In ein homogenes Produkt bestimmter Festigkeit eingebrachte Fasern erhöhen dessen Zugfestigkeit und dessen Steifigkeit. Zudem werden auch Verformun- gen beim Erweichen verhindert. Dieser Umstand hat dazu geführt, dass nach neuen Einsatzfällen für Naturfasern gesucht wird. Ebenso bedarf die Verbesserung der Aufbereitung dieser Naturfasern weiterer Entwicklungsarbeit.

Gerade Naturfasern sind es, die zum einen als nachwachsende heimische Rohstoffe zur Verfügung stehen, zum anderen lassen sich derart verstärkte Kunststoffe problemlos in den Naturkreislauf zurückführen. Die Verwendung der Naturfasern im Produkt führt zu weiteren Vorteilen : So lassen sich auf Grund ihrer geringeren Dichte Erzeugnisse mit einem deutlich geringeren spe- zifischen Gewicht herstellen. Auf Grund der eingebetteten Fasern wird ebenso das mechanische Bruchverhalten bei einer mechanischen Beanspruchung des Verbundes sowie die Torsionsfestigkeit verbessert.

Stand der Technik ist es deshalb nach der EP-Schrift 1 132 193, aus Fasern als Vorprodukt für die weitere Verarbeitung ein Vlies herzustellen und dieses als Matte in seiner Urform im Produkt einzusetzen. Diese Technologie ist nur dort anwendbar, wo mehr oder weniger flächenhafte Erzeugnisse hoher Festig- keit relativ einfacher Gestalt gefragt sind. Ein Einsatz in kompakten Körpern, wie das beispielhaft bei deren Herstellung durch Extrudieren notwendig wäre, ist ohne weitere Zurichtung nicht effizient möglich.

Nach der DE-OS 197 56 126 wird deshalb vorgeschlagen, Hybridfaserbänder herzustellen, indem ein Fasergemisch hergestellt wird, das aus Verstärkungs- und Matrixfasern besteht, das im weiteren Schneckenmaschinen zur kontinu- ierlichen Verarbeitung aufgegeben wird. Im Ergebnis entsteht ein langfaseriger plastisch verformbarer Werkstoff. Eine Verwendung auf Extrudiermaschinen ist jedoch ohne weitere Zurichtung nicht möglich. Die Schrift DE 102 10 107 sieht deshalb vor, dass aus Naturfasern mit wenigstens einer thermoplastischen Kunststoffkomponente ein Strang hergestellt wird, der im weiteren zum Zweck der Weiterverarbeitung pelletiert wird.

Die DE-Schrift 197 11 247 sieht vor, ein Langfasergranulat herzustellen, indem zunächst ein Faserband, in das ebenfalls Kunststoffasern eingebunden sind, in einer Vorheizzone bis zur Schmelztemperatur erwärmt wird, dieses Band durch eine beheizte Düse gezogen und im weiteren verdrillt wird. Es entsteht ein formstabiles lagerfähiges Material, das im weiteren zerschnitten werden muss, soll es Extrudiermaschinen aufgegeben werden. Auf der Basis dieser Techno- logie entsteht ein relativ kompaktes Produkt, bei dem durch Erhitzen bis zur Schmelztemperatur des Kunststoffs im Zusammenhang mit der Verstreckung des Bandes der entstandene Naturfaserverbund übermässig beansprucht wer- den kann, was zu einer Verminderung seiner mechanischen Eigenschaften führt.

Eine weitere Lösung wird in der Schrift WO 2000041850 A 1 vorgeschlagen, indem zur Schaffung neuartiger Schleif-und Polierhilfsmittel relativer Bestän- digkeit ein polymeres faserhaltiges Flächengebilde mit einem abrasiven Granu- lat sowie einem thermoaktivem Bindemittel beaufschlagt wird. Nachfolgend schliesst sich ein Konditionieren an, indem das thermoaktive Bindemittel pla- stifiziert und das Flächengebilde verfestigt wird. Im weiteren erfolgt ein Ablän- gen des Flächengebildes, dem sich bei Bedarf eine weitere, dem vorgesehenen Verwendungszweck entsprechende Formgebung anschliesst.

