In einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfah- ren zur Herstellung eines Formteils mit Fasern, wobei die Fasern mit Bindemittel benetzt werden, um diese anschließend in dem Werkzeug zum Formteil auszubilden. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren, wobei die Vernetzung der benetzten Fasern mittels eines Gases, das durch die benetzten Fasern geleitet wird, erfolgt, derart, dass der Volumenstrom des Gases wäh- rend der Vernetzung in dem Werkzeug im Wesentlichen unverändert bleibt. In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen mit Fasern.

Stand der Technik

Formteile mit Fasern finden eine breite Anwendung in verschiedensten technischen Bereichen. Formteile mit Fasern, insbesondere anorganische Fasern, werden als thermisch und akustisch wirksame Faserprodukte, die nicht brennbar und korrosionsbeständig sind, eingesetzt. So werden z.B. Wärmeab- schirmbleche mit Formkörpern aus anorganischen Fasern, wie Mineralwolle oder Glasfasern, hergestellt. Diese Produkte weisen gute schallisolierende Eigenschaften auf und sind hervorragend recyclebar. Formteile sind des Weiteren sehr temperaturbeständig und besitzen eine gute chemische Beständigkeit. Zur Formgebung von Formteilen mit solchen Fasern sind verschiedene Verfahren bekannt. Üblicherweise werden die Fasern, gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen, und Bindemitteln in das Werkzeug bzw. die Form eingebracht und dann unter Einwirkung von Druck und Temperatur eine Vernetzung des Bindemittels induziert, um das Formteil oder den Formkörper zu erhalten. Ein Verfahren zur Herstellung dieser Formteile umfasst das Einbringen der mit Bindemittel benetzten Fasern in die Form und „Backen" dieser in einem Heizsystem. Dieses Verfahren benötigt viele einzelne Werkzeuge zur Herstellung der jeweiligen Formteile. Des Weiteren ist der Zeitraum zur Herstellung der jeweili-

BESTÄTIGUNGSKOPIE gen Formteile sehr lang. Der Zeitraum von Einbringen der benetzten Fasern in das Werkzeug bis zum Entnehmen der Formteile bzw. Formkörper aus dem Werkzeug beträgt mehrere Minuten, häufig mindestens 15 Minuten. Insbesondere zur Massenproduktion von Formteilen ist dieses Verfahren nicht geeignet, da der Herstellungsprozess sehr lange dauert und zur Herstellung eine Vielzahl von Formen bzw. Werkzeugen benötigt werden.

Ein weiteres Verfahren, wie es derzeit praktiziert wird, ist ein Induzieren der Vernetzung durch Temperaturerhöhung der Ausgangsmaterialien z. B. durch Erhitzen des Werkzeugs selbst. Dieses führt allerdings dazu, dass eine umfangreiche Kühlung der Außenbereiche des Werkzeugs erforderlich ist. Des Weiteren führt die Erwärmung des Werkzeuges zu einer starken Erwärmung der Umgebung.

Weitere Verbesserungen zur Herstellung der Formteile wurden auch dahingehend versucht, dass z. B. spezielle Harzbindemittelsysteme vorgeschlagen wurden, insbesondere Systeme, in denen die Vernetzung durch Einsatz von Initiatoren und entsprechenden Vernetzungsbeschleunigern verbessert werden.

Alternativ werden Systeme und Verfahren zur Herstellung der Formteile verwendet, bei denen z.B. heißer Dampf in die Form eingeführt wird, um die Vernetzung des Bindemittels zu beschleunigen. Allerdings tritt hier ein Problem durch die eingebrachte Feuchte auf. Dieses Verfahren erfordert daher einen weiteren Verfahrensschritt, nämlich das Trocknen des Formteils bzw. Formkörpers. Das Einbringen von anderen Fluiden wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen. Dabei wird z. B. erwärmte Luft mit Hilfe eines Ventilators unter geringem Druck in die Form eingebracht, um die Vernetzung zu starten. Allerdings benötigen die bekannten Verfahren zur Vernetzung noch Zeiträume im Minutenbe- reich, um die Herstellung der Formteile zu ermöglichen. Des Weiteren zeichnen sich diese Verfahren dadurch aus, dass die Vernetzung im Formteil ungleichmäßig erfolgt. Aufgrund der Vernetzung der mit Bindemittel benetzten Fasern verändert sich die Durchlässigkeit des entstehenden Formteils und der Volumenstrom durch das Formteil verringert sich entsprechend. Dadurch wird keine gleichmäßige Vernetzung im gesamten Formteil erreicht. Des Weiteren verzögert sich die vollständige Vernetzung, wodurch sich das Herstellungsverfahren der Formteile weiter verlängert. Üblicherweise ist die Dauer auch bei diesem Verfahren im Minutenbereich. Aufgrund der ungleichmäßigen Vernetzung der Formteile sind deren physikalischen Eigenschaften ebenfalls nicht optimal.

