeutend größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit
aus der Extruderdüse
und übt
eine Ziehkraft aus, die den Durchmesser der Fasern verringert, während sie
aus dem Werkzeug zum Einlass der Faserziehvorrichtung wandern. Eine
zusätzliche
Verringerung des Durchmessers tritt zwischen dem Ausgang der Faserziehvorrichtung
und dem Kollektor auf, wenn die Fasern nach dem Austreten aus der
Faserziehvorrichtung von dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit erfasst
werden. Konventionelle Faserziehvorrichtungen beschleunigen die
Fasern auf eine durchschnittliche Lineargeschwindigkeit von unter
8000 m pro Minute (m/min).
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Ein
Nachteil der konventionellen Faserziehvorrichtungen besteht darin,
dass zum Ziehen der Fasern eine große Menge Prozessluft hoher
Geschwindigkeit erforderlicht ist. Zusätzlich reißt die Prozessluft noch eine
außerordentlich
große
Menge Sekundärluft
aus der Umgebung der sich in der Luft befindlichen Faden-Luft-Mischung mit
sich. Die Menge der mitgerissenen Sekundärluft ist der Menge und Geschwindigkeit
der die Fadenziehvorrichtung verlassenden Prozessluft proportional.
Wird hier nicht lenkend eingegriffen, dann beeinträchtigen
solche großen
Mengen Prozess- und Sekundärluft
mit ihrer hohen Geschwindigkeit die Fäden, wenn sie auf dem Kollektor
abgelegt werden, und verschlechtern die physischen Eigenschaften
des Spinnverbundvliesstoffes.
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Wie
oben erwähnt
wurde, werden sowohl während
der Schmelzblasverfahren als auch der Spinnverbundverfahren große Mengen
an Prozessluft erzeugt. Außerdem
ist ein großer
Teil der Prozessluft heiß und
erreicht hohe Bewegungsgeschwindigkeiten, die manchmal Schallgeschwindigkeit
erreichen. Ohne ein geeignetes Sammeln und Entfernen der Prozessluft
und der mitgerissenen Sekundärluft
würden
die großen
Luftmengen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, höchstwahrscheinlich
das Arbeitspersonal in der Nähe
der Fertigungsanlagen stören
und andere Geräte
in der Nähe beeinträchtigen.
Solche großen
Volumen an aufgeheizter Prozessluft würden die Umgebung der Fertigungsanlage,
wo der Vliesstoff oder das Laminat hergestellt wird, aufheizen.
Folglich ist es notwendig, dass dem Sammeln und Entfernen dieser
Prozessluft und der mitgerissenen Sekundärluft bei der Herstellung von
Vliesstoffen und Laminaten in Schmelzspinntechnik Aufmerksamkeit
geschenkt wird.
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Ein
Management der Prozess- und Sekundärluft ist ebenfalls im Hinblick
auf die jeweils geforderten Eigenschaften der Fäden wichtig, wenn sie auf den
sich bewegenden Kollektor abgelegt werden. Die Homogenität der Verteilung
der abgelegten Fasern quer über
die Breite des Vliesstoffes oder quer zur Maschinenlaufrichtung
hängt in
großem
Maße von
der Gleichförmigkeit
des Luftstromes quer zur Maschinenlaufrichtung ab, der die Fäden umgibt, während sie
auf das Kollektorband gelegt werden. Ist die Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten
quer zur Maschinenlaufrichtung nicht gleichförmig, dann werden die Fasern
nicht gleichmäßig auf
den Kollektor gelegt, was einen Vliesstoff ergibt, der quer zur Maschinenlaufrichtung
inhomogen ist. Um einen Vliesstoff mit homogenen physischen Eigenschaften wie
Dichte, Grundgewicht, Benetzbarkeit und Durchlässigkeit für Flüssigkeiten quer zur Maschinenlaufrichtung
zu erreichen, muss die Veränderung
der Luftstromgeschwindigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung so gering
wie möglich
gehalten werden. Große
Mengen ungelenkter Luft können
außerdem
die Fadenbildung stromaufwärts
und stromabwärts
der Formzone in den stromaufwärtigen
bzw. stromabwärtigen
Faden-Herstellstrahlen beeinträchtigen.
Aus diesen Gründen
ist ein effektives und wirksames Sammeln der großen Luftmengen erforderlich,
damit Unregelmäßigkeiten
der physischen Eigenschaften des Vliesstoffes verhindert werden.
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Die
auf dem Kollektor abgelegten Fäden
weisen eine durchschnittliche Fadenorientierung in der Maschinenlaufrichtung
(MD: machine direction) und eine durchschnittliche Orientierung
in orthogonal zur Maschinenlaufrichtung, d.h. quer zur Maschinenlaufrichtung
(CD: cross-machine direction) gerichteter Richtung auf. Das Verhältnis der
Faserorientierung, das als MD/CD-Lageverhältnis bezeichnet wird, gibt die
Isotropie des Vliesstoffes an und ist von starkem Einfluss auf unterschiedliche
Eigenschaften des Vliesstoffes, so auch auf die Richtungsabhängigkeit der
Zugfestigkeit oder die Flexibilität des Vliesstoffes. Bei einer
gleichmäßigen Verteilung
der Luftstromgeschwindigkeiten quer zur Maschinenlaufrichtung steuern
die Luftstromgeschwindigkeiten in Maschinenlaufrichtung das MD/CD-Lageverhältnis und
darum ist das Management der großen Mengen an Prozess- und Sekundärluft von
beachtlicher Bedeutung.
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Es
sind unterschiedliche konventionelle Luftmanagementsysteme verwendet
worden, um den von Schmelzspinnanlagen erzeugten Strom an Prozess-
und Sekundärluft
zu sammeln und zu entfernen (s. beispielsweise
EP 1225263 A ). Die meisten
der konventionellen Luftmanagementsysteme umfassen eine Luftbewegungsvorrichtung
wie ein Gebläse
oder eine Vakuumpumpe und einen Sammelkanal, dessen Aufnahmeöffnung unterhalb
des Kollektors in der Nähe
der Formzone zum Sammeln der Luft angeordnet ist und dessen Auslassöffnung in
Fluidverbindung mit der Luftbewegungsvorrichtung zum Entfernen der gesammelten
Luft steht. Bei einigen dieser konventionellen Systeme wird der
Unterdruck, der auf die Aufnahmeöffnung
wirkt, von einer oder mehreren bewegbaren Dämpfungsgliedern geregelt, die
am Eingang der Aufnahmeöffnung
angeordnet sind. Bei anderen konventionellen Luftmanagementsystemen
ist der Sammelkanal in eine Anordnung kleiner Luftpassagen unterteilt,
von denen jede eine Aufnahmeöffnung,
eine Auslassöffnung
und eine Luftbewegungsvorrichtung enthält, die in Fluidverbindung
mit der Auslassöffnung
stehen, um die gesammelte Luft in die individuellen Aufnahmeöffnungen
hinein zu ziehen. Die Regelung des auf die Aufnahmeöffnung wirkenden
negativen Luftdrucks erfolgt durch eine Mehrzahl von bewegbaren
Dämpfungsgliedern,
von denen jedes einer Auslassöffnung
jeder Luftpassage zugeordnet ist.
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Das
gleichzeitige Regeln der Verteilung von Luftstromgeschwindigkeiten
in der Umgebung der Formzone sowohl quer zur Maschinenlaufrichtung als
auch in Maschinenlaufrichtung verlaufender Richtung stellt jedoch
bei konventionellen Luftmanagementsystemen eine Herausforderung
dar. Mit konventionellen Luftmanagementsystemen wie sie oben beschrieben
wurden, ist es nicht möglich,
die Richtungsgegebenheiten oder Symmetrie der Luftstromgeschwindigkeiten
in Maschinenlaufrichtung systematisch zu regeln und dabei quer zur
Maschinenlaufrichtung eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung
der Luftstromgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. So können insbesondere
bewegbare Dämpfungsglieder
in solchen konventionellen Systemen entweder die Verteilung der
Luftstromgeschwindigkeit in Maschinenlaufrichtung nicht variieren
oder sie können
die Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten in Maschinenlaufrichtung
nicht variieren, ohne die Gleichmäßigkeit der Luftstromgeschwindigkeiten quer
zur Maschinenlaufrichtung in bedeutendem Maße zu reduzieren. Das führt dazu,
dass konventionelle Luftmanagementsysteme nicht mit der Möglichkeit
ausgestattet sind, die Verteilung von Luftstromgeschwindigkeiten
in Maschinenlaufrichtung auszuwählen,
um damit das MD/CD-Lageverhältnis
wirksam zu steuern. Daraus folgt, dass bei Schmelzspinnverfahren,
die mit solchen konventionellen Luftmanagementsystemen arbeiten,
die Eigenschaften der Vliesstoffe in Maschinenlaufrichtung nicht
gesteuert oder auf andere Weise angepasst werden können.
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Was
benötigt
wird, ist ein Luftmanagementsystem für ein Schmelzspinnsystem, das
die Abgabe von Prozessluft so verändern kann, dass die Verteilung
der Luftstromgeschwindigkeiten in der Nähe der Formzone für den Vlies
quer zur Maschinenlaufrichtung gesteuert und ein gleichmäßiger Luftstrom
quer zur Maschinenlaufrichtung erzielt wird. Auch wird ein Schmelzspinnsystem
benötigt,
das eine reduzierte Menge an Prozessluft und damit an abzuführender Sekundärluft erzeugt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Schmelzspinnsystem und insbesondere
ein Schmelzspinn- und Luftmanagementsystem, das die Unzulänglichkeiten
und Nachteile der bisher bekannten Schmelzspinn- und Luftmanagementsysteme vermeidet.
Das Luftmanagementsystem der Erfindung weist mindestens ein Lufthandhabungssystem zum
Aufnehmen der von der Schmelzspinnvorrichtung ausgestoßenen Luft
auf. Das Lufthandhabungssystem enthält im allgemeinen ein äußeres Gehäuse, das
erste Wände
hat, die einen ersten Innenraum bilden, und ein inneres Gehäuse, das
innerhalb des ersten Innenraumes angeordnet ist und zweite Wände hat,
die einen zweiten Innenraum bilden. Eine der ersten Wände des äußeren Gehäuses weist
eine Einlassöffnung
auf, die unterhalb eines Kollektors angeordnet ist, um die ausgestoßene Luft
in den ersten Innenraum einzuführen,
und eine andere der ersten Wände
des äußeren Gehäuses weist
eine Auslassöffnung
zum Herausführen
der ausgestoßenen
Luft auf. Der zweite Innenraum steht in Fluidverbindung mit der
Auslassöffnung
und eine der zweiten Wände des
inneren Gehäuses
weist einen länglichen
Schlitz mit einer Hauptdimension quer zur Maschinenlaufrichtung
auf, wobei der längliche
Schlitz eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Innenraum und dem
zweiten Innenraum herstellt.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Luftführglied
außerhalb
des ersten Innenraumes des Luftmanagementsystems in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet.
