DE102014114187A1

DE102014114187A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils und danach hergestelltes Faserformteil

Info

Publication number: DE102014114187A1
Application number: DE102014114187.3A
Authority: DE
Inventors: Christer Halvardsson; David Kjellin
Original assignee: SIG Technology AG
Current assignee: SIG Combibloc Services AG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: RU2017114908A3; TR201907911T4; EP3201394A1; ZA201701679B; JP2017530266A; EP3201394B1; DE102014114187B4; BR112017006288A2; ES2727650T3; AU2015327012A1; US20170226699A1; PL3201394T3; RU2017114908A; CN107075815A; MX2017003212A; CN107075815B; US10309062B2; WO2016050737A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils (F), insbesondere eines Kopf- oder Bodenelements für Getränkepackungsbehälter. Um ein Faserformteil (F) mit einer verbesserten Struktur und Oberflächengüte herzustellen, bei dem keine vorstehenden Fasern auftreten und beliebig gerundete Geometrien erreicht werden, werden die folgenden Schritte vorgeschlagen: – Eintauchen eines auf einem Werkzeughalter angeordneten Formsiebes in eine Pulpeschlämme, – Anheben des Werkzeughalters, um das beschlagene Formsieb vollständig aus der Pulpeschlämme zu fahren, – Verdichten des Fasermaterials im Bereich des umlaufenden Randes des Formsiebes durch Aufblähen einer dort ringsum verlaufenden Manschette, – Entspannen des Drucks in der Manschette und – Entfernen des Faserformteils. Eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils (F), insbesondere eines Kopf- oder Bodenelements für Getränkepackungsbehälter, mit einem Werkzeughalter (4) und einem daran angeordneten Formsieb (1), zeichnet sich aus durch eine umlaufende Manschette (9), die unterhalb des Randes des Formsiebes (1) verläuft und von einer Grundstellung in eine Arbeitsstellung aufblähbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils, insbesondere eines Kopf- oder Bodenelements für Getränkepackungsbehälter und ein danach hergestelltes Faserformteil.
Gefaltete Getränkebehälter aus Faserverbundstoffen sind seit langem in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. Am meisten verbreitet sind dabei solche Behälter, die aus einem einzigen Zuschnitt aus einem Karton/Kunststoff-Verbund hergestellt sind. Es sind jedoch auch mehrteilige Behälter bekannt, bei denen das Kopf- und/oder Bodenelement in einen rohrförmigen Packungsmantel eingesetzt und mit diesem verbunden wird/werden bzw. bei dem zunächst ein einseitig offener Behälter durch entsprechende Faltung eines Endes hergestellt wird, in den dann ein Deckelelement eingesetzt wird, wie dies beispielsweise aus der US 4 527 699 oder auch aus der EP 0 893 355 A2 bekannt ist, bei denen eingesetzte Kopf- und Bodenelemente aus Kunststoffverwendet werden.
Darüber hinaus ist es auch bekannt, mehrteilige Verpackungsbehälter herzustellen, bei denen ein separat hergestelltes Kopf- und/oder Bodenelement verwendet wird/werden, wobei die eingesetzten Teile als Faserformteile aus Pulpe, also aus einer faserhaltigen Schlämme aus Zellstoff hergestellt werden. So beschreibt die DE 10 2014 014 993 A1 , welche auf die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zurückgeht, einen Behälter und ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters, bei dem ein rahrförmiger Grundkörper mit mindestens einem mit dem Grundkörper verbundenen Faserformteil versehen wird, um einen flüssigkeitsdichten Getränkebehälter zu bilden. Dabei ist das Faserformteil gas- und flüssigkeitsdicht beschichtet, so dass ein auf diese Weise hergestellter Behälter auch als aseptischer Verpackungsbehälter dienen kann, wie er für manche Lebensmittel oder Getränke benötigt wird.
