DE102004021453A1

DE102004021453A1 - Formkopf und Verfahren zum Herstellen eines Faservlieses

Info

Publication number: DE102004021453A1
Application number: DE200410021453
Authority: DE
Inventors: Raymond Norgaard; Morten Rise Hansen
Original assignee: Concert GmbH
Current assignee: Glatfelter Falkenhagen GmbH
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2005-11-17
Also published as: JP4755641B2; US20080241301A1; US7690903B2; CA2564858A1; CN1981080B; CN1981080A; JP2007534857A; EP1776496A1; WO2005106091A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkopf für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faservlieses durch Ablegen von Fasern auf ein Transportband, mit DOLLAR A einer Faserzuführung, die in DOLLAR A einen Faseraufbereitungsraum mündet, welcher DOLLAR A eine untere Ablegeöffnung zur Abgabe von Fasern aufweist, DOLLAR A wobei in dem Faseraufbereitungsraum ineinandergreifende Nadelwalzen mit parallel zueinander ausgerichteten Längsachsen angeordnet sind, die um ihre jeweilige Längsachse rotieren können, und DOLLAR A die ineinandergreifenden Nadelwalzen einen Innenraum einschließen und derart bezüglich der Faserzuführung und der Ablegeöffnung angeordnet sind, dass dem Formkopf im Betrieb zugeführte Fasern zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch in den Innenraum eintreten und den Innenraum ebenfalls zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch verlassen.

Description

Die Erfindung betrifft zum einen einen Formkopf für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faservlieses und zum anderen ein Verfahren zum Aufbereiten von Fasern für das Herstellen eines Faservlieses. Der Formkopf besitzt mindestens eine Faserzuführung, die in einen Faseraufbereitungsraum mündet. Der Faseraufbereitungsraum besitzt eine Ablegeöffnung zur Abgabe von Fasern beispielsweise auf ein übliches, luftdurchlässiges Transportband, unter dem eine sogenannte Saugbox angeordnet ist. In dem Faseraufbereitungsraum sind mehrere, ineinander greifende Nadelwalzen mit parallel zu einander ausgerichteten Längsachsen angeordnet. Die Nadelwalzen sind um ihre Längsachse drehbar.

Dementsprechend umfasst das Verfahren als Verfahrensschritte das Zuführen von Fasern zu einem Formkopf und das gleichmäßige Verteilen der Fasern auf einem Transportband mittels des Formkopfes.

Derartige Formköpfe und Verfahren sind in verschiedenen Varianten bereits bekannt, so beispielsweise aus der WO 99/36623 oder der WO 03/016605.

Die herzustellenden Faservliese enthalten üblicherweise ein Gemisch von natürlichen Fasern, z.B. Zellulosefasern aus Baumwolle oder aufgelockerter, bereits mechanisch und/oder chemisch behandelter Holzzellulose (fluff pulp), synthetischen Matrix-Fasern wie z.B. Polyester, Polypropylen oder Viskose sowie synthetischen Bindefasern wie z.B. sogenannten Bikomponenten-Fasern sowie beispielsweise als Absorptionsmittel sogenannte superabsorbierende Polymere in Partikel- (SAP) oder Faserform (SAF). Bikomponentenfasern besitzen üblicherweise einen bei höheren Temperaturen (190-250°C) schmelzenden Kern aus z.B. Polypropylen (PP) oder Polyethylenteraphtelat (PET), die von einer bei niedrigeren Temperaturen (140°C) schmelzenden Hülle aus z.B. Polyethylen (PE) umgeben oder in anderer Form verbunden (side-by-side, Fibrillentype) sind.

Derartige Vliese werden beispielsweise als Halbzeug für die Herstellung von Windeln und Damenbinden, Saugeinlagen für Nahrungsmittelindustrie oder für Dämmmaterial verwendet.

Ein wichtiger Verfahrensschritt beim Herstellen eines derartigen Vlieses besteht darin, das Fasergemisch möglichst gleichmäßig auf einem luftdurchlässigen Transport- oder Förderband abzulegen. Dieses Ablegen geschieht mit Hilfe eines Formkopfes, in dem die Fasern gemischt werden. Unterstützt wird das Ablegen durch eine Saugvorrichtung (Saugbox) unterhalb des Transportbandes, mit dem die Fasern durch das luftdurchlässige Transportband hindurch zum Transportband hin angesaugt werden. Auf dem Transportband werden die zwar wirr, aber gleichmäßig abgelegten Fasergemische als Faserbett zur Weiterverarbeitung in nachgeordneten Verfahrensschritten transportiert, beispielsweise der Hitzeeinwirkung auf das Faserbett, sodass die Polyethylenhüllen der Bikomponenten-Fasern miteinander verschmelzen und verkleben. Auch kann eine Behandlung mit Latex erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere Faserbettlagen übereinander abzulegen, um auf diese Weise beispielsweise ein mehrschichtiges oder auch nur ein dickeres Vlies zu erzeugen.