Das Luftführglied
erstreckt sich quer zur Maschinenlaufrichtung und unterteilt die
Einlassöffnung in
Maschinenlaufrichtung in erste und zweite Abschnitte.
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Gemäß den Prinzipien
der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine Schmelzspinnvorrichtung
und ein Luftmanagementsystem mit drei Lufthandhabungssystemen aufweist.
Die Schmelzspinnvorrichtung ist dazu ausgebildet, Materialfäden zu extrudieren
und ist vertikal oberhalb eines Kollektors angeordnet. Eine erste
Lufthandhabungsvorrichtung des Luftmanagementsystems ist direkt
unter der Schmelzspinnvorrichtung in einer Formzone angeordnet.
Eine zweite Lufthandhabungsvorrichtung ist stromaufwärts der
zweiten Lufthandhabungsvorrichtung in der Formzone angeordnet. Eine
dritte Lufthandhabungsvorrichtung ist stromabwärts der ersten Lufthandhabungsvorrichtung
und der Formzone angeordnet. Die zweite und die dritte Lufthandhabungsvorrichtung
weisen je ein Luftleitglied, wie vorstehend beschrieben, und eine
einstellbare Strömungssteuereinrichtung
auf, wie vorstehend beschrieben.
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Gemäß den Prinzipien
der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die dazu ausgebildet
ist, Materialfäden
auf einen sich bewegenden Kollektor auszubringen. Die Vorrichtung
enthält
eine Schmelzspinnvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, Fäden zu extrudieren,
eine Fadenziehvorrichtung zwischen der Schmelzspinnvorrichtung und
dem Kollektor und eine Lufthandhabungsvorrichtung, die eine Einlassöffnung hat,
die in der Nähe
des Kollektors angeordnet ist. Die Fadenziehvorrichtung hat einen
Einlass zur Aufnahme der von der Schmelzspinnvorrichtung kommenden
Fäden und
einen Auslass zum Ausbringen der Fäden in Richtung des Kollektors.
Die Fadenziehvorrichtung ist dazu ausgebildet ist, einen Strom von
Prozessluft ausreichend zum Reduzieren des Dicke der Materialfäden zur
Verfügung
zu stellen. Der Strom von Prozessluft hat Sekundärluft aus der Umgebung zwischen
dem Auslass und dem Kollektor zur Folge. Die Einlassöffnung der
Lufthandhabungsvorrichtung nimmt die von der Fadenziehvorrichtung ausgestoßene Prozessluft
und die damit zusammenhängende
Sekundärluft
auf. Die Vorrichtung enthält darüber hinaus
eine Formkammer mit einer Seitenwand, die zumindest teilweise die
Einlassöffnung
der Lufthandhabungsvorrichtung und den Auslass der Fadenziehvorrichtung
umschließt,
eine Eingangsöffnung
stromabwärts
der Einlassöffnung
und eine Ausgangsöffnung
stromaufwärts
der Einlassöffnung.
Die Seitenwand bildet einen Verarbeitungsraum für die Passage der Materialfäden vom
Auslass der Fadenziehvorrichtung zum Kollektor und teilt den Verarbeitungsraum
von der umgebenden Umgebung ab. Die Eingangs- und Ausgangsöffnungen
sind so dimensioniert, dass zumindest der Kollektor den Verarbeitungsraum überstreichen
kann. Die Seitenwand der Formkammer weist eine perforierte Dosiertafel
auf, die dazu ausgebildet ist, den Luftstrom aus der Umgebung in
den Verarbeitungsraum zu regulieren.
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Die
Erfindung schafft außerdem
ein Verfahren zum Ablegen von aus Fäden bestehenden Vliesbahnen
auf einen sich in Maschinenlaufrichtung bewegenden Kollektor, bei
dem Materialfäden
aus einer Schmelzspinnvorrichtung einer Schmelzspinnanlage ausgestoßen werden,
die mit einem Prozessluftstrom gemischt werden. Die Materialfäden werden
auf dem Kollektor abgelegt und die Prozessluft wird von einer Einlassöffnung eines
Luftmanagementsystems aufgenommen, das eine im wesentlichen gleichmäßige Aufnahme
der ausgestoßenen
Luft quer zur Maschinenlaufrichtung aufweist und wahlweise ein variables Verhältnis der
Luftstromgeschwindigkeit in Maschinenlaufrichtung zur Luftstromgeschwindigkeit
quer zur Maschinenlaufrichtung zulässt.
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Unterschiedliche
zusätzliche
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden einem durchschnittlichen
Fachmann beim Durchsehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten
ist, ohne weiteres deutlich.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematischer Aufriss einer aus zwei Stationen bestehenden Fertigungslinie
mit dem Luftmanagementsystem nach der Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der aus zwei Stationen bestehenden
Fertigungslinie nach 1, von der das Kollektorband
der Übersicht halber
entfernt ist;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des Luftmanagementsystems nach 1;
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4 ist
eine teilweise auseinander gezogene perspektivische Ansicht der
Lufthandhabungsvorrichtung der Formzone nach 3;
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5 ist
ein Querschnitt der Lufthandhabungsvorrichtung der Formzone der 4 allgemein entlang
der Linie 5-5;
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6 ist
eine Draufsicht auf die Lufthandhabungsvorrichtung der Formzone
in 4 allgemein entlang der Linie 6-6;
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7 ist
eine teilweise auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer
der Ablufthandhabungsvorrichtungen der 3;
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8 ist
eine Ansicht der Spinnverbundstation nach 1;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht der Fadenziehvorrichtung nach 1;
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10 ist
ein Querschnitt allgemein entlang der Linie 10-10 der 9 und
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11 ist
ein Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der Fadenziehvorrichtung
nach 9.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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In 1 ist
eine aus zwei Stationen bestehende Schmelzspinn-Fertigungslinie 10 schematisch dargestellt.
Die Fertigungslinie 10 umfasst ein Luftmanagementsystem 12 an
einer Spinnverbundstation 14 und ein getrenntes Luftmanagementsystem 12 an
einer Schmelzblasstation 16, die in Maschinenlaufrichtung,
angedeutet in 1 durch einen Pfeil 15,
stromabwärts
der Station 14 angeordnet ist.
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Auch
wenn das Luftmanagementsystem 12 hier im Zusammenhang mit
der aus zwei Stationen bestehenden Fertigungslinie 10 dargestellt
ist, kann das Luftmanagementsystem 12 allgemein für andere Fertigungslinien
eingesetzt werden, die mit einer einzigen Station oder mit einer
Mehrzahl von Stationen ausgerüstet
sind. Bei einer Fertigungslinie mit einer einzigen Station kann
der Vliesstoff mit jedem beliebigen Verfahren hergestellt werden,
beispielsweise mit einem Schmelzblas- oder einem Spinnverbundverfahren.
Bei einer Fertigungslinie mit einer Mehrzahl von Stationen kann
eine Mehrzahl von Vliesstoffen zur Herstel lung eines aus mehreren
Schichten bestehenden Laminats oder Verbundstoffes hergestellt werden.
Es kann jede Kombination von Schmelzblas- und Spinnverbundverfahren
zur Herstellung des Laminats verwendet werden. Zum Beispiel kann
das Laminat ausschließlich
Schmelzblasvliesstoffe oder ausschließlich Spinnverbundvliesstoffe
enthalten. Es kann jedoch auch jede Kombination von Schmelzblasvliesstoffen
und Spinnverbundvliesstoffen enthalten, beispielsweise ein Spinnverbund/Schmelzblas/Spinnverbund-Laminat
(SMS) sein.
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Es
wird weiterhin Bezug genommen auf 1, wo die
aus zwei Stationen bestehende Fertigungslinie 10 ein Zweischichtenlaminat 18 aus
einem Spinnverbundvliesstoff oder einer Schicht 20, die
von der Spinnverbundstation 14 auf einem Kollektor 32, beispielsweise
einem sich generell horizontal in Maschinenlaufrichtung 15 bewegenden,
perforierten Endlosband, gefertigt wird, und einem Schmelzblasvliesstoff
oder einer Schicht 22, die oben auf dem Vliesstoff 20 von
der Schmelzblasstation 16 gefertigt wird, herstellt. Zusätzliche
Schmelzblas- oder Spinnverbundvliesstoffe können von weiteren Stationen, die
stromabwärts
der Schmelzblasstation 16 angeordnet sind, hinzugefügt werden.
Stromabwärts
der Schmelzblasstation 16 wird das Laminat 18 durch eine
konventionelle Technik, beispielsweise durch Kalandern, verfestigt.
Selbstverständlich
kann der Spinnverbundvliesstoff 20 auf eine bereits vorhandene
Vliesbahn (nicht dargestellt), beispielsweise einen Spinnverbundvliesstoff,
einen verbundenen oder unverbundenen kardierten Vlies, einen Schmelzblasvliesstoff
oder auf ein Laminat aus einer Kombination dieser Arten von Vliesbahnen
aufgebracht werden, die stromaufwärts der Spinnverbundstation 14 auf den
Kollektor 32 gelegt wurden und auf diesem Kollektor 32 stromabwärts zu den
Stationen 14, 16 transportiert werden.
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Die
Spinnverbundstation 14 enthält eine Schmelzspinnanordnung 24 mit
einer Extruderdüse 25.
Um den Spinnverbundvliesstoff 20 zu bilden, extrudiert
die Extruderdüse 25 einen
sich nach unten erstreckenden Vorhang von thermoplastischen Fasern
oder Fäden 26 aus
einer Mehrzahl von Öffnungen
(nicht dargestellt), die sich im allgemeinen über die Breite eines Kollektors 32 quer
zur Maschinenlaufrichtung 17 erstrecken, im allgemeinen
orthogonal zur Maschinenlaufrichtung 15, und die die Breite des
Spinnverbundvliesstoffes 20 begrenzen. Der aus der Extruderdüse 25 extrudierte,
sich in der Luft befindliche Vorhang aus Fäden 26 passiert ein
Monomer-Abzugsystem 27, das alle Reste von Monomer gas aus
dem Extrusionsprozess entfernt. Der durch die Luft wandernde Vorhang
aus Fäden 26 durchquert
als nächstes
ein Zweizonen-Abschrecksystem 28, das zwei einzelne Ströme kühler Prozessluft
auf den Vorhang aus Fäden 26 richtet,
um diese Fäden 26 schnell
abzukühlen
und ihr Verfestigen einzuleiten. Die Prozessluft aus dem Abschrecksystem 28 wird üblicherweise
mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 500 SCFM/m bis etwa 20.000 SCFM/m ausgestoßen und
ihre Temperatur liegt im Bereich von etwa 2°C bis etwa 20°C.