Es ist klar, dass die Verbindung von Faserformteil mit dem rohrförmigen Grundkörper einen besonders empfindlichen Bereich darstellt, da hier, anders als beim gefalteten Behälter aus einem einzigen Zuschnitt, eine weitere Naht vorhanden ist, welche gas- und flüssigkeitsdicht gefertigt werden muss.
An die Form, Struktur und Oberfläche des Faserformteils werden also besondere Anforderungen gestellt. Neben einer exakten Ausführung der Oberfläche im (späteren) Nahtbereich, also im Bereich der umlaufenden Kante des Faserformteils soll das Faserformteil eine glatte Oberfläche haben, um leichter beschichtet werden zu können, d. h. es sollen keine einzelnen Fasern aus dem Faserformteil hervorstehen. Der Nahtbereich muss darüber hinaus so stabil und kompakt sein, dass er sich gut mit dem rohrförmigen Ende eines Packungsmantels bzw. einer einseitig offenen Packung verbinden lässt. Das Fügen geschieht hierbei in der Regel mittels einer thermischen Versiegelung unter mechanischem Druck.
Damit nun die umlaufende Kante des Faserformteils eine ausreichende Stabilität aufweist, wird in der US 2 177 864 beschrieben, eine mechanische Formung bzw. Verdichtung des Randbereichs des Faserformteils durch ein spezielles, rigides Formwerkzeug erfolgen zu lassen. In Verbesserung dieser technischen Lösung wird in der US 3 216 890 vorgeschlagen, die Verdichtung des Randbereiches eines Faserformteils mittels eines passiv verformbaren Elementes durchzuführen, welches die angrenzende Struktur verdichtet und damit verbessert. Beide genannten Lösungen gehen mit einem nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand einher.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils vorzuschlagen, bei denen die zuvor erwähnten Nachteile vermieden werden. Es soll ein Faserformteil mit einer verbesserten Struktur und Oberflächengüte hergestellt werden, bei dem keine vorstehenden Fasern auftreten und beliebig gerundete Geometrien geschaffen werden können.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Lösung der Aufgabe in den folgenden Schritten:

– Eintauchen eines auf einem Werkzeughalter angeordneten Formsiebes in eine Pulpeschlämme,
– Anheben des Werkezughalters, um das beschlagene Formsieb vollständig aus der Pulpeschlämme zu fahren,
– Verdichten des Fasermaterials im Bereich des umlaufenden Randes des Formsiebes durch Aufblähen einer dort ringsum verlaufenden Manschette,
– Entspannen des Drucks in der Manschette und
– Entfernen des Faserformteils.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine umlaufende Manschette vorgesehen ist, die unterhalb des Randes des Formsiebes verläuft und von einer Grundstellung in eine Arbeitsstellung aufblähbar ist.
Schließlich umfasst die Erfindung ein Faserformteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
Bei der Herstellung von Faserformteilen durch Eintauchen in eine Pulpeschlämme benetzt sich das dazu verwendete Formsieb relativ gleichmäßig, so dass das so hergestellte Formteil im Wesentlichen durchgehend gleiche Stärken aufweist.
Die Erfindung hat nun erkannt, dass ein Faserformteil beliebiger Geometrie dadurch besonders vorteilhaft hergestellt werden kann, in dem der umlaufende Randbereich an der Endkante des Faserformteils mit einer besonders dichten und stabilen Fasersicht versehen werden kann, wenn dazu unmittelbar nach dem Beschlagen des Formsiebes das Fasermaterial im Bereich des umlaufenden Randes des Formsiebes durch Aufblähen einer äußeren Manschette in dem Bereich verdichtet wird, in dem die spätere Versiegelung mit dem restlichen Teil des Getränkebehälters stattfindet. Erfindungsgemäß sind keine zusätzlichen Werkzeuge notwendig und es hält sich auch der konstruktive Aufwand durch das Vorsehen einer aufblähbaren Manschette nebst Luftzuleitung/en in überschaubaren Grenzen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Oberseite des Faserformteils noch vor dessen Entfernen vom Formsieb mit Wasser besprüht wird. Auf diese Weise werden die niedergeschlagenen Fasern gleichmäßig verteilt.