Die Bandbreite der Produkte, die mit herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren hergestellt werden können, ist üblicherweise dadurch beschränkt, dass mit ihnen nur bestimmte Faserarten oder Faserlängen zu verarbeiten sind, sodass mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen keine Vliese herzustellen sind, die sowohl relativ kurze als auch relativ lange Fasern in einem Formierungsschritt enthalten. Im Stand der Technik sind Anlagen zu finden, bei denen die Ablage der kurzen und langen Fasern hintereinander (EP1 299 588) oder mit einer Karde erfolgt (WO 03/086709). Nachteile sind hier der erhöhte Maschinenaufwand und die geringen erreichbaren Flächengewichte, wenn die Fasern über einen Kardierprozess zur Verfügung gestellt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die bezüglich der zu verarbeitenden Fasern und damit bezüglich der herzustellenden Produkte eine größere Bandbreite aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Formkopf der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die ineinandergreifenden Nadelwalzen einen Innenraum einschließen und derart bezüglich der Faserzuführung und der Ablegeöffnung angeordnet sind, dass dem Formkopf im Betrieb zugeführte Fasern zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch in den Innenraum eintreten und den Innenraum ebenfalls zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch verlassen. Der Formkopf ist mithin so gestaltet, dass die zu bearbeitenden Fasern auf dem Weg von der jeweiligen Faserzuführung zur Ablegeöffnung wenigstens zweimal, bevorzugt mehrfach, zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurchtreten müssen. Die ineinandergreifenden Nadelwalzen tragen dabei auf zweifache Weise zur Vergleichmäßigung der Faserverteilung bei. Zum einen bewirken sie schlicht eine gleichmäßige Verteilung schon vereinzelter Fasern. Hinzu kommt, dass die ineinandergreifenden Nadelwalzen Faserklumpen, bestehend aus miteinander verhakten Fasern auflösen und auf diese Weise eine weitere Faservereinzelung bewirken. Letzteres kann auch als Faseröffnung bezeichnet werden. In diesem Sinne besitzt der erfindungsgemäße Formkopf eine größere Faseröffnungskapazität als bekannte Formköpfe. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Formkopf sowohl lange natürliche, z.B. Baumwoll-Zellulosefasern als auch kurze natürliche, z.B. Holz-Zellulosefasern oder auch Synthesefasern gleichermaßen und in einem Schritt verarbeitet werden können, insbesondere Fasern mit Längen zwischen 2 und 60 mm. Auch lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Formkopf in einem Schritt Faserbetten zwischen beispielsweise 50 g/m² und 2500 g/m² erzeugen. Bisher waren für die Verarbeitung derart unterschiedlich langer Fasern unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren erforderlich. So können mit herkömmlichen Formköpfen in einem Schritt beispielsweise mit dem Kardierprozess langfaserige Faserbetten von 10 g/m² bis 80 g/m² und mit dem konventionellen Luftlegeprozess kurzfaserige Faserbetten von 50 g/m² bis 2000 g/m² hergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Längsachsen der Nadelwalzen mit einem drehend angetriebenen Nadelwalzenträger verbunden, dessen Rotationsachse parallel zu den Längsachsen der Nadelwalzen verläuft. Auf diese Weise ist es möglich, die Nadelwalzen nicht nur eine rotatorische sondern auch eine translatorische Bewegung durchführen zu lassen. Die Nadelwalzen haben dabei vorzugsweise jeweils den gleichen Abstand zur Rotationsachse des Nadelwalzenträgers, sind somit auf einer gedachten Zylinderwand angeordnet, die zu einem Zylinder gehört, dessen Mittelachse die Rotationsachse des Nadelwalzenträgers ist. Auch sind die Nadelwalzen auf dieser gedachten Zylinderwand gleichmäßig verteilt, sodass sie jeweils den gleichen Abstand voneinander haben. Die in den Innenraum hineintretenden und aus ihm heraustretenden Fasern treten somit zwischen sich drehenden und gleichzeitig translatorisch bewegenden Nadelwalzen hindurch.

Die Rotationsbewegung der Nadelwalzen ist dabei vorzugsweise dergestalt, dass einander benachbarte Nadelwalzen einen jeweils entgegengesetzten Drehsinn haben, so wie dies auch für ineinander greifende Zahnräder eines Getriebes gilt. Jedoch sind die ineinander greifenden Nadelwalzen in einer bevorzugten Ausführungsvariante nicht starr, beispielsweise über Zahnräder miteinander gekoppelt, sondern weisen jeweils einen separaten Antrieb auf und können daher beispielsweise auch mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit angetrieben werden. Dazu sind die Nadeln benachbarter Nadelwalzen in Bezug auf die Nadelwalzenlängsachsenrichtung so zu einander versetzt, dass Nadeln benachbarter Nadelwalzen unabhängig von den jeweiligen Drehzahlen nicht kollidieren. Die Nadeln sind vorzugsweise in Längsreihen auf den Nadelwalzen angeordnet und zwar besonders bevorzugt abwechselnd ein wenig in Umfangsrichtung der Nadelwalze versetzt, so dass sich jeweils eine zickzackförmige Nadelreihe ergibt. Die Nadeln der einzelnen Nadelwalzen stehen dabei jeweils von einem zylinderförmigen Nadelwalzenkörper ab, an dem die einzelnen Nadeln befestigt sind.