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Der
durch die Luft wandernde Vorhang aus Fäden 26 verlässt das
Abschrecksystem 28 und wird durch Saugwirkung und einer
großen
Menge Sekundärluft
aus der Umgebung in einen Einlass 29 einer Fadenziehvorrichtung 30 geleitet.
Die Fadenziehvorrichtung 30 umhüllt die Fäden 26 mit einem Strom Prozessluft
hoher Geschwindigkeit, der allgemein parallel zur Länge der
Fäden 26 gerichtet
ist, um eine Vorspann- oder Dehnkraft in einer Richtung auszuüben, die
im wesentlichen parallel zur Länge
der Fäden 26 verläuft. Die
Fäden 26 können gedehnt
werden, und der Prozessluftstrom hoher Geschwindigkeit in der Fadenziehvorrichtung 30 verringert
ihren Durchmesser und orientiert sie in molekularer Hinsicht. Die
dünneren
Fäden 26 werden
von der Prozess- und Sekundärluft
hoher Geschwindigkeit erfasst, wenn sie aus einem Auslass 34 der
Fadenziehvorrichtung 30 ausgeworfen werden. Die Mischung aus
gedünnten
Fäden 26 und
Luft hoher Geschwindigkeit wird nachfolgend als Faden/Luft oder
Faden-Luft-Mischung 33 bezeichnet.
Die Faden-Luft-Mischung 33 tritt in eine Formkammer 31 ein,
die oberhalb des Kollektors 32 vorgesehen ist, und die
gedünnten
Fäden 26 der
Faden-Luft-Mischung 33 werden in die Richtung des Kollektors 32 geblasen.
Die Fadenziehvorrichtung 30 kann zur Einstellung des senkrechten
Abstandes zwischen dem Auslass 34 und dem Kollektor 32 oder
anderer senkrechter Abstände
auf einem in senkrechter Richtung beweglichen Gestell (nicht dargestellt)
angeordnet sein, wie dies allgemein durch den Pfeil in 1 angedeutet
ist.
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Die
im Durchmesser verringerten Fäden 26 der
Faden-Luft-Mischung 33 werden ungerichtet auf dem Kollektor 32 abgelegt,
wobei sie allgemein unterstützt
werden durch das Luftmanagementsystem 12, das die Prozess-
und Sekundärluft
hoher Geschwindigkeit, die durch die Spinnverbundstation 14 erzeugt
wird, sammelt. Die Faden-Luft-Mischung 33 zieht zusätzliche
Sekundärluft
aus der Umgebung der Formkammer an, die, wie unten beschrieben wird,
auf ihrem Luftpfad zwischen dem Auslass 34 und dem Kollektor 32 geregelt
wird.
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Nach
der vorliegenden Erfindung enthält
das Luftmanagementsystem 12 ein Paar Abluft-Steuerwalzen 38, 40,
die parallel zur Maschinenlaufrichtung 15 im Abstand voneinander
angeordnet sind. Zwischen den Abluft-Steuerwalzen 38, 40 ist
in Maschinenlaufrichtung 15 eine Formzone 35 definiert,
die stromaufwärts
von einer Vor-Formzone 36 und stromabwärts von einer Nach-Formzone 37 flankiert wird.
Die Zonen 35, 36, 37 erstrecken sich
in Längsrichtung über die
Breite des Luftmanagementsystems 12 quer zur Maschinenlaufrichtung 17.
Der größte Anteil
der Fäden 26 aus
der Faden-Luft-Mischung 33 wird in der Formzone 35 auf
dem Kollektor 32 abgelegt. Die die Faden-Luft-Mischung 33 begleitende
Prozessluft passiert den Spinnverbundvliesstoff 20, während er
sich bildet und dicker wird, den Kollektor 32 und jedes
bereits vorhandene Substrat auf dem Kollektor 32, das von
der Formzone 35, der Vor-Formzone 36 und der Nach-Formzone 37 aufgenommen
werden soll. Der Kollektor 32 ist perforiert, so dass die
Prozessluft aus der Faden-Luft-Mischung 33 durch den Kollektor 32 in
das Luftmanagementsystem 12 strömt. Die Prozessluft an der
Spinnverbundstation 14 wird dann durch geregeltes Vakuum oder
entsprechenden Unterdruck vom Luftmanagementsystem 12 evakuiert.
Das Vakuum in der Vor-Formzone 36 wird wahlweise von einem
Paar Abluft-Regelventilen 41, 42 geregelt, und
in ähnlicher Weise
wird der Unterdruck in der Nach-Formzone 37 wahlweise durch
ein Paar von Abluft-Regelventilen 43, 44 geregelt.
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Die
Schmelzblasstation 16 umfasst eine Schmelzspinnanordnung 45 mit
einer Schmelzblasdüse 46.
Zum Herstellen des Schmelzblasvliesstoffes 22 extrudiert
die Schmelzblasdüse 46 eine
Mehrzahl von thermoplastischen Fasern oder Fäden 47 auf den Kollektor 32,
die den Spinnverbundvliesstoff 20 bedecken, der stromaufwärts von
der Spinnverbundstation 14 gebildet wurde. Konvergierende
Flächen
oder Jets heißer
Prozessluft, angedeutet durch Pfeile 48, aus der Schmelzblasdüse 46 treffen
hart auf die Fäden 47 auf,
während
sie extrudiert werden, um sie zu strecken oder zu ziehen. Die Fäden 47 werden
dann in ungerichteter Weise auf den Spinnverbundvliesstoff 20 auf
dem Kollektor abgelegt, um den Schmelzblasvliesstoff 22 zu
bilden. Die Prozessluft an der Schmelzblasstation 16 passiert
den Schmelzblasvliesstoff 22 während er sich formt, den Spinnverbundvliesstoff 20 und
den Kollektor 32, um vom Luftmanagementsystem 12 evakuiert
zu werden.
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Mehrere
ft3 (1 ft3 = 0,0283
m3) Prozessluft pro Minute pro 2,54 cm Düsenlänge fließen während der Herstellung
des Spinnverbundvliesstoffes 20 und des Schmelzblasvliesstoffes 22 durch
jede Station 14, 16. Die Prozessluft reißt Sekundärluft aus
der Umgebung entlang des sich durch die Luft bewegenden Fadenpfades
zwischen Extruderdüse 25 und
dem Kollektor 32 mit sich. Der Strom der Prozessluft und der
Sekundärluft
hat eine Geschwindigkeit, die durch eine Vektorquantität dargestellt
wird, die in drei Dimensionen aufgelöst werden kann als Resultante
einer skalaren Komponente, die senkrecht auf den Kollektor 32 gerichtet
ist, eine skalare Komponente in Maschinenlaufrichtung 15 und
eine skalare Komponente quer zur Maschinenlaufrichtung 17.
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Das
Luftmanagementsystem 12 sammelt und entfernt in wirksamer
Weise die Prozessluft und alle mitgerissene Sekundärluft der
Stationen 14, 16. Was viel wichtiger ist, das
Luftmanagementsystem 12 sammelt die Prozess- und Sekundärluft auf
eine Weise, dass die Prozessluft eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit
jedenfalls quer zur Maschinenlaufrichtung 17 hat, während die Prozessluft
durch den Kollektor 32 strömt. Idealer Weise werden die
Fäden 26, 47 auf
dem Kollektor 32 ungerichtet abgelegt, um die Spinnverbund- und Schmelzblasvliesstoffe 20, 22 zu
bilden, die jedenfalls quer zur Maschinenlaufrichtung 17 homogene Eigenschaften
aufweisen. Ist die Geschwindigkeit des Luftstromes durch den Kollektor
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 nicht gleichmäßig, dann
weisen die fertigen Vliesstoffe 20, 22 wahrscheinlich
keine homogenen Eigenschaften quer zur Maschinenlaufrichtung 17 auf.
Daraus wird klar, dass die Variation der Komponentengröße der Luftstromgeschwindigkeit
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 minimiert werden muss,
um einen Vliesstoff 20, 22 herzustellen, der quer
zur Maschinenlaufrichtung 17 homogene Eigenschaften aufweist.
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In 2 wird
der Transportaufbau 50 der mit zwei Stationen bestückten Fertigungslinie 10 nach 1 dargestellt.
Obgleich die mit zwei Stationen ausgestattete Fertigungslinie 10 zwei
Luftmanagementsysteme 12 enthält, wird die nachfolgende Beschreibung
das Luftmanagementsystem 12, das der Spinnver bundstation 14 zugeordnet
ist, in den Fokus stellen. Trotzdem soll die Beschreibung gleichermaßen auf
das Luftmanagementsystem 12 anzuwenden sein, das der Schmelzblasstation 16 zugeordnet
ist. Ein Luftmanagementsystem ähnlich
dem Luftmanagementsystem 12, im Vergleich zu dem die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung darstellen, wird in
der ebenfalls schwebenden U.S.-Patentanmeldung desselben Anmelders,
der Anmeldung mit der Seriennummer 09/750.820 und dem Titel „Air Management
System for the Manufacture of Nonwoven Webs and Laminates", angemeldet am 28.
Dezember 2000, beschrieben.
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Wie
weiterhin aus den 2 und 3 zu ersehen
ist, enthält
das Luftmanagementsystem 12 drei diskrete Lufthandhabungsvorrichtungen 52, 54, 56,
die unmittelbar unter dem Kollektor 34 angeordnet sind.
Die Lufthandhabungsvorrichtungen 52, 54, 56 enthalten
Einlassöffnungen 58, 60, 62 und
ihnen gegenüber
angeordnete Auslassöffnungen 64, 66, 68.
Einzelne Auslasskanäle 70, 72, 74 sind
jeweils mit den Auslassöffnungen 64, 66, 68 verbunden.
Der Auslasskanal 70, der repräsentativ für die Auslasskanäle 72, 74 ist,
umfasst eine Reihe von individuellen Komponenten, wozu ein erstes
Knie 76, ein zweites Knie 78 und ein länglicher
Abschnitt 80 gehören.
