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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils.
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Fasergussteile, welche auch als Faserformteile bezeichnet werden, werden durch Auflösung von Fasern in einem Pulper zu einer Faserstoffsuspension und dann durch Formen der Faserstoffsuspension in einem Formwerkzeug hergestellt. Unter Wärmeeinwirkung wird das Fasergussteil getrocknet, so dass sich die Fasern zu einem festen Gegenstand verbinden.
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Als Fasern werden vor allem Zellulosefasern aus Altpapier oder Frischfasern verwendet. Es können jedoch auch andere, insbesondere natürliche Fasern verwendet werden, welche recyclingfähig und/oder kompostierbar sind. Derartige Fasern bestehen beispielsweise aus Hanf.
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Fasergussteile haben in den letzten Jahren in der Verpackungsindustrie wesentlich an Bedeutung gewonnen. Dies liegt zum einen daran, dass Fasergussteile meistens biologisch abbaubar sind und daher einfach und kostengünstig zu entsorgen sind. Weiterhin können Fasergussteile günstig recycelt werden, indem ein Fasergussteil zu einzelnen Fasern wieder geschreddert und zu einem neuen Fasergussteil geformt wird. Fasergussteile sind zudem platzsparend, stabil und stoßabsorbierend. Fasergussteile können in beliebigen dreidimensionalen Konturen hergestellt werden, so dass sie an unterschiedlichste Produkte angepasst werden können. Fasergussteile können flammhemmend und/oder fett- und wasserabweisend ausgebildet sein.
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Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Fasergussteiles werden die Fasern in einem Pulper mit Wasser zu einer Faserstoffsuspension aufgelöst. Die Faserstoffsuspension bildet einen Brei, der in einem Formwerkzeug zu einem Fasergussteil geformt wird. Das Formwerkzeug weist zumindest eine Formhälfte auf, die den Forminnenraum mittels eines Gitters begrenzt. Dieses Formwerkzeug wird als Gitterwerkzeug bezeichnet. Das Gitterwerkzeug weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch welche Wasser aus dem Forminnenraum entweichen kann. Der Verfahrensschritt der Formung der Faserstoffsuspension dient somit nicht nur der Formgebung sondern auch der Trocknung. Ein aus dem Formwerkzeug entformtes Fasergussteil wird in einem Heißluftstrom getrocknet und ausgehärtet.
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Ein so hergestelltes Fasergussteil kann dann einem Präge- und/oder Stanzwerkzeug zugeführt werden, indem das Fasergussteil weiter geformt wird.
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Fasergussteile sind Massenartikel, die in der Verpackungsindustrie in großen Mengen zur Verpackung von Gegenständen hergestellt werden. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf, das Verfahren so zu verbessern, dass der Durchsatz gesteigert und/oder die Kosten verringert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteiles zu schaffen, mit welchem Fasergussteile mit einem hohen Durchsatz und bei geringen Kosten herstellbar sind.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Fasergussteils umfasst folgende Schritte:
- - Lösen von Faserstoffen in Wasser zu einer Faserstoffsuspension,
- - Formung der Faserstoffsuspension in einem Formwerkzeug zu einem Fasergussteil, und
- - Trocknung der Faserstoffsuspension.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Formung und/oder Trocknung unter Zuführung von Wärme mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt.
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Dem Fasergussteil kann ein Bindemittel hinzugegeben werden. Das Bindemittel kann der Faserstoffsuspension beigemischt oder auf das geformte aber noch nicht getrocknete Fasergussteil aufgespritzt werden. Das Fasergussteil kann auch völlig bindemittelfrei hergestellt werden.