Grundsätzlich ist die Zahl der einen jeweiligen Innenraum umschließenden Nadelwalzen beliebig und wenigstens 4. Eine Anordnung von 8 oder 12 Nadelwalzen hat jedoch den Vorteil, dass die durch die Drehbewegung benachbarter Nadelwalzen mit unterschiedlichem Drehsinn vorgegebene Transportrichtung im Zwischenraum zwischen den Nadelwalzen derart ist, dass die Transportrichtung ineinander gegenüberliegenden Zwischenräumen jeweils entgegengesetzt ist, das heißt, entweder aufeinander zu (in den Innenraum hinein) oder von einander weg (aus dem Innenraum hinaus) gerichtet ist. Der Nadelwalzenträger weist vorzugsweise eine zentrale Welle auf, die konzentrisch zur Rotationsachse des Nadelwalzenträgers ausgerichtet ist und damit zum einen wenigstens einen Teil des Innenraums ausfüllt und zum anderen auch zum Übertragen von Rotationskräften entlang der Welle dient.

Der Faseraufbereitungsraum des Formkopfes besitzt vorzugsweise im Bereich der Nadelwalzen Seiten- und Stirnwände, die die den Innenraum einschließenden Nadelwalzen derart umschließen, dass ein Vorbeiströmen von Fasern außerhalb der Nadelwalzen am Innenraum vorbei weitestgehend verhindert wird. Außerdem sind die parallel zur Rotationsachse und der Längsrichtung der Nadelwalzen verlaufenden Seitenwände oberhalb des Innenraumes vorzugsweise derart aufeinander zu gebogen, dass sich eine gegenüber dem äußeren Durchmesser der Gesamtheit der den Innenraum einschließenden Nadelwalzen verengte Fasereintrittsöffnung ergibt. Diese Fasereintrittsöffnung ist vorzugsweise so bemessen, dass sie dem etwa 1,5 bis 2,5fachen des Freiraums entspricht, der zwischen Walzenkörpern einander benachbarter Nadelwalzen besteht. Eine derartige Fasereintrittsöffnung trägt zu Vergleichmäßigung eines Faserstroms und auch eines Luftstroms durch den Innenraum hindurch bei. Die Fasereintrittsöffnung ist dabei vorzugsweise zentral oberhalb des Innenraums angeordnet, sodass die Fasern den rotierenden, miteinander kämmenden und translatorisch bewegten Nadelwalzen möglichst zentral zugeführt werden.

Unterhalb des Innenraums ist vorzugsweise ein Sieb angeordnet und der Ablegeöffnung zugeordnet. Dieses Sieb verläuft vorzugsweise entlang eines gedachten Zylinderwandsegmentes, welches einem gedachten Zylinder entspricht, dessen Mittelachse die Rotationsachse des Nadelwalzenträgers ist.

Beim Einsatz von längeren Fasern mit einer Länge von 10 bis 60 mm wird das Sieb vorzugsweise von wenigstens annähernd parallel zueinander und zu den Längsachsen der Nadelwalzen verlaufenden Siebstäben gebildet, die vorzugsweise einen runden Querschnitt haben. Der Querschnitt der Siebstäbe ist vorzugsweise so gewählt, dass er im Durchmesser etwa der Hälfte der Faserlänge der längsten zu verarbeitenden Fasern entspricht. Der Abstand der Siebstäbe voneinander entspricht ebenfalls vorzugsweise der Hälfte der Faserlänger der längsten zu verarbeitenden Fasern. Ein derartiges Sieb wirkt im aerodynamischen Sinne als Diffusor und trägt so zur Vergleichmäßigung des Luftstromes unterhalb des Innenraums bei. So entsteht für ein auf dem Transportband abgelegtes Faserbett ein gleichmäßiger Luftstrom zwischen der Faserzuführung für die aufzubereitenden Fasern und der Saugbox unterhalb des Transportbandes.

Beim Einsatz von kürzeren Fasern mit einer Länge bis 10 mm wird das Sieb von hinlänglich bekannten Drahtgitternetzen oder Stahlplatten mit regelmäßigen, sich wiederholenden, geometrischen Öffnungen gebildet. Öffnungsformen können rund, stadionförmig (oval) oder rechteckig sein. Ihre Anzahl, Größe und Anordnung ist abhängig vom gewünschten Öffnungsgrad, dem Verhältnis zwischen Durchlass- und Gesamtfläche des Siebes.

Entsprechend der bis hierhin beschriebenen Vorrichtungen wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in dem Formkopf nicht nur ein Verteilen von bereits vereinzelten Fasern, sondern auch ein Öffnen von Faserklumpen und damit ein Vereinzeln von Fasern erfolgt, und zwar mit Hilfe rotierender, ineinander greifender Nadelwalzen. Dabei werden die Fasern zwischen rotierenden und ineinander greifenden Nadelwalzen hindurch in einen Innenraum geführt und verlassen diesen Innenraum anschließend zwischen rotierenden, ineinander greifenden Nadelwalzen hindurch.

Dazu werden die Nadelwalzen vorzugsweise während des Zuführens der Fasern zum Innenraum quer zur Rotationsachse der Nadelwalzen bewegt. Die Bewegung der Nadelwalzen (rotatorisch und translatorisch) ist vorzugsweise so eingestellt, dass die Fasern oder wenigstens ein Teil der Fasern dem Innenraum mehrfach zugeführt werden, bevor die Fasern einen Faseraufbereitungsraum, in dem sich der Innenraum befindet, verlassen.

