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Die Erfindung betrifft eine Nadelmaschine mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine solche Nadelmaschine für eine Nonwoven-Faserbahn ist aus der Praxis bekannt und in 1 dargestellt. Sie weist eine Vernadelungseinheit mit oszillierend bewegten Nadeln für das Einstechen, Vernadeln und Verfestigen der Nonwoven-Faserbahn auf. Die Vernadelungseinheit weist einen Hubantrieb und hiervon reversierend angetriebene parallele, linear geführte Treibstangen zum Bewegen der Nadeln auf. Die Nadeln führen dabei eine gerade und oszillierende Bewegung in Hubrichtung aus. In dieser Hubrichtung bewegen sich auch die Treibstangen, die dabei mit ihren Längsachsen parallel zur Hubrichtung ausgerichtet sind. Die Nadeln stechen dabei senkrecht zu der quer zur Hubrichtung zugeführten und bewegten Nonwoven-Faserbahn ein.
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Aus der
DE 196 50 697 A1 ist eine Nadelmaschine mit Kurbeltriebwerken und mit deren Pleuelstangen direkt verbundenen Nadelbalken bekannt, wobei der vertikalen Hubbewegung des Nadelbalkens eine Querbewegung durch einen zusätzlichen Horizontalantrieb überlagert wird.
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Eine weiterentwickelte Variante einer solchen Nadelmaschine mit Hubantrieb und Kurbeltriebwerken sowie einem direkt gelenkig mit deren Pleuelstangen verbundenen Tragbalken für die Nadeln ist aus der
WO 2009/127520 A1 bekannt. Der vertikalen Hubbewegung des Tragbalkens wird durch ein Lenkergetriebe eine Horizontalbewegung überlagert.
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Die Nadelmaschine der
DE 103 55 590 A1 zeigt einen Hubantrieb mit Pleueln und einer Koppel sowie linear und dabei schwenkbar geführten Stoßstangen, die jeweils mit einem eigenen, quer zur Durchlaufrichtung erstreckten Nadelbalken in undefinierter Weise verbunden sind.
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Aus der
DE 100 46 163 A1 ist eine Nadelmaschine mit einem einzelnen, quer zur Durchlaufrichtung erstreckten Nadelbalken mit in Erstreckungsrichtung aufgereihten Stoßstangen bekannt, welche jeweils in einer Führungshülse geführt sind, die über Exzenterlager an einem starren Gehäusefortsatz in Durchlaufrichtung schwingfähig gelagert und schwingend angetrieben ist.
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Die
EP 2 250 308 B1 lehrt eine Nadelmaschine mit einem eigenen Horizontalantrieb für den direkt mit Antriebspleueln drehbar verbundenen Nadelbalken.
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Die
DE 693 04 208 T2 lehrt eine Nadelmaschine mit oberen und unteren Nadelbrettern, die direkt mit Pleueln verbunden sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vernadelungstechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Vernadelungstechnik, d.h. die Nadelmaschine, hat verschiedene Vorteile.
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Die Vernadelungseinheit der Nadelmaschine weist einen mit den Nadeln verbundenen und in der Durchlaufrichtung der Nonwoven-Faserbahn erstreckten Tragbalken auf, der mit den Nadeln direkt oder mittelbar verbunden ist. Die vom Hubantrieb reversierend angetriebenen sowie linear geführten Treibstangen sind mit dem Tragbalken jeweils über ein Balkenlager gelenkig verbunden. Eines der Balkenlager weist einen zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad auf. Der Hubantrieb kann eine beliebige konstruktive Ausbildung haben und kann die Treibstangen in beliebiger Weise reversierend antreiben und sie eine oszillierende, bevorzugt vertikale, Hubbewegung ausführen lassen.
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Der Tragbalken kann dank des einen zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrads am einen Balkenlager seine Ausrichtung und Lage relativ zu den parallelen Treibstangen verändern. Er kann sich insbesondere schräg zu den Treibstangen und ihrer Längsachse sowie zu der hierzu parallelen Hubrichtung ausrichten. Dies hat Vorteile, insbesondere wenn die Treibstangen mit einem gegenseitigen Phasenversatz (φ) bewegt und vom Hubantrieb angetrieben werden. Dies ermöglicht eine Bewegung der Nadeln in Hubrichtung mit einer überlagerten zusätzlichen Nadelbewegung in Durchlaufrichtung der Nonwoven-Faserbahn. Die überlagerte Nadelbewegung in Durchlaufrichtung kann den Transport der Nonwoven-Faserbahn unterstützen.
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Die Nadeln, insbesondere die Nadelspitzen, können dabei insbesondere eine elliptische Bewegungsbahn haben. Die Nadeln können in Durchlaufrichtung gesehen stromaufwärts in die Nonwoven-Fasserbahn einstechen und dann stromabwärts wieder austreten. Dies ermöglicht den Nadeln eine Bewegungskomponente in Durchlaufrichtung, die für ein kollisions- und störungsarmes Einstechen und Ausfahren der Nadeln an der bewegten Nonwoven-Faserbahn günstig ist. Störungen in der Faserbahnstruktur, z.B. ein Moiree-Effekt, können vermieden werden. Die Qualität der verfestigten Nonwoven-Faserbahn ist sehr hoch.