Im Betrieb ist ein geeignetes, Luft transportierendes Gerät (nicht
gezeigt), beispielsweise ein Gebläse oder Ventilator mit regelbarer
Laufgeschwindigkeit, durch geeignete Kanäle mit dem länglichen
Abschnitt 80 verbunden, um Saugkraft, Vakuum oder Unterdruck anzuwenden,
um die Prozessluft durch das Luftmanagementsystem 12 zu
ziehen.
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Aus 2 und 3 ist
ebenfalls zu sehen, dass die Lufthandhabungsvorrichtung 54 direkt
unter der Formzone 35 angeordnet ist. Als solche sammelt die
Lufthandhabungsvorrichtung 54 den größten Teil der Prozessluft,
die während
der Extrusion und Faserbildungsprozesse bei der Bildung des Spinnverbundvliesstoffes 20 verwendet
wurde, sowie die mit ihr mitgerissene Sekundärluft und entfernt sie. Die Vor-Formzone 36 der
stromaufwärts
angeordneten Lufthandhabungsvorrichtung 56 und die Nach-Formzone 37 der
stromabwärts
angeordneten Lufthandhabungsvorrichtung 52 sammeln überschüssige Luft, die
die Lufthandhabungsvorrichtung 54 nicht sammelt.
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In
den 4 bis 6 ist dargestellt, dass die
Lufthandhabungsvorrichtung 54 der Formzone ein äußeres Gehäuse 94 mit
einer Einlassöffnung 60 und
ihr gegenüber
angeordneten Auslassöffnungen 66 hat.
Die Einlassöffnung 60 enthält eine
perforierte Abdeckung 96 mit einer Reihe oder einem Gitter
von Öffnungen,
durch die die kombinierte Prozess- und Sekundärluft strömt. Abhängig von den Fertigungsparametern
kann die Lufthandhabungsvorrichtung 54 ohne die perforierte
Abdeckung 96 betrieben werden. Die Lufthandhabungsvorrichtung 54 enthält ferner ein
Innengehäuse
oder Innenkasten 98, der durch Abstandsglieder 100 mit
einer Mehrzahl von Öffnungen 101 am
Außengehäuse hängend angeordnet
ist. Zwei Filterelemente 102, 104 können wahlweise
aus der Lufthandhabungsvorrichtung 54 zum periodischen
Reinigen entfernt werden. Die Filterelemente 102, 104 gleiten
entlang stationärer
Schienen 106, 108. Jedes dieser Filterelemente 102, 104 weist
eine Reihe von Perforationen auf, durch die die kombinierte Prozess-
und Sekundärluft
strömt.
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Der
Innenkasten 98 enthält
eine Bodenplatte 110 mit einer Öffnung wie beispielsweise dem
länglichen
Schlitz 112 mit Enden 114, 116 und einem
Mittelabschnitt 118. Wie aus 6 hervorgeht,
erstreckt sich die Länge
oder die hauptsächliche
Abmessung des Schlitzes 112 quer durch den Innenkasten 98 quer
zur Maschinenlaufrichtung 17. Ein Innenumfang des Schlitzes 112 weist
eine geringere Abmessung oder Breite an den Enden 114, 116 auf,
wo er verhältnismäßig schmal
ist, und eine verhältnismäßig große Breite
im mittleren Abschnitt 118. Die Form des Schlitzes 112 ist
symmetrisch um eine Mittellinie 113 herum, die sich in
Maschinenlaufrichtung erstreckt. Insbesondere nimmt die Breite des
Schlitzes 112 in Maschinenlaufrichtung 15 von
jedem der Enden 114, 116 zur Mittellinie 113 hin
allgemein zu. Die größte Breite
erreicht der Schlitz 112 an der Mittellinie 113. Der
Schlitz 112 könnte
als eine kollektive Öffnung oder
in Form von mehreren Öffnungen
mit unterschiedlichen geometrischen Formen wie rund, länglich,
rechteckig usw. ausgebildet sein, um Veränderungen von Luftstromgeschwindigkeiten
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 an der Einlassöffnung 60 zu verringern.
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Die
Form des länglichen
Schlitzes 112 beeinflusst die Geschwindigkeit des Luftstromes
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 an der Einlassöffnung 60. Ist
die Form des Schlitzes 112 nicht richtig konturiert, können die
Geschwindigkeiten des Luftstromes an der Einlassöffnung 60 quer zur
Maschinenlaufrichtung 17 stark variieren. Die in 6 dargestellte
besondere Form wurde mit Hilfe eines iterativen Prozesses unter
Verwendung eines rechnerischen Strömungslehrenmodells (CDF) bestimmt,
das die Geometrie der Lufthandhabungsvorrichtung 54 einschloss.
Es wurde eine Reihe von Schlitzformen bei Eingangsluftströmen zwischen
152,4 bis 762 m/min. (500 bis 2500 ft pro Minute) evaluiert. Nachdem
das CFD-Modell eine besondere Schlitzform analysierte, wurde die
Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten quer zur Maschinenlaufrichtung 17 überprüft. Das Ziel
bestand in der Wahl einer Form für
den Schlitz 112, die eine im wesentlichen gleichmäßige Geschwindigkeit
des Luftstromes quer zur Maschinenlaufrichtung 17 an der
Einlassöffnung 60 lieferte.
Anfangs wurde eine Rechteckform für den Schlitz 112 evaluiert,
die eine Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten quer zur Maschinenlaufrichtung 17 an
der Einlassöffnung
ergab, die um einen so hohen Wert wie zwanzig Prozent schwankte.
Bei der rechteckigen Form des Schlitzes 112 waren die Geschwindigkeiten
des Luftstroms in der Nähe
der Enden der Einlassöffnung 60 größer als
die Luftstromgeschwindigkeiten bei Annäherung an das Zentrum der Einlassöffnung 60.
Um dieser ungleichmäßigen Verteilung der
Luftstromgeschwindigkeit zu begegnen, wird die Breite in Maschinenlaufrichtung 15 jedes
Endes 114, 116 gegenüber der Breite des zentralen
Abschnitts 118 in Maschinenlaufrichtung 15 reduziert.
Nach etwa fünf
Iterationen wurde die geometrische Form des Schlitzes 112 nach 6 als
optimale Form ausgewählt.
Diese Schlitzform ergibt eine Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten
an der Einlassöffnung 60,
die um etwa ± 5,0
% quer zur Maschinenlaufrichtung 17 variieren. Ein solcher
Schwankungsbereich der Luftstromgeschwindigkeiten erzeugt eine akzeptable
Gleichmäßigkeit
des Luftstromes quer zur Maschinenlaufrichtung 17 mit der
eine ausreichende Homogenität
bei der Verteilung der abgelegten Fäden über die Breite des Spinnverbundvliesstoffes 20 erreicht
wird.
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Insbesondere
in 5 wird dargestellt, dass Prozess- und Sekundärluft durch
eine perforierte Abdeckung 96 eintreten und durch die porösen Filterelemente 102, 104 hindurchgehen,
wie dies allgemein durch Pfeile 120 angedeutet ist. Die
Prozessluft passiert den Spalt zwischen dem Innenkasten 98 und dem
Außengehäuse 94,
wie dies durch Pfeile 122 angedeutet ist. Danach tritt
die Luft in den Innenraum des Innenkasten 98 durch den
Schlitz 112 ein, wie es durch Pfeile 124 angedeutet
ist. Schließlich
verlässt die
Luft den Innenkasten 98 durch die Auslassöffnung 66 wie
Pfeile 126 andeuten und tritt aus durch Auslasskanal 72.
Die Öffnungen 101 in
Abstandgliedern 100 ermöglichen
es, dass sich die Luft quer zur Maschinenlaufrichtung bewegt, um
Druckgradienten in Querrichtung zu minimieren, die ansonsten in
die Einlassöffnung 60 geleitet
würden.
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Aus 3 geht
hervor, das die Einlassöffnungen 58, 62 der
Lufthandhabungsvorrichtungen 52, 56 wesentlich
breiter in Maschinenlaufrichtung 15 sind als die Einlassöffnung 60 der
Lufthandhabungsvorrichtung 54. Jedoch sind die Einlassöffnungen 58, 62 in
Maschinenlaufrichtung 15 durch vorhandene Abluft-Steuerwalzen 38, 40 geteilt.
In 8 ist dargestellt, dass der Unterdruckbereich
an der Einlassöffnung 58 in
zwei diskrete Zonen aufgeteilt ist, eine stromaufwärtige Zone 57,
die in Maschinenlaufrichtung 15 stromaufwärts der
Abluft-Steuerwalze 38 angeordnet
ist, und die Vor-Formzone 36. Auf ähnliche Weise ist der Unterdruckbereich
der Einlassöffnung 62 in
zwei diskrete Zonen aufgeteilt, nämlich in eine stromabwärtige Zone 59,
die in Maschinenlaufrichtung 15 gegenüber der Abluft-Steuerwalze 40 stromabwärts liegt,
und die Nach-Formzone 37.
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Wegen
der großen Ähnlichkeit
der Lufthandhabungsvorrichtungen 52, 56 bezieht
sich die folgende Beschreibung der Lufthandhabungsvorrichtung 52 ebenfalls
auf die Lufthandhabungsvorrichtung 56. Aus den 7 und 8 geht
hervor, dass die Lufthandhabungsvorrichtung 52 ein äußeres Gehäuse 136 enthält, das
eine Einlassöffnung 58 sowie
Auslassöffnungen 64 aufweist.
Die Einlassöffnung 58 enthält eine
perforierte Abdeckung 135 mit einer Reihe von feinen Öffnungen,
durch die Prozessluft mit der mitgerissenen Sekundärluft strömt. Je nach
Fertigungsparametern kann die Lufthandhabungsvorrichtung 52 ohne
die perforierte Abdeckung 135 vorgesehen sein.
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Die
Lufthandhabungsvorrichtung 52 enthält weiter ein Innengehäuse oder
einen Innenkasten 138, der durch eine Mehrzahl von gitterartigen
Trennelementen 140, die quer zur Maschinenlaufrichtung 17 voneinander
im Abstand angeordnet sind, am Außengehäuse 136 aufgehängt ist.
In dem im wesentlichen offenen Raum zwischen der Einlassöffnung 58 (7)
und einer oberen Wand 142 des Innenkastens 138 ist
eine Strömungskammer 141 (8)
vorhanden. Durch entsprechende, im Abstand voneinander vorhandene
Spalten in Maschinenlaufrichtung 15 zwischen dem Innenkasten 138 und
dem Außengehäuse 136 entstehen
im Abstand voneinander angeordnete vertikale Luftsammelräume 137, 139 (8).
