Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verfestigung und/oder Strukturierung von einem Vlies sowie eine Strukturschale.

Bei der Wasserstrahlverfestigung von Vliesen, Geweben oder Gewirken, wird eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, aus einer Vielzahl von Düsen gegen das zu verfestigende Material gespritzt wird. Das zu verfestigende Material läuft über eine sich drehende flüssigkeitsdurchlässige Trommel, die zum Absaugen des Wassers zusätzlich mit Unterdrück beaufschlagt sein kann. Üblicherweise besteht die Trommel aus einer zylindrischen massiven Basistrommel mit

Bohrungen, die einen großen Wasserabfluss gewährleisten. Mit Abstand zur Basistrommel wird eine Strukturtrommel aufgezogen, die feinperforierte Öffnungen zur Verfestigung der Fasern aufweisen kann, dem zu bearbeitenden Material aber auch eine Oberflächenstruktur in Form eines Musters und/oder eine Perforierung von unterschiedlicher Geometrie verleihen kann.

Nach der EP 2888394 B1 wird eine einteilige Strukturschale auf eine Trommel aufgezogen, bei der Drähte schräg zur Längsachse der Trommel aufgezogen sind, die den Abstand zwischen Strukturschale und Trommel hersteilen. Bei einem Wechsel der Strukturschale muss diese von der Trommel geschoben werden, was bei einer Arbeitsbreite von 2,5 bis 5,5 m sehr schwer zu händeln ist und diese ggfs beschädigen kann. Weiterhin ist es bekannt, die Strukturschale entlang der Längsachse der Trommel zu teilen, also mehrere Segmente miteinander auf dem Umfang zu verbinden. Dies findet dann seine Grenze, wenn sich die Nahtstelle der Segmente nicht im Vlies wiederfinden darf. Ein weiterer Nachteil ist die Befestigung der Segmente untereinander, da die Segmente aus einem dünnen Blech bestehen und jede Veränderung über den Querschnitt zu einer unterschiedlichen Anlage auf der Strukturtrommel oder zu unerwünschten Abdrücken im Vlies führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfestigung und/oder Strukturierung von einem Vlies zu schaffen, bei der die zuvor genannten Nachteile nicht auftreten. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Strukturschale mit deutlich vergrößerter Strukturhöhe für die Vorrichtung zur Verfestigung und/oder Strukturierung von einem Vlies zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 1 1. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hydrodynamischen Verfestigung und/oder Strukturierung von Vlies, umfassend eine besaugte drehende Trommel, eine mit Abstand auf der Trommel angeordnete Strukturschale, die von einem Vlies zumindest teilweise umschlingbar ist, sowie mindestens ein Wasserbalken, der einen Düsenstreifen mit einer Vielzahl von Düsen aufweist, wobei der Wasserbalken ausgebildet ist, mittels Wasserstrahlen das Vlies zu verfestigen und/oder zu strukturieren und/oder zu perforieren.

Kerngedanke der Erfindung ist eine Strukturschale die aus mindestens zwei Ringen gebildet wird, die auf die Trommel aufschiebbar sind und befestigbar sind.

Die Strukturschale wird aus mindestens zwei axial segmentierten Ringen gebildet, die über die Trommel mit Abstand aufgeschoben werden. Die Ringe können z.B. durch Lasersintern aus verschiedenen Materialien (Kunststoff, Metall) hergestellt werden. Dieses Verfahren erlaubt komplexere und höhere Geometrien als die bisherigen Ätzverfahren.

Natürlich sind auch Ringe denkbar, die mit anderen Fertigungsverfahren hergestellt werden, wie z.B. spanend, gegossen oder lasergeätzt. Das axiale Segmentieren bietet die Möglichkeit des Einsatzes von Fertigungsverfahren, bzw. -maschinen, die sonst für die benötigte Arbeitsbreite, die bis zu 5,5 m betragen kann, nicht geeignet sind.

Erfindungsgemäß können die Ringe dauerhaft zu einer Schale gefügt werden, z.B. durch Kleben oder eine mechanische Verbindung, wie eine komplementäre Schwalbenschwanznut oder Feder/Nutanordnung an den Stirnseiten. Die einzelnen Ringe können zusammengesetzt werden und durch eine gemeinsame Oberflächenbeschichtung zu einer geschlossenen Strukturschale gefügt werden, (z.B. vernickeln), um die Trennfugen zu schließen. Die Verbindung der Ringe kann direkt oder indirekt miteinander stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig erfolgen.