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Die Nonwoven-Faserbahn kann aus Naturfasern oder Kunstfasern oder Fasergemischen gebildet sein. Sie kann z.B. ein einlagiges oder mehrlagiges Faservlies sein, das von einem Vliesleger, insbesondere Kreuzleger, der Nadelmaschine zugeführt wird. Der Vliesleger kann z.B. einen von einem Florerzeuger, z.B. einer Karde oder Krempel, einer Airlay oder dgl., produzierten Faserflor zu einem mehrlagigen Faservlies umfalten und auf einem Abführband ablegen.
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Der Bau- und Steueraufwand der Nadelmaschine ist gering und liegt niedriger als beim eingangs genannten Stand der Technik. Es genügt eine Phasenverstellmöglichkeit am Hubantrieb und/oder an den Treibstangen. Der Tragbalken mit den Nadeln stellt sich dann von selber auf die phasenverschobene Treibstangenbewegung ein. Für die gewünschte Bewegung des Tragbalkens und der Nadeln bedarf es keines zusätzlichen Horizontalantriebs und/oder Lenkergetriebes.
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Andererseits haben die parallelen und in Durchlaufrichtung hintereinander angeordneten Treibstangen den Vorteil, dass sie die im Betrieb auftretenden Querkräfte besonders gut aufnehmen und abstützen können. Dies kann verschleiß- und störungsarm geschehen. Andererseits kann auch die Ausbildung der gelenkigen Balkenlager zwischen den Treibstangen und dem Tragbalken vereinfacht und verbessert werden. Die Lagerbelastungen können niedrig gehalten werden.
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Vorteilhafterweise hat das am Tragbalken in Durchlaufrichtung stromabwärts angeordnete Balkenlager den zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad. Das andere stromaufwärts angeordnete Balkenlager kann als einfaches Drehgelenk ausgebildet werden. Diese Balkenlager kann zusammen mit der zugeordneten Treibstange die auftretenden Querkräfte besonders gut aufnehmen. Dies ist bei einem Phasenversatz besonders vorteilhaft, weil sich der Schwerpunkt der an den Treibstangen hängenden Masse von Tragbalken, Nadelbett etc. ebenfalls auf einer elliptischen Bahn bewegt. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind am Tragbalken zwei Treibstangen und zwei Balkenlager angeordnet.
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Für die Ausbildung des zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrads am einen Balkenlager gibt es verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten. Vorzugsweise ist nur ein einzelner zusätzlicher Bewegungs-Freiheitsgrad vorhanden. Alternativ können es mehrere sein.
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Der zusätzliche Bewegungs-Freiheitsgrad kann rotatorisch oder translatorisch sein. Das betreffende Balkenlager kann z.B. als Exzenterlager mit einem zusätzlichen rotatorischen Bewegungs-Freiheitsgrad oder als Schiebelager mit einem zusätzlichen translatorischen Bewegungs-Freiheitsgrad ausgebildet sein. Der translatorische Bewegungs-Freiheitsgrad kann in Längsrichtung des Tragbalkens beziehungsweise entlang der Durchlaufrichtung der Nonwoven-Faserbahn ausgerichtet sein.
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Für die Treibstangen ist eine jeweils gerade und bevorzugt aufrechte Führung, insbesondere eine Linearführung, vorteilhaft. Die Führung und die Längsachse der Treibstangen erstrecken sich in Hubrichtung. Sie sind vorzugsweise senkrecht ausgerichtet. Die Führung kann zum kippsicheren Führen der Treibstangen und für die Aufnahme der Querkräfte optimiert werden, z.B. durch zwei oder mehr getrennte und in Stangenlängsrichtung distanzierte Lager- und Führungsstellen.
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Die Vernadelungseinheit kann zwei oder mehr Tragbalken mit Treibstangen und besagten Balkenlagern aufweisen, welche in einer Richtung quer zur Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind. Der Hubantrieb kann an eine solche Mehrfachanordnung angepasst sein.
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Die Nadeln können unmittelbar oder mittelbar am Tragbalken angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind sie an einem Nadelbett angeordnet, welches bevorzugt lösbar an einem Nadelbalken montiert ist. Der Nadelbalken und das Nadelbrett können sich quer zu den ein oder mehreren Tragbalken und quer zur Durchlaufrichtung erstrecken. Diese Gestaltung ermöglicht eine besonders stabile und verwindungsfreie Tragkonstruktion für die Nadeln.
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Der Hubantrieb kann die Treibstangen in ihrer Bewegungsrichtung gleichsinnig antreiben, wobei der besagte Phasenversatz φ vorhanden sein kann. Der Phasenversatz kann einstellbar und verstellbar sein. Hierfür kann ein Phasensteller am Hubantrieb oder an anderer Stelle angeordnet sein. Für die Ausgestaltung des Hubantriebs gibt es verschiedene Möglichkeiten.