Außerdem wird zur Durchführung des Verfahrens vorzugsweise ein Luftstrom erzeugt, der von oben nach unten durch den Innenraum hindurchtritt. Dieser Luftstrom wird vorzugsweise durch ein Sieb unterhalb des Innenraums vergleichmäßigt. Außerdem wird der Luftstrom vorzugsweise oberhalb des Innenraums durch eine gegenüber dem Innenraum verengte Fasereintrittsöffnung hindurchgeführt. Auch dieses trägt zur Vergleichmäßigung des Luftstroms bei. Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Von den Figuren zeigen:

1: einen Ausschnitt aus einer Anlage zum Herstellen eines Faservlieses mit einem erfindungsgemäßen Formkopf; und

2: eine Aufsicht auf den Formkopf aus 1.

Die in 1 dargestellte Anlage 10 zum Herstellen eines Faservlieses umfasst einen Formkopf 12, welcher oberhalb eines Transportbandes 14 angeordnet ist. Das Transportband 14 ist luftdurchlässig. Der Formkopf 12 besitzt eine untere Ablegeöffnung 16 oberhalb des Transportbandes 14. Unterhalb des Transportbandes 14 und unterhalb der Ablegeöffnung 16 ist eine Saugbox 18 angeordnet. Mit Hilfe der Saugbox 18 kann ein gerichteter Luftstrom durch den Formkopf 12 aus dessen Ablegeöffnung 16 heraus, durch das Transportband 14 hindurch und in die Saugbox 18 hinein erzeugt werden.

Mit Hilfe des Luftstromes können vom Formkopf 12 auf dem Transportband 14 abgelegte Fasern sicher auf das Transportband 14 gesaugt werden. Vom Formkopf 12 auf dem Transportband 14 abgelegte Fasern bilden auf dem Transportband 14 ein Faserbett (nicht dargestellt). Indem das Transportband 14 kontinuierlich umlaufend angetrieben ist, kann auf dem Transportband 14 ein kontinuierliches Faserbett erzeugt werden, wenn gleichzeitig kontinuierlich Fasern vom Formkopf 12 auf dem Transportband 14 abgelegt werden. Dieses kontinuierlich erzeugte Faserbett wird in 1 nicht weiter dargestellten, weiteren Bearbeitungsstufen zugeführt, beispielsweise solchen, bei denen das Faserbett anschließend verpresst wird.

Weitere, sich anschließende Verbindungstechniken sind denkbar; sie richten sich nach den geforderten Eigenschaften des Produkts wie geringer Kleberanteil oder hohe Reißfestigkeit auch im feuchten Zustand. So sind hier neben Wasserstrahlverfestigung, Anwendung von hohen Drücken an ausgewählten Punkten, Wasserstoffbrückenbindung auch Ultraschallverbinden, Binden durch Erhitzen, z.B. mit Heißluft sowie durch den Einsatz von Latex-Dispersionen zu nennen.

Die ein jeweiliges Faserbett bildenden Fasern sind üblicherweise natürliche, z.B. Zellulosefasern gemischt mit Synthesefasern, z.B. sogenannten Bikomponenten-Fasern. Letztere haben bevorzugt eine Seele aus PET oder PP und sind mit einem Mantel aus PE umgeben. Beim Erhitzen schmilzt der PE-Mantel und führt dazu, dass sich eine jeweilige Bikomponenten-Faser mit einer natürlichen oder synthetischen Nachbarfaser oder funktionellen Bestandteilen verbindet. Solche funktionellen Bestandteile des Faserbettes, die dem Formkopf 12 zugeführt werden, können beispielsweise superabsorbierende Polymere sein (SAP), die dazu führen, dass mittels eines so erzeugten Faservlieses Flüssigkeiten effizient gebunden werden können. Diese Eigen schaft ist insbesondere dann gewünscht, wenn das Faservlies zu absorbierenden Artikeln, wie Windeln, Damenbinden oder Saugeinlagen weiterverarbeitet werden soll.

Der Formkopf 12 umschließt einen Faseraufbereitungsraum 20, in den ein oder mehrere Faserzuführungen 22 münden – in 1 ist nur eine solche Faserzuführung 22 dargestellt. Mit mehreren Faserzuführungen lassen sich Fasern unterschiedlicher Art, beispielsweise Zellulosefasern oder Bikomponenten-Fasern sowie weitere, dem Faserbett zuzuführende Stoffe wie SAP oder geruchsabsorbierende Bestandteile unabhängig voneinander zuführen. Die Faserzuführung 22 sorgt für eine gleichmäßige Zufuhr vorgeöffneter Fasern über die gesamte Breite des Faseraufbereitungsraums 20, siehe 2.

In dem Faseraufbereitungsraum 20 ist ein in 1 nur durch seine zentrale Antriebswelle 24 dargestellter Nadelwalzenträger 26 angeordnet, der auf einer gedachten Zylindermantelfläche gleichmäßig verteilt acht Nadelwalzen 28 trägt. Die Zylindermantelfläche des Nadelwalzenträgers 26 ist durch die mit 26 bezeichnete strichpunktierte Linie angedeutet. In 2 ist der Nadelwalzenträger 26 besser zu erkennen.

