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Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Fasermatte
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen
Fasermatte durch zick-zack-förmige Überlagerung eines Primärvlieses auf einem Ablageband.
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Nach diesem Verfahren werden Mineralwollematten aus Glas- oder Gesteinsfäden
für Isolationszwecke in der Bauindustrie hergestellt. Das Primärvlies wird durch
eine Spinnvorrichtung erzeugt, die von einem die Mineralschmelze enthaltenden Kupolofen
gespeist wird. Hierbei wird die aus dem Kupolofen austretende Schmelze vom Vierradspinner
erfaßt und in dünnen Fäden abgeschleudert, die mittels einer Luftströmung auf einem
Fasersammelband abgeschieden werden. Dort werden die Fäden von einem Saugband aufgenommen.
Durch den Unterdruck wird ein annähernd gleichmäßiger Vliesaufbau erreicht. Dieses
Primärvlies wird dann zu einer sogenannten Pendelbandanlage geführt. Das Pendelband
führt senkrecht zur Laufrichtung eines darunter befindlichen Ablagebandes Schwingungen
aus. Aufgrund dieser Changierbewegung wird das über das Pendelband herangeführte
Primärvlies zick-zack-förmig gefaltet auf dem Ablageband abgelegt.
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Dadurch entsteht eine mehrlagige Mineralfasermatte, die anschließend
in einen Härteofen gefördert und auf Fertighöhe bzw. Enddichte komprimiert und ausgehärtet
wird.
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Nach Verlassen des Härteofens wird die Matte in einer Nachbearbeitungsstufe
randbeschnitten, längsgeschnitten, kaschiert, abgelängt und als fertiges Endprodukt
schließlich aufgerollt bzw. gestapelt.
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Die Wärmedämmeigenschaften von Mineralwollematten werden durch die
Fasergeometrie (Dicke, Länge, Anordnung), die Mattendichte, die Dicke der Matte
und durch den Gehalt an Bindemitteln bestimmt. Bei der Untersuchung dieser Eigenschaften
an Mineralwollematten, die mit Hilfe der oben beschriebenen Pendelbandanlage hergestellt
wurden, hat sich herausgestellt, daß bei dem fertigen Endprodukt die Raumgewichtsverteilung
über die Länge und Breite der Matte i.A. nicht konstant ist. Es wurde gefunden,
daß erhebliche Flächengewichtsschwankungen auftreten können.
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Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, daß eingangs
beschriebene Verfahren mit der Zielsetzung eines gleichmäßigen und homogenen Endproduktes
weiter auszubauen und zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einem mit der Geschwindigkeit Vv am Pendelband
ankommenden Primärvlies mit der Breite B , das auf einem mit der Geschwindigkeit
VE laufenden Ablageband zick-zack-förmig zu einer Mineralfasermatte mit der Breite
BE überlagert wird, durch folgende Maßnahmen gelöst:
Erfindungsgemäß
werden die Geschwindigkeiten Vv und VE derart eingeregelt, daß die Zahl ü der übereinander
abgelegten Lagen über die gesamte Breite der Fasermatte geradzahlig ist und gleichzeitig
die Bedingung
erfüllt wird. Selbstverständlich braucht diese Beziehung nicht genau eingehalten
zu werden. Gewisse Abweichungen (+ 10 %) können je nach Produktanforderungen toleriert
werden. Vorzugsweise werden nach diesem Verfahren Fasermatten mit einer Lagenzahl
von 6 bis 14 hergestellt.
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Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Homogenität der Mineralfasermatte
kann man dadurch erreichen, daß die durch unvermeidliche Änderungen des Massenstromes
in der Spinnvorrichtung bedingten Anderungen des Primärvlies-Raumgewichtes beim
Endprodukt durch entsprechende Nachstellung der Ablagebandgeschwindigkeit VE kompensiert
werden. Unter Berücksichtigung des oben angegebenen Verhältnisses werden also die
Geschwindigkeit Vv und VE so nachgestellt, daß das Flächengewicht der fertigen Fasermatte
konstant bleibt, Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß nach dem Blasdüsenverfahren mehrere Primärvliese hergestellt werden,
die jeweils einem Pendelbandsystem zugeführt werden und dann sequentiell auf einem
gemeinsamen
Ablageband zu einer Vielschichtmatte überlagert werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine glatte Überdeckung der
einzelnen Lagen auf dem Ablageband realisiert werden. Dadurch kann die Homogenität
des Endproduktes entscheidend verbessert werden. Da sich die bisher beobachteten
Flächengewichtsschwankungen bei der Wärmedämmung umso stärker bemerkbar machen je
geringer das Raumgewicht der Mineralfasermatte ist, wurden bisher kaum Matten mit
geringerem Raumgewicht angeboten. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert daher einen
bedeutenden Beitrag bei der Entwicklung von Fasermatten mit geringerem Raumgewicht
bis herab zu 6 kg/m³.