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Wasser absorbiert sehr gut elektromagnetische Wellen. Hierdurch kann die Faserstoffsuspension direkt erwärmt werden. Dies erlaubt zum einen die Erwärmung der Faserstoffsuspension bereits im Formwerkzeug. Hierdurch kann die Aushärtung der Faserstoffsuspension im Formwerkzeug beschleunigt werden. Weiterhin kann auch das entformte Fasergussteil durch Zuführung von Wärme mittels elektromagnetischer Wellen direkt erhitzt werden, ohne dass es notwendig ist, ein Wärmeübertragungsmittel, wie z.B. Luft, zu erhitzen. Die Wärmeübertragung erfolgt hierdurch wesentlich effizienter als mittels einer indirekten Erhitzung über Heißluft oder dergleichen.
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Durch das Erwärmen der Faserstoffsuspension bzw. des entformten Fasergussteils mittels elektromagnetischer Wellen kann somit der Produktionsprozess eines Fasergussteils beschleunigt werden, wobei gleichzeitig der erforderliche Energieaufwand vermindert wird.
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Da Fasergussteile grundsätzlich in großer Stückzahl hergestellt werden, stellt bereits eine geringe Beschleunigung eines einzelnen Herstellungsschrittes eine wesentliche Steigerung des gesamten Durchsatzes bei der Produktion dar.
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Die Herstellung von Fasergussteilen in großer Stückzahl bedeutet auch, dass sich die Einsparung an Energie bei der Herstellung eines einzelnen Fasergussteils über die große Anzahl von Fasergussteilen aufsummiert und insgesamt zu einer erheblichen Reduktion des Energieaufwandes führt. Dies ist bei Fasergussteilen von größter Bedeutung, da Fasergussteile aufgrund ihrer ökologischen Vorteile gegenüber anderen Verpackungsmaterialien, insbesondere Kunststoffverpackungen, vom Markt angenommen werden. In die ökologische Bilanz von Fasergussteilen geht auch der Energieverbrauch bei der Herstellung der Fasergussteile ein. Ein Verminderung des Energieverbrauches bedeutet eine höhere Akzeptanz von Fasergussteilen am Markt.
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Die elektromagnetischen Wellen werden vorzugsweise in Form von RF-Strahlung und/oder Mikrowellen an das Fasergussteil angelegt. Der Vorteil von RF-Strahlung ist, dass ein gleichmäßiger Energieeintrag auch bei größeren Fasergussteilen möglich ist. Mikrowellenstrahlung eignet sich vor allem für kleinere Fasergussteile. Mikrowellen können mit sehr günstigen Mikrowellengeneratoren, den Magnetronen, erzeugt werden.
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Die Faserstoffsuspension kann im Formwerkzeug mit elektromagnetischen Wellen beaufschlagt werden. Hierdurch wird die Trocknung und Aushärtung im Formwerkzeug durch die Zufuhr von Wärme unterstützt. Dies führt zu einer erheblichen Beschleunigung der Aushärtung und des gesamten Herstellungsprozesses. Das hierbei verwendete Formwerkzeug kann für die angelegten elektromagnetischen Wellen im Wesentlichen transparent ausgebildet sein, so dass die elektromagnetischen Wellen mit einer außerhalb des Formwerkzeuges angeordneten Einrichtung erzeugt werden. Diese Einrichtung kann beispielsweise ein Plattenkondensator sein, der zwei Kondensatorplatten aufweist zwischen welchen das Formwerkzeug angeordnet ist. Mit einem solchen Plattenkondensator können elektromagnetische Wellen in Form von RF-Strahlung erzeugt werden. Die elektromagnetischen Wellen können jedoch auch mittels eines Mikrowellengenerators bzw. Magnetrons, welcher sich außerhalb des Formwerkzeuges befindet erzeugt werden.
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Das Formwerkzeug kann jedoch auch alternativ aus einer oder zwei elektrisch leitenden Formhälften ausgebildet sein, welche als Kondensatorplatte bzw. als Kondensatorplatten zum Anlegen des elektromagnetischen Feldes verwendet werden können.