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Der Hubantrieb kann für die in Durchlaufrichtung hintereinander angeordneten Treibstangen jeweils ein eigenes Triebwerk aufweisen. Dies kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung als bevorzugt umlaufend rotierendes Kurbeltriebwerk ausgebildet sein. Ein solches Kurbeltriebwerk kann z.B. eine rotierende Kurbelwelle mit einem scheibenförmigen Exzenter und einer Pleuelstange aufweisen. Die Pleuelstange kann am einen Ende über ein Pleuellager am Exzenter drehbar gelagert sein und am anderen Ende über ein Gelenk mit der zugeordneten Treibstange verbunden sein. Andererseits kann ein Kurbeltriebwerk auch eine gekröpfte Kurbelwelle mit Anbindung der Pleuelstange an der Kröpfung aufweisen.
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Der Hubantrieb kann für die Triebwerke jeweils einen eigenen Antriebsmotor aufweisen. In einer anderen Ausführung kann er einen gemeinsamen Antriebsmotor für mehrere Triebwerke haben. Ein Verteilgetriebe oder dergleichen kann die Antriebskraft des Motors an die Triebwerke übertragen. Wenn mehrere Tragbalken mit Treibstangen quer zur Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind, kann für jede Treibstange ein eigenes Triebwerk vorhanden sein, wobei die in Querrichtung hintereinander angeordneten Triebwerke eine gemeinsame Kurbelwelle haben können. Diese gemeinsamen Kurbelwellen können in der vorgenannten Art mit eigenen Motoren oder mit einem gemeinsamen Motor gekoppelt sein. Die besagten Motoren können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, vorzugsweise als steuerbare Elektromotoren, insbesondere Wechselstrom- oder Drehstrommotoren.
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Die Nadelmaschine kann mehrere in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnete Vernadelungseinheiten aufweisen. Diese erlauben eine mehrstufige Vernadelung und Verfestigung der Nonwoven-Faserbahn. Alternativ oder zusätzlich kann die Nadelmaschine mehrere beidseits der Nonwoven-Faserbahn angeordnete Vernadelungseinheiten aufweisen. Diese können insbesondere über und unter der Nonwoven-Faserbahn angeordnet sein. Sie erlauben ein beidseitiges Vernadeln und Verfestigen der Nonwoven-Faserbahn. Die beidseitigen Vernadelungseinheiten können zur Vermeidung von Kollisionen phasenversetzt arbeiten und mit ihren Nadeln an der Nonwoven-Faserbahn einstechen.
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Bei einer mehrstufigen Nadelmaschine können eine oder mehrere beanspruchte Vernadelungseinheiten in Durchlaufrichtung gesehen am Eingangsbereich der Nadelmaschine angeordnet sein. Eine oder mehrere folgende Vernadelungseinheiten können in konventioneller Weise ausgebildet sein. Sie können insbesondere mit einer rein geraden, insbesondere vertikalen, Einstich- und Ausfahrbewegung der Nadeln arbeiten.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
- 1: eine Nadelmaschine nach dem Stand der Technik,
- 2: eine schematischen Frontansicht einer erfindungsgemäßen Nadelmaschine mit Hubantrieb, Treibstangen, Tragbalken und einem Balkenlager mit einem zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad in einer ersten Betriebsstellung,
- 3: den Tragbalken und die Treibstangen nebst Nadeln in einer anderen Betriebsstellung mit Phasenversatz der Treibstangen sowie elliptischer Bewegungsbahn der Nadeln,
- 4: eine perspektivische Ansicht der Anordnung von 2,
- 5: eine vergrößerte Darstellung einer elliptischen Bewegungsbahn der Nadelspitzen mit Darstellung der Nadelausrichtung,
- 6: eine schematische Darstellung von mehreren quer zueinander in Durchlaufrichtung angeordneten Tragbalken und Treibstangen,
- 7: eine vergrößerte Frontansicht eines Tragbalkens mit einem als Exzenterlager mit einem zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad ausgebildeten Balkenlager,
- 8 bis 15: einen Bewegungszyklus der Vernadelungseinheit mit einem als Exzenterlager ausgebildeten Balkenlager in mehreren Winkelstellungen des Hubantriebs und
- 16 bis 23: einen Bewegungszyklus mit einer Variante eines als Schiebelager ausgebildeten Balkenlagers.
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Die Erfindung betrifft eine Nadelmaschine (1) und ein Vernadelungsverfahren zum Vernadeln und Verfestigen einer Nonwoven-Faserbahn (2).
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1 zeigt eine Nadelmaschine (1) nach dem Stand der Technik zum Vernadeln und Verfestigen einer Nonwoven-Faserbahn (2), die in einer Durchlaufrichtung (3) der Nadelmaschine (1) zugeführt und durch die Nadelmaschine (1) hindurchgeführt wird.