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Im Zuge einer solchen Entwicklung können erhebliche Produktionseinsparungen
erzielt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine nach dem Schleuderradspinnverfahren
arbeitende Anlage mit einem Pendelbandsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens Fig. 2 eine nach dem Düsenblasverfahren arbeitende Anlage mit Mehrfachpendelsystem
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 eine
Anlage, bei der die nach dem Düsenblasverfahren erzeugten Primärvliese auf zwei
Ablagebänder aufgeteilt werden.
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Bei der Anlage gemäß Fig. 1 wird das Ausgangsmaterial für die Mineralwolle
(z.B. Glas) in einem Kupolofen 1 aufgeschmolzen. Die aus dem Ofen austretende Schmelze
wird dann einem Vierradspinner 2 zugeführt und in dünnen Fäden 3 abgeschleudert.
Durch einen im wesentlichen achsenparallel zu den Spinnrädern gerichtetes Gebläse
werden die Fäden 3 auf einem Sammelband 4 niedergeschlagen. An der Unterseite des
Sammelbandes 4 wird ein Unterdruck erzeugt, so daß die Fasern angesaugt werden und
ein annähernd gleichmäßiger Vliesaufbau erreicht wird. Das so gebildete Primärvlies
wird sodann einer Umlenkvorrichtung 6 und von da dem Pendelband 7 zugeführt. Das
Pendelband 7 führt Pendelschwingungen mit konstanter Frequenz und Amplitude senkrecht
zur Förderrichtung des Primärvlieses aus.
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Die Lineargeschwindigkeit des Pendels Vv stimmt mit der Fördergeschwindigkeit
(Geschwindigkeit des Primärvlieses) überein. Das Pendelband 7 besteht aus den beiden
mit gleicher Geschwindigkeit Vv laufenden Haltebändern 8 und 9 zwischen denen das
Primärvlies 5 geführt ist. Der Antrieb und die Lagerung für die Changierbewegung
des Pendelbandes 7 ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.
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Unterhalb des Pendelbandes 7 ist ein Ablageband 10 angeordnet, das
sich senkrecht zur Schwingungsrichtung des
Pendelbandes 7 bewegt.
Die Fördergeschwindigkeit VE des Ablagebandes 10 entspricht dabei der Abzugsgeschwindigkeit
für das auf dem Ablageband 10 deponierte Primärvlies 5. Aufgrund der Changierbewegung
des Pendelbandes 7 w rd das Primärvlies 5 auf dem Ablageband 10 zick-zackförmig
in Form von Schleifen 11 abgelegt. Dadurch entsteht eine mehrlagige Mineralfasermatte
12, deren Breite BE mit der Amplitude des Pendelbandes 7 übereinstimmt.
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Die Mineralfasermatte 12 wird anschließend weiterverarbeitenden Maschinen
zugeführt (Härtung, Randschnitt, Längsschnitt, Kaschierung u.a.), die jedoch im
Rahmen der vorliegenden Erfindung keine wesentliche Rolle spielen und daher nicht
weiter erläutert werden.
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2 Es ist einleuchtend, daß umsomehr Lagen pro m auf dem Ablageband
10 abgelegt werden, je größer das Verhältnis Vv durch VE ist. Im einzelnen gelten
für die schleifenförmige Überlagerung des Primärvlieses 5 auf dem Ablageband 10
folgende mathematischen Beziehungen:
Dabei bedeuten: M Massenstrom in der Spinnvorrichtung 2 (kg/h) RGE Raumgewicht der
Fasermatte 12 (kg/m³)
BE Breite der Fasermatte 12 (m) HE Höhe der
Fasermatte 12 (m) Da sich das Pendelband 7 mit relativ hoher Geschwindigkeit senkrecht
zum Ablageband 10 bewegt, muß es mit relativ hoher Geschwindigkeit V mehrere Male
innerhalb der durch das Ablageband 10 vorgegebenen Breite changieren um die gewünschte
Lagenzahl ü bereitzustellen. Es gilt folgende Beziehung:
Dabei bedeuten: Vv Lineargeschwindigkeit des Pendelbandes 7 (= Geschwindigkeit des
Primärvlieses 5) (m/min) VE Geschwindigkeit des Ablagebandes 10 (m/min) Ü Zahl der
Lagen auf dem Ablageband BV Breite des Primärvlieses (m) BE Breite der Fasermatte
12 (m) Die Höhe der Lagenzahl richtet sich nach den gewünschten Wärmedämmwerten
der Fasermatte 12 und nach der maximal zu
fahrenden Pendelbandgeschwindigkeit
Vv, die normalerweise im Bereich 30 bis 100 m/min liegt. Es wurde nun gefunden,
daß man eine Fasermatte 12 mit homogenem Mattenaufbau erhält, wenn die Lagenzahl
geradzahlig (z.B. 4,6,8,10 ..) ist. Dies bedeutet, daß die Geschwindigkeiten Vv
und VE so einzustellen sind, daß die Beziehung
bei ganzzahligem U erfüllt ist. In diesem Fall ist die Lagenzahl U über die gesamte
Breite der Fasermatte 10 konstant.