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Das Formwerkzeug kann sowohl ein Gitterwerkzeug als auch ein Endformwerkzeug umfassen, wobei die Formung der Faserstoffsuspension zum Fasergussteil zunächst im Gitterwerkzeug und danach im Endformwerkzeug ausgeführt wird. Das Gitterformwerkzeug weist zumindest eine Formhälfte auf, welche eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen besitzt, so dass Wasser aus der Faserstoffsuspension hierdurch abgeleitet werden kann. Das Endformwerkzeug definiert mit seiner Innenfläche die Oberfläche des herzustellenden Fasergussteils ohne solche Durchgangsöffnungen. Hiermit kann dem Fasergussteil seine endgültige Form verliehen werden.
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Das Anlegen von elektromagnetischen Wellen kann sowohl im Gitterwerkzeug als auch im Endformwerkzeug erfolgen.
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Das Gitterwerkzeug und das Endformwerkzeug sind jeweils aus zwei Formhälften ausgebildet. Das Gitterwerkzeug weist zumindest eine Gitterformhälfte auf, welche eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen zum Austritt von Wasser besitzt. Das Endformwerkzeug weist zwei Glattformhälften auf, die jeweils eine geschlossene Oberfläche ohne solche Durchgangsöffnungen aufweisen.
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Eine der beiden Glattformhälften kann sowohl Bestandteil des Gitterwerkzeuges als auch Bestandteil des Endformwerkzeuges sein. Bei den aufeinanderfolgenden Formungsschritten verbleibt das Fasergussteil vorzugsweise in der Glattformhälfte, die sowohl Bestandteil des Gitterwerkzeuges als auch Bestandteil des Endformwerkzeuges ist.
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Das Fasergussteil erhält im Gitterwerkzeug sein Grobform. Im Endformwerkzeug wird das Fasergussteil endgeformt. Hierbei kann es geprägt werden. Im Endformwerkzeug kann auch ein Stanzwerkzeug integriert sein, mit welchem Teile aus dem Fasergussteil gestanzt werden können.
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Die Trocknung unter Anlegen von elektromagnetischen Wellen kann auch an dem aus dem Formwerkzeug entformten Fasergussteil erfolgen. Je feuchter das Fasergussteil ist, desto stärker absorbiert es elektromagnetische Wellen. Hierdurch ist die Wirkung umso stärker je feuchter das Fasergussteil ist. Es stellt sich somit eine gewisse Selbstregelung der Heizung und Trocknung ein.
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Vorzugsweise wird mit einem Temperatursensor die Temperatur der Faserstoffsuspension bzw. des daraus gebildeten Fasergussteils im Formwerkzeug gemessen. Anhand dieses Temperaturwertes kann die Intensität der elektromagnetischen Wellen in einem geschlossenen Regelkreis geregelt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils vorgesehen. Diese Vorrichtung umfasst
- - eine Pulper zum Lösen von Faserstoffen in Wasser zu einer Faserstoffsuspension,
- - ein Formwerkzeug zum Formen der Faserstoffsuspension zu einem Fasergussteil,
- - eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der Faserstoffsuspension.
Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Generator zum Erzeugen und Anlegen elektromagnetischer Strahlung zum Formen und/oder Trocknen der Faserstoffsuspension vorgesehen ist.
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Durch das direkte Einbringen von Wärme mittels elektromagnetischer Wellen in die Faserstoffsuspension kann der Formungs- und Trocknungsprozess erheblich beschleunigt werden, wobei im Vergleich zum Erhitzen der Faserstoffsuspension mit einem Wärmeübertragungsmedium, wie z.B. heißer Luft die Wärme wesentlich effizienter in das Fasergussteil eingebracht wird.