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Die Nadelmaschine (1) weist zumindest eine Vernadelungseinheit (5) mit oszillierend bewegten Nadeln (11) für das Vernadeln und Verfestigen der Nonwoven-Faserbahn (2) auf. Die Vernadelungseinheit (5) umfasst einen Hubantrieb (6), der reversierend zwei parallele und jeweils in einer linearen Führung (17) gerade geführte Treibstangen (15,16) reversierend antreibt. Die Treibstangen (15,16) führen eine synchrone oszillierende, z.B. vertikale, Hubbewegung aus.
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Die Treibstangen (15,16) sind am einen und z.B. oberen Ende mit dem Hubantrieb (6) verbunden und sind an ihrem jeweiligen anderen und insbesondere unteren Ende mit den Nadeln (11) verbunden. In der gezeigten Ausführungsform ist dabei an den besagten Enden der Treibstangen (15,16) jeweils ein Nadelbalken (9) mit einem z.B. wechselbaren Nadelbett (10) und dort montierten Nadeln (11) angeordnet. Die Nadelbalken (9) und die Nadeln (11) erstrecken sich quer über die Nonwoven-Faserbahn (2) und quer zur Durchlaufrichtung (3). Die Hubbewegung und die Einstichbewegung der Nadeln (11) ist senkrecht zur Nonwoven-Faserbahn (2) und zur Durchlaufrichtung (3) ausgerichtet.
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Der Hubantrieb (6) weist gemäß 1 zwei Triebwerke (22, 23) auf, die jeweils als Kurbeltriebwerk ausgebildet sind und eine rotierend angetriebene Kurbelwelle (24) und einen hierauf montierten Exzenter (25) aufweisen. Ferner umfassen die Kurbeltriebwerke jeweils eine Pleuelstange (26), die an ihrem einen und z.B. unteren Ende über ein Gelenk (28) mit der zugeordneten Treibstange (15,16) gelenkig verbunden ist. Am anderen Ende ist die Pleuelstange (26) über ein Pleuellager (27) mit dem Exzenter (25) drehbar verbunden. Bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle (24) und des Exzenters (25) führen die Pleuelstangen (26) jeweils eine längs der Treibstangen (15, 16) gerichtete Hebe- und Senkbewegung sowie eine überlagerte Schwenkbewegung aus. Die Nonwoven-Faserbahn (2) ist bevorzugt gerade und z.B. horizontal zwischen einem gelochten Abstreifer (13) und einer Stichunterlage (14) geführt. Die vorgenannten Komponenten der Vernadelungseinheit (5) sind in einem Maschinengestell (4) der Nadelmaschine (1) angeordnet. Die Vernadlungseinheit (5) kann ferner mehrere Triebwerke (22,23) aufweisen, die quer zur Durchlaufrichtung (3) und zur Zeichenebene hintereinander an einer gemeinsamen Kurbelwelle (24) angeordnet sind und hiervon gemeinsam angetrieben werden.
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In 2 bis 7 ist eine erfindungsgemäße Nadelmaschine (1) sowie Vernadelungseinheit (5) dargestellt. 2 zeigt eine schematische Frontansicht und 4 eine perspektivische Ansicht. In 5 ist eine elliptische Bewegungsbahn einer Nadelspitze mit Bezug zur Nonwoven-Faserbahn (2) dargestellt. 6 und 7 verdeutlichen einen Tragbalken (8) und dessen Anbindung an Treibstangen (15,16). 8 bis 15 einerseits und 16 bis 23 andererseits zeigen jeweils einen Bewegungszyklus.
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Die erfindungsgemäße Nadelmaschine (1) kann Teile der Nadelmaschine (1) von 1 beinhalten, wobei übereinstimmende Komponenten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die erfindungsgemäße Nadelmaschine (1) weist in 2 ein Maschinengestell (4) mit zumindest einer Vernadelungseinheit (5) und einem Hubantrieb (6) für den reversierenden Antrieb von parallelen und in einer Führung (17) linear geführten Treibstangen (15,16) zum Bewegen der Nadeln (11) auf. Die z.B. zwei parallelen Treibstangen (15, 16) sind in Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordnet. Die Führung (17) kann z.B. gemäß 2 mehrere, z.B. zwei, Führungs- und Lagerstelle aufweisen, die mit einem gegenseitigen Abstand in Stangenlängsrichtung angeordnet sind.
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Die Nadeln (11) werden von den Treibstangen (15,16) oszillierend in einer z.B. vertikalen Hubrichtung auf und ab bewegt und stechen in eine in Durchlaufrichtung (3) zugeführte Nonwoven-Faserbahn (2) ein. Die Nadeln sind in großer Zahl vorhanden, wobei aus Übersichtsgründen in den Zeichnungen nur wenige Nadeln (11) dargestellt sind.
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1 bis 4 verdeutlichen die Anordnung des Abstreifers (13) mit Durchgangsöffnungen (29) für die durchtauchenden Nadeln (11). Die Durchgangsöffnungen (29) sind gemäß 3 als Langlöcher mit Ausrichtung in Durchlaufrichtung (3) ausgebildet. Ferner ist die Anordnung einer Stichunterlage (14) gezeigt, die ebenfalls Öffnungen, insbesondere Langlöcher, zur Aufnahme der Nadeln (11) beim Durchtritt durch die Nonwoven-Warenbahn (2) aufweist.
