CN102713063A

CN102713063A - 用于纸浆模具的底板

Info

Publication number: CN102713063A
Application number: CN2010800606562A
Authority: CN
Inventors: B.尼尔森; L.巴斯克曼; J.山德
Original assignee: Pakit International Trading Co Inc
Current assignee: Pakit International Trading Co Inc
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-10-03
Also published as: JP2013510962A; BR112012011370A2; US20120312492A1; WO2011059394A1; MY163547A; EP2499301A1; SE0950863A1; EP2499301A4; SE534447C2; CA2780477A1

Abstract

本发明公开了一种底板，包括刚性主体部(50)和布置在所述刚性主体部(50)内能够提供真空的装置(51，52',52″)。该真空装置包括敞开的空间(51)和至少一个连接沟道部(52',52″)，其中所述空间(51)为中心定位的凹口的形式并在所述刚性主体部(50)内形成真空腔室(51)，在刚性主体部(50)的主平面中延伸的所述至少一个连接沟道部(52',52″)布置成连接真空腔室(51)和真空源(52)。还公开了一种包括该底板与纸浆模具的组件，以及用于生产该底板和该组件的方法。

Description

用于纸浆模具的底板

技术领域

背景技术

模制纸浆的包装使用于非常多的领域中，并提供了可生物降解的环境友好的包装方案。模制纸浆形成的产品通常用作消费品的保护性包装，其中该消费品例如蜂窝电话、计算机设备、DVD播放器以及需要包装保护的其它电子消费品和其它产品。此外模制纸浆制品能够用在食品工业中，如汉堡包壳、液体容纳物的杯子、餐碟等。此外，模制纸浆制品能够用于构成重量轻的多层板或其它重量轻的负载承受结构的结构芯部。这些产品的形状通常很复杂，并在很多情况中它们存在于市场中的预期时间很短。此外，该产品系列的尺寸可以相对小，因此优点是纸浆模具的生产成本较低，并且能够以快速且成本有效的方式制造模具。

在传统的纸浆模制生产线中，例如见US 6210531，含浆的纤维例如通过真空被供给至压模(moulding die)。纤维被压模的模制表面上所施加的线网包含，并且通常通过添加在模具的底部处的真空源，一些水通过压模被吸走。其后，压模缓缓地压向互补的凹模部，并且在压制的末端，压模中的真空能够替换为缓缓的吹气，并且同时，在互补的相反形状处施加真空，从而强制纸浆模制品转移至互补的凹模部。在接下来的步骤中，纸浆模制品被转移至传送带，该传送带将纸浆模制品转移至烤炉中进行干燥。

以上描述的过程中所使用的常规纸浆模具通常构造成使用被模制表面的线网覆盖的主体。线网防止纤维被往外吸穿过模具，但是让水通过。主体传统地构成为将包含几个用于水通过的钻孔的铝块相连接，从而获得优选的形状。线网通过焊接添加至主体。然而，这比较复杂、费时且昂贵。此外，线网的网格以及焊接点经常在所形成产品的表面构造中比较明显，在最终产品中产生了不希望的粗糙部。此外，施加线网的方法限制了压模形状的复杂性，使得其不能形成特定构造的形状。

US2003/0051845和US2005/0230863示出了根据以上原理的装置。

WO2006057610描述了另一种纸浆模制生产线，其中产品形成在成形工具上，并且随后在多个压制步骤中通过加热和真空吸附压制。其后产品在微波炉中干燥，并准备用于后处理过程。WO2006057609中示出了适用于这样的纸浆模制生产线的模具。通过布置在模具的底部的加热板，模制表面能够被加热至200℃及200℃以上。该加热板包括多个钻孔，其中该钻孔将模具连接至加热板的相反侧的真空箱。然而，加热板中钻孔可能比较昂贵，并且还导致了不希望的材料浪费。另一个问题是，通过加热板加热模制表面需要很多能量。

与WO2006057609/10所呈现的工具设计相关的另一问题是，纸浆模具的设计以及它们的产品呈现为一些步骤/特征成本较高和/或具有不希望的方面的效果。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种比较成本有效地生产的高质量的纸浆模具。