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Die Trocknungseinrichtung kann in das Formwerkzeug integriert sein, beispielsweise durch die Kombination aus dem Gitterwerkzeug und dem Generator zum Erhitzen der Faserstoffsuspension im Formwerkzeug. Die Trocknungseinrichtung kann jedoch auch separat vom Formwerkzeug ausgebildet sein. Die Trocknungseinrichtung kann beispielsweise eine Transporteinrichtung umfassen, entlang der ein oder mehrere Generatoren zum Erzeugen und Anlegen elektromagnetischer Strahlung angeordnet sind, um auf der Transporteinrichtung befindliche Fasergussteile zu erwärmen und damit zu trocknen.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils so ausgebildet, dass eines oder mehrere der oben erläuterten Verfahren bzw. Verfahrensschritte damit ausgeführt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnung gezeigt. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 schematisch in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils, und
- 2 einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils mit einem Gitterwerkzeug und einem Endformwerkzeug.
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Eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Fasergussteils 2 umfasst eine Schreddereinrichtung 3, einen Pulper 4, ein Formwerkzeug 5, eine Trocknungseinrichtung 6 und einen Sammelbehälter 7 (Fig, 1).
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Das Fasermaterial wird in der Schreddereinrichtung 3 aufgebrochen bzw. zerkleinert, so dass das Fasermaterial in dünnen Fasersträngen vorliegt. Bei einem Ausgangsmaterial, das bereits in dünnen Fasersträngen vorliegt, kann die Schreddereinrichtung 3 auch weggelassen werden und das Fasermaterial direkt dem Pulper 4 zugeführt werden.
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Das Fasermaterial wird dem Pulper 4 zugeführt. Der Pulper 4 weist ein Rührwerk mit einem Rührer 8, der von einem Motor 9 angetrieben wird, um das Fasermaterial mit Wasser zu einer Faserstoffsuspension zu mischen. Diese Faserstoffsuspension ist ein zäher Brei, der aus dem Pulper in einem nach oben offenen Zwischenbehälter 10 mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) gefördert wird.
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Das Formwerkzeug 5, das aus einer unteren Formhälfte 11 und einer oberen Formhälfte 12 ausgebildet ist, ist im Bereich des Zwischenbehälters 10 angeordnet. Die untere Formhälfte 11 wird von einer unteren Hubeinrichtung 13 gehalten, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kolben-/Zylindereinheit ist. Mit der unteren Hubeinrichtung 13 kann die untere Formhälfte 11 in den Zwischenbehälter 10 abgesenkt werden, so dass sich die untere Formhälfte 11 unterhalb eines Spiegels 14 der Faserstoffsuspension befindet, d.h., dass die untere Formhälfte 11 dann vollständig in die Faserstoffsuspension eingetaucht ist. In 1 ist die Hubeinrichtung so ausgebildet, dass sich die Hubeinrichtung 13 durch einen Boden des Zwischenbehälters 10 hindurch erstreckt. In der Praxis ist es jedoch oftmals einfacher, die untere Hubeinrichtung 13 vollständig innerhalb des Zwischenbehälters 10 anzuordnen, da dann keine Durchgangsöffnung abzudichten ist.
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Oberhalb der unteren Formhälfte ist die obere Formhälfte 12 angeordnet. Diese wird von einer oberen Hubeinrichtung 15 gehalten. Die obere Hubeinrichtung 15 ist wiederum als Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet. Die obere Hubeinrichtung 15 ist in einem Schlitten 16 befestigt, welcher entlang einer Schiene 17 verfahrbar ist.
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Die obere und untere Formhälfte 11, 12 können so zusammengefahren werden, dass sie zwischen sich einen Forminnenraum begrenzen, der etwa dem herzustellenden Fasergussteil 2 entspricht.
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Die beiden Formhälften 11, 12 werden vorzugsweise unterhalb des Spiegels 14 der Faserstoffsuspension zusammengefahren, so dass der Forminnenraum mit der Faserstoffsuspension gefüllt ist. Dann wird das Formwerkzeug 5, bestehend aus den beiden Formhälften 11, 12, über den Spiegel 14 angehoben.