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In den Zeichnungen ist eine vereinfachte Ausbildung der Nadelmaschine (1) mit nur einer Vernadelungseinheit (5) dargestellt. In einer anderen und nicht gezeigten Variante kann die Nadelmaschine (1) mehrstufig aufgebaut sein und mehrere Vernadelungseinheiten (5) aufweisen, die in Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordnet sind. Sie können sich am gleichen Maschinengestell (4) befinden.
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Die gezeigte Vernadelungseinheit (5) befindet sich bevorzugt in Durchlaufrichtung (3) gesehen am Anfangsbereich einer mehrstufigen Nadelmaschine (1), wobei die zugeführte Nonwoven-Faserbahn (2) noch nicht oder nur geringfügig verfestigt ist. In Durchlaufrichtung (3) nachfolgende Vernadelungseinheiten können in anderer Weise, z.B. gemäß 1, ausgebildet sein. Sie können mit einer rein linearen Nadelbewegung an der bereits zumindest teilverfestigten Nonwoven-Faserbahn (2) einwirken.
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Eine solche Anordnung mit einer oder mehreren Vernadelungseinheiten (5) kann bei einem beispielhaft gezeigten einseitigen Vernadeln der Nonwoven-Faserbahn (2) und einem einseitigen Einstechen und Austauchen der Nadeln (11) vorhanden sein. Die besagte Anordnung kann auch bei einem beidseitigen Vernadeln eingesetzt werden.
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Der Hubantrieb (6) für die Treibstangen (15,16) kann bei der erfindungsgemäßen Vernadelungseinheit (5) in beliebiger Weise ausgebildet sein. Die Vernadelungseinheit (5) weist z.B. zumindest zwei in Durchlaufrichtung (3) jeweils hintereinander angeordnete, bevorzugt gerade Treibstangen (15,16) mit linearen Führungen (17) am Maschinengestell (4) auf. Der Hubantrieb (6) umfasst z.B. jeweils ein Triebwerk (22,23) für jede Treibstange (15,16). Die Triebwerke (22,23) werden von einem eigenen Motor oder von einem gemeinsamen Motor und einem Verteilgetriebe angetrieben. Der Motor ist bevorzugt als steuerbarer Elektromotor ausgebildet, insbesondere als Wechselstrommotor oder Drehstrommotor.
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Die Triebwerke (22,23) können z.B. gemäß 2 und 4 als Kurbeltriebwerke ausgebildet sein und weisen eine Kurbelwelle (24) mit einem Exzenter (25) sowie einer Pleuelstange (26) auf, die an ihrem freien Ende über ein Gelenk (28) gelenkig mit der zugeordneten Treibstange (15, 16) verbunden ist. Die Ausbildung der Kurbeltriebwerke kann die gleiche wie in der vorbeschriebenen 1 sein.
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Alternativ können die Kurbeltriebwerke auch eine gekröpfte Kurbelwelle (24) aufweisen, wie sie in 2 angedeutet ist. Der Exzenter (25) wird dabei von der Kröpfung der Kurbelwelle (24) gebildet.
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Der reversierende Antrieb der Treibstangen (15,16) mit der Hebe- und Senkbewegung entlang der Stangenlängsachse und der Führung (17) kann gleichsinnig und gleichphasig erfolgen. Die Treibstangen (15,16) werden dabei synchron auf und ab bewegt. Dies kann die gleiche Kinematik wie in 1 sein. Andererseits ist eine phasenversetzte Bewegung der Treibstangen (15,16) mit einem Phasenwinkel (φ) möglich, wie er in 8 und 16 dargestellt ist. Der Phasenwinkel kann z.B. bis zu 30° oder mehr betragen.
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Der in 2 schematisch angedeutete Hubantrieb (6) kann einen Phasensteller (7) zur Einstellung und bedarfsweisen Verstellung des Phasenwinkels (φ) aufweisen. Der Phasensteller (7) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Wenn ein gemeinsamer Antriebsmotor mit einem Verteilgetriebe für die Treibstangenanordnung vorhanden ist, kann der Phasensteller (7) z.B. am Verteilgetriebe angeordnet sein. Das Verteilgetriebe kann z.B. als Zahnradgetriebe oder auch als Zahnriemengetriebe ausgebildet sein. Bei einem Zahnradgetriebe kann z.B. die Phasenverstellung durch Verschiebung eines schräg verzahnten Zwischenrads erfolgen. Bei einem Zahnriemengetriebe kann der Zahnriemenweg zwischen den Triebwerken (22,23) verändert werden.
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Wenn die Triebwerke (22,23) direkt über einen jeweils eigenen Antriebsmotor angetrieben werden, kann der Phasensteller (2) in einer Steuerung der Antriebsmotoren angeordnet sein und deren relativen Phasenwinkel bzw. Phasenversatz einstellen oder verstellen. Daneben gibt es weitere Ausbildungsmöglichkeiten.