Ein Aufwickeln des entstehenden Halbprodukts zum Zweck des Entstehens eines kompakten Produkts ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, mit der ein Faserverbund entsteht, bei dessen Herstellung eine schonende Behandlung von vorzugsweise Naturfasern unbestimmter als auch definierter Länge gegeben ist und ein kompaktes Produkt definierter Porosität entsteht, das nach Belieben einer weiteren Verarbeitung und Herstellung einer weiträumigen Produktpalette zugeführt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst, indem zunächst eine Naturfasermischung, die vor- zugsweise aus ungeordneten langfaserigen Naturfasern besteht, unter Zusatz eines vorzugsweise thermoaktiven Mittels, im folgenden als Matrixmaterial bezeichnet, in Form eines Flächengebildes zum Zweck der Herstellung einer einheitlichen Höhe einem Konfektionieren im Sinne des Herstellens einer Bindung durch das Matrixmaterial unterworfen wird.

Dieses Matrixmaterial ist das die Bindung der Naturfasern vollziehende Mittel.

Dieses kann selbstverständlich von gleicher Struktur sein, wie ein später bei der Erzeugung naturfaserverstärkter Halb-oder Fertigerzeugnisse eingesetztes Matrixmaterial, wenn der Fertigungsprozess des herzustellenden Endprodukts eine Spezifik erfordert.

Das Konfektionieren erfolgt soweit intensiv, dass sich auf mindestens einer Seite des Flächengebildes an Kreuzungspunkten von Einzelfasern eine Bin- dung einstellt und ein Flächenverbund entsteht. Nachfolgend wird der so entstandene Flächenverbund einem Aufwickeln und in radialer Richtung zur Längsachse des entstandenen Wickelagglomerats beziehungsweise Wickels erfolgenden Abtrennen unterzogen. Die Vorzugsvariante sieht vor, dass sich die Masse des Matrixmaterials beim Aufwickeln auf der Aussenseite des Wickels befindet, sodass ein Gebilde relativer Beständigkeit entsteht.

Zusätzlich können dem Flor je nach späterem Verwendungszweck spezifisch relevante Haftvermittler, wie Benetzungsmittel und dergleichen sowie weitere Additive, wie Weichmacher, Farbstoffe, Russ und dergleichen Zusätze beigegeben werden.

Das Flächengebilde kann sowohl in einer Streulage als ebenfalls längs-oder querorientierte Fasern beinhaltend vorliegen.

Es ist unerheblich, ob das Aufgabematerial langfaserig und/oder kurzfaserig gerichtet oder ungerichtet und/oder in einer Wirrlage vorliegt. Zum Erhalt von Langfasern im Agglomerat sollten die Fasern möglichst gerichtet und längsori- entiert sein.

Bei einem Gemisch aus Fasern ungeordneter Länge und in Wirrlage kann es ebenso vorteilhaft sein, das Flächengebilde vor dem Konfektionieren einem Quer-und/oder Längsauftrennen zu unterziehen, ausschliesslich zu dem Zweck, dass sich der Anteil von Fasern definierter Länge im entstehenden Produkt erhöht. In beiden Fällen wird die entstehende Wirkung, soweit es das Flächengebilde in seiner Gesamtheit und dessen Trennung betrifft, durch das sich anschliessende Konfektionieren und die Wirkungen des Matrixmaterials zum Teil wieder überwunden.

