用于纤维网干法成形的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于纤维网干法成形的方法以及按权利要求8前序部分所述的用于实施所述方法的设备。
背景技术
为了由纤维和纤维混合物制造纤维网，采用所谓的气流成网法。这里涉及到纤维网的干法成形方法，其中将大量的分离的纤维或纤维混合物借助空气流铺放在一铺放带上以形成一材料层。铺放带做成透气的并与一抽吸装置协同工作，该抽吸装置产生用于接收空气和用于将纤维铺放在铺放带的上侧上的抽吸流。为此，通过一成形装置在成形区内连续地送出纤维，使得通过驱动铺放带从成形区内连续地输出所形成的材料层。接着使材料层加固或通过进一步铺放造成多层的纤维网。例如由WO2006/131122A1已知这种用于纤维网干法成形的方法以及用于实施这种方法的设备。
在这种已知方法和设备中特别提出了均匀铺放纤维以形成具有恒定单位面积重量的材料层的问题。特别是在生产速度高和材料层的单位面积重量小时，在所产生的材料层的铺放结构中出现不均匀性，其中材料层的单位面积重量主要受成形区内的抽吸和纤维喂给以及受铺放带的带速的影响。例如，铺放带在成形区内受到的抽吸通常比在成形区外的强。例如，导致材料层中的单位面积重量不均匀的空气流的变化会对铺放结构造成不利影响。同样，在成形区内抽吸流动的不均匀性或紊流也对材料层的均匀结构具有不利影响。
为了在铺放纤维和形成材料层时得到尽可能均匀的单位面积重量，在已知方法和设备中测量和监控抽吸装置内的压降，以便能够产生尽可能均匀的抽吸流。这里在成形区内将一个或多个挡板配设于铺放带下侧，以控制抽吸装置的开口横截面。以此虽然可以主动干预对铺放起决定作用的质量流量，但是缺点是，在铺放带的下侧上产生附加的涡流，该涡流同样直接对产生在铺放带上的质量流量起作用。因此特别是在材料层薄时，为了得到具有小的单位面积重量的纤维网，再次产生质量波动。已知方法和设备的另一个缺点在于系统的惰性/惯性，因为在抽吸装置内出现压降时便已存在质量流量的不均匀性了。
发明内容
因此本发明的目的是，提供这种类型的用于纤维网干法成形的方法以及这种类型的用于实施这种方法的设备，用这种方法和设备即使在高的生产速度和小的单位面积重量时也可将未结合的纤维铺放成一均匀的材料层。
按照本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求8特征的设备来实现。
本发明优良的改进方案通过相应从属权利要求的特征和特征组合确定。
本发明与过去的将纤维尽可能均匀地铺放在成形区内的原理不同。相反，本发明使得纤维可带有质量波动地铺放在成形区内，从而可在成形区内产生具有不规则单位面积重量的材料层。但是为了在铺放带上得到具有恒定单位面积重量的均匀材料层，按照本发明，引导铺放带上侧上的材料层穿过一相邻接的均化区(Kompensationszone)，在该均化区内通过激励/激发材料层的振动来产生铺放带上侧上的纤维的均化了的(ausgleichend)分布。通过材料层内的振动产生对小纤维/纤维小团的均化性的材料输送，使得材料层的厚层部位和薄层部位相互均衡。
由DE4318967A1所知的方法和设备也不易想到本发明。在已知方法和已知设备中，形成一具有定向的人造纤维的短纤维无纺织物。为了使短纤维定向，将它们施加在一带槽的板上，其中通过一激振器激励该板的机械振动，然后将定向的短纤维从该板铺放到一垫板上以形成纤维网，接着进行压实。但是这种纤维在铺放前先定向的方法和设备在气流成网工艺过程中无法实施。这里纤维必须在成形区内借助空气流铺放成纤维网。因此这种已知方法同样源于使纤维在铺放时得到一均匀和定向的材料层这一理论。而本发明源于使已经铺放好的纤维在铺放装置上均匀化这一原理。