Alternativ oder zusätzlich ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass das Faserformteil nach dem Entfernen auf ein Presswerkzeug mit einer zum Faserformteil angepassten korrespondierenden Geometrie verbracht und dort mit einem auf den Dorn absenkbaren Pressstempel mechanisch kompaktiert wird. Auf diese Weise können die äußere Oberfläche des Faserformteils und seine innere Struktur noch weiter verbessert werden, da das Faserformteil noch eine ausreichende Restfeuchte besitzt und daher in diesem Stadium weiter verformbar bzw. kompaktierbar ist.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass das Formsieb von innen derart mit Luft beaufschlagt werden kann, dass sowohl ein Unterdruck zum Niederschlagen der äußeren Fasern als auch ein Überdruck zum Lösen und Entfernen des Faserformteils aufgebracht werden kann. Auf diese Weise schlagen sich die Fasern schneller und gleichmäßiger nieder und lassen sich sehr leicht von der Sieboberfläche ablösen, sowie zudem auch pneumatisch vom Werkzeug bzw. Formsieb entfernen.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Faserformteil nach dem Entfernen getrocknet wird. Eine solche Trocknung kann in bekannter Weise mittels Druckluft und/oder mittels der Zufuhr von thermischer Energie erfolgen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die innere und gegebenenfalls auch die äußere Oberfläche des Faserformteils gas- und/oder flüssigkeitsdicht beschichtet wird/werden. Eine gas- bzw. flüssigkeitsdichte Beschichtung ist immer dann notwendig, wenn die mit einem solchen Faserformteil versehenen Getränkepackungen mit flüssigen Produkten befüllt werden sollen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die umlaufende Kante des Faserformteils und ggf. eine im Faserformteil befindliche Öffnung abgelängt bzw. eingebracht, wobei das Ablängen bzw. Einbringen durch Schneiden, Stanzen oder mittels eines Lasers erfolgen kann. Hierdurch lassen sich die notwendig exakten Passungen sauber und auf einfache Art und Weise erreichen.
Der Werkzeughalter mit dem Formsieb und der Manschette lässt sich durch Besprühen mit Wasser auf einfache Weise reinigen.
Eine weitere Lehre der Erfindung hinsichtlich der verwendeten Vorrichtung sieht vor, dass im Inneren des Formsiebes ein der Form des Faserformteils entsprechendes Formwerkzeug mit einer Vielzahl von Luftkanälen angeordnet ist. Dabei verlaufen bevorzugt die Luftkanäle von wenigstens einer zentralen Zuleitung zu verschiedenen Stellen der äußeren Oberfläche des Formwerkzeuges.
Eine besonders elegante konstruktive Gestaltung lässt sich dadurch erreichen, dass die Manschette nach innen hin vom Formsieb bzw. dem Formwerkzeug und nach außen hin von einer Halteplatte druckdicht am Werkzeughalter eingespannt ist. Auf diese Weise lässt sich eine optimale Abdichtung erreichen und ist auch der Austausch einer zu ersetzenden Manschette mit einem geringen technischen Aufwand zu bewerkstelligen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass unterhalb der Manschette ein umlaufender Luftkanal vorgesehen ist, welcher mindestens eine Anschlussleitung zum Zu- bzw. Abführen von Druckluft aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein gleichmäßiges Aufblähen der Manschette erfolgt, um eine ebenso gleichmäßige Verdichtung des unteren Randes des Faserformteils zu erreichen.
Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Maschenweite des Drahtgeflechts für das Formsieb zwischen 40 Mesh bis 62 Mesh, bevorzugt 49 Mesh, beträgt. Damit lassen sich mit den verwendeten Fasern gute Oberflächengüten bei ausreichender Entwässerung erreichen
Nach einer weitereren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Formsieb als Positivform ausgebildet und die Manschette am unteren Rand des Formsiebes angeordnet ist.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Formsieb als Negativform ausgebildet ist und die Manschette am oberen Rand des Formsiebes angeordnet ist.
Schließlich ist es besonders vorteilhaft, wenn die Manschette aus Fluorelastomer hergestellt ist, um der Manschette eine hohe Lebensdauer verleihen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 einen ersten Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 eine Draufsicht auf den Gegenstand von 1,
3 einen weiteren Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der Linie III-III aus 2 und
4 ein mit der vorgenannten Vorrichtung hergestelltes Faserformteil, von unten und in perspektivischer Ansicht.
In 1 erkennt man zunächst ein Formsieb 1, welches sich entlang der äußeren Kontur eines Formwerkzeuges 2 erstreckt. Das Formwerkzeug 2 ist innen hohl und weist eine Mehrzahl von Kanälen 3 auf, welche im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel als Bohrungen ausgeführt sind, die sich von der Oberfläche des Formwerkzeuges 2 an geeigneten Stellen bis in das das hohle Innere des Formwerkzeugs 2 erstrecken. Das Formwerkzeug 2 befindet sich dabei auf einem Werkzeughalter 4 und ist mit nur teilweise erkennbaren Schrauben 5 von unten mit diesem verbunden. Auch der Werkzeughalter 4 weist eine zentrale Zuleitung 6 auf, die gleichfalls als Bohrung ausgeführt sein kann.
Unterhalb des Werkzeughalters 4 erkennt man eine Befestigungsplatte 7, die wiederum eine zentrale Zuleitung zur Luftzufuhr des Formwerkzeugs 2 aufweist. Eine bevorzugt als O-Ring ausgeführte Dichtung 8 sorgt für die nötige Dichtheit des Kontaktbereiches zwischen Werkzeughalter 4 und Befestigungsplatte 7. Um das Formwerkzeug 2 herum ist eine aufblähbare Manschette 9 vorhanden, die an ihrem inneren Ende vom Formwerkzeug 2 mit dem Werkzeughalter 4 und deren äußeres Ende von einer aufgesetzten Halteplatte 10 eingespannt ist. Unterhalb der Manschette 9 verläuft ein der Form der Manschette 9 entsprechender umlaufender Luftkanal 11, der weiter unten noch näher beschrieben wird.
2, die eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 zeigt, lässt deutlich erkennen, dass das Formwerkzeug 2 asymmetrisch ausgeführt ist und dass der sich erhebende Stutzen exzentrisch zur Hochachse des Faserfomteils angeordnet ist.
3 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie 1, hier sind jedoch deutlich die unterhalb des umlaufenden Ringkanals 11 angeordneten Zufuhrkanäle für einen Druckluftanschluss 12, im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel doppelt vorhanden, dargestellt.
Zur Herstellung wird die gesamte Vorrichtung in eine Pulpeschlämme eingetaucht, so dass das gesamte Formsieb 1 von Pulpe umgeben ist. Nach dem Anheben des Werkzeughalters 4 ist das Formsieb 1 gleichmäßig beschlagen und das Faserformteil löst sich von der Siebstruktur durch Erzeugen eines Druckes im inneren des Formsiebes 1 durch die Bohrung 6 und die Kanäle 3. Gleichzeitig oder unmittelbar darauf wird die ringsum verlaufende Manschette 9 durch entsprechende Druckluftzufuhr über die Anschlüsse 12 aufgebläht, so dass sich der untere Rand des Faserformteils durch die nach außen aufgewölbte Manschette gleichmäßig verdichtet. Nach dem Entspannen des Drucks in der Manschette 9 kann das Faserformteil durch Erhöhung des Drucks über die Kanäle 3 vom Formwerkzeug 2 entfernt werden.