Der Luftsammelraum 137 hat einen Lufteinlass 128,
der in Fluidverbindung mit der Strömungskammer 141 steht,
und der Luftsammelraum 139 weist einen Lufteinlass 130 auf,
der in Fluidverbindung mit der Strömungskammer 141 steht.
Jedes der gitterartigen Trennelemente 140 enthält eine
Mehrzahl von Öffnungen 142,
die die unterschiedlichen Abschnitte der durch Trennelemente 140 aufgeteilten Strömungskammer
verbinden. Die gitterartigen Trennelemente 140 helfen bei
des Vereinheitlichung des Stromes von Prozess- und Sekundärluft, der
von der Einlassöffnung 58 in
die Luftsammelräume 137, 139 fließt, und
wirken als Unterbrechung von Strömungsturbulenzen.
Der Luftsammelraum 137 enthält gitterartige Trennelemente 132 und
der Luftsammelraum 139 gitterartige Trennelemente 134,
wobei die Trennelemente 132, 134 eine ähnliche
Funktion haben wie die gitterartigen Trennelemente 140.
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Weiter
geht aus den 7 und 8 hervor, dass
der Innenkasten 138 eine Bodenplatte 144 enthält, die
in vertikaler Richtung vom Außengehäuse 136 im
Abstand angeordnet ist und einen horizontalen Luftsammelraum 145 (8)
definiert, der einander gegenüberliegende
offene Enden hat, die jeweils mit den Luftsammelräumen 137, 139 in
Fluidverbindung stehen. Die Bodenplatte 144 enthält eine Öffnung oder
einen Schlitz 146, der ähnlich
dem Schlitz 112 ausgebildet ist und der den Luftsammelraum 145 in
Fluidverbindung mit einem Innenraum 138a des Innenkastens 138 kuppelt.
Der Schlitz 146 ist vorgesehen, um Luft, die über die
Luftsammelräume 137, 139, 145 ankommt,
in den Innenraum 138a des Innenkastens 138 zu
lenken. Der Innenumfang des Schlitzes 146 enthält Enden 148, 149 und
einen zentralen Abschnitt 150. Wie beim Schlitz 112 ist
die Breite im zentralen Abschnitt 150 größer als
die Breite an den Enden 148, 149. Vom Innenraum 138a des Innenkastens 138 wird über Auslassöffnungen 64 (1 und 3)
Luft ausgestoßen.
Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass die Lufthandhabungsvorrichtung 52 auch
die Lufthandhabungsvorrichtung 56 repräsentiert, so dass gleiche Merkmale in 8 mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Wie
in 8 dargestellt ist, erstreckt sich die Abluft-Steuerwalze 38 quer
zur Maschinenlaufrichtung 17 über die Länge der Einlassöffnung 58 und
ist zur freien Rotation auf einer Welle 151 angeordnet, die
an einander gegenüberliegenden Enden
durch die Formkammer 31 gehaltert ist. Die Abluft-Steuerwalze 38 ist
durch Zapfen (nicht gezeigt) an der Welle 151 gelagert
und oberhalb des Kollektors 32, mit dem die Walze 38 im
Rollangriff steht, aufgehängt.
Die Abluft-Steuerwalze 38 hat
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 eine Länge, die über der
Länge der
Einlassöffnung 58 im
wesentlichen gleich der Breite des Kollektors 32 und der
Breite des Spinnverbundvliesstoffes 20 ist.
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Eine
Amboss- oder Trägerwalze 152 mit
glatter Oberfläche
ist unterhalb des Kollektors 32 angeordnet und erstreckt
sich quer zur Maschinenlaufrichtung über die Länge der Einlassöffnung 58.
In senkrechter Richtung ist die Trägerwalze 152 gegenüber der
Abluft-Steuerwalze 38 in einem solchen Abstand angeordnet,
dass der Zwischenraum als Eingangsöffnung 131 für den Kollektor 32 und
ein darauf befindliches Substrat ausreicht. Die Walzen 38, 152 stehen
mit dem Kollektor 32 im Reibungsangriff und rotieren in
entgegengesetzte Richtungen, während
der Kollektor 32 in die Formkammer 31 der Spinnverbundstation 12 transportiert
wird. Dieses räumliche Verhältnis zwischen
dem Kollektor 32, der Abluft-Steuerwalze 38 und der Trägerwalze 152 reduziert
in bedeutendem Maße
das Mitreißen
von Sekundärluft
aus der Umgebung der Formkammer 31, die beim Ablegen der
Fasern auf dem Kollektor 32 in der Formkammer 31 stören würde, ermöglicht jedoch das
Eintreten des Kollektors 32 und eines darauf befindlichen
Substrats in den Verarbeitungsraum 141.
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Die
Abluft-Steuerwalze 38 ist aus einem Metallblech ohne Perforationen
und als gerader Kreiskegelzylinder mit einer glatten zylindrischen
Umfangfläche
ausgebildet. Jedes der einander gegenüberliegenden Querenden der
Abluft-Steuerwalze 38 kann mit
einer kreisförmigen
Metallblechscheibe (nicht gezeigt) verschlossen sein, wobei jede
Scheibe in der Mitte eine Öffnung
aufweist, durch die die Welle 151 sich erstreckt, um an
der Formkammer 31 befestigt zu werden.
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Auf ähnliche
Weise ist die Abluft-Steuerwalze 40 zur freien Rotation
an der Formkammer 31 an einer Welle 153 befestigt
und ist eine Amboss- oder Trägerwalze 154 vorgesehen,
die mit der Abluft-Steuerwalze 40 zusammenwirkt, um die Nach-Formzone 37 dadurch
zu bilden, dass die Einlassöffnung 62 der
Lufthandhabungsvorrichtung 58 geteilt wird. Der Kollektor 32 und
das Spinnverbundsubstrat 20, das von der Spinnverbundstation 14 gefertigt
wurde, verlassen die Formkammer 31 durch eine Ausgangsöffnung 133,
die zwischen der Walze 40 und der Walze 154 vorgesehen
ist. Die Abluft-Steuerwalze 40 weist ähnliche Eigenschaften auf wie
die Abluft-Steuerwalze 38, darum gilt die oben gegebene
Beschreibung der Steuerwalze 38 ebenfalls für die Steuerwalze 40.
Daraus wird deutlich, dass die Abluft-Steuerwalzen 38, 40 und
die Trägerwalzen 152, 154 Führungsflächen bilden,
die in Maschinenlaufrichtung 15 im Abstand voneinander
vorgesehen sind und die Faden-Luft-Mischung 33 (1)
in die Zielzonen 35, 36, 37 führen.
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Unter
Hinweis auf 8 wird weiterhin die Streuluft-Handhabungsvorrichtung 52 beschrieben, und
zwar mit dem Hinweis, dass diese Beschreibung ebenfalls für die Lufthandhabungsvorrichtung 56 gilt. Ein
Strömungssteuerventil 41 ist
in der Strömungskammer 141 nahe
dem Lufteinlass 128 des vertikalen Luftsammelraumes 137 vorgesehen
und ein Strömungssteuerventil 42 ist
in der Strömungskammer 141 nahe
dem Lufteinlass 130 des vertikalen Luftsammelraumes 139 angeordnet.
Die Strömungssteuerventile 41 und 42 sind
aus eine großen
Zahl mechanischer Einrichtungen ausgewählt, mit denen der Luftstrom
durch ein bewegbares Teil geregelt werden kann, das einen oder mehrere
Einlässe
oder Passagen teilweise behindert.
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Die
in 8 dargestellten Strömungssteuerventile 41 und 42 sind
als Drosselventile dargestellt, obwohl die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt
ist. Strömungssteuerventil 41 umfasst
eine Blende 156, die rechteckig ausgebildet sein kann,
die sich quer zur Maschinenlaufrichtung 17 erstreckt, und
eine drehbare Welle 157, an der die Blende 156 diametrisch
angebracht ist. Das Strömungssteuerventil 41 regelt
den Strom der in den Lufteinlass 128 des vertikalen Luftsammelraumes 137 eintretenden Prozessluft.
Dafür ist
die Welle 157 um eine Rotationsachse drehbar, die sich
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 entlang der Länge so erstreckt,
dass die Blende 156 den Strom der Prozessluft in den vertikalen
Luftsammelraum 137 regeln kann. Die Orientierung der Drehrichtung
der Blende 156 bestimmt zumindest teilweise den Strömungswiderstand
der Prozessluft, die durch die Einlassöffnung 58 stromaufwärts der
Abluft-Steuerwalze 38 in den vertikalen Luftsammelraum 137 evakuiert
wird.
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In ähnlicher
Weise enthält
das Strömungssteuerventil 42 eine
Blende 158, die sich quer zur Maschinenlaufrichtung 17 erstreckt,
und eine drehbare Welle 159, an der die Blende 158 diametrisch angeordnet
ist. Das Strömungssteuerventil 42 regelt den
Prozessluftstrom in den Lufteinlass 130 des vertikalen
Luftsammelraumes 139. Die Welle 159 ist um ihre
Längsachse
drehbar, so dass die Blende 158 den Strom der Prozessluft
in den vertikalen Luftsammelraum 139 regeln kann. Die Orientierung
der Drehrichtung der Blende 158 bestimmt zumindest teilweise
den Strömungswiderstand
(d.h. Luftvolumen und -geschwindigkeit) der Prozessluft, die durch
die Einlassöffnung 58 stromabwärts der
Steuerwalze 40 in der Vor-Formzone 36 und in den
vertikalen Luftsammelraum 139 evakuiert wird. Das Regeln
des Strömungswiderstandes
durch die Strömungssteuerventile 41, 42 regelt
den Luft-Unterdruck oder das Vakuum, das an die Vor-Formzone 36 angelegt
wird. Außerdem
regeln die Strömungssteuerventile 41, 42 den
Luft-Unterdruck
oder das Vakuum, das stromaufwärts
von der Abluft-Steuerwalze 40 in der stromaufwärtigen Zone 57 zum
Festhalten eines Materials auf dem Kollektor 32, und zwar
in engem Kontakt miteinander, angelegt wird.
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Weiterhin
wird Bezug genommen auf 8. Die Strömungssteuerventile 43, 44 der
Lufthandhabungsvorrichtung 56 sind ähnlich aufgebaut wie die Strömungssteuerventile 41, 42 und
funktionieren auf ähnliche
Weise, um selektiv den Luft-Unterdruck
in der Nach-Formzone 37 zu regeln und stromaufwärts der
Abluft-Steuerwalze 38 in
der Stromabwärtszone 59.