Jede der Nadelwalzen 28 besitzt einen Nadelwalzenkörper 30 mit daran befestigen, in Längsrichtung des Nadelwalzenkörpers 30 in Reihen angeordneten Nadeln 32. Die Nadeln haben einen Durchmesser zwischen 1 und 6 mm und bevorzugt zwischen 2 und 4 mm. Der Abstand den die Nadeln 32 innerhalb einer Reihe voneinander haben, beträgt zwischen 10 und 20 mm und liegt typischerweise in der Größenordnung von 15 mm.

Die Nadelwalzen 28 greifen, wie in 1 dargestellt, ineinander und umschließen einen Innenraum 34.

Der Nadelwalzenträger 26 ist um seine zentrale Welle 24 derart drehbar, dass sämtliche der Nadelwalzen 28 auf der strichpunktiert angedeuteten Bahn kreisend zu bewegen sind. Hierzu weist der Nadelwalzenträger 26 einen zentralen elektrischen Antriebsmotor 36 auf.

Jede Nadelwalze 28 ist durch einen eigenen Elektromotor 38 angetrieben, sodass die Nadelwalzen 28 unabhängig voneinander rotieren können. Wie 2 zu entnehmen ist, sind dazu die Nadeln 32 einander benachbarter Nadelwalzen in Längsrichtung der Nadelwalzen zueinander versetzt angeordnet, sodass die Nadeln 32 benachbarter Nadelwalzen nicht miteinander kollidieren, wenn die Nadelwalzen 28 unabhängig voneinander rotieren.

Zwischen den Walzenkörpern 30 benachbarter Nadelwalzen 28 ergibt sich jeweils ein Freiraum 40, in den die Nadeln 32 der benachbarten Nadelwalzen 28 hineinrangen. Fasern, die in dem Faseraufbereitungsraum 20 mittels der Zuführung 22 oberhalb der Nadelwalzen 28 und damit oberhalb des Innenraums 34 zugeführt werden, müssen durch den jeweiligen Freiraum 40 hindurch und damit zwischen miteinander kämmenden Nadelwalzen 28 hindurch in den Innenraum 34 eintreten. Ebenso müssen Fasern den Innenraum 34 durch einen oder mehrere der Freiräume 40 zwischen den benachbarten Nadelwalzen 28 hindurch wieder verlassen.

Mittels der Faserzuführung 22 dem Faseraufbereitungsraum 20 oberhalb des Innenraums 34 zugeführte Fasern müssen somit mindestens zwei mal durch die Freiräume 40 zwischen benachbarten Nadelwalzen 28 hindurchtreten, bevor die Fasern den Faseraufbereitungsraum 20 im Bereich der Ablegeöffnung 16 verlassen. Dabei treten die Fasern durch den Innenraum 34 hindurch. Im Betrieb werden sowohl der Nadelwalzenträger 26 als auch jeweils die Nadelwalzen 28 rotierend angetrieben, sodass jede Nadelwalze 28 gleichzeitig eine Rotationsbewegung durchführt und eine translatorische Bewegung entlang der strichpunktierten Linie.

Jeweils benachbarte Nadelwalzen 28 sind miteinander entgegengesetztem Drehsinn angetrieben, sodass sie sich bei gleicher Drehzahl so verhalten, wie miteinander kämmende Zahnräder. Dies führt für einen jeweiligen Freiraum 40 dazu, dass die in dem Freiraum 40 hineinragenden Nadeln 32 eine Fasertransportrichtung vorgeben, die entweder in den Innenraum 34 hineingerichtet ist, oder aus ihm heraus. Auf diese Weise können Fasern in gewünschter Weise mehrfach in den Innenraum 34 hineintreten und wieder aus ihm heraus befördert werden, bevor sie schließlich den Faseraufbereitungsraum 20 durch die Ablegeöffnung 16 hindurch verlassen.

Die in 1 dargestellte Anzahl von 8 Nadelwalzen hat ebenso wie eine alternativ mögliche Zahl von 12 oder 16 Nadelwalzen den Vorteil, dass die Transportrichtung innerhalb diametral gegenüberliegender Freiräume 40 entgegengesetzt ist, sodass Fasern in der in 1 beispielhaft dargestellten Situation nicht durch den oberen Freiraum in den Innenraum 34 transportiert und den Innenraum 34 sofort durch den unteren Freiraum wieder verlassen.

Zur Vergleichmäßigung des mit Hilfe des Formkopfes 12 zu erzeugenden Faserbettes ist unterhalb der Nadelwalzen 28 ein zylinderartig gewölbtes Sieb 42 vorgesehen. Dieses Sieb ist in der einer für die Verarbeitung von längeren Fasern bevorzugten Ausführungsvariante des Formkopfe von einer Vielzahl parallel zu den Längsachsen der Nadelwalzen 28 und der Rotationsachse des Nadelwalzenträgers verlaufenden Stäben gebildet. Diese Stäbe haben einen kreisrunden Querschnitt und einen Durchmesser von 2 cm. Der Abstand der Stäbe voneinander beträgt ebenfalls jeweils 2 cm. Ein derartiges Sieb ist für Faser mit einer maximalen Faserlänge (Stapellänge) von etwa 40 mm geeignet. Dies sind Faserlängen, wie sie bei Baumwollfasern und bei Viskosestapelfasern üblich sind.

Wie zuvor erwähnt, können für andere Fasertypen auch Siebe herkömmlicher Öffnungsgeometrie, also mit runden oder ovalen Löchern bzw. Längsschlitzen, vorgesehen sein.