Es besteht daher nach wie vor ein Bedarf Verfahren bereitzustellen, die insbe- sondere auch bei größeren Formteilen oder Formkörpern aber auch bei räumlich komplexen Formteilen oder Formkörpern eine schnelle Herstellung von gleichmäßig vernetzten Formteilen bzw. Formkörpern erlaubt. Die Verfahren und Vorrichtungen hierfür sollen eine schnelle und gleichmäßige Vernetzung im Formteil bzw. im Formkörper ermöglichen und dadurch die Verweilzeit des Formteils in der Form bzw. im Werkzeug erniedrigen. Gleichzeitig soll die Zahl der notwendigen Formen bzw. Werkzeuge verringert werden.

Dieses wird mit den erfindungsgemäßen Verfahren, wie in den Ansprüchen definiert, erreicht. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen erlauben dabei gleichmäßig geformte Formteile und Formkörper herzustellen, wobei der Herstellungsprozess deutlich beschleunigt werden kann und gleichzeitig eine Verringerung der Anzahl der Formen bzw. Werkzeuge möglich ist.

In einem ersten Aspekt richtet sich die vorliegende Anmeldung somit auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit Fasern, wobei die Fasern mit Bindemittel benetzt werden, die benetzten Fasern in ein Werkzeug zur Formgebung eingebracht werden und die mit Bindemittel benetzten Fasern mit einem Gas durchströmt werden, um eine Vernetzung des Bindemittels zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass der während der Vernetzung durchgeleitete Gasstrom durch die benetzten Fasern derart ist, dass der Volumenstrom des Gases das durch die Fasern gebildete Formteil während der Vernetzung im Wesentlichen unverändert bleibt. D.h., während der Vernetzung wird ein gleich bleibender Volumenstrom des Gases durch das durch die benetzten Fasern gebildete Formteil geleitet. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, wesentliche Vorteile bei der Herstellung der Formteile zu erzielen. Einerseits erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren den Herstellungsprozess stark zu verkürzen. Im Vergleich zu den bekannten Herstellungsverfahren, die üblicherweise einige Minuten dauern, ist es erfindungsgemäß möglich, die Vernetzung im Werkzeug innerhalb von Sekunden durchzuführen. Andererseits erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine gleichmäßige Vernetzung des Formteils und hierdurch eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften dieses Formteils.

Dadurch, dass der Volumenstrom des Gases durch das herzustellende Formteil im Wesentlichen unverändert bleibt, ist es möglich, die zur Vernetzung notwendige Energie in Form von Wärme den Bindemitteln schnell zuzuführen. Die Wärme wird dabei durch das Gas in die Form eingebracht.