Die Anwendung von Luft-Unterdruck
stromaufwärts
der Abluft-Steuerwalze 38 in der Nach-Formzone 37 ist
besonders wichtig zum Steuern des Ansammelns frisch abgelegter Fäden 26 auf
der äußeren Umfangfläche der
Walze 38.
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Die
Strömungssteuerventile 41 bis 44 können manuell
eingestellt oder mechanisch mit Betätigungsgliedern (nicht gezeigt)
zum Verändern
des Prozessluftstroms in die Luftsammelräume 137, 139 gekuppelt
sein. Messfühler
(nicht gezeigt) wie zum Beispiel Vakuumsensoren oder Strömungsmessgeräte können in
der Lufthandhabungsvorrichtung 52 zum Überwachen der relativen Unterdruckwerte
oder Luftströme
in den vertikalen Luftsammelräumen 137, 139 vorgesehen
sein. Ein (nicht dargestelltes) Steuersystem kann für den Empfang
der Rückmeldungen von
den Messfühlervorrichtungen
vorgesehen sein und die Betätigungs glieder
für die
Einstellung der Orientierung der Abluft-Steuerventile bzw. Strömungssteuerventile 41 bis 44 steuern.
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Die
Effizienz beim Sammeln der Fäden 26 auf
dem Kollektor 32 ist eine Funktion von mehreren Charakteristika
der Faden-Luft-Mischung 33, wozu die Temperaturen von Luft
und Fäden 26,
die Luftstromgeschwindigkeit und das Luftvolumen gehören. Die
Strömungssteuerventile 41 bis 44 können so
eingestellt werden, dass sie zu den Unterdruckwerten in zumindest
den Zonen 35, 36, 37 passen, um die Sammeleffizienz
zu optimieren. In jeder der Zonen 35, 36, 37 ist
der Unterdruck wegen unterschiedlicher Druckabfälle über die Dicke des in der Zone
lagernden Materials, wozu Kotlektor, jedes darauf liegende Substrat
und der Spinnverbundvliesstoff 20 gehören, unterschiedlich. Obgleich
der Unterdruck zum Evakuieren der Prozessluft ausreichen muss, darf
er nicht so stark sein, dass er den auf dem Kollektor 32 sich
formenden Spinnverbundvliesstoff 20 komprimiert. Die Strömungssteuerventile 41 bis 44 sind
so ausgelegt und/oder dimensioniert, dass die Verteilung der Luftstromgeschwindigkeiten
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 durch ihr Vorhandensein
angrenzend an die vertikalen Luftsammelräume 137, 139 nicht
besonders stark beeinflusst wird.
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Wie
oben bereits erwähnt
wurde, ist der Strömungsweg
von Prozess- und mitgerissener Sekundärluft durch die Lufthandhabungsvorrichtung 52 ähnlich dem
Strömungsweg
von Prozess- und mitgerissener Sekundärluft in der Lufthandhabungsvorrichtung 56.
Wie aus den 7 und 8 hervorgeht
und wie hinsichtlich der Lufthandhabungsvorrichtung 52 beschrieben
wurde, tritt die Prozess- und Sekundärluft in eine Strömungskammer 141 durch die
Einlassöffnung 58 und
die perforierte Abdeckung 137 ein, angedeutet durch Pfeile 160,
und passiert die vertikalen Luftsammelräume 137, 139,
wie dies durch Pfeile 161 angedeutet ist. Der die individuellen Luftströme in die
vertikalen Luftsammelräume 137, 139 steuernde
Unterdruck wird durch die Orientierung von Strömungssteuerventilen 41, 42 so
ausgewählt,
dass der Strömungswiderstand
zu den Sammelräumen 137 bzw. 139 variiert
wird. Dann tritt die Luft in den Innenraum 138a des Innenkastens 138 durch
den Schlitz 146 ein, wie dies durch einen Pfeil 162 dargestellt
ist. Schließlich
tritt die Luft aus dem Innenkasten 138 durch eine Auslassöffnung 64 aus, wie
dies durch einen Pfeils 163 dargestellt ist, und fließt durch
den Abluftkanal 70. Die Öffnungen 142 in den
Abstandelementen 140 ermöglichen es der Luft, sich quer
zur Maschinenlaufrichtung 17 zu bewegen, um den Druckgradienten
in Querrichtung zu minimieren.
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8 zeigt,
dass die Formkammer 31 ein halboffener Aufbau mit einem
tragenden Gehäuse 164 ist,
das aus einem oder mehreren dünnen
Metallblechen ohne Perforationen und einer perforierten Dosiertafel 166 besteht.
Die Dosiertafel 166 umgibt allgemein einen Verarbeitungsraum 171 des
Fertigungsprozesses, der zwischen dem Auslass 34 der Fadenziehvorrichtung 30 und
einem Einlass 165 zur Formkammer 31 vorhanden
ist. Der Einlass 165 ist zwischen dem Auslass der Fadenziehvorrichtung 30 und
dem Kollektor 32 so angeordnet, dass die Faden-Luft-Mischung 33 in
den Verarbeitungsraum eintreten kann. Obere Dichtungen 167, 169 sind
an jeweils einem Ende des tragenden Gehäuses 164 angeordnet
und sind mit einem zweiten Ende jeweils oberhalb einer der Abluft-Steuerwalzen 38, 40 angeordnet,
um mit ihnen einen im wesentlichen luftdichten Rollangriff an den
jeweils oberen Abschnitten zu bilden.
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Die
Dosiertafel 166 kann allgemein jeden beliebigen Aufbau
haben, der dazu dient, die Fluidverbindung zwischen der Umgebung
und dem Verarbeitungsraum 171 innerhalb der Formkammer 31 zwischen
der Fadenziehvorrichtung 30 und dem Kollektor 32 zu
regeln. Zu diesem Zweck durchdringt die Dicke der Dosiertafel 166 eine
Mehrzahl von Löchern oder
Poren 168, die im Abstand voneinander in einem Zufallsmuster
oder in Gitterform, regelmäßiger Anordnung,
Matrix oder einer anderen geordneten Anordnung vorgesehen sind. Üblicherweise
sind die Poren 168 symmetrisch angeordnet, um eine symmetrische
Luftbewegung der Sekundärluft
in Maschinenlaufrichtung 15 und quer zur Maschinenlaufrichtung 17 aus
der Umgebung der Formkammer 31 zu liefern. Die Poren 168 weisen üblicherweise
einen kreisförmigen
Querschnitt auf, können
jedoch auch beispielsweise polygonal, elliptisch oder geschlitzt ausgeführt sein.
Die Poren 168 können
eine einzige gleichmäßige Querschnittfläche haben
oder unterschiedliche Querschnittflächen, die so verteilt sind, dass
sie einen erwünschten
Sekundärluftstrom
in dem Raum zwischen der Fadenziehvorrichtung 30 und der
Formkammer 31 erzeugen. Bei einem kreisförmigen Querschnittprofil
beträgt
der durchschnittliche Durchmesser der Poren 168 weniger
als etwa 500 Mikron und rangiert üblicherweise zwischen etwa
50 Mikron bis etwa 250 Mikron. Das Muster, in dem die Poren 168 angeordnet
sind, kann beispielsweise durch eine Strömungsdynamik berechnung bestimmt
werden oder als Zufallsmuster gewählt werden, um die erwünschten
Strömungseigenschaften zu
erzeugen. Die Dosiertafel 166 kann beispielsweise als Netz
oder Sieb, als dünne
Metallplatte mit gebohrten, gestanzten oder auf andere Weise hergestellten Öffnungen
oder als gasdurchlässiges
Netzmaterial mit miteinander verbundenen Gaspassagen durch seine
Materialdicke ausgebildet sein.
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Die
Dosiertafel 166 ist gekennzeichnet durch das Verhältnis der
Poren oder der gesamten Querschnittfläche der Poren 168 zum
verbleibenden nicht perforierten Teil der Platte 166. Die
Poren 168 der Dosiertafel 166 bieten eine beachtliche
Regelung des Sekundärluftstroms
aus der Umgebung, der durch das Ansaugen durch die Platte 166 induziert und
von der Faden-Luft-Mischung 33 eingefangen wird. Die Porosität der Dosiertafel 166 ist,
mit anderen Parametern, gekennzeichnet durch die Anzahl von Poren 168,
das Muster der Poren 168, die geometrische Form jeder Pore 168 und
den durchschnittlichen Porendurchmesser. Üblicherweise liegt das Verhältnis der
Gesamtquerschnittfläche
der Poren 168 zum unperforierten Teil der Platte 166 im
Bereich von etwa 10 % bis zu etwa 80 %. In einer Ausführungsform
und wie in 8 dargestellt besteht die Dosiertafel 166 aus
einem dünnen
Maschensieb oder eine mit Öffnungen
versehene Scherfolie mit einem begrenzten Grad an Flexibilität. Zum Beispiel kann
die Dosiertafel 166 eine dünne Folie sein, deren Dicke
in einem Bereich von etwa 10 Mikron bis etwa 250 Mikron liegt, in
die auf chemischen Wege Poren 168 eingeätzt sind. Die Flexibilität der Dosiertafel 166 reicht
für die
vertikale Bewegung der Fadenziehvorrichtung 30 gegenüber dem
Kollektor 32 aus, und für den
Zweck ist die Dosiertafel 166 bogenförmig ausgebildet.
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Die
Faden-Luft-Mischung 33 und die darin enthaltene Sekundärluft wandern
gemeinsam in Richtung des Kollektors 32, und die Luft wird
vom Luftmanagementsystem 12 entsorgt. Die Dosiertafel 166 verringert
in bedeutendem Maße
das Mitnehmen von Sekundärluft
durch den Strom der Faden-Luft-Mischung 33 zum Kollektor 32,
indem sie den Sekundärluftstrom
aus der Umgebung in den Raum zwischen der Fadenziehvorrichtung 30 und der
Formkammer 31 einschränkt,
was das Gesamtvolumen an Luft, das vom Luftmanagementsystem 12 aus
den Zonen 35, 36, 37 entsorgt werden
muss, reduziert.