Als Matrixmaterial kann ein thermoplastischer Kunststoff eingesetzt werden, der vorzugsweise in plastifizierter Form aufgegeben wird. Es ist ebenso möglich, den thermoplastischen Kunststoff in Form eines Pulvers dem Flächengebilde aufzugeben. In beiden Fällen kann dieser von oben dosiert aufgegeben werden. Das sollte möglichst gleichmässig erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht in beiden Applikationsfällen darin, diesen dem Flor unterzuschichten, indem dieser vor dem Flor auf die Arbeitsfläche gelangt, sodass das Flor auf seiner Unterseite damit in Berührung kommt. Eine weitere erfindungsgemässe Variation besteht darin, dieses Matrixmaterial dem Material des Flächen- gebildes in Wirrlage der Fasermischung zuzumischen. Es ist des weiteren möglich, eine Folie einzusetzen, indem diese zunächst der Arbeitsfläche aufge- geben und in gleicher Arbeitsgeschwindigkeit mitgeführt wird, bevor das Flä- chengebilde die Arbeitsfläche über die Aufgabestelle erreicht, sodass das Flä- chengebilde auf der Folie aufliegt. Ebenso kann die Folie dem Flor aufgelegt werden. Des weiteren kann ein kunstfaserhaltiges Flächengebilde in gleicher Art wie die Folie verwendet werden.

In allen diesen Fällen kann der Kunststoffeinsatz minimiert werden, ohne dass angestrebte Gebrauchseigenschaften in Frage stehen.

Durch die im wesentlichen einseitige Kunststoffbindung ergibt sich auf dem entstehenden Wickel eine Schichtung, die letztendlich zur Stabilisierung und strukurellen Festigkeit des entstehenden Wickelagglomerats beiträgt und eine Lagerhaltung ermöglicht, indem ebenso noch lose Fasern eingewickelt werden und funktionell wirken.

Um die Faserbindung in einem Minimum durch den Kunststoff und/oder die Fo- lie zu erreichen und ein verfestigtes Flächengebilde in Form eines Agglomerats entstehen zu lassen, ist ein Erwärmen des Flors im Zusammenhang mit dem Konfektionieren erforderlich. Dieses Erwärmen sollte in einem Bereich liegen, indem zum einen eine thermisch verursachte Beinflussung der mechanischen Eigenschaften der Naturfasern vermieden wird, zum anderen aber eine Pla- stizität des als Matrixmaterials eingesetzten Kunststoffs erreicht wird. Der Wärmeeintrag kann durch Kontaktwärme, durch erzwungene Konvektion und/oder durch Strahlung erfolgen.

Eine erfindungsgemässe Variante sieht vor, die Bindung ausschliesslich durch Druck und/oder Wärmezufuhr beim Konfektionieren zu erreichen. Die Wärmezufuhr ist soweit möglich, dass ein Plastifizieren oder Schmelzen des Kunststoffs hervorgerufen wird. Dadurch kann ein Agglomerat hergestellt werden, das eine vorgegebene Porosität aufweist, die sich am späteren spezifischen Einsatzzweck orientiert.

Alternativ ist es möglich, einen Zusammenhalt durch Drucksintern ebenso wie thermisches oder kombiniertes Sintern und Überlagerung der bereits genann- ten einzelnen Möglichkeiten herbeizuführen.

Werden so, wie die Erfindung das vorsieht, die entstehenden Wickel zu Teilen geringer Länge abgetrennt, entstehen pelletartige Gebilde, die sich als Faser- beimengung in traditionellen Kunststoffverarbeitungsverfahren, wie Spritz- giessen, Extrudieren oder Pressverfahren, eignen. Es ist bei den erfindungs- gemäss hergestellten pelletartigen Gebilden leicht, das Fasermaterial freizuset- zen.

Bei Teilen hoher Porosität lassen sich diese ebenso in Filterprozessen, insbe- sondere bei der Reinigung von Abwässern, einsetzen. Durch ihren lockeren Aufbau und ihre grosse Oberfläche lassen sich beispielhaft günstig Bakterien anlagern. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Verwendung als Dämmstoff.

