DE3037470A1

DE3037470A1 - Vorrichtung und verfahren zum schneiden und schiessen bzw. verspritzen von fasern mit stabiliesierter orientierung

Info

Publication number: DE3037470A1
Application number: DE19803037470
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Stig Mjölby Haaselqivst; Anders Rimforsa Thoreson
Original assignee: SCANOVATOR HANDEL; HANDELSBOLAGET SCANOVATOR
Current assignee: Confiber Oerebro Se AB
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE3037470C2; FR2467077A1; SE7908300L; CA1135177A; MY8600564A; BE885552A; SE418472B; CH649029A5; GB2064404A; US4568008A; JPS5697567A; GB2064404B; JPS6327062B2; FR2467077B1

Description

Henkel Kern, Feuer fitHMnzel Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Handelsbolaget SCANOVATOR MöhIsiraSe37

D-8000 Mönchen SO

Linkoping, Schweden

Ter.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

7908300-2

Γ3. Oftt 1980

Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden und Schießen bzw. Verspritzen von Pasern mit stabilisierter Orientierung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit welcher aus. einem dünnen Draht eine große Zahl von orientierten, geschnittenen Fasern hergestellt werden kann, denen eine sehr hohe Anfangsgeschwindigkeit erteilt werden kann, so daß sich neue Anwendungsgebiete für solche Fasern eröffnen- In typischer Konstruktion können die'Fasern z.B. zur Verbindung verschiedener Werkstoffe mit einer Grundlage bzw. -fläche benutzt werden. In diesem Fall wird der Draht zwischen zwei Walzen oder Rollen hindurchgeführt und durch eine geeignete, umlaufende Schneidvorrichtung mit vorbestimmter Geschwindigkeit so geschnitten, daß jede Faser mit dem einen Ende auf die Grundlage auftrifft. Zu diesem Zweck müssen die einzelnen Fasern so orientiert werden, daß ihre Bewegungsrichtung auf ihrer Längsachse liegt. Die Orientierung der Fasern wird durch das angewandte Schneidverfahren stabilisiert, umlaufende Schneidkanten, schneiden und schärfen die Drahtstücke gegen eine Gegenwalze, welche den Fasern eine stabile Bewegung längs ihrer Längsachse erteilt. Die Fasern werden durch ein Rohr mit einem die Faserlänge unterschreitenden Durchmesser "geschossen", so daß hier—

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durch eine weitere Steuerung gewährleistet wird. Die Schneidvorrichtung kann in die Zufuhrwalzen eingebaut oder getrennt angeordnet sein; im letzteren Fall ist eine genaue Steuerung bzw. Regelung der Geschwindigkeit der Schneidvorrichtung erforderlich.

In einem praktisch angewandten Ausführungsbeispiel wurde ein Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 25 m/s zu etwa 30 mm langen Stücken geschnitten, die dann durch einen aus einem Trichter und einem Rohr bestehenden Durchgang oder "Lauf" gegen eine Grundlage aus Holz geschossen wurden, in welche die Fasern so weit eindrangen, daß sie sicher in der Grundlage verankert waren. Auf diese Weise konnten die Fasern als Haftmittal für ein Material, wie Beton oder (Gips-)Mörtel, dienen und dabei gleichzeitig eine gewisse Armierung formen. Bei Verwendung von Stahlfasern kann ein faserarmiertes Verbundmaterial mit guten Eigenschaften erhalten werden. Beispiele für geeignete Grundlagen bzw. Untergründe sind Holz, Gipsplatten, Spanplatten, Polystyrol- oder Polyurethan-Schaumstoff sowie feuchter, nicht ausgehärteter Beton oder Gips(mörtel). Werkstoffe, wie Mineralwolle oder Kunststoff-Folie, haben sich ebenfalls als Grundlagen geeignet erwiesen.

Das Verfahren zum Einschießen eines Drahtstücks oder eines Nagels in eine Werkstofflache ist an sich nicht neu. Bolzenpistolen und Heftklammerpistolen sind zwei Beispiele für Vorrichtungen, mit denen ein metallenes Befestigung3element in einen Untergrund geschossen und darin verankert werden kann. Die Erfindung unterscheidet sich jedoch von den bisherigen Verfahren dadurch, daß von einem Draht ausgegangen wird, der normalerweise auf eine Haspel oder Spule aufgewickelt ist und der mit einer solchen Geschwindigkeit "verschossen" wird, daß er in die Grundfläche eindringt. Da die Geschwindigkeit hoch ist, z.B. 25 m/s beträgt, wird eine

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sehr hohe Leistung erreicht. Bei einem Faserdurchmesser von 0,5 mm ergibt sich ein Durchsatz von 39 g/s oder 2,3 kg/min. Hierbei werden mehr als 800 Fasern pro Sekunde erzeugt (bei einer Länge von 300 oder 30 mm), so daß eine Werkstoffoberfläche in wirtschaftlicher Weise sowohl als Haftgrund vorbereitet als auch armiert werden kann.