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Wie
oben beschrieben, geht aus den 1 und 8 hervor,
dass die Fadenziehvorrichtung 30 der Spinnverbundstation 14 Fäden 26,
die das Abschrecksystem 28 verlassen, durch Saugwirkung
in den Einlass 29 zieht, sie im Durchmesser verringert und
in molekularer Hinsicht orientiert, und zwar mit Prozessluft hoher
Geschwindigkeit, die parallel zur Bewegungsrichtung der Fäden 26 gerichtet
ist, und sie danach aus dem Auslass als eine Komponente einer Faden-Luft-Mischung 33 ausstößt. Die
Faden-Luft-Mischung 33 besteht aus im Durchmesser verringerten
Fäden 26,
umgeben von Prozessluft hoher Geschwindigkeit und auf dem Wege zum
Kollektor 32, wo die Fäden 26 gesammelt
werden, um den Spinnverbundvliesstoff 20 zu bilden, und
die Prozessluft durch das Luftmanagementsystem 12 entsorgt
wird. Die Faden-Luft-Mischung 33 fängt während des Fluges oder des Transits
vom Auslass 34 zum Kollektor 32 Sekundärluft aus
der Umgebung ein.
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Aus
den 9 und 10 geht hervor, dass eine Ausführungsform
der Fadenziehvorrichtung 30 einen ersten Prozessluft-Verteiler 170 und
einen zweiten, mit dem ersten Prozessluft-Verteiler 170 durch
einen Bügel 174 bewegbar
verbundenen Prozessluft-Verteiler 172 enthält. Jeder
der Prozessluft-Verteiler 170 und 172 enthält eine
zylindrische Strömungskammer 176,
die sich quer zur Maschinenlaufrichtung 17 zwischen einem
flanschförmigen Einlassanschlusselement 178 an
einem Ende und einem flanschförmigen
Auslassanschlusselement 180 an dem entegegengesetzten Ende
erstreckt. In jeder der Strömungskammern 176 zwischen
den Einlass- und Auslassanschlusselementen 178, 180 strömt temperaturgesteuerte
Prozessluft. Zu dem Zweck ist eine Druckluftzufuhr 182 über einen
Luftzufuhrkanal 183 in Fluidverbindung mit dem Einlassanschlusselement 178 vorgesehen.
Ein Teil der Prozessluft wird in der Fadenziehvorrichtung 30 so
gelenkt, dass sie die Fäden 26 im
Durchmesser dünner
macht, wie später noch
beschrieben wird. Die restliche Prozessluft wird aus jeder Strömungskammer 176 über einen
Luftentsorgungskanal 185, der mit dem Auslassanschlusselement 180 verbunden
ist, in eine Abluftsenke 184 geleitet. Üblicherweise liefert die Prozessluftzufuhr 182 Prozessluft
mit einem Druck von etwa 34,5 N/m2 (5 psi)
bis etwa 699 N/m2 (100 psi), meistens im
Bereich von etwa 207 N/m2 (30 psi) bis etwa
414 N/m2 (60 psi), und mit einer Temperatur
von etwa 15,5°C (60°F) bis etwa
29,4°C (85°F).
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Die
Prozessluft-Verteiler 170, 172 sind durch Strömungspassagen
oder Schlitze 186 getrennt, die am besten aus 10 zu
erkennen sind und die sich in axialer oder vertikaler Richtung vom
Einlass 29 zum Auslass 34 und erstrecken und die
von den Fäden 26 auf
ihrem Wege vom Einlass 29 zum Auslass 34 passiert
werden. Der Einlass 29 zur Fadenziehvorrichtung 30 hat
in Maschinenlaufrichtung 15 eine Breite, die die innerhalb
der Vorrichtung 30 erzeugte Saugkraft nicht einschränkt. Der
dem Einlass 29 benachbarte Abschnitt der Strömungspassage 186 weist
einen konischen oder aufgeweiteten Halsabschnitt 188 mit
einer Querschnittfläche
auf, die sich zu einem gleichförmig
breiten Kanal 190 verjüngt. Der
aufgeweitete Halsabschnitt 188 enthält ein erstes Segment 191,
das gegenüber
einer vertikalen Achse 192 mit einem ersten Verjüngungswinkel α nach innen
geneigt ist, und einem zweiten Segment 193, das gegenüber einer
vertikalen Achse 192 mit ein zweites Verjüngungswinkel β nach innen
geneigt ist, wobei der erste Verjüngungswinkel α größer ist als
der zweite Verjüngungswinkel β. Der aufgeweitete
Halsabschnitt 188 und der Kanal 190 stehen in
Fluidverbindung, ohne die Passage der Fäden 26 zu behindern
oder ihren Durchgang zu verhindern.
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Die
Länge der
Strömungspassage 186 quer zur
Maschinenlaufrichtung 17 entspricht etwa der erwünschten
Querausdehnung oder Breite des Spinnverbundvliesstoffes 20 (1)
quer zur Maschinenlaufrichtung 17. Übliche Längen für die Strömungspassage 186 liegen
im Bereich von etwa 1,2 m bis etwa 5,2 m, um Spinnverbundvliesstoffe 20 ähnlicher Abmessungen
quer zur Maschinenlaufrichtung 17 herzustellen. Es ist üblich, die
marginalen 0,1 Meter breiten Abschnitte des Spinnverbundvliesstoffes 20 abzuschneiden
und nach der Ablage zu entsorgen. Die Trennung zwischen den Prozessluft-Verteilern 170, 172 in
Maschinenlaufrichtung 15 bestimmt die Weite des Kanals 190 der
Strömungspassage 186.
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Es
wird weiterhin Bezug genommen auf die 9 bis 10.
Der Prozessluft-Verteiler 170 ist gegenüber dem
Prozessluft-Verteiler 172 in Maschinenlaufrichtung 15 bewegbar,
um die Weite des Kanals 190 der Strömungspassage 186 zu
variieren. Zu dem Zweck ist der Prozessluft-Verteiler 170 an
dem Bügel 174 bewegbar
angebracht, und ein Paar elektro-pneumatischer Zylinder 194, 195 sind
dazu vorgesehen, die Bewegungskraft zum Bewegen des Prozessluft-Verteilers 170 gegenüber dem
Prozessluft-Verteiler 172 zu liefern. Über die elektro pneumatischen
Zylinder 194, 195 kann die Weite des Kanals 190 verändert werden,
was die Eigenschaften der Fasern 26 und der Faden-Luft-Mischung 33 verändert. Bei
den Betriebsvorbereitungen kann die Weite des Kanals 190 von
etwa 0,1 mm bis etwa 6 mm verändert
werden; sie wird für
die meisten Anwendungsfälle
so eingestellt, dass die Trennung zwischen den Prozessluft-Verteilern 170, 172 zwischen
etwa 0,2 mm und etwa 2 mm liegt. Der Prozessluft-Verteiler 170 kann
von dem Prozessluft-Verteiler 172 auch weiter entfernt
werden, wie beispielsweise um etwa 10 cm bis 15 cm, um den Zugang
zur Strömungspassage 186 bei
Wartungsarbeiten zum Entfernen von Kunststoffresten und/oder anderen
Abfällen,
die sich während
des Betriebes ansammeln, zu erleichtern.
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Jeder
der Prozessluft-Verteiler 170, 172 enthält eine
Verbindungssammelkammer 196, die durch einander konfrontierende
Seitenwände 197, 198 definiert
ist. Die Verbindungssammelkammer 196 koppelt die Strömungspassage 186 in
Fluidverbindung mit jeder Strömungskammer 176,
so dass Prozessluft von jeder der Strömungskammern 176 in
den Kanal 190 der Strömungspassage 186 fließt. Genauer gesagt
steht jede Verbindungssammelkammer 196 über eine Mehrzahl von im Abstand
voneinander angeordneten Zuführöffnungen 200 in
Fluidverbindung mit einer der Strömungskammern 176.
Die Zuführöffnungen 200 sind
in Reihen oder einem anderen Muster angeordnet, das sich quer zur
Maschinenlaufrichtung 17 über im wesentlichen die gesamte
Länge jedes
Prozessluft-Verteilers 170, 172 erstreckt.
So können
zum Beispiel Zuführöffnungen 200 mit
einem Durchmesser von etwa 4 mm in einem Abstand angeordnet sein,
dass ein benachbartes Paar von Zuführöffnungen 200 einen
Abstand Mitte/Mitte von etwa 4,75 mm hat.
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Der
Luftstrom in jedem Verbindungssammelraum 196 ist durch
ein Paar Dämme
oder Vorsprünge 202, 204 eingeschränkt, das
sich quer zur Maschinenlaufrichtung 17 erstreckt. Die Vorsprünge 202, 204 erstrecken
sich von den Seitenwänden 197 bzw. 198 der
Verbindungssammelkammer 196 nach innen. Gegenüber der
Achse 192 sind die Vorsprünge 202, 204 in
entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet und stellen einen gewundenen
Pfad dar, der die turbulente Nachströmung, die die in jeder Verbindungssammelkammer 196 strömende Prozessluft begleitet,
in bedeutendem Maße
reduziert. Die Verringerung der turbulenten Nachströmung fördert einen
gleichmäßigen Strom
der Prozessluft, um die auf die Fäden 26 einwirkende
Ziehkraft gleichmäßig und ununterbrochen
zu gestalten, was zu einer gleichmäßigen und vorhersagbaren Dickeverringerung
der Fäden 26 führt.
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Die
Beschreibung bezieht sich weiterhin auf die 9 und 10.
Die Seitenwände 497, 198 der Verbindungssammelkammer 196 weisen
Bögen auf und
nähern
sich einander an einem länglichen
Auslassschlitz 206 an, der eine Fluidverbindung zwischen
jeder Verbindungssammelkammer 196 und der Strömungspassage 186 bietet.
Der Auslassschlitz 206 erstreckt sich quer zur Maschinenlaufrichtung 17 über im wesentlichen
die gesamte Länge
jedes der Prozessluft-Verteiler 170, 172. Die
Prozessluft wird aus dem Auslassschlitz 206 ausgestoßen und
tritt in den Kanal 190 der Strömungspassage 186 als
ein Luftvorhang ein. Jeder Auslassschlitz 206 ist so orientiert,
dass der Luftvorhang nach unten zum Kollektor 32 gerichtet
ist und nach unten im Hinblick auf die durch den Kanal 190 wandernden
Fäden 26. Genauer
gesagt ist der Vorhang aus Prozessluft, der aus dem Auslassschlitz 206 austritt,
gegenüber
der Achse 192 in einem Neigungswinkel zwischen etwa 5° und etwa
25°, üblicherweise
etwa 15°,
geneigt.
