DE102004059268A1

DE102004059268A1 - Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformen insbesondere zur Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser

Info

Publication number: DE102004059268A1
Application number: DE200410059268
Authority: DE
Inventors: Lars Frormann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformen insbesondere zur Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebigen Durchmessers beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformens insbesondere zur Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser.
Das Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformens insbesondere zur Herstellung rotationsgeometrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser hat die Aufgabe, die der Rotationsformanlage über eine Dosierung zugeführte gefüllte oder fasergefüllte Suspension mittels einer Lanze mit Dosierkopf dem aus porösen Werkstoff aufgebauten und in der Schleudertrommel befindlichen Werkzeug zuzuführen sowie über Zentrifugalkraft zu einem rotationssymmetrischen bindenahtfreien Bauteil beliebigen Durchmessers auszuformen und zu verdichten.
Durch die zunehmende Forderung der Industrie nach Leichtbau zur Gewichts- und demzufolge Energieeinsparung durch neue innovative Technologien besteht die Notwendigkeit, neue Werkstoffe und Verarbeitungsverfahren zu entwickeln oder bestehende Materialien und deren Verarbeitungstechniken zu modifizieren und damit weiter zu entwickeln.
Hierbei besteht die Möglichkeit, innovativen und extremen Leichtbau durch die Herstellung neuartiger, bindenahtfreier, komplexer sowie rotationssymmetrischer Bauteile beliebiger Durchmesser aus Papier bzw. Faserstoffen mit Hilfe eines Verfahrens zur Verarbeitung von gefüllten oder auch fasergefüllten Suspensionen über Rotationsformen zu betreiben.
Es ist bekannt, dass derzeit die Herstellung von Hohlkörpern aus Papier zunächst weitestgehend über flächige Bahnen erfolgt. Diese werden nachfolgend zugeschnitten, geformt und an der Bindenaht bzw. Stoßstelle der offenen Enden zu einem geschlossenen Hohlkörper z.B. über Kleben gefügt. Die Umsetzung der Herstellung von rotationssymmetrischen bindenahtfreien Bauteilen aus Papier in einem Verarbeitungsschritt, d.h. in einem "Schuss", ist bislang nicht bekannt.
Gleichzeitig wird in der Literatur nur grundlegendes veröffentlicht. Strittmatter z.B. beschreibt die technologische Entwicklung bei der Papierherstellung, wobei er im wesentlichen auf die Zunahme des Altpapiereinsatzes, die Reduzierung der Flächenmasse, die Erhöhung des Füllstoffgehaltes sowie die Schließung der Wasserkreisläufe und das Recycling eingeht. Letzteres wird auch von Krogerus, Moilanen, Sipila und Johannsson durch die Nutzung von Altpapierasche als Füllstoff bei der Papierherstelllung beschrieben. Weiterhin gehen auch Berschke, Gehr und Monnigmann in ihrer Beschreibung zur Papierherstellung aus der Sicht eines optimierten Reststoff- und Wassermanagements auf die Umweltproblematik ein. Gleichzeitg hat Hettche die Chemie der modernen Papierherstellung beschrieben, wobei Keech, Whiting und Allen über den Einfluß von Hilfsmitteln bei der Papierherstellung schreiben.
Bezüglich der Herstellung von Formkörpern mittels Rotationsformen konnten bei der Recherche über das Programm STNEasy, welches die Suche in europäischen Datenbanken ermöglicht, nur wenig relevante Patente ermittelt werden. Hierbei wird einerseits das Verfahren und dessen Modifikation beschrieben (z. B. in DE 69918573 , GB 1980-12907) sowie andererseits Bauteilsbeispiele ( EP 1429 685 , DE 6000/5595, und eingesetzte Materialien ( EP 1453 903 , EP 1359168 , US 1996-660706).
Prinzipiell ist das Verfahren sowohl in der Literatur als auch in Patenten nur wenig beschrieben. Bei der Kombination von Papier und Rotationsformen als Suchbegriffe können weder Literatur- noch Patentangaben recherchiert werden. Lediglich bei der Herstellung von Papier allgemein können bereits bestehende Patente beschrieben werden. Insbesondere durch den Erfinder ist ein Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen auf Schneckenmaschinen insbesondere zur Herstellung von geometrisch komplexen Bauteilen aus Papier bzw. Faserstoffen ( DE 10055793 A1 ) angemeldet. Dabei beschreiben weitere bereits bestehende Patente lediglich die Herstellung ( DE 19821446 , DE 19926087 , DE 19855215 , DE 19709288 und DE 19904451 ) sowie die Beschichtung ( DE 19957348 , DE 19821446 und DE 19901525 ) von Papier bzw. Faserstoffen. Auch wird in den Patenten DE 19951041 und DE 19908115 der Abzug bzw. das Abrollen des Papiers definiert.
Ziel dieser Erfindung ist es, durch ein Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformen insbesondere die Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung
Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotationsformen insbesondere zur Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser werden über eine Dosierung bzw. eine Lanze mit Dosierkopf die o.g. Suspensionen einem in einer Schleudertrommel befindlichen Werkzeug zugeführt und anschließend über die Zentrifugalkraft in einem Werkzeug mit integrierter Abscheidung des Trägermediums (z.B. Wasser) ausgeformt und verdichtet.
Dabei erfolgt die Dosierung, Ausformung und Verdichtung über in der Kunststoffverarbeitung bekannte Technologien, wobei die Suspension(en) über einen Vorratsbehälter mit Dosierung bzw. Lanze mit Dosierung oder Rotations- bzw. Schleudertrommel zugeführt und dort über Zentrifugalkraft zum Bauteil ausgeformt und verdichtet werden.