Die Zahl der Windungen des Agglomerats beziehungsweise der Durchmesser des Wickels wird auf die weitere Verwendung des entstehenden Produkts eingestellt. Die Zahl der Windungen beziehungsweise der Durchmesser des Wickels kann gering sein, wenn die entstehenden Wickel im weiteren zu Pellets geschnitten werden. Diese Feststellung ist ebenso für die Schichtstärken des Faservlieses zutreffend.

Mit Hilfe der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es zunächst möglich, flächenhafte Naturfasergebilde in eine Raumform zu bringen, die für eine Weiterverarbeitung dieser Naturfasern gut geeignet ist. Damit werden dem Einsatz von Naturfasern bei der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen neue Anwendungsfälle erschlossen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, Naturfasern längs zu orientieren und im verfestigten Flächenge- bilde zum einen günstigere Verbundeigenschaften zu erreichen, zum anderen durch den langfaserigen Eintrag in mittels üblicher Kunststoffverarbeitungsver- fahren hergestellten Kunststoffmassen dort günstige Festigkeitswerte zu erzie- len. Es ist ebenso möglich, andere Wertstoffe, die ihren Ursprung in heimi- schen Rohstoffen haben, wie Getreideabfälle, Schäben und dergleichen, mit einzuschliessen. Ebenso können als spezifisch relevante Verstärkungsstruktur synthetische Fasern oder andere Fasern sowie Mischungen daraus als Ver- stärkungsfasern sowie andere poröse Stoffe zum Erzielen spezifischer Eigen- schaften eingesetzt werden. Es darf ebenso erwähnt werden, dass sich Bau- teile aus Kunststoff, in denen Naturfasern eingelagert sind, bei Nichtgebrau- chen besser entsorgen lassen.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist zunächst einen als Arbeitsfläche verwendeten Flächenförderer auf. Das kann ein Plattenförderer oder ein Förderband sein. In Förderrichtung folgend ist des weiteren eine Aufgabestelle für ein im allgemeinen in Wirrlage befindliches Flächengebilde ausgebildet. Vorteilhafterweise schliesst sich eine kurze Beruhigungsstrecke an. Über dem Flächenförderer ist des weiteren eine sich über die Arbeitsbreite erstreckende das Flächengebilde verdichtende Konfektioniereinrichtung nachgeordnet, sodass ein verfestigtes Flächengebilde in Form eines Agglomerats entsteht. Diese Konfektioniereinrichtung ist ebenfalls vorzugsweise wiederum höhenverstellbar. Abschliessend ist quer zur Förderrichtung eine das Agglomerat um ihre Längsachse aufnehmende bekannte Wickeleinrichtung ausgebildet, sodass ein Wickelagglomerat entsteht. Diese Wickeleinrichtung ist vorzugsweise walzenartig ausgeführt und verfügt über einen mit der Arbeitsgeschwindigkeit des Flächenförderers synchron laufenden autarken Antrieb. Die Wickeleinrichtung ist des weiteren mit einem Schneidewerkzeug kombiniert, die bezogen auf die Längsachse der Wickeleinrichtung radail ein Ablängen des entstandenen Wickelagglomerats ermöglicht.

Wie bereits dargestellt, kann zum Zweck des Wärmeeintrags ins Flächengebilde die Konfektioniereinrichtung beheizbar ausgebildet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, autarke Heizeinrichtungen auszubilden, die in der Nähe der Konfektioniereinrichtung angeordnet sind und für eine Erwärmung des im Flächengebilde enthaltenen thermoaktiven Bindemittels im Bereich der Konfektioniereinrichtung sorgen.