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Die untere Formhälfte 11 ist aus einem Gitter mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen ausgebildet, so dass Wasser nach unten entweichen kann und zurück in den Zwischenbehälter 10 tropft. Die untere Formhälfte 11 wird deshalb auch als Gitterwerkzeug bezeichnet. Die obere Formhälfte 12 weist hingegen keine Durchgangsöffnungen auf. Die Fläche der oberen Formhälfte 12, welche den Forminnenraum begrenzt, ist in der Regel glatt ohne Durchgangslöcher ausgebildet, weshalb dies obere Formhälfte 12 auch als Glattformhälfte bezeichnet wird.
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Die beiden Formhälften 11, 12 werden mittels der beiden Hubeinrichtungen 13, 15 zusammengedrückt, so dass Wasser aus der sich im Forminnenraum des Formwerkzeuges befindlichen Faserstoffsuspension herausgedrückt wird und die Faserstoffsuspension zum Fasergussteil geformt wird.
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Danach werden die beiden Formhälften 11, 12 auseinandergefahren. Da die untere Formhälfte 11 die Gitterformhälfte mit Durchgangsöffnung ist, gelangt Luft leichter zwischen das Fasergussteil 2 und der Gitterformhälfte 11 als zwischen das Fasergussteil 2 und der Glattformhälfte 12. Hierdurch bleibt das Fasergussteil 2 in der oberen Formhälfte 12 haften.
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Um diesen Effekt zu verstärken, kann die obere Formhälfte 12 kommunizierend mit einer Pumpe verbunden sein, mit welcher ein Unterdruck zwischen dem Fasergussteil 2 und der oberen Formhälfte 12 angelegt werden kann, so dass das Fasergussteil 2 fest an der oberen Formhälfte 12 haftet.
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Die obere Formhälfte 12 wird dann entlang der Schiene 17 zur Trocknungseinrichtung 6 befördert.
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Die Trocknungseinrichtung 6 weist eine Fördereinrichtung 18 auf, welche vorzugsweise aus einem nicht-elektrisch leitenden Material ausgebildet ist. Die Fördereinrichtung 18 weist ein endloses Förderband 19 auf, das um zwei Umlenkrollen 20 geführt wird. Das Förderband 19 ist vorzugsweise gitterförmig mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen ausgebildet.
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Ein Plattenkondensator 21 mit einer oberen Kondensatorplatte 22 und einer unteren Kondensatorplatte 23 ist so angeordnet, dass sich die Fördereinrichtung 18 durch den Bereich zwischen den beiden Kondensatorplatten 22, 23 hindurcherstreckt. Die Fördereinrichtung 18 steht entgegen zu einer Förderrichtung 24 ein Stück am Plattenkondensator 21 vor, so dass von der oberen Formhälfte 12 ein Fasergussteil 2 auf die Fördereinrichtung 18 aufgelegt werden kann. Das Fasergussteil 2 kann hierzu von der Pumpe durch Zufuhr von Luft aus der oberen Formhälfte 12 ausgestoßen werden.
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Die untere Kondensatorplatte 23 ist mit Masse verbunden. Die obere Kondensatorplatte ist mit einem RF-Generator 25 verbunden, mit welchem ein RF-Signal an die obere Kondensatorplatte 22 angelegt werden kann.
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Das Radiofrequenzsignal wird vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 10 bis 50 MHz erzeugt. Die tatsächlich verwendete Frequenz hängt davon ab, welche Frequenz für den industriellen gebrauch freigegeben ist. Bspw. ist es in Deutschland erlaubt, die Frequenz von 27,12 MHz zu benutzen. Die Amplitude kann einige 100 Volt bis einige kV betragen. Hierdurch wird zwischen den Kondensatorplatten 22, 23 ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das von dem im Fasergussteil 2 befindlichen Wasser zu einem erheblichen Teil absorbiert wird. Das Wasser wird erhitzt und verdampft aus dem Fasergussteil 2, wodurch dieses sehr schnell getrocknet wird und aushärtet.
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Die Amplitude kann auch von einem kleinen Anfangswert zu einem größeren Endwert allmählich gesteigert werden. Die Steigerung verläuft vorzugsweise linear entlang einer vorbestimmten Rampe. Die Steigung und/oder der Endwert der Rampe kann in Abhängigkeit vom Wasseranteil im Fasergussteil variiert werden.