Der Abstand des Siebs 42 von den freien Enden der Nadeln 32 beträgt zwischen 1 und 30 mm und vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm.

Zur weiteren Vergleichmäßigung des Faserstromes sind die Seitenwände des Faseraufbereitungsraums 20 in dem mit 46 bezeichneten Bereich nach innen eingezogen, sodass sich oberhalb der Nadelwalzen 28 eine verengte Fasereintrittsöffnung ergibt. Deren in 1 zu erkennende Breite entspricht etwa dem 1,5 bis 2,5fachen der Breite eines jeweiligen Freiraums 40 zwischen einander benachbarten Nadelwalzen 28. Ähnlich wie im Bereich 46 oberhalb der Nadelwalzen 28 können auch unterhalb der Nadelwalzen 28 eingezogene Seitenwandbereiche 46a vorgesehen sein.

Weiterhin können die zwischen den gegebenenfalls eingezogenen Seitenwänden des Faseraufbereitungsraums 20 und den Nadelwalzen verbleibenden Zwickel mit Faserführungskörpern 48 versehen sein, die den Freiraum zwischen einer jeweiligen Seitenwand und den Nadelwalzen beschränken. Diese Faserführungskörper 48 sind mit dem Nadelwalzenträger 26 verbunden und rotieren mit diesem mit. Ähnliche Faserführungskörper können auch auf der zentralen Welle 24 angeordnet sein.

Nicht dargestellt sind frei drehende Walzen, die an der Unterseite der Seitenwände angeordnet sind und den Faseraufbereitungsraum 20 unterhalb des Siebs 42 gegenüber dem Transportband 14 abdichten.

Mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung und deren Betriebsweise lassen sich die folgenden, neuartigen Produkte herstellen:

Ein Vlies für die Herstellung von Tampons

Hierfür wird die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren dazu benutzt, ein Faserbett aus Viskosefasern für Tampons herzustellen. Diese Fasern sind entweder sogenannte trilobal geformte Fasern oder übliche runde Fasern oder eine Mischung aus beidem. Typische Faserparameter sind 1,7 bis 6,7 dtex mit einer Länge zwischen 20 und 60 mm. Ein typisches Flächengewicht für ein Vlies für eine solche Anwendung ist je nach Tampontyp zwischen 200 und 1000 g/m². Für derartige Vliese für Tampons werden gelegentlich Baumwollfasern genutzt. Auch diese Fasern können mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren verarbeitet werden. Das endgültige Vlies kann aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt sein. Jede dieser Schichten kann Fasern unterschiedlicher Spezifikation enthalten. Nach dem Formieren des Faserbettes wird dieses mit Kalanderwalzen verdichtet und in Rollen oder Blöcken als Zwischenprodukt für die Herstellung fertiger Tampons ausgeliefert.

Vliese für die Automobilindustrie

Die hier beschriebene Vorrichtung und das Verfahren erlauben es ebenfalls, Flachsfasern oder Hanffasern oder ähnliche natürliche Fasern für sich oder gemischt mit synthetischen Fasern zu verarbeiten. Die Faserlänge solcher natürlicher Fasern beträgt typischerweise 50 mm. Da es sich bei diesen Fasern um ein Naturprodukt handelt, kommen jedoch ebenso solche Fasern vor, die kürzer sind als 20 mm oder die länger sind als 120 mm. Die synthetischen Fasern können entweder Polypropylenfasern oder Polyesterfasern sein, deren dtex-Werte zwischen 1,7 und 20 liegen. Die Faserlänge der synthetischen Fasern beträgt für dieses Produktbeispiel 12 bis 38 mm. Das Flächengewicht der entsprechenden Vliese liegt typischerweise zwischen 1200 und 2500 g/m².

Es ist weiterhin möglich, Trägervliese mit einem Flächengewicht von 40 bis 100 g/m² herzustellen. Eingesetzte Fasern sind hier neben o.a. Fasern synthetische Bindefasern, insbesondere sogenannte Bikomponentenfasern, deren dtex-Werte zwischen 1,7 und 20 liegen. Die Faserlänge der synthetischen Bindefasern beträgt 3 bis 36 mm. Die Trägervliese können die Unterlage sein für weitere abzulegende Schichten mit funktionellen Bestandteilen, da sie als verdichtetes Trägervliese für Fasern und/oder Bestandteile wie auffangende Filter wirken. Das Trägervlies wird dafür auf das Transportband 14 abgewickelt und die Fasern und/oder funktionelle Bestandteile werden anstatt auf das Transportband auf das Trägervlies abgelegt.

Vliese für Hygieneartikel wie Babywindeln, Damenbinden, Inkontinenzprodukte und dergleichen.

Bei o.a. Hygieneartikeln gibt es eine dem Körper zugewandte Seite. Für diese werden u.a. spezielle, die Flüssigkeit schnell in den darunterliegenen absorbierenden Kern transportierenden Vliese eingesetzt. Zum Herstellen derartiger Aufnahme-Vliese (acquisition oder intake layer) wird ein Faserbett, das Polyesterfasern enthält, erzeugt. Diese Polyesterfasern haben dtex-Werte zwischen 3,3 und 16,7 und eine Faserlänge zwischen 24 und 36 mm. Nach dem Formieren des Faserbettes werden die Fasern mit Styrenbutadiengummi (SBR = styrene butadiene rubber) gebunden oder mit ei nem anderen Bindemittel wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder einem Acryl. Ein typisches Flächengewicht für solche Vliese für Hygieneartikel liegt zwischen 20 und 100 g/m².