本发明的另一个目的是提供一种能够以时间有效的方式生产的纸浆模具。

本发明的再一个目的是提供一种以比较少量的能量加热模制表面的纸浆模具。

本发明的再一个目的是提供一种能够产生较少量的剩余材料的纸浆模具。

本发明的其它方面从下文将会变得比较明显。

独立权利要求所限定的纸浆模具和/或方法解决了至少一个上述目的和/或问题。

通过本发明，获得了一种纸浆模具以及一个工具，部分地通过该新的纸浆模具，可以以更加成本有效的方式生产，并在其意图使用期间需要更少的能量，并且可以以改进的方式提供高质量的纸浆产品。

附图说明

图1示出了根据本发明的模制纤维产品的制造过程的示意图，

图2示出了成形和压制工具的透视图，

图3示出了根据本发明的成形工具的底板的前部的透视图，

图4示出了从所述底板的后侧看得到的视图，

图5示出了从根据本发明的纸浆凸模的上方看得到的透视图，

图6示出了根据本发明的一个纸浆凸模的局部透视分解视图，

图6A示出了根据本发明的单个底板的示例性实施例，

图7示出了根据本发明的纸浆凹模的分解视图，

图8显示了根据本发明的底板和纸浆模具的横截面视图，

图9示出了根据本发明的加热装置的示例性实施例，

图10示出图9所示的加热元件的横截面的第一实施例，

图11示出了所述加热元件的另一个实施例。

具体实施方式

在下文中当使用诸如相对于纸浆模具的上或下的方向术语时，纸浆模具的模制表面看做顶部并且底板看做底部。

图1为用于生产模制纤维产品的制造过程的示意图，示出了用于形成纸浆模制品的成形段1、用于干燥纸浆模制品的干燥段2、以及用于使干燥的纸浆模制品经受后处理步骤的后处理段3，后处理步骤例如为层叠(lamination)、修整纸浆制品的边缘、包装纸浆制品等。成形段1包括多个可旋转的保持架4，每个保持架4具有两个相反定位的工具托架(toolcarrier)5。保持架4交替地具有安装在工具托架5上的纸浆凹模20或凸模10，例如，如果第一保持架具有凸模，那么第二保持架具有凹模，以及第三保持架为凸模等。工具托架5能够相对于保持架4被推出或拉入，从而使相反的模具能够在操作期间彼此配合。用于推或拉工具托架5的装置能够例如包括液压操作的伸缩臂6。

操作期间，第一保持架7的纸浆模具10浸入保持在池子9中的原料中，以形成纸浆模具上的纤维制品。该纤维制品随后在保持架4的相反的成对纸浆模具10、20之间脱水，直到其通过最后的保持架8被转移至干燥段2。通过推压相反的工具托架5使它们的凹模与相应的凸模彼此相靠来实施相反的成对纸浆模具10、20之间的脱水，如WO2006057609/10中详细描述的，该专利通过引用而引入这里。脱水操作优选地通过吸附和加热实施。操作期间第一保持架7和最后的保持架8向后和向前旋转90度，而中间的保持架各自旋转180度，使得纤维制品能够从第一保持架7的纸浆模具被转移至第二保持架的纸浆模具，等等，直至最后的保持架8。相反的成对纸浆模具10、20之间的纤维制品的移交经由释放通过递送纸浆模具10、20的吸附而实施，并且可选地对当通过接收纸浆模具20、10实施吸附时，对其进行缓缓地吹气。

关于纸浆模具10、20的模制表面，相反的纸浆模具10、20的相对表面具有互补的形状，然而根据模具的位置顺序，模具的其它特征可以不同，例如，第一保持架7具有的模制表面的结构比第二保持架4的相反的模具更粗糙，并且之后的保持架的随后的模具20、10可以具有越来越精细的表面结构。此外，吸附装置和/或加热装置也可以在保持架之间变化，例如第一保持架7的纸浆模具可以具有吸附装置而没有加热装置。