Unter dem Ausdruck„dass der Volumenstrom des Gases im Wesentlichen unverändert bleibt" bzw. „gleich bleibender Volumenstrom" oder„konstanter Volumenstrom" wird vorliegend verstanden, dass der Volumenstrom, der das Volumen eines Mediums, vorliegend des Gases, das sich innerhalb einer Zeitein- heit durch einen Querschnitt bewegt, entspricht, gleich bleibend ist. Der Volumenstrom ändert sich dabei bevorzugt maximal um 50% absolut, z. B. um 40%, wie 30%. Bevorzugt ist die Änderung des Volumenstroms über die Zeit der Vernetzung maximal 20%, wie 5% und insbesondere maximal 10%. Der Volumenstrom kann dabei zum Beispiel durch Durchflusssensoren bestimmt werden. Alternativ kann der Volumenstrom dadurch bestimmt werden, dass die Temperatur des Gases am Einlass und am Auslass der Form bestimmt wird und mit Hilfe dieser Informationen der Volumenstrom geregelt wird. Die zur Vernetzung notwendige Energie, die in Form von Wärme dem System zugeführt wird, wird durch Einbringen von erwärmtem Gas in das System erreicht. Unter dem Ausdruck„Gas" werden kompressible Gase verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gas um Luft. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass über die Zeit der Vernetzung der Druck des Gases am Einlass der Form erhöht wird. Dadurch kann der Volumenstrom im Werkzeug im Wesentlichen konstant gehalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher der Druck des Gases z.B. am Auslass des Werkzeugs während der Vernetzung im Wesentlichen gleich bleibend gehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es bei hohen Temperaturen des Gases die Vernetzung durchzuführen. Erfindungsgemäß ist es dabei möglich bei Temperaturen des Gases von mindestens 200°C, z.B. in einem Bereich von 250°C bis 500°C, wie 250°C bis 450°C die Vernetzung durchzuführen. Die geeignete Vernetzungstemperatur kann dabei von der Art des Bindemittels abhängen. Des Weiteren richtet sich die Temperatur nach den Bestandteilen des Formteils. So können bei Formteilen, die neben den Fasern auch Kunststoff- fliese enthalten, diese die Maximaltemperatur limitieren. Das heißt in Abhängigkeit von der Kurzzeittemperaturbelastbarkeit der Bestandteile des Formteils, wird die Maximaltemperatur des Gases gewählt. Durch entsprechende Auswahl der Maximaltemperatur ist eine Verkürzung der Vernetzungszeit von z.B. einigen Minuten in den Sekundenbereich möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gas durch mindestens zwei Einlässe und/oder mindestens zwei Auslässe der Form zugeführt bzw. aus der Form abgeführt. D.h., die Verteilung des Gases in der Form erfolgt derart, dass eine gleichmäßige Durchströmung des Formteils mit dem Gas möglich ist, um so eine gleichmäßige und möglichst gleichzeitige Zufuhr der nötigen Energie zur Vernetzung des Bindemittels zu erreichen. Insbesondere ist die Zufuhr und Ableitung des Gases über die Ein- und Auslässe so geregelt, dass die Durchströmungswege im Faserpaket des Formteils möglichst kurz sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei das Gas über mindestens zwei, bevorzugt mindestens 3, wie mindestens 4 Einlasse in das Werkzeug o- der die Form eingebracht.

Die Einlasse können Bohrungen, Kanäle oder Rohre in oder an der Form bzw. dem Werkzeug sein. Die Verteilung kann dabei an die Geometrie des Bauteils angepasst sein. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Geometrie des Formteils komplex ist.

Das Gas wird mit einer vorbestimmten Temperatur in die Form über den Ein- lass eingebracht. Das Gas wird dabei bevorzugt mit Hilfe eines Zwangsverdich- tungssystems, wie einem verdichtenden Drucklufterzeuger, in einem vorgewärmten Zustand bereitgestellt. Dieses vorgewärmte Gas kann gegebenenfalls weiter in einem Wärmetauscher auf die vorbestimmte Temperatur zum Einbringen in das Werkzeug erwärmt werden. Gegebenenfalls kann nach dem Zwangsverdichtungssystem bzw. dem Wärmetauscher ein Speicher angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann des Weiteren den Schritt des Zurückführens des Gases nach Durchströmen der Form zu dem Zwangsverdichtungssystem und/oder zu dem Wärmetauscher vorsehen. Gegebenenfalls kann hier ein Speichersystem zwischengeschaltet sein.