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Bei einer Änderung des Massenstroms M im Vierradspinner 2 ändert sich
auch das Flächengewicht des Primärvlieses 5.
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Diese Änderung der Produkteigenschaften kann durch eine entsprechende
Nachstellung der Geschwindigkeiten Vv und VE ausgeglichen werden, so daß das Flächengewicht
der fertigen Fasermatte 12 im wesentlichen konstant bleibt. Zu der Bedingung, die
das Verhältnis der Geschwindigkeiten Vv und VE als Funktion der geradzahlig gewählten
Lagenzahl U bestimmt, tritt als weitere Bedingung die Gleichung:
Dabei bedeuten: FlGv Flächengewicht des Primärvlieses 5 (kg/m²)
HE Höhe der Fasermatte 12 (m) RGE Raumgewicht der Fasermatte 12 (kg/m3) Die anderen
Parameter wurden weiter oben schon definiert.
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Die Höhe des Primärvlieses kann über den am Fasersammelband 4 in der
Abscheidezone wirkenden Unterdruck beeinflußt werden. Bei hohen Lagenzahlen U wird
man ferner die Höhe des Primärvlieses durch vorkomprimieren reduzieren, damit die
Fasermatte 12 nicht zu hoch wird.
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Die oben erwähnten, durch das Spinnverfahren bedingten Massenänderungen
pro Zeiteinheit müssen meßtechnisch so früh erkannt werden, daß eine rechtzeitige
Reaktion für die Berechnung und Nachstellung der Ablagebandgeschwindigkeit VE erfolgen
kann. Massenstromänderungen im Kupolofen 1 ergeben sich z.B. durch die Beschickung,
die etwa alle 10 Minuten erfolgt. Eine Flächengewichtsmessung am Endprodukt 12,
die z.B. in einer Entfernung von 20 m vom Pendelband 7 durchgeführt wird, würde
es bei einer minimalen Anlagengeschwindigkeit von 1 m/min nicht ermöglichen, die
zur Erzielung eines konstanten Flächengewichtes erforderliche Anderung t VE rechtzeitig
zu berechnen und einzustellen,
Bereits in einer Entfernung von
10 m wäre eine auf die oben erwähnten Beschickungseinflüsse zurückzuführende Massenschwankung
bei einer Anlagengeschwindigkeit VE = 1 m/min. schon wieder beendet.
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Massenstromänderungen müssen daher so früh wie möglich erkannt und
gemessen werden. Eine geeignete Meßstelle für das Flächengewicht kann z.B. innerhalb
der Primärvliesführung eingebaut werden. Zu diesem Zweck wird eine (kommerziell
erhältliche) Bandwaage, z.B. kurz vor der Umlenkvorrichtung 6 eingebaut. Der so
gewonnene Meßwert wird einem Rechner zugeführt, der daraus ständig das Flächengewicht
bzw. die korrigierte Anlagengeschwindigkeit VE neu berechnet. Der Antrieb für das
Ablageband 10 wird dann entsprechend nachgestellt.
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Die Berechnung der Anlagengeschwindigkeit VE als Funktion der Masse
der aufgegebenen Fasermenge in m/min im Verhältnis zur Pendelbandgeschwindigkeit
(abhängig von der gewählten Lagenzahl Ü) muß laufend kontrolliert werden.
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Dies geschieht dadurch, daß einer der Breite BV des Primärvlieses
5 entsprechenden Strecke des Ablagebandes 10 eine bestimmte Impulszahl zugeordnet
wird. Bei einer gewählten Überdeckung von z.B. U = 8 muß dann das Pendelsystem 7
innerhalb dieser Strecke auf einer Seite viermal die Bewegungsumkehrung durchfahren
haben. Dies bedeutet, daß die der Breite BV entsprechende Strecke in vier gleiche
Abschnitte unterteilt wird, in denen das Pendelsystem jeweils eine doppelte Lage
abgelegt hat; d.h. acht Lagen. Die aus der berechneten Anlagengeschwindigkeit
VE
errechnete Pendelbandgeschwindigkeit Vv soll durch die Impuls zählung nicht beeinflußt
werden; d.h. Vv wird, ausgehend von dem durch die Massenmessung ermittelten Sollwert
der Anlagengeschwindigkeit VE grundsätzlich vorgegeben. Die Anlagengeschwindigkeit
VE kann aber zusätzlich mit Hilfe der Impulszahlmessung überprüft und wenn nötig
nachgeregelt werden, um die gewünschte Lagenzahl U möglichst genau einzuhalten.