Um die Breite des Flächengebildes auf dem Flächenförderer in seiner Lage zu begrenzen, kann der Konfektioniereinrichtung eine mit wenigstens einer umlaufenden Schneide versehene Schneideinrichtung vorgelagert sein. Diese kann ebenso mehrere parallel wirkende Schneideinrichtungen aufweisen, wenn der Anteil von Fasern definierter Länge im Flächengebilde hoch sein soll. Vor- zugsweise handelt es sich hierbei um eine höhenverstellbare Walze, die einen autarken Antrieb besitzt, der in seiner Arbeitsgeschwindigkeit auf die Arbeitsge- schwindigkeit des Flächenförderers abgestimmt ist. Statt der Walze können ebenso scheibenartige Tragkörper ausgebildet sein. Des weiteren können auf der Walze ebenfalls zusätzlich quer zur Förderrichtung verlaufend weitere Schneiden ausgebildet sein, sodass ein waffelmusterartiges Einschneiden in das Flächengebilde gegeben ist.

Vor der Wickeleinrichtung quer zur Förderrichtung des Flächengebildes wirkend ist zweckmässigerweise eine Trenneinrichtung ausgebildet, um bei Erreichen einer gewünschten Wickelstärke das verfestigte Flächengebilde abzutrennen.

Der Antrieb des Flächenförderers kann ebenso mit einem auf der Wickeleinrichtung angordneten und radial verstellbaren Sensor zur Ermittlung der Wickelstärke elektrisch/elektronisch den Antrieb der Wickeleinrichtung steuernd mit diesem Antrieb verbunden sein.

Wird mit einem unter Wärme wirkenden Matrixmaterial gearbeitet, sind zweckmässigerweise mindestens ab der Konfektioniereinrichtung alle mit dem Faservlies in Kontakt tretenden Bauteile mit einer, eine antihaftende Wirkung aufweisenden Trennmittelschicht versehen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrie- ben werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäss aufgebauten Einrichtung, Fig. 2 eine Variation, indem explizit die Aufgabe eines Pulvers über die gesamte Breite des zuzuführenden Flors vorgese- hen ist, Fig. 3 eine Variante, bei der zur Erwärmung Infrarotstrahler vor- gesehen sind, Fig. 4 eine Variante, bei der der Wärmeeintrag über die Konfek- tioniereinrichtung erfolgt und ebenso deren Anpressdruck für die Faserbindung zusätzlich nutzbar gemacht wird.

"I.

Auf einen als Förderband ausgeführten Flächenförderer 1 wird über eine als Aufgabevorrichtung 2 ausgeführte Schurre 3 ein aus Hanf-und Kunststofffa- sern bestehendes Flächengebilde 4 aufgegeben. Das Flächengebilde 4 wird der Konfektioniereinrichtung 5 zugeführt, die als Walze ausgebildet ist und in die Wärme eingetragen wird. Die Wärmezufuhr wird so eingestellt, dass an der Oberfläche der Konfektioniereinrichtung 5 eine Temperatur erreicht wird, die zur Plastifizierung der Kunststofffasern genügt. Unter der Konfektioniereinrich- tung 5 ist eine Stützrolle 6 angeordnet. Unmittelbar an der Konfektioniereinrich- tung 5 ist des weiteren ein Schaber 7 vorhanden, durch den auf der Konfektio- niereinrichtung 5 möglicherweise verbliebene Rückstände beziehungsweise Einzelfasern entfernt werden. Vorsorglich ist die Konfektionierwalze 5 deshalb mit einem Trennmittel belegt.

Durch den von der Konfektionierwalze 5 ausgeübten Druck auf das Flächen- gebilde 4 und dem zusätzlichen Wärmeeintrag kommt es zum Haften der Fa- sern des Flächengebildes 4 untereinander und es entsteht ein verfestigtes Flä- chengebilde 8 mit den Eigenschaften eines Agglomerats. Dieses verfestigte Flächengebilde 8 wird im weiteren der Wickeleinrichtung 9 zugeführt. Je nach vorbestimmter Anzahl der aufzuwickelnden Windungen wird das verfestigte Flächengebilde 8 über die Trenneinrichtung 16 quer zur Förderrichtung abgeschnitten. Die Wickeleinrichtung 9 öffnet sich, das gebildete Wickelagglomerat 10 wird einem Lagerbock 11 übergeben, in dem es durch das als Rotationsmesser ausgebildete Schneidewerkzeug 12, das eine Schneidklinge aufweist, in Längen von beispielhaft 10 mm abgeschnitten wird.