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Die besagten Treibstangen (15,16) sind bei der Erfindung mit einem Tragbalken (8) gelenkig verbunden, der sich in Durchlaufrichtung (3) erstreckt. Die Verbindung der Treibstangen (15,16) und des Tragbalkens (8) erfolgt jeweils über ein Balkenlager (18,19). Die Balkenlager (18, 19) haben zumindest eine Gelenkkomponente und ermöglichen eine Schwenkbewegung des Tragbalkens (8) gegenüber der jeweiligen Treibstange (15,16). In den gezeigten Ausführungsformen sind z.B. jeweils zwei Treibstangen (15,16) mit ihrem zugehörigen Tragbalken (8) über zwei Balkenlager (18,19) gelenkig verbunden.
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Die Balkenlager (18,19) sind unterschiedlich ausgebildet. Sie haben eine unterschiedliche Zahl an Bewegungs-Freiheitsgraden. Das eine Balkenlager (18) hat zumindest einen Bewegungs-Freiheitsgrad mehr als das andere Balkenlager (19). Das mit mehr Bewegungs-Freiheitsgraden ausgestattete Balkenlager (18) ist vorzugsweise am Tragbalken (8) in Durchlaufrichtung (3) gesehen stromabwärts angeordnet und das andere Balkenlager (19) ist stromaufwärts angeordnet.
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Das eine Balkenlager (19) mit dem geringeren Umfang an Bewegungs-Freiheitsgraden ist z.B. als Drehlager mit einem einzelnen rotatorischen Freiheitsgrad ausgebildet. Die Lagerachse ist quer zur Durchlaufrichtung (3) sowie zur Zeichnungsebene angeordnet.
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Das andere Balkenlager (18) mit dem größeren Umfang an Bewegungs-Freiheitsgraden hat in den gezeigten Ausführungsformen einen Freiheitsgrad mehr. Es ist in den Ausführungsbeispielen von 2 bis 7 als drehbares Exzenterlager (20) ausgebildet, dessen Lagerachsen quer zur Durchlaufrichtung (3) und parallel zur Lagerachse des anderen Balkenlagers (19) ausgerichtet sind. Das Exzenterlager (20) wird z.B. von einem Lagerbolzen des Balkenlagers (18) und einer daran angeordneten Exzenterscheibe gebildet, welche am unteren Ende der Treibstange drehbar gelagert ist. 4 verdeutlicht diese Anordnung mit einem transparent dargestellten Tragbalken (8). Die mit dem Tragbalken (8) verbundenen Lagerbolzen der Balkenlager (18,19) können gemäß 7 gleichartig ausgebildet und am Tragbalken (8) in gleicher Höhe angeordnet sein. Alternativ ist eine andere Ausbildung des Exzenterlagers (20) möglich. Bei den Bewegungszyklen verdeutlichen 8 bis 15 diese Ausführung des Balkenlagers (18) als Exzenterlager (20).
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Andererseits kann der zusätzliche Freiheitsgrad des Balkenlagers (18) auch ein translatorischer Freiheitsgrad sein. Dieser kann längs des Tragbalkens (8) und der Durchlaufrichtung (3) gerichtet sein. Bei einer solchen Gestaltung kann das Balkenlager (18) als Schiebelager (21) ausgebildet sein. Durch das Schiebelager (21) ist die zugeordnete Treibstange (15) einerseits drehbar und andererseits in der besagten Freiheitsgrad-Richtung verschieblich mit dem Tragbalken (8) verbunden und gelagert. 16 bis 23 verdeutlichen schematisch diese Ausbildung.
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Die erfindungsgemäße Vernadelungseinheit (5) kann mehrere quer zur Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordnete Tragbalken (8) sowie Treibstangenpaarungen (15,16) und auch Triebwerke (22,23) aufweisen. 6 verdeutlicht schematisch eine solche Anordnung. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann statt der gezeigten mehreren schmalen Tragbalken (8) ein einzelner breiter Tragbalken (8) vorhanden sein, an dem zwei oder mehr Paarungen von Treibstangen (15,16) angreifen.
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Die mehreren Treibstangenpaarungen von parallelen und jeweils in Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordneten Treibstangen (15,16) können über einen gemeinsamen Antriebsmotor oder jeweils eigene zugeordnete Antriebsmotoren des Hubantriebs (6) drehend angetrieben werden. Die quer zur Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordneten Treibstangenpaarungen können dabei eine gemeinsame Kurbelwelle (24) oder ein anderes gemeinsames Antriebsmittel aufweisen.
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Bei der erfindungsgemäßen Nadelmaschine (1) und im Vernadelungsverfahren können die Nadeln (11) direkt am Tragbalken (8) angeordnet sein. Der Tragbalken (8) kann sich quer über die Nonwoven-Faserbahn (2) und quer zur Durchlaufrichtung (3) erstrecken. In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform sind die Nadeln (11) mittelbar mit dem Tragbalken (8) verbunden. Sie sind z.B. gemäß 6 und 7 an einem Nadelbett (10) montiert, welches starr oder wechselbar mit einem Nadelbalken (9) verbunden ist. Der Nadelbalken (9) ist an den bevorzugt mehreren Tragbalken (8) befestigt und erstreckt sich z.B. quer über die Nonwoven-Faserbahn (2) und quer zur Durchlaufrichtung (3) .