Neben der beschriebenen Anwendung für die Haftung und Armierung von z.B. Beton besitzt die Erfindung zahlreiche andere Anwendungsgebiete- Das Verfahren und die Vorrichtung zur Verankerung von Fasern in einer Grundlage oder -fläche lassen sich für die Herstellung von Matten, Filtern, Wärmetauschern, Bürsten sowie für Versteifungs- bzw. Armierungszwecke einsetzen, bei denen eine Fasern tragende Folie verwendet wird, um die Fasern vor der Verwendung der Matrix in einer bestimmten Orientierung zu halten. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, vergleichsweise lange Fasern von z.B. 150 - 200 mm Länge zu benutzen. Die Aufprallenergie läßt sich jedoch auch für die Reinigung von Oberflächen oder für Waffen ausnutzen. Wenn die Achsen der Antriebswalzen'in verschiedenen Ebenen zueinander versetzt werden, können die Fasern eine Drehung um ihre Längsachse (Drall) erhalten. Auf diese Weise können dem endlosen Draht beim Abziehen von der Spule bessere Eigenschaften erteilt werden, und es läßt sich eine bessere Förderung zwischen der Zufuhrvorrichtung für den Draht und der Schneidvorrichtung erzielen. Darüber hinaus werden hierdurch verbesserte ballistische Eigenschaften der Fasern bei größerer Eindringtiefe in die Grundlage beim Verschießen der Fasern erzielt.

Bei den derzeit gebräuchlichen Spritzbetontechniken werden verschiedene Verfahren zum Verspritzen von Fasern mittels Druckluft angewandt, wobei sich die Fasern entweder in einem Förderrohr oder in der Spritzdüse selbst mit dem Beton

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vermischen. Auf diese Weise verspritzte Fasern bewegen sich jedoch taumelnd und treffen im allgemeinen in Querlage auf die Grundfläche auf, um dann von dieser abzuprallen- Das Problem des Faserabprallens bei Spritzbeton ist beträchtlich; es wurden bereits Zahlen (für abprallende Fasern) von zwischen 3O und 60 % genannt. Erfindungsgemäß werden die Fasern dagegen so orientiert, daß sie endweise auf das Ziel auf treffen, wenn die Mündung· des Rohrs in einem geeigneten Abstand von der Grundfläche gehalten wird- Infolgedessen können die Fasern wesentlich leichter in frisch gespritzten, nassen Beton eindringen und sich in ihm verankern, wobei nur sehr wenige Fasern abprallen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zufuhr- und Schneidvorrichtung gemäß der Erfindung, mit welcher Fasern gegen eine Grundfläche verspritzt bzw. verschossen werden,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der in eine Grundfläche eingetriebenen Fasern und einer durch Aufspritzen eines Matrixmaterials gebildeten Schicht,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer sog. Sandwich- bzw. Mehrlagenkonstruktion,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Mehrlagenkonstruktion, die durch Aufspritzen eines Matrixmaterials gebildet wird, und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform in Anwendung auf eine dünne Folie.

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Gemäß Fig. 1 wird ein Draht 3 durch zwei Rollen oder Walzen zugeführt und durch eine umlaufende Schneidvorrichtung 2 zu kurzen Fasern geschnitten, bevor diese mit hoher Geschwindigkeit unmittelbar in einen Trichter 4 eingetrieben werden, der in einem Rohr 5 endet. Hierbei werden die Fasern effektiv so orientiert, daß sie sich längs ihrer Längsachse in Richtung auf eine geeignete Grundlage oder -fläche bewegen, in welche sie je nach ihrer Aufprallenergie bis zu einer bestimmten Tiefe eindringen.

Gemäß Fig. 2 sind die Fasern im voraus in die Grundfläche 6 eingetrieben worden, und das Matrixmaterial 7 wird anschliessend aufgespritzt. Gemäß Fig. 2 besitzt ein Materialstrom 8 eine gewisse Bewegungs- bzw. Aufprallenergie, so daß er den Raum um die Fasern herum unter Verdichtung zufriedenstellend auszufüllen vermag.

Gemäß Fig. 3 sind härtere Tafeln bzw. Platten 9 und 10, die im voraus mit Fasern besetzt worden sind, in eine Form eingebracht und mit einem aufgeschäumten Trennmaterial 11 beschichtet worden. Ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Anordnung aus harten, mit Fasern besetzten Platten so angeordnet wird_7> daß ein geeignetes Trennmaterial auf die in Fig. 3 gezeigte Weise, jedoch aufeinanderfolgend, zwischen die Platten eingegossen und dazwischen aufgeschäumt werden kann.

Fig. 4 veranschaulicht eine zweckmäßige Abwandlung eines Mehrlagenmaterials, bei dem eine harte, faserbesetzte Platte 10 mit einem Trennmaterial 11 aus z.B. Polyurethan beschäumt worden ist. In das Trennmaterial werden sodann Fasern eingespritzt, und das Matrixmaterial 7 wird auf die dargestellte Weise aufgespritzt.