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An die Fördereinrichtung 18 schließt sich eine Rutsche 26 an, welche zum Sammelbehälter 7 führt. Die mittels Radiowellen getrockneten und ausgehärteten Fasergussteilen werden von der Fördereinrichtung 18 auf die Rutsche 26 befördert, auf welche sie in den Sammelbehälter 7 rutschen.
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Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel werden elektromagnetische Wellen in Form von RF-Strahlung verwendet. Anstelle von RF-Strahlung kann auch Mikrowellenstrahlung angelegt werden. Mikrowellenstrahlung kann sehr einfach und kostengünstig mittels eines Magnetrons erzeugt werden. Bei Verwendung von Mikrowellenstrahlung entfällt der Kondensator. Eine solche mit Mikrowellenstrahlung arbeitende Vorrichtung ist einfacher und kostengünstig als eine mit RF-Strahlung arbeitende Vorrichtung. Mikrowellenstrahlung hat jedoch den Nachteil, dass die Wellenlänge so kurz ist, dass diese die Wärmezufuhr lokal erheblich unterscheidet. Dies kann insbesondere bei größeren Formgussteilen zu einer unerwünschten ungleichmäßigen Erwärmung führen.
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Bei Verwendung von Mikrowellenstrahlung an Stelle von RF-Strahlung kann bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel der Plattenkondensator 21 durch einen Mikrowellentunnel ersetzt werden, dem mitels einem oder mehrerer Magnetrons Mikrowellen zugeführt werden.
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Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Formwerkzeug 5 in den Zwischenbehälter 10 abgesenkt und dort zusammengefahren, um die Faserstoffsuspension im Forminnenraum aufzunehmen. Es ist auch möglich, die untere Formhälfte ortsfest oberhalb des Zwischenbehälters 10 anzuordnen und die Faserstoffsuspension mittels einer Pumpe von unten durch die untere Formhälfte 11 hindurch in den durch das Formwerkzeug 5 begrenzten Forminnenraum zu pumpen. Wasser kann dann wieder aus dem Forminnenraum durch die untere Formhälfte 11 hindurch austreten und zurück in den Zwischenbehälter 10 tropfen.
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Um auf Dauer eine zu starke Verdünnung der Faserstoffsuspension im Behälter 10 zu vermeiden, kann es auch zweckmäßig sein, das aus dem Formwerkzeug 5 austretende Wasser abzuleiten, so dass es nicht in den Zwischenbehälter 10 gelangt.
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Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Fasergussteils erläutert (2). Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel, sofern nachfolgend nichts anderes beschrieben ist. Die Schreddereinrichtung und der Pulper sind in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, weshalb sie nicht nochmals in 2 dargestellt sind. 2 zeigt lediglich den Ausschnitt der Vorrichtung ab dem Formwerkzeug 5 bis zum Sammelbehälter 7.
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Die untere Formhälfte 11 und die obere Formhälfte 12 sind jeweils aus einem elektrischleitenden Material ausgebildet. Die untere Formhälfte 11 ist mit elektrischer Masse verbunden. Die obere Formhälfte 12 ist mit einer Hochfrequenzleitung, insbesondere Koaxialleitung 27 mit einem Schalter 28 verbunden, an dem der RF-Generator 25 abwechselnd mit dem Plattenkondensator 21 oder der oberen Formhälfte 12 verbunden werden kann.