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Der zusätzliche Bewegungs-Freiheitsgrad des einen Balkenlagers (18) wird bei einem Phasenversatz (φ) des reversierenden Antriebs und der oszillierenden Bewegung der Treibstangen (15,16) wirksam. Bei einem Phasenversatz (φ) sind die Bewegungen der Treibstangen (15,16) im Wesentlichen bis auf die Umkehrphasen gleichgerichtet, wobei eine Treibstange gegenüber der anderen voreilt.
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In der gezeigten Ausführungsform eilt z.B. die in Durchlaufrichtung (3) stromabwärts liegende Treibstange (15) der stromaufwärts gelegenen Treibstange (16) vor. Diese voreilende Bewegung führt zu einer Schrägstellung des Tragbalkens (8). Diese ist z.B. in 3 schematisch dargestellt mit einer durch Pfeil angedeuteten voreilenden Aufwärtsbewegung der Treibstange (15). Die Schrägstellung des Tragbalkens (8) verändert sich während eines Bewegungszyklus des Hubantriebs (6), insbesondere einer 360°-Drehung der Triebwerke (22,23). Dies ist aus den nachfolgend erläuterten Bewegungsabfolgen von 8 bis 15 und 16 bis 23 ersichtlich.
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Bei diesen Zyklen führt der Tragbalken (8) um das eine Balkenlager (19) mit der geringeren Zahl von Freiheitsgraden eine Schwenkbewegung um die erwähnte Lagerachse aus. Das andere Balkenlager (18) gleicht durch seinen zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad die sich verändernden Schrägstellungen und auch die durch den Phasenversatz sich ändernden Abstände der Koppelstellen der Treibstangen (15,16) am Tragbalken (8) aus.
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Bei dem besagten Phasenversatz (φ) eilt z.B. die in Durchlaufrichtung (3) stromabwärts gelegene Treibstange (15) um den besagten Phasenwinkel (φ) der anderen Treibstange (16) in Bewegungsrichtung voraus. An der voreilenden Treibstange (15) ist auch vorzugsweise das Balkenlager (18) mit dem zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad angeordnet.
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Die Triebwerke (22,23) rotieren in den gezeigten Ausführungsbeispielen und Bewegungszyklen gegensinnig, was aus Schwingungsgründen vorteilhaft ist. Die Drehrichtung ist wählbar. Das voreilende Triebwerk (22) rotiert z.B. im Uhrzeigersinn und das andere Triebwerk (23) gegen den Uhrzeigersinn. Die Drehrichtung kann vertauscht werden.
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In einer anderen kinematischen Variante können die Triebwerke (22,23) gleichsinnig rotieren. Veränderbar sind weitere Kinematik-Parameter, z.B. die Richtungen des Phasenversatzes bzw. Phasenwinkels (φ).
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8 zeigt den Bewegungszyklus mit einem Exzenterlager (20). In der in 8 gezeigten Ausgangsstellung sind das Triebwerk (22) und die Pleuelstange (26) sowie die Treibstange (15) bereits um den Winkel (φ) in der gezeigten Drehrichtung aus der Streckstellung von Pleuelstange (26) und Treibstange (15) bewegt. Die andere Treibstange (16) und ihre Pleuelstange (26) nehmen noch diese Streckstellung ein. 9 bis 15 zeigen die weiteren Bewegungsphasen mit einem Dreh- und Winkelfortschritt von jeweils 45°.
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In der Anfangsposition von 8 nimmt der Tragbalken (8) bereits eine geringfügige Schräglage gegenüber seiner normalen parallelen Ausrichtung zur Durchlaufrichtung (3) ein. Über den weiteren Antriebs- und Kurbelweg der 9 bis 11 verändert und vergrößert sich die Schrägstellung, wobei der Tragbalken (8) in Durchlaufrichtung (3) gesehen abwärts zur Nonwoven-Faserbahn (2) geneigt ist. Das stromabwärtige Ende des Tragbalkens (8) und die Treibstange (15) eilen beim Abwärtshub vor und sind näher an der Nonwoven-Faserbahn (2) als das stromaufwärtige Tragbalkenende und die Treibstange (16). 10 zeigt das Einstechen in der Nonwoven-Faserbahn (2).
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Je nach Dreh- oder Winkelstellung wird die Schrägstellung allmählich größer und dann wieder kleiner. Nach einem Dreh- und Antriebswinkel von ca. 180° kehrt sich die Schrägstellung gemäß 12 bis 15 um, wobei der Tragbalken (8) gegenüber der Durchlaufrichtung (3) schräg nach oben gerichtet ist. Ab dieser Umkehr eilt die Treibstange (15) in der Aufwärtsbewegung der anderen Treibstange (16) vor. Am Zyklusende von 15 ist der Tragbalken (8) wieder im Wesentlichen parallel zur Durchlaufrichtung (3) und zur gerad geführten Nonwoven-Faserbahn (2) ausgerichtet.