Die in diesem Verfahren eingesetzten Fasern sind bevorzugt anorganische Fasern. Besonders bevorzugt handelt es sich bei diesen anorganischen Fasern um Schlacken-, Gesteins- oder Glasfasern. Ganz besonders handelt es sich um Glasfasern und Mineralwolle und entsprechende Mischungen dieser anorganischen Fasern. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch für alle anderen Arten von Kunststoff- und Naturfasern, wie Baumwolle, Schafwol- le, Hanf, Zellulose, etc enthaltende Faserprodukte. In Abhängigkeit von den verwendeten Fasern wird die Temperatur das Gases angepasst, um ein Zerstören der Fasern zu vermeiden. Diese Fasern werden üblicherweise im Prozessschritt der Faserherstellung mit dem Bindemittel benetzt. Bindemittel sind übliche Bindemittel, derzeit werden z.B. Phenolharze eingesetzt; das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber insbesondere auch für andere Bindemittel. Diese Phenolharze werden auf die Fasern aufgebracht. Die mit dem Bindemittel benetzten Fasern werden dann zur Formgebung in die Form bzw. das Werkzeug eingebracht, gegebenenfalls werden in das Werkzeug weitere Bestandteile des Formteils hinzugefügt, z.B. weitere Lagen aus anderen Fasermaterialien oder anderen Materialien, wie metallischen Materialien. So können die Formteile zusätzlich Metallfasern, Metallgewirke und/oder Metallgeflechte enthalten aber auch Kunststofffasern, z.B. Kunststofffasern mit einer Bindemittelbeschichtung. Metallhaltige Materialien erlauben z.B. in Hochtemperaturbereichen eine Entlastung von weniger temperaturbeständigen Fasern bzw. unterstützen die Wärmeverteilung aufgrund ihrer besseren Wärmeleitfähigkeit. Erfindungsgemäß wird dann mit dem erwärmten Gas die notwendige Energie zur Vernetzung der Bindemittel zugeführt. Nach Vernetzung kann das hergestellte Formteil bzw. der hergestellte Formkörper einfach aus dem Werkzeug entfernt werden und der nächste Herstellungszyklus erfolgen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der während der Vernetzung durchgeleitete Gasstrom durch die benetzten Fasern derart ist, dass der Volumenstrom des Gases durch das durch die Fasern gebildete Formteil während der Vernetzung im Wesentlichen unverändert bleibt, ist es möglich, eine schnelle Durchdringung des Fasermaterials zu erreichen. Dies ist insbesondere wichtig, da die Fasern selbst üblicherweise nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben. Es ist möglich, aufgrund des im Wesentlichen unveränderten Volumenstroms die notwendige Energie mit Hilfe des erwärmten Gases bevorzugt auf möglichst kurzen Durchströmungswegen in alle Bereiche des auszubildenden Formteils zugeführt werden. Dadurch kann die Zeit der Vernetzung und somit die Verweilzeit des Formteils im Werkzeug bzw. in der Form wesentlich verkürzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher möglich mit höherer Taktzahl Formteile herzustellen. Dadurch kann auch die Zahl der benötigten Formen bzw. Werkzeuge wesentlich verringert werden. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren parallel geschaltete Werkzeuge eingesetzt werden.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtun- gen zur Herstellung von Formteilen. Diese Vorrichtung umfasst ein Werkzeug mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass für ein Gas, Einrichtungen zur Bestimmung und Regelung des Volumenstroms des Gases in dem Werkzeug und Einrichtungen zur Zufuhr und Abfuhr eines erwärmten Gases in bzw. aus dem Werkzeug.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung des Weiteren ein System zur Verdichtung und gegebenenfalls Vorerwärmen des Gases auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Wärmetauscher zur Erwärmung des Gases vor Einbringen in das Werkzeug. Die Vorrich- tung kann gegebenenfalls des Weiteren ein System zur Rückführung des Gases vom Auslass des Werkzeugs zur Vorrichtung zur Erwärmung des Gases, gegebenenfalls mit einem zwischengeschalteten Speichersystem aufweisen. Die Vorrichtung kann somit ein geschlossenes System sein. Dieses geschlossene System kann gegebenenfalls einen thermisch isolierten Speicher aufwei- sen, in dem insbesondere in Phasen der Be- und Entladung des Werkzeugs das Gas zwischengespeichert und gegebenenfalls auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird.

Bevorzugt sind die Einrichtungen zur Bestimmung und Regelung des Volumen- Stroms Systeme zur Bestimmung der Temperatur des Gases am Einlass und Auslass der Form oder Detektoren, wie Durchflusssensoren, die die Bestimmung des Volumenstroms des Gases erlauben. Des Weiteren umfasst die er- findungsgemäße Vorrichtung entsprechende Kontroll- und Regelungseinheiten, die auf Basis des bestimmten Volumenstroms diesen regulieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug der Vorrichtung derart ausgebildet, dass sie Bohrungen, Kanäle und/oder Rohre aufweist, die gegebenenfalls der Geometrie des Formteils angepasst sind, um das Gas dem Werkzeug zuzuführen bzw. aus dem Werkzeug abzuführen.