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Hierdurch ist es möglich, das RF-Signal des RF-Generators 25 zur oberen Formhälfte 12 zu leiten, welche zusammen mit der unteren Formhälfte 11 als Plattenkondensator fungiert. So kann in dem Forminnenraum des Formwerkzeuges 5 ein elektromagnetisches Feld zum Erhitzen der darin befindlichen Faserstoffsuspension angelegt werden. Die untere Formhälfte 11 und die obere Formhälfte 12 sind hierbei so ausgebildet, dass sie auch in geschlossenem Zustand des Formwerkzeuges 5 nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dies kann durch eine Kunststoffbeschichtung bewerkstelligt sein. Die Formhälften können jedoch aus elektrisch isolierendem und für die elektromagnetischen Wellen transparentem Material, wie z.B. hochmolekularem Polyethylen (PE), Polyetheretherketon (PEEK) oder einem anderen unpolaren Kunststoffmaterial, ausgebildet sein, wobei lediglich an den Außenseiten elektrisch leitende Platten in die Formhälften 11, 12 integriert bzw. an diesen angeordnet sind, welche Kondensatorplatten bilden.
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Durch das Anlegen elektromagnetischer Wellen im Formwerkzeug 5 wird die Faserstoffsuspension bereits im Formwerkzeug 5 erhitzt, wodurch das Trocknen und Aushärten der Faserstoffsuspension beschleunigt wird. Dies führt zu einer weiteren Beschleunigung des Herstellungsverfahrens.
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Hierdurch ist es sogar möglich, das Fasergussteil im Formwerkzeug 5 soweit zu trocknen und auszuhärten, dass keine zusätzliche Trocknungseinrichtung 6 notwendig ist. Im Rahmen der Erfindung kann selbstverständlich eine zusätzliche Trocknungseinrichtung 6 vorgesehen sein, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Plattenkondensator 21 im Bereich der Fördereinrichtung 18 dargestellt wird. Die Trocknungseinrichtung 6 kann auch ein Mikrowellentunnel oder ein Heißluftgebläse oder lediglich ein Gebläse zum Umwälzen von nicht erhitzter Luft sein, da das Fasergussteil bereits im Formwerkzeug 5 erhitzt wird.
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Die untere Formhälfte 11 und die obere Formhälfte 12 bilden ein Gitterformwerkzeug, da die untere Formhälfte 11 als Gitterformhälfte ausgebildet ist, aus welcher Wasser entweichen kann.
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Es kann zweckmäßig sein, noch ein Endformwerkzeug vorzusehen, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer zusätzlichen unteren Formhälfte 29 und der bereits genannten oberen Formhälfte 12 ausgebildet ist. Diese untere Formhälfte ist ohne Durchgangslöcher ausgebildet. Die Begrenzungsfläche zum Begrenzen des Forminnenraums ist in der Regel glatt, weshalb diese untere Formhälfte auch als Glattformhälfte bezeichnet wird. Mit diesem Endformwerkzeug 5 kann das Fasergussteil 2 sehr präzise in die gewünschte endgültige Form geformt werden. Hierzu wird das zunächst im Gitterwerkzeug erzeugte und vorgetrocknete Fasergussteil mittels der oberen Formhälfte 12 von der unteren Formhälfte 11 (Gitterformhälfte) abgehoben und zur unteren Formhälfte 29, der unteren Glattformhälfte, befördert und hier nochmals zwischen den beiden Formhälften 29, 12 komprimiert.
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Diese untere Formhälfte 29 ist wiederum mit der elektrischen Masse verbunden, so dass das Fasergussteil auch im Endformwerkzeug mittels elektromagnetischer Wellen erhitzt werden kann. Es kann auch zweckmäßig sein, das Fasergussteil ausschließlich im Endformwerkzeug durch Zuführen elektromagnetischer Wellen zu erhitzen. Wird das Fasergussteil im Gitterwerkzeug nicht erhitzt, dann wird es mit einem hohen Wasseranteil in das Endformwerkzeug verbracht in kann hier noch stärker umgeformt werden, als wenn das Fasergussteil bereits im Gitterwerkzeug unter Zuführung von Wärme getrocknet worden wäre.