Alternativ können die Ringe vereinzelt bleiben und z.B. axial oder radial auf der Trägertrommel verspannt werden. Weiterhin können auch Montageringe für die Stoßkanten der Ringe verwendet werden, die zumindest teilweise von den Ringen verdeckt werden, und mittels denen die Ringe durch Kleben oder mechanische Verbindung indirekt miteinander verbunden werden, beispielsweise durch integrierte Clipse an den Montageringen.

Die Ringe können mittel 3-D-Drucker hergestellt werden, wobei die Strukturierung der Oberfläche in einem einzigen Fertigungsschritt herstellbar ist. Die Strukturierung kann über die Schnittkante zum nächsten Ring hinausgehen, so dass eine Strukturschale ohne Trennfuge herstellbar ist. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Figur 1 : ein Teil einer Anlage zur Verfestigung von einem

Vlies;

Figur 2: eine erfindungsgemäße Strukturschale aus mehreren

Ringen;

Figur 3: ein einzelner Ring einer Strukturschale mit einer

Vergrößerung der Oberfläche;

Figur 4: eine abgewickelte Oberfläche eines einzelnen Ringes einer Strukturschale;

Figur 5a, 5b: zwei Detailansichten zu einer montierten

Strukturschale. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur hydrodynamischen Verfestigung von Vlies, umfassend eine von innen besaugte drehende Trommel 10, eine mit Abstand auf der Trommel 10 angeordnete Strukturschale 11 , sowie mindestens ein Wasserbalken 1 , der einen Düsenstreifen 2 mit einer Vielzahl von Düsen 4 aufweist. In dieser Darstellung ist der Wasserbalken 1 zur besseren Darstellung um 90° gedreht. Ein nicht dargestelltes Vlies umschlingt zumindest teilweise die Strukturschale 11 und wird durch die Wasserstrahlen des Wasserbalkens 1 verfestigt und strukturiert.

Die Strukturschale 11 ist mehrteilig aufgebaut und besteht in diesem Beispiel aus vier einzelnen Ringen 12, 13, 14, 15, die auf die Trommel 10 aufgeschoben werden. Der Abstand der Strukturschale 11 zur Trommel 10 kann durch Stege und/oder eine zusätzliche Siebschale hergestellt werden. Die Trommel 10 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine größere Breite als die Strukturschale 1 1 , die nur einen Teil der Trommel 10 abdeckt. Zur mittigen Zentrierung der Strukturschale sind seitliche Distanzelemente 25 auf die Trommel 10 geschoben, die mittels Spannelementen 26 an den Stirnseiten der Trommel 10 befestigt sind. Durch die Spannelemente 26 mit den seitlichen Distanzelementen 25 ist eine variabel breite Anordnung der Strukturschale 11 möglich, die aus mindestens zwei Ringen bestehen kann, oder aus vielen Ringen, die zusammen die gesamte Trommel 10 überdecken. Damit kann die Anlage an die Breite der zu verarbeitenden Warenbahn angepasst werden, so dass der Energieeinsatz minimiert wird. Alternative Befestigungen für die Ringe sind im Rahmen der Erfindung möglich, beispielsweise ein Verspannen der Ringe zwischen Trommel und Ring mittels federbelasteten Spannelementen oder mechanischer Befestigung.