由DE10022110A1所知的方法同样不适合于在纤维网成形后得到材料层的均匀化。在该已知方法中，由单根纤维和颗粒形成的纤维网经受一声源的声场，这时声波的20kHz以上的高频范围造成对在振动场内被定向的单根纤维的强激励。但是声场的这种高频不适于在材料层内产生纤维团的材料流。此外在已知方法中纤维网在筛网之间被引导，因此材料层的厚度已经由筛网的间距确定了。因此从DE10022110A1中得不到本发明的方法和设备。
为了能够实施本发明的方法，本发明的设备做得带一均化装置，该均化装置在紧邻成形装置近旁处配设给铺放带。因此通过成形过程产生的材料层可以直接在铺放带上被引导到均化装置，利用此均化装置通过激励材料层的振动产生铺放带上侧上的纤维的均化了的分布。
按照本发明一种有利的改进方案，对材料层的振动激励可以直接在材料层上产生或者间接地通过对铺放带的振动激励而产生，这里振动优选在基本上水平行进的铺放带的垂直方向上产生。
材料层在均化区内的振动激励可以根据希望的频率范围和振幅范围的不同而直接通过一激振器产生，这种方法变型特别是用于材料层的间接的振动激励。
可选地，也可通过脉冲空气流或空气声来激励材料层的振动。
为了得到在整个机器宽度上的有针对性的振动激励，优选采用这样的方法变型，在该方法变型中在均化区内在机器宽度上线形地激励材料层以使材料层振动。材料层内的纤维的分布还可通过这样的方式来改善，即在材料层上面形地产生振动。
在面形激励的情况中，特别是在均化区内对材料层的预先给定的面积区进行特别处理。因此例如也可以在材料层内产生预定的质量分布。根据工艺过程参数和所使用的原材料的不同，按照本发明一种有利的改进方案，也能以不同频率和振幅进行振动激励。其中在均化区内既在机器方向上也在机器方向的横向上形成频率差和振幅差。
为了保证材料层内的纤维的可靠结合，在均化区内同样用抽吸装置抽吸铺放带，使得尽管在均化区内有振动但仍保证保持有材料层的贴紧和输送。
为了产生机械振动，均化装置具有至少一个与铺放带相联接的激振器。
为了产生中等的频率和较大的振幅，激振器优选包括一个或多个转动的凸轮轴，其中所述凸轮轴带有多个设置在周缘上的凸轮地横向于铺放带延伸。其中例如所述振动的振幅可以基本通过凸轮轴的凸轮高度来确定，凸轮轴周缘上的凸轮的数量以及凸轮轴的驱动转速确定了振动激励的频率，这样来在均化区内激励铺放带的机械振动。
但是可选地也存在这样的可能性，即在铺放带下侧上设置单个或多个振动元件作为激振器，所述振动元件支承在铺放带的下侧上并造成铺放带的振动。由此可以特别是产生具有较小振幅和较高频率的机械振动。
根据材料层内的纤维和纤维混合物的种类和结构的不同，可以通过设置在铺放带上方或下方的空气声源来激励振动。这种类型的振动激励特别是用在超细纤维或粉末状颗粒上。
但是对于较粗的结构，可以通过脉冲空气流来激励振动。为此均化装置具有至少一个或多个压缩空气喷嘴，这些喷嘴设置在铺放带的上方或下方并与一压力源连接。
有利地通过一控制器来检测振动激励时频率和振幅的改变，此控制器与激振器或声源或压缩空气喷嘴连接。因此在控制器内可以根据过程和纤维类型来进行相应的设定/调整。
为了保证材料层在铺放带上的输送并得到材料层的可靠引导，按照本发明设备另一种有利的改进方案，在铺放带下侧上设置有抽吸装置的配设给均化装置的抽吸接管/抽吸连接件。从而可在成形区和均化区内连续地对铺放带进行抽吸。