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Es kann auch zweckmäßig sein, das RF-Signal an eine oder beide untere Formhälften 11, 29 anzulegen, insbesondere wenn beide untere Formhälften ortsfest angeordnet sind. Dies macht die Führung der Hochfrequenzleitung 27 einfacher als bei der oberen Formhälfte 12, welche mittels des Schlittens 16 verfahren werden kann. Die Hochfrequenzleitung 27 ist vorzugsweise teleskopartig zusammenschiebbar bzw. auseinanderfahrbar ausgebildet, wenn sie an eine bewegliche Formhälfte angeschlossen ist.
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Eine einfache Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels ist derart ausgebildet, dass lediglich die untere Formhälfte 29 des Endformwerkzeuges mit dem RF-Generator 25 verbunden ist. Für den Plattenkondensator 21 im Bereich der Fördereinrichtung 18 kann ein zusätzlicher RF-Generator vorgesehen sein. Die Trocknungseinrichtung 6 im Bereich der Fördereinrichtung 18 kann auch in herkömmlicher Weise durch ein Gebläse, insbesondere Heißluftgebläse, ausgebildet sein.
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Durch das Erhitzen des Fasergussteils im Formwerkzeug, gleichermaßen, ob die Erhitzung im Gitterwerkzeug und/oder im Endformwerkzeug stattfindet, wird das Verfahren zur Herstellung der Fasergussteile 2 erheblich beschleunigt, da im Formwerkzeug die Trocknung und Aushärtung unterstützt wird.
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Die untere Formhälfte 29 des Endformwerkzeuges ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Stanzmessern 30 versehen, welche Randabschnitte des Fasergussteils 2 abtrennen. Diese werden in entsprechenden Auffangbehältern 31 aufgefangen, die unterhalb der unteren Formhälfte 29 angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung kann anstelle von der RF-Strahlung auch Mikrowellenstrahlung zur Erhitzung des Fasergussteils im Formwerkzeug verwendet werden. Hierzu ist das Formwerkzeug aus einem für Mikrowellenstrahlung transparenten Material, wie zum Beispiel hochmolekularem Polyethylen (PE), Polyetheretherketon (PEEK) oder einem anderen unpolaren Kunststoffmaterial, ausgebildet. Die Mikrowellenstrahlung wird benachbart zum Formwerkzeug mittels eines Magnetrons erzeugt und auf den Forminnenraum des Formwerkzeuges gelenkt.
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Die Mikrowellenstrahlung kann dazu verwendet werden, das Fasergussteil im Gitterwerkzeug und/oder im Endformwerkzeug und/oder in der separaten Trocknungseinrichtung im Bereich der Fördereinrichtung zu erhitzen.
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In den oben erläuterten Ausführungsbeispielen weist die Trocknungseinrichtung 6 jeweils eine Fördereinrichtung 18 auf. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch nicht notwendig, dass die Trocknungseinrichtung 6 eine Fördereinrichtung 18 aufweisen muss. Die vorhandenen Gussteile können auch manuell oder mittels einer Rutsche im Bereich der Trocknungseinrichtung angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Fasergussteil
- 3
- Schreddereinrichtung
- 4
- Pulper
- 5
- Formwerkzeug
- 6
- Trocknungseinrichtung
- 7
- Sammelbehälter
- 8
- Rührer
- 9
- Motor
- 10
- Zwischenbehälter
- 11
- Untere Formhälfte/Gitterformhälfte
- 12
- Obere Formhälfte/Glattformhälfte
- 13
- Untere Hubeinrichtung
- 14
- Spiegel der Faserstoffsuspension
- 15
- Obere Hubeinrichtung
- 16
- Schlitten
- 17
- Schiene
- 18
- Fördereinrichtung
- 19
- Förderband
- 20
- Umlenkrolle
- 21
- Plattenkondensator
- 22
- Obere Kondensatorplatte
- 23
- Untere Kondensatorplatte
- 24
- Förderrichtung
- 25
- RF-Generator
- 26
- Rutsche
- 27
- Hochfrequenzleitung
- 28
- Schalter
- 29
- Untere Formhälfte/Glattformhälfte
- 30
- Stanzmesser
- 31
- Auffangbehälter