图2显示了位于保持架4的支撑结构中的保持架4以及相关的子设备，将不再十分详细地描述相关的子设备，例如绕保持架的轴旋转保持架的装置、以及将工具托架5拉出和拉入的装置。保持架4上布置有两个工具托架5，显示了根据本发明一个实施例的一些特征。这里的工具托架5示出为具有六列，其中每列能够保持三个纸浆模具，这里通过第一列处的纸浆凸模10举例说明，而其余列仅示出为具有底板50，其中底板50具有腔室51，纸浆凹模20或凸模10能够安装在腔室51上。两个托架5还包括以下特征；紧邻底板50的背侧的绝缘层58和底板50的相反侧上的托架板59。沿着工具托架5的一个侧端布置有真空管52，该真空管52大致沿着工具托架5的整个长度延伸。从真空管52布置有多个连接至每行工具板50的支管52'，以在真空腔室51的每一个中提供真空，以下将对其进行更详细的描述。因而，真空管52固定地附接至工具托架5，必要地真空管52柔性连接(未示出)至真空泵以使工具托架5能够期望地移动。

图3中以透视图更加详细地示出了图2中显示的工具板50中的一个。工具板50为刚性体50的形式，并布置有多个孔54，孔54用于附接模具10、20，例如三个模具。对于每个模具10/20，布置有中心定位的凹口51，该凹口51形成了用于每个模具10/20的真空腔室。在考虑需要围绕支撑表面55沿着模具的附接区域安全地附接和密封的事实下，真空腔室51一般尽可能大地延伸。而且每个真空腔室51都设置有导向一沟道52'的真空出口52″，其中沟道52'连接每个真空腔室51和真空管52。沟道52'至少部分地在工具板50内延伸，即延伸的平面平行于板50的主平面延伸的平面。此外，为模具10/20中的每一个设置有通路53，通路53用于电连接，以及优选地用于传感器。工具板50几乎能够以任意种类的材料制成，但是优选地由能够很好地满足所有需求的一些重量轻的材料制成，例如铝。

图4中示出了工具板50的背侧57。这里以板50背部中的沟道的形式清楚地显示了连接真空沟道52'。而且小沟道53'被设置以用于连接至意图装入通道53内的电触头(以及可能的传感器48，见图8)的电缆(未示出)。

图5中示出了一组三个凸模10，该凸模10意图与图3和图4所描述的工具板50互相配合(interfit)。每个模具10布置有模制表面13，其中该模制表面13为多孔的以使真空能够通过。此外，设置有围绕模制表面区域13的支撑部16，该支撑部提供了不能透过的区域16。以下将参考图8更详细地描述模具10/20和工具板50之间的互相配合。

图6和图7中分别示出了根据本发明一个实施例的纸浆凸模10和凹模20的分解视图。对技术人员显而易见的是，相同的创造性的特征毫无疑问地能够应用于凸模和凹模两者。关于烧结的模具10/20，模具10/20形成为一体的主体11(见图8)，其中内置有加热线圈40和密封挡板47。密封挡板47中形成有对应于意图通过的元件(加热线和/或传感器主体)的横截面的尺寸和形式的孔47'、47″。此外，设置有用于连接加热装置40以及可能的传感器的接口单元41。图6A示出了意图仅携带一个模具10/20的纸浆板50的透视图。该图的主要目的在于显示：在本发明的范围内确实有很多种变型，例如每个底板50的顶部上仅具有一个模具。而且，该图显示了用于向真空腔室51提供真空的不同技术方案，其通过经由合适的连接沟道52(未示出)导向真空腔室51的钻孔52'而实现，连接沟道52例如导向共用的真空管52的支管52'。此外，该图示出了意图便于将模具10/20安装到底板50上的定位销56。而且，该图显示，底板50可以形成为具有通道形式的真空腔室51，并相应地然后使用与底板50的背面的绝缘层连接的背板，以提供可靠的密封和支撑。