Ein so hergestelltes Faserformteil F ist in 4 gezeigt, zur besseren Darstellung der Kontur gemäß Formsieb 1 bzw. Formwerkzeug 2 befindet sich das Faserformteil F „auf dem Kopf”. Man erkennt deutlich einen gleichförmig umlaufenden Rand R, der für die Versiegelung mit einem rohrförmigen Getränkebehältermantel (nicht dargestellt) benötigt wird. Ferner erkennt man deutlich einen – in dieser Darstellung nach unten weisenden – Stutzen S, welcher zur Aufnahme eines Schraubverschlusses geeignet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4527699 [0002]
EP 0893355 A2 [0002]
DE 102014014993 A1 [0003]
US 2177864 [0006]
US 3216890 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserformteils, insbesondere eines Kopf- oder Bodenelements für Getränkepackungsbehälter, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Eintauchen eines auf einem Werkzeughalter angeordneten Formsiebes in eine Pulpeschlämme, – Anheben des Werkzeughalters, um das beschlagene Formsieb vollständig aus der Pulpeschlämme zu fahren, – Verdichten des Fasermaterials im Bereich des umlaufenden Randes des Formsiebes durch Aufblähen einer dort ringsum verlaufenden Manschette, Entspannen des Drucks in der Manschette und – Entfernen des Faserformteils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Faserformteils noch vor dessen Entfernen vom Formsieb mit Wasser besprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserformteil nach dem Entfernen auf ein Presswerkzeug mit einer zum Faserformteil korrespondierenden Geometrie verbracht und dort mechanisch kompaktiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsieb von innen derart mit Luft beaufschlagt werden kann, dass sowohl ein Unterdruck zum Niederschlagen der Fasern als auch ein Überdruck zum Lösen und Entfernen des Faserformteils aufgebracht werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserformteil nach dem Entfernen getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen mittels Druckluft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen mittels zugeführter thermischer Energie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und gegebenenfalls auch die äußere Oberfläche des Faserformteils gas- und/oder flüssigkeitsdicht beschichtet wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Kante des Faserformteils und ggf. eine im Faserformteil befindliche Öffnung abgelängt bzw. eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablängen der Kante bzw. Einbringen der Öffnung durch Schneiden, Stanzen oder mittels eines Lasers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter mit dem Formsieb und der Manschette durch Besprühen mit Wasser gereinigt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Faserformteils (F), insbesondere eines Kopf- oder Bodenelements für Getränkepackungsbehälter, mit einem Werkzeughalter (4) und einem daran angeordneten Formsieb (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine umlaufende Manschette (9) vorgesehen ist, die unterhalb des Randes des Formsiebes (1) verläuft und von einer Grundstellung in eine Arbeitsstellung aufblähbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Formsiebes (1) ein der Form des Faserformteils (F) entsprechendes Formwerkzeug (2) mit einer Vielzahl von Luftkanälen (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkanäle (3) von wenigstens einer zentralen Zuleitung (6) zu verschiedensten Stellen der äußeren Oberfläche des Formwerkzeuges (2) verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (9) nach innen hin vom Formsieb (1) bzw. dem Formwerkzeug (2) und nach außen hin von einer Halteplatte (10) druckdicht am Werkzeughalter (4) eingespannt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Manschette (9) ein umlaufender Luftkanal (11) vorgesehen ist, welcher mindestens ein Druckluftanschluss (12) zum Zu- bzw. Abführen von Druckluft aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenweite des Drahtgeflechts für das Formsieb (1) zwischen 40 Mesh und 62 Mesh, bevorzugt 49 Mesh beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsieb (1) als Positivform ausgebildet und die Manschette (9) am unteren Rand des Formsiebes (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsieb als Negativform ausgebildet und die Manschette am oberen Rand des Formsiebes angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (9) aus Fluorelastomer besteht.
Faserformteil (F), insbesondere ein Kopf- oder Bodenelement für Getränkepackungsbehälter, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.