附图说明
下面借助一些实施例参照附图详细说明本发明的方法和设备。
附图表示：
图1示出用于实施本发明方法的本发明设备的第一实施例的示意图，
图2示出均化装置的一种实施例的示意图，
图3和4示意示出均化装置的另一种实施例的多个视图，
图5示出均化装置的又一种实施例的示意图，
图6示意示出用于实施本发明方法的本发明设备的另一种实施例。
具体实施方式
在图1中以侧视图示意示出用于实施用于纤维网干法成形的本发明方法的本发明设备的第一实施例，此实施例具有一成形装置1，一铺放带5和一抽吸装置9，它们上下叠置并共同形成一成形区。
在此实施例中，成形装置1通过一汇集容器2、一连接在汇集容器2的下侧上的成形头3构成，其中成形头3与一筛网出口4连接。汇集容器2通过一输入管21与一这里未画出的纤维制备装置连接。
成形头3具有多个叶轮23，它们被转动驱动，以将纤维从汇集容器2均匀分配到筛网出口4上。但是这里应该强调指出，本实施例中的成形装置1的结构是举例性的，原则上也可使用任选的结构如回转滚筒来分配和分发纤维。
在成形装置1下方离筛网出口4不远处设置有铺放带5，该铺放带可通过带驱动装置6沿箭头方向被驱动。铺放带5做成透气的并优选由金属丝织物组成。
在铺放带5下方设置有一抽吸装置9，该抽吸装置具有一第一抽吸接管10.1，该第一抽吸接管在铺放带5的下侧上在整个成形区上延伸。这里成形区主要由筛网出口4的尺寸来确定。
在紧邻成形装置1的附近给铺放带5配设一均化装置11。均化装置11具有一激振器12，在本实施例中该激振器做成一活塞缸单元13。此活塞缸单元13通过一支承板14作用在铺放带5的下侧上，通过起动活塞缸单元13可以使支承板14连同铺放带5一起在竖直方向上往复运动。在本实施例中由活塞缸单元13构成的激振器12通过一控制器22控制，使得所述振动激励导致材料层7的一定的振动。这样，可预先给定振动的频率和振幅。
为了实施本发明的方法，成形装置1通过输入管21输入大量纤维或纤维混合物，该纤维混合物可由多根纤维或由纤维和添加剂颗粒组成。这些纤维被气动地输送并被送入汇集容器2中。纤维或纤维混合物从汇集容器2到达成形头3中，在成形头3中纤维均匀分布在筛网出口4上，并通过空气流铺放到铺放带5上。空气流通过抽吸装置9产生，该空气流从下侧通过抽吸接管10.1抽吸铺放带5。纤维在铺放带5的表面上铺放成一材料层7，并通过铺放带5连续地从成形区输出。
为了均衡材料层7内部的纤维在铺放期间在成形区内出现的不均匀性，材料层7在铺放带5的上侧上被引导穿过一均化装置11。均化装置11形成一均化区，在均化区内在铺放带5上通过激振器12产生铺放带5的机械振动，该机械振动被传递到在所述上侧上引导的材料层7。由于仍未结合的纤维或纤维混合物的结合结构，材料层7的振动导致材料层7内的材料流，从而均衡材料层7内的质量分布和质量堆积的不均匀性。因此设定与材料层和纤维相匹配的机械振动的频率和振幅，以便有针对性地均衡材料层7内的厚层部位和薄层部位。
这时所形成的材料层为一纤维网15，该纤维网既在机器纵向又在机器横向上具有尽可能均匀的质量分布，进而具有均匀的单位面积重量。接着将纤维网15转移到一输送带系统上以进行后续处理，特别是对材料层内的纤维进行加固。
本发明的设备以及方法特别适合于产生具有小的单位面积重量和高的生产速度的纤维网。这里，可以完全避免通常在完成了的纤维网中造成瑕疵部位的不均匀的质量分布。
在均化装置11中实施的、对材料层7的振动激励可以用不同的变型方案和设计来实现。在下面的附图中仅说明一些实施例。