图8显示了穿过根据本发明的附接至工具板50的纸浆凹模20的横截面视图，其中，刚性的主体50用于工具板，该工具板具有一体地形成在其中的真空腔室51，使得后壁570形成了一体部。以下将混合参照图6-图11描述本发明的细部。纸浆模具10包括多孔主体11，其中主体11具有内部的可透过表面12和外部的可透过的模制表面13。多孔主体11优选地为由金属粉末形成的松散烧结体。具体地，铜基粉末，优选地青铜粉末已经被证实可以提供非常好的效果。多孔主体11可以是遍及主体11尺寸相近的金属颗粒，或是分层为不同尺寸和/或成分的粉末，以满足不同的需求，并且在外部的模制表面主要具有较细的粉末。(关于烧结参考以上引用的WO文件。)

纸浆模具10包括加热装置40，加热装置40优选地为通常使用在电炉中的电阻加热线圈40的形式。加热线圈具有通过电阻而加热的内芯402(见图10)。中间层401围绕内芯402。优选地，中间层401不导电，但是为用于传热至多孔主体11的良好的热导体。然而，如图11所示，中间层可以包括上部404和下部403，其中上部404的材料为比下部403好得多的热导体，下部403形成为热绝缘体，使得热量定向为向着模制表面13。外层400优选地为围绕中间层401的金属材料。外层400烧结至多孔主体，形成了至多孔主体11的颗粒的烧结颈部，其提供了到多孔主体11的良好的热传递。

由于纸浆模具10/20在使用期间将被加热，因此期望外层400的材料和粉末颗粒的加热系数相近。当在主体中使用青铜粉末时，已经证实，铜或铜基合金是用于外层400的很好的材料。铜和青铜还能够在比钢加热元件40的钢粉末低很多的温度烧结；然而，这样的接合也是可以的。电阻加热线圈40的横截面可以是图10和图11所示的圆形，不过该横截面也可以是矩形，或者具有任意其它种类的横截面形状。

图6和图7显示了优选地布置在模具10/20中的密封带47，优选地由铜制成以在可透过区域(包括外部的模制表面13)和区域16之间提供密封，区域16中不希望真空能透过模具。因此，在优选实施例中，加热元件40和密封带47两者通过烧结定位在纸浆模具10/20的产品的基本模具(未示出)内。当在主体中使用青铜粉末时，已经证实，铜或铜基合金是用于密封带47的很好的材料；不过，其它合金也可以用作密封带47的材料。

从图8中所示的横截面显而易见，加热装置40以及密封带47将一体地形成/嵌入模具20的主体11内。此外，图8示出了，所述密封带47布置在所述外部区域16和所述多孔主体11的中部11A之间。图8中显示的新特征为使用了模具的有限的围绕的机械加工的后表面14。后表面14为烧结之后机械加工的内模制表面12的唯一部分。因此，仅足够的区域被机械加工，以使得可以合适地互相配合至工具板50的支撑表面55上。

通过该布置获得了很多优点。首先，其意味着，与机械加工模具20的全部背面以使其变平的传统方式相比，仅浪费了烧结所用材料的很少部分。此外，由于机械加工将通过至少部分地阻挡表面12处的小孔而不利地影响该表面，因此其将使得模具的内表面12可以具有较好的透过性。

而且，密封带47的使用将提供相当多的优点。带47以有效的方式密封了模具20的外表面16，否则将不得不以一些其它方式密封，这些方式已经被证实成本较高和/或不完全可靠。此外，其暗示，孔54或模具20与工具板50的螺纹连接也被以有效的方式密封，由于密封带47定位成比外边缘55B更靠近支撑表面55的内边缘55A，因而提供了用于孔54的邻近模具20周边的相对较宽的区域。

与新特征的原理相关的另一个显而易见的优点是，通过将真空腔室形成为工具板的刚性主体50的一体空间以及将连接沟道52'、52″一体地直接形成在工具板50内，到真空腔室51的真空供给的布置可以以非常紧凑和成本有效的方式实现。从图8以及图2显而易见，这导致了非常紧凑的布置。