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Gemäß Fig. 5 werden die Fasern mit einer vorbestimmten Aufprallenergie gegen eine dünne Folie 12 geschossen, so daß sie die Folie durchdringen, die dabei als Mittel zur Verankerung der Fasern dient und z.B. als Fasermatte benutzt werden kann.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Anstelle des Drahtes kann wahlweise eine endlose Faser aus Kunststoff oder ein Faden aus Mineral- oder Naturfasern verwendet werden. Ebenso ist es möglich, die Fasern im voraus herzustellen und einen Fördermechanismus zu verwenden, in welchem die Fasern durch Rollen bzw. Walzen auf die nötige Geschwindigkeit gebracht werden. In weiterer Ausführungsform können die Fasern mittels Druckluft durch ein Rohr getrieben werden, das ihnen Richtungsstabilität verleiht. Ebenso kann ein Magnetfeld sowohl für den Antrieb als auch zur Gewährleistung von Richtungsstabilität angewandt werden.

Weitere Anwendungsfälle umfassen die Verwendung kurzer Fasern für Strahl- und Spannungsentlastungsverfahren (Schweißen). In spezieller Abwandlung kann z.B. Mineral-: bzw. Steinwolle mit Fasern durchschossen und dabei mit einem daninter befindlichen Gebilde verbunden werden.

Zusammenfassungr Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer großen Zahl von Fasern aus einem dünnen Draht, wobei ein Schneidmechanismus dem Draht eine hohe Anfangsgeschwindigkeit erteilt, worauf der Draht geschnitten und ggf. stabilisiert wird, indem die Drahtstücke durch eine trichterförmige Öffnung in ein Rohr eingetrieben werden, dessen Durchmesser kleiner ist als die Faserlänge. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur An-

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Wendung solcher Fasern als Haftgrund und Armierung für z.B. Beton sowie auf die Herstellung von Mehrlagenplatten, bei denen Beton auf die Fasern aufgespritzt wird, die in ein Trennmaterial eingetrieben worden sind (gemäß Fig. 4 J .

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schneiden und Schießen bzw. Verspritzen von Fasern mit stabilisierter Orientierung, gekennzeichnet durch einen Mechanismus, der eine dünne, endlose Faser (3) mit hoher Geschwindigkeit einem Sehneidmechanismus (2) zuführt, welcher die endlose Faser zu kurzen Faserstücken (1) schneidet, die unter ihrer Eigenträgheit in ein Rohr (5) eingetrieben werden, dessen Durchmesser kleiner ist als die Faser(stück)länge.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Walzen zur Förderung der endlosen Faser mit hoher Geschwindigkeit und durch Drehmesser, deren (Umlauf-)Geschwindigkeit etwa gleich groß oder größer ist als die Fördergeschwindigkeit und welche die endlose Faser gegen eine Gegenwalze schneiden, wobei die so hergestellten Faserstücke in ein Rohr (5) eingetrieben werden, dessen Durchmesser kleiner ist als die Faser(stück)länge.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Walzen in verschiedenen Ebenen zueinander versetzt sind, so daß die Faserstücke um ihre Längsachsen in Drehung versetzbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Faser schneidende Schneidmechanismus gleichzeitig die Enden der Faserstücke anschärft und sie unter Erhöhung ihrer kinetischen Energie in Richtung ihrer ursprünglichen Bewegung (weiter) beschleunigt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, bei welcher der Schneidmechanismus durch Druckluft betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasluft zur Erhöhung der kinetischen Energie der Faserstücke ausnutzbar ist.

6. Verfahren zum Erzeugen und Verankern von Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einer geeigneten Geschwindigkeit und unter Orientierung gegen eine Grundlage oder -fläche getrieben werden, in welche die Fasern teilweise eindringen.

7. Verfahren, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit entsprechender Geschwindigkeit und Orientierung gegen eine Grundlage oder -fläche in Form einer dünnen Folie, eines Gewebes oder einer Materialschicht, in welche die Fasern einzudringen vermögen, getrieben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7 zur Verbesserung z.B. der Haftung eines Oberflächenüberzugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit entsprechender Geschwindigkeit und Orientierung gegen eine Grundlage oder -fläche getrieben werden, in welche die Fasern teilweise einzudringen vermögen, und daß anschließend durch Aufspritzen oder anderweitig ein Matrixmaterial auf die so vorbereitete Grundlage oder -fläche aufgetragen wird.

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9. Mehrlagenkonstruktion, bestehend aus zwei durch ein Trennmaterial getrennten· Außenplatten oder -lagen, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern bzw. Faserstücke teilweise in die eine Form für das Trennmaterial (11) bildenden Außenplatten (9, 10) eingetrieben worden sind und anschließend das Trennmaterial (11) zwischen die Außenplatten eingespritzt und aufgeschäumt worden ist, die mit einander zugewandten faserbesetzten Flächen angeordnet worden sind.

10. Mehrlagenkonstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern teilweise in das Trennmaterial eingetrieben worden sind und eine oder beide Außenlagen beispielsweise in Form eines aufgespritzten Matrixmaterials aus Beton oder (Gips-)Mörtel auf das Trennmaterial aufgebracht worden sind.

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