Gegebenenfalls kann die Vorrichtung des Weiteren Einrichtungen zur Kühlung von zumindest dem Werkzeug aufweisen.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung dabei zur Bereitstellung von verdichtetem Gas ein Zwangsverdichtungssystem, wie z.B. einen verdichtenden Drucklufterzeuger, der bevorzugt ölfrei arbeitet. Des Weiteren kann ein Wärmetauscher zur Erwärmung des Gases vor Einbringen in das Werkzeug in der Vorrichtung vorhanden sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung dabei mindestens zwei Werkzeugen zur Herstellung von Formteilen mit Fasern, wobei diese Werkzeuge im Gassystem parallel angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, dass bei Be- bzw. Entladung eines Werkzeugs in dem zweiten Werkzeug die Herstellung des Formteils erfolgt.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, die benötigte Zeit zur Formgebung des Formteils wesentlich zu reduzieren und die Anzahl der notwendigen Formen bzw. Werkzeuge deutlich zu verringern. An die erfindungsgemäße Vorrichtung können natürlich auch noch ein drittes, viertes oder noch weiteres Werkzeug angeschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erwärmte Gas schnell und gleichmäßig verteilt in das Fasermaterial eingebracht wird, um eine Formgebung zum Form- teil zu ermöglichen. Dabei wird das Gas mit hoher Temperatur und unter Druck dem Werkzeug zugeführt. Der erforderliche Druck richtet sich nach den Widerständen des Systems umfassend die Werkzeuge und Anlagen sowie das Faserpaket des herzustellenden Formteils. Die Druckregelung erfolgt derart, dass ein im Wesentlichen konstanter Volumenstrom gewährleistet ist. Der maximale Volumentstrom wird durch das Faserpaket begrenzt. Bei hohem Druck kann es zu Verformungen des Faserpakets und gegebenenfalls zur Auflösung des Faserpakets kommen. Üblicherweise ist der Druck in mbar Bereich bis 3,5bar. Der Druck richtet sich nach dem vorliegenden Widerstand des sich bil- denden Formteils und kann sich über die Zeit der Vernetzung erhöhen, um den Volumenstrom im Wesentlichen konstant zu halten.

Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile und Formkörper weisen dabei insbesondere eine akustische und/oder eine thermische Dämmung auf. Sie fin- den als Formteil für Abgasanlagen zur Schalldämmung oder im Fahrzeugbau ihren Einsatz. Sie sind aber auch im Bereich der thermischen und akustischen Isolation als Schallschutz für Brenner, Gebäudeisolation, Rohrleitungen, Schallschutzbrücken zur Unterbrechung der Schallausbreitung, Kaminrohrschalen etc. einsetzbar. Insbesondere im Leichtbaubereich sind die erfindungsge- mäß hergestellten Formteile einsetzbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden weiter beschrieben. Es zeigt Figur 1 - eine schematische Darstellung einer geeigneten Vorrichtung zur

Formgebung eines Formteils.

Unter Bezugnahme auf die Figur 1 wird die Vorrichtung näher erläutert. Die Vorrichtung umfasst das Werkzeug aus den beiden Formen 2 mit dem auszubildenden Formteil (Faserpaket) 1 aus den Ausgangsmaterialien. Das Werkzeug 1 besitzt mindestens einen Einlass 3 und mindestens einen Auslass 4. Im Bereich des Einlasses bzw. des Auslasses sind Einrichtungen zur Bestimmung des Volumenstroms 5 angeordnet. Diese Vorrichtungen 5 sind mit der Regeleinheit 6 verbunden. Die Regeleinheit 6 regelt den Volumenstrom des erwärmten Gases, z.B. über ein Ventil 7. Das Faserpaket zur Ausbildung des Formteils 1 wird in der Form 2 zum Formteil geformt, indem das erwärmte Gas, bevorzugt erwärmte Luft, durch das Faserpaket 1 geführt wird. Mit Hilfe der Einrichtungen zur Bestimmung des Volumenstroms 5 regelt die Regeleinheit 6 den Druck und somit den Volumenstrom des erwärmten Gases derart, dass der Volumenstrom im Wesentlichen durch das Formteil unverändert bleibt. Das Gas kann dabei durch das Zwangsverdichtungssystem 8 entsprechend verdichtet werden. Gegebenenfalls kann eine Rückführung des durch die Form geführten Gases durch das Rückführsystem 9 erfolgen.

Liste der Bezugsziffern

1 Formteil

2 Form

3 Einlass

4 Auslass

5 Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms

6 Regeleinheit zur Bestimmung des Volumenstroms

7 Regler des Volumenstroms

8 Zwangsverdichtungssystem

9 Rückführsystem