Der Vorschub des Wickelagglomerats 10 ist deshalb in Abhängigkeit von der Drehzahl des Schneidewerkzeuges 12 beispielhaft so festgelegt, dass das Wickelagglomerat 10 im Zusammenhang mit jeder Umdrehung des Schneide- werkzeuges 12 um 10 mm aus dem Lagerbock 11 herausgeschoben wird. Die entstehenden pelletartigen Teilchen werden als Vorprodukt für die Herstellung naturfaserverstärkter Kunststoffteile mittels Spritzguss-, Extrudier-oder Pressverfahren bereitgestellt.

II.

Eine erfindungsgemässe Einrichtung besteht aus einem als Förderband aus- gebildeten Flächenförderer 1, über dem als Aufgabestelle 2 wiederum eine Schurre 3 zur Aufgabe eines nichtdargestellten Naturfaserflächengebildes in Wirrlage ausgebildet ist. In Förderrichtung der Aufgabestelle 2 folgend befindet sich ein Vorratsgefäss 13 für einen plastifizierten Kunststoff, wobei im konkre- ten Fall Polypropylen verwendet wird. Der Einsatz anderer produkt- beziehungsweise verwendungsspezifischer Matrixmatrialien ist ebenso möglich.

Über eine Düse 14 wird der Kunststoff über die gesamte Breite des Naturfaserflächengebildes 4 kontinuierlich in geringen Dosen aufgegeben. Zum Zweck des Austrages des Kunststoffes aus dem Vorratsgefäss 13 wird die Düse 14 über eine nicht dargestellte Austragsschnecke beschickt. Die nachfolgend angeordnete, als Walze ausgebildete Konfektioniereinrichtung 6 mit optionaler Heizung sorgt wiederum dafür, dass eine Bindung der einzelnen Fasern des Flächengebildes zum Zweck der Entstehung eines verfestigten Flächengebildes durch das plastifizierte Polypropylen herbeigeführt wird.

Unter der Konfektioniereinrichtung 5 ist zur Erreichung des erwünschten Bin- dungseffekts sowie der Schonung des als Förderband ausgebildeten Flächen- förderers 1 wiederum eine Stützrolle 6 ausgebildet.

Auf die Darstellung des Wickelagglomerats 10 und der zur weiteren Behand- lung notwendigen Details wurde verzichtet.

111.

Eine andere Variante einer erfindungsgemässen Einrichtung weist über dem als Förderband ausgebildeten Flächenförderer 1 eine autarke Heizung auf, in- dem über dem Förderband Infrarotstrahler 16 angeordnet sind. Weitere Details stimmen mit denen in den bisherigen Ausführungsbeispielen überein.

IV.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 verfügt die über dem als Förderband aus- gebildeten Flächenförderer 1 angeordnete Konfektioniereinrichtung 5 über eine interne Heizung. Symmetrisch zu einer durch die Mittelachse der Konfektio- niereinrichtung 5 führenden Senkrechten sind beabstandet zueinander und unter dem Obertrum des Förderbandes 1 zwei Stützrollen 6 ausgebildet, um die Verweilzeit, in der zusätzlich zur Wärme ein Druck eingebracht wird, zur Her- ausbildung eines nicht dargestellten verfestigten Flächengebildes zu erhöhen.

Die Stützrollen 6 können ebenfalls mehr als nur doppelt ausgebildet sein.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung der Kerngedanken der Erfindung die- nen. Im Rahmen des Schutzumfanges kann die erfindungsgemässe Ausgestal- tung des Verfahrens auch andere als die oben beschriebenen Ausführungs- formen annehmen.