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Aus
den 9 und 10 geht weiter hervor, dass
in jeder Strömungskammer 176 strömendes Prozessgas
in die jeweilige Verbindungssammelkammer 196 durch die
Zuführöffnungen 200 eintritt und
in der Verbindungssammelkammer 196 auf eine hohe Geschwindigkeit
beschleunigt wird, bevor es durch den Auslassschlitz 206 als
ein homogener Luftvorhang mit im wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit
in den Kanal 190 eintritt, der im wesentlichen axial auf
den Auslass 34 gelenkt ist. Während die Fäden 26 die Strömungspassage 186 passieren, üben die
konvergierenden Luftvorhänge,
die aus dem Auslassschlitz 206 jedes Prozessluft-Verteilers 170, 172 ausgestoßen werden,
Zugkräfte
auf die Fäden 26 aus
und verringern ihre Durchmesser, strecken oder ziehen sie auf andere
Weise, so dass ihr Durchmesser verringert wird. Die in den Kanal 190 der
Strömungspassage 186 eintretenden
Luftvorhänge
erzeugen am Einlass 29 eine Saugwirkung, die die Streckkraft
zum Verdünnen
der Fasern 26 liefert und die Sekundärluft aus der Umgebung des
Einlasses 29 ansaugt. Die auf die Fäden ausgeübte Ziehkraft erhöht sich
mit der Zunahme der Geschwindigkeit jedes Luftvorhanges. Die Reduzierung
des Fadendurchmessers ist auch eine Funktion der Entfernung zwischen
Fadenziehvorrichtung 30 und Extruderdüse 25.
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Die
Prozessluft-Verteiler 170, 172 sind vorzugsweise
aus einem Material hergestellt, das unter den Betriebsbedingungen
der Fadenziehvorrichtung 30 sowohl in seinen Abmessungen
als auch in thermischer Hinsicht stabil ist, so dass die Toleranzen
der Dimensionen während
des Betriebes unverändert bleiben.
Rostfreie Stahlsorten, die zur Herstellung der Prozessluft-Verteiler 170, 172 geeignet
sind, umfassen eine Carpenter Custom Type 450 Stahllegierung
und eine Type 630 ausscheidungsgehärteter 17Cr-4Ni-Stahllegierung,
die beide kommerziell von der Carpenter Technology Corp. (Reading,
Pennsylvania, U.S.A.) vertrieben werden.
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Die
Fadenziehvorrichtung 30 nach der vorliegenden Erfindung
wird mit einem geringeren Druck als konventionelle Fadenziehvorrichtungen
betrieben, liefert aber eine vergleichbare oder verbesserte Verringerung
des Faserdurchmessers. Obgleich der Druck der Prozessluft geringer
ist, arbeitet die Fadenziehvorrichtung 30 mit hoher Effizienz
und die Geschwindigkeit der Fäden 26 in
der Faden-Luft-Mischung 33 reicht
aus, um der Faserablage, die den Spinnverbundvliesstoff 20 bildet,
eine hohe Qualität zu
verleihen. Insbesondere bietet die Fadenziehvorrichtung 30 Spinngeschwindigkeiten,
repräsentiert durch
die linearen Geschwindigkeiten der Fäden 26, die im Bereich
von 8.000 m/min. bis zu 12.000 m/min. liegen. Die Druckverringerung
der Prozessluft hoher Geschwindigkeit, die aus dem Auslass 34 austritt, verringert
ebenfalls die Menge der aus der Umgebung zwischen dem Auslass 34,
der Fadenziehvorrichtung 30 und dem Kollektor 32 mitgerissenen
Sekundärluft.
Nach den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung erhöht
die Fadenziehvorrichtung 30 die Spinngeschwindigkeit, während gleichzeitig
das Volumen der Sekundär-
und der Prozessluft reduziert wird, die vom Luftmanagementsystem 12 zu
lenken ist, was dazu führt,
dass die Eigenschaften des auf dem Kollektor 32 geformten
Spinnverbundvliesstoffes 20 verbessert werden.
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In 11 bezeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale wie in den 9 und 10; es
wird eine alternative Ausführungsform
der Fadenziehvorrichtung, nämlich 210,
gezeigt, die einen einzigen Prozessluft-Verteiler 212 enthält, der
den Prozessluft-Verteilern 170, 172 der Fadenziehvorrichtung ähnlich ist,
und ein Strömungsablenkungselement 214,
das den Prozessluft-Verteiler 170 ersetzt. Das Strömungsablenkungseiement 214 enthält ein durchgehendes
Inneres, das keine Passagen für Prozessluft
aufweist. In bestimmten Ausführungsformen
kann das Strömungsablenkungselement 214 dadurch
gebildet sein, dass der Einlass 178 und der Auslass 180 einer
der Prozessluft-Verteiler 170 (9 und 10)
verschlossen oder auf andere Weise außer Betrieb gesetzt wird, so
dass die Strömungskammer 176 nicht
benutzt wird.
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Das
Luftmanagementsystem 12 ermöglicht einen hohen Grad an
Steuerung der Eigenschaften des Spinnverbundvliesstoffes 20,
das durch die Spinnverbundstation 14 hergestellt wird.
Allgemein gesprochen sind die Eigenschaften von Spinnverbundvliesstoffen 20 eine
komplexe Funktion von Parametern, wozu die Temperatur der Fäden 26,
die Temperatur der Prozessluft im Abschrecksystem 28, die
Temperatur der Prozessluft in der Fadenziehvorrichtung 30 und
die Geschwindigkeit und das Volumen von Prozessluft am Kollektor 32 gehören. Üblicherweise
liegt der Fadendurchmesser von Spinnverbundvliesstoffen 20 bei
mehr als etwa 1 Denier und das Vliesgewicht liegt im Bereich von
etwa 4 g/m2 bis etwa 500 g/m2.
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Das
Einstellen der relativen Positionen der Abluft-Steuerventile 41 bis 44 des
Luftmanagementsystems 12 zusammen mit den Führungspfaden
für die
Prozess- und Sekundärluft
hoher Geschwindigkeit, die durch die Abluft-Steuerwalzen 38, 40 gegeben
sind, erlaubt das wahlweise Steuern oder Regeln der Luftstromgeschwindigkeit
in Maschinenlaufrichtung 15. Die Möglichkeit der Regelung der
Luftstromgeschwindigkeit in Maschinenlaufrichtung 15 ermöglicht eine
genaue Anpassung des Verhältnisses
der durchschnittlichen Faserorientierung in Maschinenlaufrichtung 15 zur
durchschnittlichen Faserorientierung quer zur Maschinenlaufrichtung 17,
was nachfolgend als MD/CD-Ablageverhältnis (Machine Direction/Cross-Machine
Direction) bezeichnet wird. Genauer gesagt verändert die Einstellung der Positionen
der Abluft-Steuerventile 41 bis 44 den Strömungswiderstand
in den vertikalen Luftsammelkammern 137, 139 und
ermöglicht
es damit, dass das MD/CD-Ablageverhältnis von einem Wert von 1:1, was
eine isotropische oder symmetrische Faserablage des Spinnverbundvliesstoffes 20 darstellt,
bis auf Werfe eingestellt werden kann, die so hoch sind wie 5:1,
was eine hochgradig asymmetrische oder anisotropische Faserablage
für den
Spinnverbundvliesstoff 20 darstellt.
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Der
für die
Herstellung des Spinnverbundvliesstoffes 20 durch die Spinnverbundstation 14 verwendete
Kunststoff kann aus jeder kommerziell angebotenen Spinnverbundqualität eines
weiten Bereiches an thermoplastisch/polymeren Materialien bestehen,
einschließlich
und ohne Einschränkung
aus Polyolefinen, Polyamiden, Polyester, Polyvinylazetat, Polyvinylchlorid,
Polyvinylalkohol, Zelluloseazetat und dergleichen. Polypropylen
ist wegen des großen Angebotes
und der verhältnismäßig geringen
Kosten ein häufig
verwendeter thermoplastischer Kunststoff zur Herstellung von Spinnverbundvliesstoffen 20.
Die für
die Herstellung des Spinnverbundvliesstoffes 20 verwendeten
Fasern 26 können
jede geeignete Morphologie haben und können hohl, voll, gerade oder gekräuselt sein,
es kann sich um Einkomponenten-, Zweikomponenten- oder Mehrkomponentenfasern oder
-fäden
handeln und sowohl um Mischungen als auch um Zusammensetzungen solcher
Fasern und/oder Fäden,
wie dies Stand der Technik ist. Um beispielsweise Zweikomponenten-
oder Mehrkomponentenfäden
und/oder solche Fasern herzustellen, werden beispielsweise die Schmelzspinnanordnung 24 und
die Extruderdüse 25 so
eingestellt, dass sie mehrere Arten von thermoplastischen Kunststoffen extrudieren.
Eine beispielhafte Schmelzspinnanordnung 24 und Extruderdüse 25,
deren Spinnpack Mehrkomponentenfäden
zur Herstellung von Mehrkomponenten-Vliesstoffen 20 extrudieren
kann, wird in der ebenfalls schwebenden U.S.-Patentanmeldung mit
der Seriennummer 09/702.385 „Apparatus for
Extruding Multi-Component Liquid Filaments", eingereicht am 31. Oktober 2000, desselben
Anmelders beschrieben.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Fadenziehvorrichtung 30 der
Spinnverbundstation 14 einen konventionellen Aufbau haben,
die Eigenschaften des Spinnverbundvliesstoffes 20 jedoch,
der von der Spinnverbundstation 14 mit einer konventionellen
Fadenziehvorrichtung hergestellt wird, werden durch das Vorhandensein
eines Luftmanagementsystems 12 verbessert. Insbesondere
kann das oben beschriebene MD/CD-Ablageverhältnis unabhängig vom Aufbau der Fadenziehvorrichtung 30 gesteuert
werden. Die in den 9 bis 11 gezeigte
Fadenziehvorrichtung 30 nach der vorliegenden Erfindung
vergrößert die
lineare Geschwindigkeit der Fäden 26,
so dass diese in größerem Maße im Durchmesser
reduziert werden als es bei derselben Maßnahme mit konventionellen
Fadenziehvorrichtungen möglich
ist. Der gemeinsame Einsatz von Luftmanagementsystem 12 und
Fadenziehvorrichtung 30 nach der vorliegenden Erfindung
bietet einen optimalen Grad an Steuerung der Eigenschaften des Spinnverbundvliesstoffes 20.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung unterschiedlicher
bevorzugter Ausführungsformen
dargestellt wurde und diese Ausführungsformen
mit vielen Details beschrieben wurden, um die beste Art der Anwendung
der Erfindung darzustellen, ist es nicht die Intention des Anmelders, den
Bereich der beigefügten
Ansprüche
auf solche Einzelheiten zu beschränken oder einzugrenzen. Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen innerhalb des Geistes und des Bereiches
der Erfindung sind von Fachleuten auf dem Gebiet ohne weiteres zu
erkennen. Die Erfindung selbst ist nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.