Vliese für die Verwendung als feuchte Kosmetik-Hautpflegetücher

Die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren können ebenso dazu benutzt werden, ein Vlies zu erzeugen, welches Polypropylenfasern oder Polyesterfasern mit dtex-Werten zwischen 1,0 und 3,3 sowie Faserlängen zwischen 24 und 38 mm enthält. Für den Zweck der Flüssigkeitsaufnahme können Viskosefasern oder aufgelockerte Holzzellulosepulpefasern (fluff pulp) mit den Polypropylen- oder Polyesterfasern gemischt werden, entweder als gleichmäßige Mischung oder in Schichten. Das Vlies wird in nachfolgenden Verarbeitungsschritten wasserstrahlverfestigt oder auf andere Art und Weise verfilzt. Außerdem kann Latex auf eine oder beide Oberflächen des Vlieses aufgebracht werden, um das Fusseln zu verhindern.

Die vier zuletzt beschriebenen Produktvariationen zeigen die große Bandbreite der Vliese, die mit Hilfe des beschriebenen Formkopfes erzeugt werden kann. Derartige Produkte sind mit bekannten Airformprozessen nicht zu erzeugen und stellen daher selbst neue (Zwischen-)Produkte dar.

Claims

Formkopf für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faservlieses durch Ablegen von Fasern auf einen Transportband, mit einer Faserzuführung, die in einen Faseraufbereitungsraum mündet, welcher eine untere Ablegeöffnung zur Abgabe von Fasern aufweist, wobei in dem Faseraubereitungsraum ineinandergreifende Nadelwalzen mit parallel zueinander ausgerichteten Längsachsen angeordnet sind, die um ihre jeweilige Längsachse rotieren können, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinandergreifenden Nadelwalzen einen Innenraum einschließen und derart bezüglich der Faserzuführung und der Ablegeöftnung angeordnet sind, dass dem Formkopf im Betrieb zugeführte Fasern zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch in den Innenraum eintreten und den Innenraum ebenfalls zwischen ineinandergreifenden Nadelwalzen hindurch verlassen.
Formkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Nadelwalzen mit einem drehend angetriebenen Nadelwalzenträger verbunden sind, dessen Rotationsachse parallel zu den Längsachsen der Nadelwalzen verläuft.
Formkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Nadelwalzen jeweils den gleichen Abstand zu der Rotationsachse des Nadelwalzenträgers aufweisen.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Nadelwalzen voneinander jeweils den gleichen Abstand haben.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Nadelwalzen und der Ablegeöffnung zugeordnet ein Sieb angeordnet ist.
Formkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb zylinderwandsegmentartig unterhalb des Innenraums angeordnet ist.
Formkopf nach Anspruch 2 und Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb nach Art eines Zylinderwandsegmentes eines Zylinders geformt ist, dessen Zylindermittelachse wenigstens annähernd mit der Rotationsachse des Nadelwalzenträgers übereinstimmt.
Formkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb von wenigstens annährend parallel zu den Längsachsen der Nadelwalzen verlaufenden Siebstäben gebildet ist.
Formkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebstäbe einen runden Querschnitt haben.
Formkopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebstäbe einen Durchmesser haben, die auf die Länge der zu verarbeitenden Fasern derart abgestimmt ist, dass der Durchmesser etwa der Hälfte der Länge der längsten zu verarbeitenden Fasern entspricht.
Formkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebstäbe einen Abstand voneinander haben, der auf die Länge der zu verarbeitenden Fasern derart abgestimmt ist, dass der Abstand der Siebstäbe voneinander etwa der Hälfte der Länge der längsten zu verarbeitenden Fasern entspricht.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseraufbereitungsraum im Bereich der Nadelwalzen durch Seiten- und Stirnwände seitlich derart geschlossen ist, dass die Stirnwände den Innenraum quer zur Längsrichtung der Nadelwalzen verlaufen, während die Seitenwände parallel zu den Längsachsen der Nadelwalzen verlaufen, wobei Stirn- und Seitenwände bezüglich der Nadelwalzen derart angeordnet sind, dass ein Vorbeiströmen von Fasern an dem durch die Nadelwalzen eingeschlossenen Innenraum weitestgehend vermieden ist.
Formkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände oberhalb der Nadelwalzen bis nahe an die Nadelwalzen heranreichend aufeinander zu gebogen sind, so dass oberhalb der Nadelwalzen eine Fasereintrittsöffnung entsteht.
Formkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalzen einen geschlossenen Walzenkörper und von diesem abstehende Nadeln aufweisen, so dass zwischen den Walzenkörpern benachbarter Nadelwalzen jeweils ein Freiraum besteht, wobei die Fasereintrittsöffnung etwa 1,5 bis 2,5 mal so groß ist, wie der Freiraum zwischen den Walzenkörpern unmittelbar benachbarter Nadelwalzen.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalzen über ihren jeweiligen Umfang verteilt mehrere entlang der Längsachse der Nadelwalze verlaufende Nadelreihen von radial abstehenden Nadeln aufweisen, welche bei benachbarten, ineinandergreifenden Nadelwalzen entlang der jeweiligen Nadelreihe derart mit Bezug auf die benachbarte Nadelwalze in Längsrichtung versetzt angeordnet sind, dass die ineinandergreifenden Nadelwalzen unabhängig voneinander rotieren können.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalzen über ihren jeweiligen Umfang verteilt mehrere entlang der Längsachse der Nadelwalze verlaufende Nadelreihen von radial abstehenden Nadeln aufweisen, welche innerhalb einer jeweiligen Nadelreihe abwechselnd in Umfangsrichtung der Nadelwalze versetzt angeordnet sind, so dass sich jeweils eine zick-zack-förmige Nadelreihe ergibt.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum von acht oder zwölf Nadelwalzen umschlossen ist.
Formkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Antriebswalze ein eigener Antriebsmotor, vorzugsweise jeweils ein Elektromotor, vorgesehen ist.
Formkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelwalzenträger eine sich zentral durch den Innenraum erstreckende Welle aufweist.
Verfahren zum Aufbereiten von Fasern mittels eines Formkopfes, bei dem die Fasern einem Formkopf zugeführt und mittels des Formkopfes gleichmäßig verteilt auf ein Transportband abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formkopf auch ein Vereinzeln von Fasern durch Öffnen von Faserklumpen mittels ineinandergreifender, rotierender Nadelwalzen derart durchgeführt wird, dass die Fasern einem von rotierenden Nadelwalzen umschlossenen Innenraum des Formkopfes zwischen ineinandergreifenden, rotierenden Nadelwalzen hindurch zugeführt werden und den Innenraum anschließend durch die ineinandergreifenden, rotierenden Nadelwalzen wieder verlassen.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelwalzen während des Zuführens der Fasern quer zu ihrer Rotationsachse bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder wenigstens ein Teil der Fasern dem Innenraum mehrfach zugeführt werden, bevor die Fasern einen Faseraufbereitungsraum, innerhalb dessen der Innenraum angeordnet ist, verlassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftstrom erzeugt wird, der von oben nach unten durch den Innenraum hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom durch ein unterhalb des Innenraums angeordnetes Sieb vergleichmäßigt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom oberhalb des Innenraums durch eine gegenüber dem Innenraum verengte Fasereintrittsöffnung hindurchgeführt wird.
Vlies, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Vormaterial für die Herstellung von Tampons ist und trilobal geformte oder runde Viskosefasern oder eine Mischung aus beiden enthält, wobei die Fasern dtex-Werte von 1,7 bis 6,7 dtex und eine Länge zwischen 30 und 38 mm aufweisen und das Vlies ein Flächengewicht zwischen 200 und 1000 g/m² aufweist.
Vlies nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist.
Vlies, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies Flachsfasern oder Hanffasern oder ähnliche natürliche Fasern für sich oder gemischt mit synthetischen Fasern enthält, wobei die natürlichen Fasern Faserlängen von typischerweise 50 mm aufweisen.
Vlies nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Flächengewicht zwischen 1200 und 2500 g/m² aufweist und synthetische Fasern in Form von Polypropylenfasern oder Polyesterfasern enthält, deren dtex-Werte zwischen 1,7 und 20 liegen und deren Faserlänge zwischen 12 und 38 mm liegt.
Vlies nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Flächengewicht zwischen 40 und 100 g/m² aufweist und synthetische Matrix-Fasern in Form von Polypropylenfasern oder Polyesterfasern, deren dtex-Werte zwischen 1,7 und 20 liegen und deren Faserlänge zwischen 12 und 38 mm liegt sowie synthetische Bindefasern in Form von Bikomponentenfasern enthält, deren dtex-Werte zwischen 1,7 und 20 liegen und deren Faserlänge zwischen 3 und 36 mm liegt.
Vlies, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies Polyesterfasern mit dtex-Werten zwischen 6,7 und 10 dtex und ein Faserlängen zwischen 24 und 36 mm enthält und die Fasern nach dem Formieren eines Faserbettes mit Styrenbutadiengummi (SBR = styrene butadiene rubber) oder mit einem anderen Bindemittel wie EVA (Ethylenvinylacetat) oder einem Acryl gebunden worden sind.
Vlies nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Vorprodukt für die Herstellung von Babywindeln, Damenbinden, Inkontinenzprodukten oder dergleichen ist und ein Flächengewicht zwischen 20 und 100 g/m² aufweist.
Vlies, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies ein Vorprodukt für die Herstellung von feuchten Kosmetik-Hautpflegetücher ist und Propylenfasern oder Polyesterfasern mit dtex-Werten zwischen 1,0 und 3,3 dtex sowie Faserlängen zwischen 24 und 38 mm enthält.
Vlies nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies Viskosefasern oder aufgelockerte Holzzellulosepulpefasern (fluff pulp) enthält, die mit den Polypropylen- oder Polyesterfasern entweder als gleichmäßige Mischung oder in Schichten gemischt sind.
Vlies nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies nach dem Ablegen der Fasern wasserstrahlverfestigt oder auf andere Art und Weise verfilzt worden ist.
Vlies nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine oder beide Oberflächen des Vlieses Latex aufgebracht ist.