Der in Figur 1 dargestellte Wasserbalken 1 ist zur besseren Darstellung um 90° gedreht. Im Betrieb sind die Düsen 4 auf die Oberfläche der Trommel 10 im Wesentlichen in Richtung seiner Längsachse ausgerichtet. Der Wasserbalken 1 , aus dem die Wasserstrahlen mit Hochdruck auf das Vlies gespritzt werden, weist einen Düsenstreifen 2 mit einer Vielzahl von einzelnen Düsen 4 auf, der entsprechend der aktuellen Arbeitsbreite seitlich verkürzt ist oder der seitlich durch Abdeckungen 3 abgedeckt wird. Im Bereich der Stoßkanten der Ringe 12, 13, 14, 15 weist der Düsenstreifen 4 Unterbrechungen 5 auf, so dass sich kein Streifen in das herzustellende Vlies einprägen kann. Damit ist es möglich, ein einteiliges Vlies herzustellen, das streifenförmig variabel weiterverarbeitet wird, beispielsweise durch eine Trennvorrichtung, wobei die Streifen des Vlieses eine unterschiedliche Festigkeit, Struktur und/oder Perforierung aufweisen können. Die Produkte können beispielsweise als Einlagen für Windeln, als Kosmetik- oder Hygieneprodukt verwendet werden. Figur 2 zeigt vier Ringe 12, 13, 14, 15 einer Strukturschale 11 , die mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Jeder Ring 12, 13, 14, 15 ist separat mittels Lasersintern oder ein anderes 3-D-Druckverfahren herstellbar. Jeder Ring 12, 13, 14, 15 kann eine andere Oberflächenstruktur und/oder Perforierung aufweisen.

Figur 3 zeigt einen Ring 12 einer Strukturschale 11 , wobei der einzelne Ring 12 aus mehreren Segmenten 12a, 12b bzw. Sektoren eines Ringes besteht, die als Kreisring ausgebildet sein können und die auf der Rückseite Befestigungselemente 16 aufweisen. Die Segmente 12a, 12b können als ebene flache Körper hergestellt werden und entsprechend dem Durchmesser der Trommel zu jeweils einem Kreisring gebogen und verbunden werden. Jeder Ring 12 kann dabei aus einem oder mehreren Segmenten gebildet werden. Der Ring 12 kann selbstverständlich auch einstückig ausgebildet sein. Der Ring 12 weist abwechselnde Abschnitte 12c, 12d, 12e mit einer unterschiedlichen Strukturierung auf, so dass über die Breite des Ringes 12 entweder ein durchgehendes einheitliches Muster im Vlies entsteht, oder getrennte oder zusammenhängende Bereiche mit unterschiedlichen Mustern im Vlies herstellbar sind. Die Vergrößerung zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Ringes 12 einer Strukturschale 11 , der eine unterschiedliche Strukturierung und Perforierung aufweist. Im mittleren Abschnitt 12d ist eine Perforierung mit großen Löchern 18 angeordnet, die durch vorstehende Erhebungen 19 in Form von Quadraten voneinander getrennt sind. Die Quadrate können jede beliebige Höhe und Größe über der Grundfläche des Ringes aufweisen, und beispielsweise eine Höhe von 15 mm aufweisen. Bei entsprechender Gestaltung kann die Erhebung 19 in Kombination mit den Wasserstrahlen des Wasserbalkens 1 eine Perforierung im Vlies erzeugen. Die seitlichen Abschnitte 12c, 12e weisen dagegen ein kleines regelmäßiges Lochmuster auf.

Figur 4 zeigt eine seitliche Darstellung auf den Querschnitt eines Ringes 12 einer Strukturtrommel mit den Abschnitten 12c, 12d, 12e, bei dem die aneinandergrenzenden Nahtstellen komplementär ausgebildet sind. Eine Vielzahl von Löchern 17, 18 bilden ein Lochmuster, die in

Umfangsrichtung durch Erhebungen 19 in Form von Quadern voneinander getrennt sind. Im Bereich der oberen und unteren Stoßkante ist eine Nut 20 mit einer Feder 21 in Schwalbenschwanzform ausgebildet, mit der die Nahtstellen miteinander verbunden werden können. Die Teilabwicklung kann die Vorlage für ein kreisringförmiges Segment 12a, 12b eines Ringes sein, sie kann bei entsprechender Größe aber auch den Umfang des gesamten Ringes umfassen.