图8A为包括密封带47的局部横截面区域，如图8A中所描绘的，模具的包括设计为不可透过的表面16A的部分11B设置有较厚层的细粉末颗粒F，以由此提供额外的安全性以使它不能透过，即细颗粒F的层足够厚以实现不可透过，其中设计为不可透过的表面16A可以邻近部分11B的表面，然而在带47的内部上，层F非常薄以获得精细的和可透过的表面13。显而易见，密封带47可以有助于分别在其内侧和外侧有效构建不同种类的层。此外，显而易见，通过使用预制的不能透过的框部(未示出)并将该框部定位在基本模具(未示出)内，可以实现后者的功能，以在其后使用粉末产生模具20内部的可透过的主体11。

加热装置40优选地设置成靠近外部的模制表面13以用于较好地将热传递至模制表面。多近取决于纸浆模具10的几何形状。不过优选地，加热元件具有位于距模制表面最下部一定距离处的至少一个活动段，其中该距离在20mm以内，优选地在10mm以内，甚至更优选地在5mm以内。

图7中加热装置40示出为基本上布置在多孔主体11的中部内的一个水平面中，而图6中加热装置40基本上布置在中部内的两个水平面中。加热元件可以形成为简单的几何形状以使加热元件沿着模制表面13的轮廓布置。

当然，呈加热线圈40形式的加热装置可以在它们被烧结至多孔主体11内前缠绕成不同的形状。例如，它们可以缠绕成如图9所示的圆形的方式、或图6和图7中所示的曲折图案，不过当然有很多种缠绕加热元件的方法。

与在模具下使用加热板的已知现有技术相比，为了在模制表面13处达到相同温度，通过将加热装置40嵌入多孔主体11内，需要使用更少的能量。此外，由于加热板可以被除去，因此，纸浆模具可以定位成更加靠近压制工具4的旋转中心，其具有以下几个优点：1）打击距离可以被增大，或者各个配合的压制工具4可以设置成更加靠近彼此以维持相同的打击距离；2）由于重量分布移动更加靠近压制工具4的旋转中心，因此旋转压制工具4所需的动量减小，从而能够更快地旋转和/或旋转需要较少的动力。此外，由于使用了更少的能量，因此，也将有更少的热量到达压制工具4的机械装置。因此可以进一步地减少热绝缘板以及消除可能的冷却元件，而不会冒过分加热压制工具的机械装置的风险，同时提供了甚至更好的重量分布。

由于采用了新种类加热元件，尤其是由于这样的事实，即该新种类的加热装置能够使用如炉子等的非常廉价地生产的标准设备形式，因此可以实现非常大的节省。而且由于通过烧结将其嵌入，消除了对加热元件机械加工的任何需要，将导致相当大的成本节省。此外，改善的透过性提供的优点是，在多数情况中，不再需要提供通过多孔主体11的较宽的排出沟道。然而，例如通过引用结合于此的WO2006/057609中描述了这样的排出沟道，这样的排出沟道可以用于进一步地增加通过纸浆模具的排出量，例如从内表面12向着外表面13行进的排出沟道，优选地具有沿向外表面13的方向递减的直径。相比现在的技术，由于机械加工量的减少将只花费很少的时间，因而仅机械加工内表面12的部分的新原理也将导致生产量的增加。

真空箱和工具之间的背板的去除也将导致相当大的节省，由于例如这样的背板需要大量的钻孔等。

本发明不限于以上所描述的，而是可以在所附权利要求的范围内变化。例如技术人员显而易见的是，很多种类的加热装置可以用于实现其本身的模具部分的期望加热，即根据本发明，很多本身已知的加热装置可以嵌入烧结主体内。以相同的方式对技术人员显而易见的是，很多种传感器可以一体形成在烧结主体内。此外，显而易见的是，以上描述的很多不同的特征，例如模具的背侧没有研磨、用于在模具的附接区域内获得良好密封的分开布置(通过螺纹孔消除了泄漏)等将来可以作为单独分案申请的主题。此外，为了有助于从加热装置的外层400向纸浆模具10、20的多孔主体11进行热传递，外层400的表面可以是粗糙的和/或具有邻近加热装置40的细金属粉末颗粒，从而增强加热装置40和多孔主体之间形成的烧结颈部。