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Ausführungsbe ispiel Primärvlies: Massenstrom M = 3000 kg/h Flächengewicht
FlGV = 0,266 kg/m² Breite Bv = 1,9 m Abzugsgeschwindigkeit Vv = 98,68 m/min Fasermatte
(Endprodukt): Raumgewicht RGE = 40 kg/m3 Höhe HE = 80 mm Breite BE = 1,82 m Anlagengeschwindigkeit
VE = 8,58 m/min Überdeckungswinkel £= = 4,970 Lagenzahl U = 12-fach Nach Fig. 2
und 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise ausgeführt, daß mehrere Primärvliese
5a, 5b, 5c, 5d auf dem Ablageband zu einer Fasermatte vereinigt werden. Die Primärvliese
5a bis 5d werden hier nach dem in OS 30 16 114 beschriebenen Düsenblasverfahren
herge-
stellt. Die aus den Diffusoren 13a, 13b, 13c, 13d austretenden
Fasern werden auf hintereinander angeordneten Sammelbändern 4 abgeschieden. Die
Diffusoren 13a bis 13d werden über die Sammelschiene 14 mit Mineralschmelze gespeist.
Jedes Sammelband 4 führt zu einem Pendelbandsystem 7a, 7b, 7c, 7d. Unterhalb der
Pendelbänder ist senkrecht zur Schwingungsrichtung ein Ablageband 10 angeordnet.
Die zick-zack-förmige, schleifenförmige Überlagerung der Primärvliese 5a bis 5d
auf dem Ablageband 10 erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie oben beschrieben.
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Die so gebildete Vielschichtmatte 15 wird mit der Geschwindigkeit
VE abtransportiert. Die Primärvliesgeschwindigkeit Vv und die Anlagengeschwindigkeit
VE werden für jedes einzelne System nach den gleichen Kriterien geregelt wie bei
der Anlage nach Fig. 1.
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Bei der Anlage nach Fig. 3 werden die nach dem Düsenblasverfahren
erzeugten Primärvliese auf zwei in entgegengesetzten Richtungen laufenden Ablagebändern
10a und 10b abgelegt. Die Unterteilung erfolgt in der Weise, daß die Pendelbandsysteme
7a und 7b mit den Primärvliesen 5a und 5b dem Ablageband 10a und die Pendelbandsysteme
7c und 7d mit den Primärvliesen 5c und 5d dem anderen Ablageband 1Ob zugeordnet
sind. Für die Einhaltung der Primärvliesgeschwindigkeiten Vv und der Anlagegeschwindigkeiten
VEl und VE2 gelten jeweils die oben erläuterten kritischen Bedingungen.
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Mit den Anlagen nach Fig. 2 und 3 können homogene Vielschichtmatten
mit niedrigen Raumgewichten (bis 6 kg/m3) produziert werden.
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Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 Primärvlies: Massenstrom M = 4 x 600
kg/h Flächengewichte F1GV1-4 0,18 kg/m2 Breite B = 2500 mm v Primärvliesgeschwindigkeiten
Vv1 4 = 88,88 m/min Fasermatte (Endprodukt): Massestrom M = 2400 kg/h Raumgewicht
RGE = 24 kg/m³ Schichthöhe HE = 120 mm Mattenbreite BE = 2500 mm Anlagengeschwindigkeit
VE = 22,22 m/min Überlagerungswinkel d; = 14,030 Lagenzahl U (jeweils für ein Pendelbandsystem)
= 16-fach Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 Primärvliese: Massenströme M = 2 x 600
kg/h Flächengewichte FlG1 2 = 0,066 kg/m2 Flächengewichte FlG34 = 0,1 kg/m2 Vliesbreite
Bv = 2500 mm Primärvliesgeschwindigkeiten Vv 1-2 = 120 m/min Primärvliesgeschwindigkeiten
V 3-4 = 80 m/min v Fasermatten (Endprodukte): Massenstrom M = 1200 kg/h Raumgewichte
RGE = 10 kg/h Schichthöhe der einen Fasermatte HE1 = 80 mm Schichthöhe der anderen
Fasermatte HE2 = 160 mm
Breiten der Fasermatten BE1,2 = 2500 mm
Anlagengeschwindigkeit der einen Fasermatte VE1 = 20 m/min Anlagengeschwindigkeit
der anderen Fasermatte VE2 = 10 m/min Überlagerungswinkel bei der einen FasermattecCl
= 9,460 Uberlagerungswinkel bei der anderen Fasermatte 2 = 7,120 Lagenzahl bei der
einen Fasermatte U1 = 12-fach Lagenzahl bei der anderen Fasermatte U2 = 16-fach