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16 bis 23 verdeutlichen den gleichen Bewegungszyklus in den gleichen 45°-Schritten und verdeutlichen dabei die Bewegungen des Schiebelagers (21).
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8 bis 23 verdeutlichen außerdem eine Variante bei der Ausbildung des Tragbalkens (8), des Nadelbalkens (9) und des Nadelbetts (10). An dem die Treibstangen (15,16) verbindenden Tragbalken (8) sind an der von den Treibstangen (15,16) wegweisenden Seite, insbesondere Unterseite, zwei Nadelbalken (9) mit jeweils einem Nadelbett (10) in Durchlaufrichtung (3) hintereinander angeordnet. In der Variante von 6 und 7 ist ein einzelner und gemeinsamer Nadelbalken (9) mit Nadelbett (10) dargestellt.
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3 und 5 verdeutlichen die bei den vorgenannten Bewegungszyklen von 8 bis 23 ausgeführte Bewegungsbahn (12) der Nadeln (11). Durch die oszillierende Hebe- und Senkbewegung entlang der Hubrichtung und der überlagerten Schwenkbewegung des Tragbalkens (8) ergibt sich eine ellipsenförmige Bewegungsbahn (12) der Nadelspitzen der Nadeln (11). Die Nadelspitzen stechen in Durchlaufrichtung (3) gesehen stromaufwärts in die bevorzugt kontinuierlich bewegte Nonwoven-Faserbahn (2) ein und treten stromabwärts wieder aus der Nonwoven-Faserbahn (2) aus. Hierbei bewegen sie sich auf ihrer Bewegungsbahn (12) bereichsweise widerstandsarm zusammen mit der Nonwoven-Faserbahn (2) in Durchlaufrichtung (3). Auf der ellipsenförmigen Bewegungsbahn (12) ändert sich die Neigung der Nadeln (11) nur geringfügig.
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Alternativ oder zusätzlich ist ein beidseitiges Vernadeln der Nonwoven-Faserbahn (2) möglich. In diesem Fall kann eine weitere Vernadelungseinheit (5) auf der anderen Seite, z.B. Unterseite, der Nonwoven-Faserbahn (2) angeordnet sein. Die Stichunterlage (14) kann dadurch entfallen und durch die weitere Vernadelungseinheit (5) und deren Abstreifer (13) ersetzt werden. Die beidseitigen Vernadelungseinheiten (5) arbeiten vorzugsweise mit einem gegenseitigen Phasenversatz von z.B. 180°, so dass die Nadeln (11) der einen Vernadelungseinheit (5) in die Nonwoven-Faserbahn (2) eintauchen, während die Nadeln (11) der anderen Vernadelungseinheit (5) die Faserbahn (2) bereits verlassen oder verlassen haben.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Die auf die Durchlaufrichtung (3) bezogene Anordnung der Balkenlager (18,19) kann vertauscht sein, wobei das stromaufwärts gelegene Balkenlager (19) den zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad erhält. Auch die Phasenverschiebung (φ) zwischen den Treibstangen (15,16) kann verändert und z.B. vertauscht werden, wobei z.B. die stromaufwärts gelegene Treibstange (16) der stromabwärts gelegenen Treibstange (15) voreilt.
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Weiter Variationsmöglichkeiten betreffen die Ausbildung des Hubantriebs (6). Statt des gezeigten rotatorischen Antriebs der oszillierenden Treibstangen (15,16) kann ein translatorischer Antrieb vorhanden sein. Daneben gibt es weitere Gestaltungsmöglichkeiten für den Hubantrieb (6).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nadelmaschine
- 2
- Faserbahn, Vlies
- 3
- Durchlaufrichtung
- 4
- Maschinengestell
- 5
- Vernadelungseinheit
- 6
- Hubantrieb
- 7
- Phasensteller
- 8
- Tragbalken
- 9
- Nadelbalken
- 10
- Nadelbrett
- 11
- Nadel
- 12
- Bewegungsbahn
- 13
- Abstreifer
- 14
- Stichunterlage
- 15
- Treibstange
- 16
- Treibstange
- 17
- Führung
- 18
- Balkenlager
- 19
- Balkenlager
- 20
- Exzenterlager
- 21
- Schiebelager
- 22
- Triebwerk, Kurbeltriebwerk
- 23
- Triebwerk, Kurbeltriebwerk
- 24
- Kurbelwelle
- 25
- Exzenter
- 26
- Pleuelstange
- 27
- Pleuellager
- 28
- Gelenk
- 29
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19650697 A1 [0003]
- WO 2009/127520 A1 [0004]
- DE 10355590 A1 [0005]
- DE 10046163 A1 [0006]
- EP 2250308 B1 [0007]
- DE 69304208 T2 [0008]