Die Schleudermaschine bzw. die Rotationstrommel ist dabei derart konzipiert, dass die gefüllten bzw. auch fasergefüllten Suspensionen sowohl mit Druck über Kolben oder Pumpen als auch drucklos das porös konstruierte Werkzeug der Rotationstrommel füllen können. Dabei wird die überschüssige Flüssigkeit der das Werkzeug füllenden Suspension (en) aus dem aus porösem Werkstoff (z. B. Sinterbronze) aufgebauten Werkzeug z. B. über Vakuum oder auch Verdampfen durch Erhitzen abgeführt, so dass die Masse zu einem Bauteil ausgeformt, verdichtet und getrocknet werden kann.
Das Verfahren stellt somit eine geeignete, einfache sowie wirtschaftliche Technologie dar, um gefüllte oder auch fasergefüllte Suspensionen und insbesondere bindenahtfreie rotationssymmetrische Hohlkörper aus Papier mit variierenden beliebigen Durchmessern herzustellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen weiterhin angegebenen Merkmale sowie aus den nachstehenden Zeichnungen.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mittels Rotations- bzw. Schleuderformens insbesondere zur Herstellung rotationssymmetrischer bindenahtfreier Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser, wobei die gefüllte auch fasergefüllte Suspension über einen Vorratsbehälter sowie eine Dosierung bzw. eine Lanze mit Dosierung einem in einer Schleudertrommel befindlichen porösen Werkzeug zugeführt und anschließend über Zentrifugalkraft in der rotierenden Trommel zum Bauteil ausgeformt, verdichtet und getrocknet wird, wobei das überschüssige fluide Trägermedium der Suspension über eine Rückführung erneut der Dosierung aufgegeben werden kann, so dass ein Bauteil mit hohem Anspruch, d.h. durchmesserunabhängig, bindenahtfrei und rotationssymmetrisch hergestellt wird.
Verfahren nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verarbeitung der gefüllten auch fasergefüllten Suspension(en) sowie anschließender Verdichtung und Ausformung im porösen Werkzeug zum Bauteil sowohl Rotationsformanlagen, Schleudern sowie jegliche Art von Zentrifugen eingesetzt werden können.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung der Suspension in das poröse Werkzeug sowohl drucklos als auch über durch z.B. Kolben, Schnecken oder Pumpen aufgebrachten Druck mittels Dosierung bzw. Lanze mit Dosierung erfolgen kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung der Suspension sowohl über Vorratsbehälter der Anlage oder über externe Lagermöglichkeiten mittels Pumpsystem der Dosierlanze zugeleitet werden kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug durch die Herstellung aus Sinterwerkstoff (z.B. Sinterbronze) porös aufgebaut ist und somit überschüssiges fluides Trägermedium durch Zentrifugalkraft über die Poren entweichen kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug durch Sinterwerkstoff aufgebaut ist und die Verfestigung des Sinterwerkstoffs durch selektives Lasersintern erfolgen kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug durch den Einsatz unter schiedlicher Sinterwerkstoffe (2) mit variierenden Korngrößen sowie die Veränderung der Herstellungsparameter (z.B. Druck und Temperatur) den gezielten und differenzierten Abtransport des überschüssigen fluiden Trägermaterials bei einsetzender Zentrifugalkraft durch Rotation und somit das Verdichten, Ausformen und Trocknen eines Bauteils ermöglicht.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug sowohl aus gesinterten Werkstoffen als auch beliebigen anderen porösen, permeablen oder semipermeablen Werkstoffen aufgebaut sein kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, da durch gekennzeichnet, dass das im Werkzeug der rotierenden Trommel bei der Ausformung und Verdichtung der Masse zu einem Bauteil überschüssige fluide Trägermedium einerseits durch das poröse Werkzeug und den durch Zentrifugalkraft entstehenden Vorarbeitungsdrucks selbst abgeführt werden kann und andererseits durch ein beheiztes Werkzeug dieser Prozess beschleunigt bzw. ergänzt werden kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Werkzeug bei der Ausformung und Verdichtung der Masse durch Zentrifugalkraft zu einem Bauteil überschüssige fluide Trägermedium sowohl durch das Anlegen eines Vakuums am Werkzeug bzw. außen um das Werkzeug als auch zusätzlich durch einen Temperaturgradienten abgeführt werden kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtransport des fluiden Anteils der Suspension über einen Temperaturgradienten erfolgen kann, wobei dieser sowohl durch Zuführen einer wärmeren Suspension in ein kälteres Werkzeug als auch über Zufuhr einer kalten Suspension in ein beheiztes Werkzeug erzeugt werden kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeführte überschüssige Trägermedium der Dosierung rückgeführt werden kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachtrocknung der in dieser Art und Weise hergestellten symmetrischen Hohlkörper ohne Bindenaht und beliebige Durchmessers, insbe- sondere aus Papier, erfolgen kann bzw. muss.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Verfahren zur Verarbeitung von gefüllten auch fasergefüllten Suspensionen mit Hilfe des Rotationsformens hergestellten rotationssymmetrischen bindenahtfreien Hohlkörper aus Papier bzw. Faserstoffen beliebiger Durchmesser auch als Mehrkomponentenstrukturen durch z.B. Schichten unterschiedlicher Werkstoffe (z.B. Suspension und Kunststoff) aufgebaut werden können.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension sowohl ungefüllt als auch mit Faser, Füll- bzw. Verstärkungs- oder Funktionsstoffen ausgerüstet sein kann, um z. B. Festigkeiten zu steigern bzw. Funktionen wie z. B. elektrische Leitfähigkeit der Struktur zu ermöglichen.