Figur 5a und 5b zeigt verschiedene Verbindungen der Ringe 12, 13 der Strukturschale 11 an den Stoßkanten. In Figur 5a wird ein Montagering 22 verwendet, der unter und zwischen den Ringen 12, 13 angeordnet ist und beidseitig eine Auflage 22a, 22b aufweist, auf dem ein Teil der Ringe angeordnet wird. Die Auflage 22a, 22b kann durch einen Steg 23 getrennt werden, der an den Stirnkanten der Ringe 12, 13 anliegt. Die Auflage 22a, 22b kann mit einer Vertiefung der Ringe 12, 13 Zusammenwirken, so dass die Unterseite der montierten Ringe absolut eben ist. Die rechte Auflageseite 22b ist mit einer Erhöhung 22c versehen, die in eine komplementäre Vertiefung des Ringes 13 an seiner Unterseite eingreift. Es ergibt sich ein Formschluss, der wie eine Clipsverbindung ausgebildet sein kann. Zusätzlich kann auch diese rechte Auflageseite 22b mit einer Klebeverbindung versehen werden. Die linke Auflageseite 22a ist eben und kann mittels Kleber mit der Unterseite des Ringes 12 verbunden werden. Beide Varianten einer formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung eines Montageringes 22 mit den Ringen 12, 13 kann als lösbare oder nichtlösbare Verbindung verwendet werden. In der Figur 5b sind die Stirnkanten 12k, 12k der Ringe 12, 13 als überlappende schräge Bereiche ausgebildet, die durch die Spannelemente 26 miteinander verbunden werden. Auch hier kann zusätzlich noch eine Klebeverbindung verwendet werden, wenn auf die lösbare Version verzichtet wird.

Dadurch, dass die Strukturschale 11 durch mindestens zwei Ringe 12,13 gebildet wird, lassen sich Herstellverfahren verwenden, die für die gesamte Arbeitsbreite einer Trommel 10 zum Wasserstrahlverfestigen so nicht möglich ist. Insbesondere die Verfahren Lasersintern oder andere 3- D-Druck-Verfahren ermöglichen komplexe Oberflächenstrukturen, die mit dem klassischen Stanz- und/oder Ätzverfahren nicht möglich sind.

Werden die Ringe 12, 13, 14, 15 separat auf der Trommel 10 lösbar montiert, ergibt sich der Vorteil der leichten Montage und der flexiblen Anpassung an die Breite des zu verarbeitenden Vlieses. Die Ringe 12, 13, 14, 15 können mit unterschiedlicher Oberfläche in beliebiger Reihenfolge und Anordnung montiert werden, was die Herstellung von streifenförmigem Vlies sehr flexibel gestaltet. Der Wasserbalken 1 lässt sich dabei durch einen angepassten Düsenstreifen 2 der Strukturschale 11 anpassen, wobei im Bereich der Stirnkanten der Ringe der Düsenstreifen 2 Unterbrechungen 5 aufweist, damit sich keine Streifen im Vlies bilden.

Werden die Ringe 12, 13, 14, 15 nicht lösbar miteinander vorher oder auf der Trommel 10 miteinander montiert, ergibt sich eine nach der Montage einteilige Strukturschale 1 1 , die aufgrund des Herstellverfahrens eine vielfältigere Oberflächenstruktur aufweisen kann, als dies mit einer einstückigen Strukturschale 11 möglich wäre. Ist beabsichtig, ein breites Vlies ohne Längsstreifen mit einer komplexen Oberflächenstruktur und/oder Perforierung herzustellen, können die einzelnen Ringe 12, 13, 14, 15 auch aneinandergefügt und die Oberfläche galvanisch beschichtet werden, beispielsweise vernickelt werden, so dass sich eine einteilige Strukturschale 11 aus einzelnen Ringen hersteilen lässt. Diese hat den Vorteil, dass komplexe Oberflächenstrukturen möglich sind, ohne dass sich Längsstreifen aufgrund des Herstellverfahrens im Vlies abzeichnen. Der Düsenstreifen 2 kann entsprechend angepasst werden und mit oder ohne Unterbrechungen 5 ausgeführt werden.

Bezugszeichen

100 Vorrichtung 1 Wasserbalken

2 Düsenstreifen

3 Abdeckung

4 Düsen

5 Unterbrechung

10 Trommel

11 Strukturschale

12 Ring

12a Segment

12b Segment

12c Abschnitt

12d Abschnitt

12e Abschnitt

12k Stirnkante

13 Ring

13k Stirnkante

14 Ring

15 Ring

16 Befestigungselement 17 Loch

18 Loch

19 Erhebung

20 Nut

21 Feder

22 Montagering

22a Auflage

22b Auflage

22c Erhöhung

23 Steg

25 Distanzelement

26 Spannelement

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