Claims

1.一种纸浆模具底板，包括刚性主体部(50)和在所述主体部内布置成能够提供真空至纸浆模具的装置(51，52',52″)，其特征在于：所述真空提供装置包括敞开的空间(51)和至少一个连接沟道部(52',52″)，其中所述空间(51)为中心定位的凹口的形式并在所述主体部(50)内形成了真空腔室(51)，在刚性主体部(50)的主平面中延伸的所述至少一个连接沟道部(52',52″)布置成连接所述真空腔室(51)和真空源(52)。

2.根据权利要求1的底板，其特征在于：所述真空腔室(51)在所述底板(50)的后侧(57)处被所述底板主体的一体层(570)密封。

3.根据权利要求1或2的底板，其特征在于：所述真空沟道(52',52″)至少部分地布置为在所述主体部(50)的后侧(57)处向后开口的沟道(52')。

4.根据任意前述权利要求的底板，其特征在于：所述主体部(50)包括多个真空腔室(51)。

5.根据权利要求4的底板，其特征在于：所述多个真空腔室(51)布置有共用的供给沟道(52')或所述沟道(52')的共用部，优选地所述供给沟道或沟道部(52')为至少一个钻孔(52')的形式。

6.根据任意前述权利要求的底板和纸浆模具的组件，其特征在于：所述纸浆模具(10；20)包括多孔的烧结主体(11)，该烧结主体(11)具有外表面(13)和内表面(12)，其中所述内表面(12)的有限区域(14)被机械加工以提供配合的支撑表面(14)，所述配合的支撑表面(14)与所述主体部(50)的支撑表面(55)互相配合。

7.根据权利要求6的组件，其特征在于：纸浆模具的所述内表面(12)的未机械加工的部分突出至所述真空腔室(51)内到位于所述支撑表面(55)的平面下方的水平面。

8.根据权利要求6或7的组件，其特征在于：所述机械加工的表面(14)在一个且相同的平面中延伸，优选地所述机械加工的表面(14)从模具的外侧边缘延伸至内部。

9.用于生产纸浆模具的底板的方法，包括步骤：

提供刚性主体部(50)和在所述主体部内布置成能够提供真空至纸浆模具的装置(51，52',52″)，其特征在于：将所述提供真空装置布置成包括敞开的空间(51)和至少一个连接沟道部(52',52″)，其中所述空间(51)在所述主体部(50)内形成真空腔室(51)，在刚性主体部(50)的主平面中延伸的所述至少一个连接沟道部(52',52″)布置成连接所述真空腔室(51)和真空源(52)，优选地，所述真空腔室(51)在所述底板(50)的后侧(57)处被所述底板主体的一体层(570)密封。

10.根据权利要求9的用于生产底板的方法，其特征在于：将所述真空沟道(52',52″)至少部分地布置为在所述主体部(50)的后侧(57)处向后开口的沟道(52')。

11.根据权利要求9或10的用于生产底板的方法，其特征在于：将所述主体部(50)布置成包括多个真空腔室(51)。

12.根据权利要求11的用于生产底板的方法，其特征在于：将所述多个真空腔室(51)布置成具有共用的供给沟道(52')或所述沟道(52')的共用部，优选地将所述供给沟道或沟道部(52')布置为至少一个钻孔(52')的形式。

13.用于生产根据任意前述权利要求的底板和纸浆模具的组件的方法，其特征在于：将所述纸浆模具(10；20)布置成包括多孔的烧结主体(11)，该烧结主体(11)具有外表面(13)和内表面(12)，对所述内表面(12)的有限区域(14)进行机械加工从而提供配合的支撑表面(14)，所述配合的支撑表面(14)与所述主体部(50)的支撑表面(55)互相配合。

14.根据权利要求13的用于生产组件的方法，其特征在于：将纸浆模具的所述内表面(12)的未机械加工的部分突出至所述真空腔室(51)内到位于所述支撑表面(55)的平面下方的水平面。

15.根据权利要求13或14的用于生产组件的方法，其特征在于：使所述机械加工的表面(14)在一个且相同的平面中延伸，优选地所述机械加工的表面(14)从模具的外侧边缘延伸至内部。