例如图2示出均化装置11的一种实施例，它例如可以用在按图1的设备中。这里图2仅仅示出被铺放带5连同引导在铺放带上侧上的材料层7一起穿过的均化区的一个局部。在本实施例中激振器12由多个振动元件16构成，这些振动元件分别支承在铺放带5的下侧上。每个振动元件都作一竖直方向的振动，使得铺放带5在多个支承部位周围被激励以进行振动。振动元件16分别沿机器纵向还有机器横向在多处设置在铺放带5上。用在图2中所示的均化装置11的实施例特别是可以产生具有较高频率和较小振幅的机械振动。
在图3和4中以多个视图示出用于激励机械振动的另一实施例。在图3中以侧视图、在图4中以俯视图示出均化装置11。只要没有具体指明参照某个附图，那么以下说明对这两个附图都适用。
在如图3和4所示的均化装置11中，激振器12由多个凸轮轴17构成，这些凸轮轴相互平行、并排地横向于铺放带5地在整个机器宽度上延伸。在凸轮轴17的周缘上形成有多个相互离开一定距离设置的凸轮18，这些凸轮随凸轮轴17一起转动并与铺放带5的下侧接触。为了激励振动，凸轮轴17优选以错开的转动角方向相反地被驱动，从而激励铺放带5的振动，该振动直接作用在材料层7上。
在图2至4中示出的均化装置11的实施例根据结构的不同而适合于在机器宽度上产生线形的或面形的振动激励，线形激励例如可以通过凸轮轴实现。优选产生在2000Hz至20000Hz频率范围内的、最大振幅＜1mm的机械振动。
但是原则上也可以对材料层进行振动激励，这时直接激励铺放带5上侧上的材料层7的振动。这种实施例示出在图5中，在该实施例中均化装置11具有多个空气声源19，这些空气声源设置在铺放带5上方，并产生朝向材料层7的空气声。因此特别是在采用细纤维时可以使材料层7均匀化。
但是可选地也存在将空气声源19配设于铺放带5下侧的可能性，在图5中用虚线示出这种实施形式。
在均化区内的振动激励也可有利地通过多个空气喷嘴产生，这些空气喷嘴产生脉冲的空气流。
在制造干法成形的纤维网时，通常铺放带上的材料层包括多个单层。为此每个单层通过一成形装置在铺放带上产生。为了能够进行本发明的对纤维分布或颗粒分布的均化，根据工艺过程和产品的不同可以有两种基本方案。为此，在图6中示出用于实施本发明方法的本发明设备的又一实施例，在如图6所示的实施例中，在图1的实施例的基础上，还给铺放带5配设有一第二成形装置1.2。成形装置1.1和1.2相互并排地设置，并在铺放带5的表面上分别形成纤维单层或颗粒单层。这样，在铺放带5表面上产生一多层的材料层7，接着将该多层材料层7输入均化装置11的均化区中。在均化区中使由两个单层构成的材料层7均匀化，使得由于整体分配而出现的、由厚薄部位所造成的不均匀性基本上完全被均衡。
但是可选地也可给每个成形装置1.1和1.2配设一单独的均化装置11.1和11.2。这种实施例用虚线示出，这样，由成形装置1.1在铺放带5上产生的材料层7通过均化装置11.1来均化，而由成形装置1.2产生的材料层通过均化装置11.2来均化。因此在包括多个层的复合结构中在整个纤维网上产生高度均匀的单位面积重量。
附图标记列表：
1、1.1、1.2 成形装置 9 抽吸装置
2 汇集容器 10.1、10.2 抽吸箱
3 成形头 11、11.1、11.2 均化装置
4 筛网出口 12 激振器
5 铺放带 13 活塞缸单元
6 带驱动装置 14 支承板
7 材料层 15 纤维网
8 纤维 16 振动元件
17 凸轮轴 20 空气喷嘴
18 凸轮 21 输入管
19 空气声源 22 控制器