DE102019120854B4 - Manufacturing process and device as well as fiber-cast cups manufactured according to the manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Herstellungsverfahren für Fasergussprodukte, bei dem eine Saugform mit einer porösen Wand in ein Wasser-Faser-Gemisch eingetaucht wird und durch Ansaugen des Wassers eine Faserschicht auf der Saugform gebildet wird, wobei die Saugform aus mindestens zwei Teilformen (1, 2, 3) zusammengesetzt wird und zum Trennen der Faserschicht von der Saugform die Teilformen (1, 2, 3) voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilformen (1, 2, 3) auf einen Träger (4) aufgesetzt werden, der mindestens einen porösen Wandabschnitt (11, 12, 13, 21, 22, 23) aufweist.Manufacturing process for cast fiber products in which a suction mold with a porous wall is immersed in a water-fiber mixture and a fiber layer is formed on the suction mold by sucking in the water, the suction mold being composed of at least two partial molds (1, 2, 3) and in order to separate the fiber layer from the suction mold, the partial molds (1, 2, 3) are separated from one another, characterized in that the partial molds (1, 2, 3) are placed on a carrier (4) which has at least one porous wall section (11 , 12, 13, 21, 22, 23).
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen gemäß diesem Verfahren hergestellten Faserguss-Becher gemäß Anspruch 7 und eine Herstellungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 für Fasergussprodukte, wobei eine Saugform mit einer porösen Wand in ein Wasser-Faser-Gemisch eingetaucht wird und durch Ansaugen des Wassers eine Faserschicht auf der Saugform gebildet wird.The invention relates to a manufacturing method according to the preamble of
Bei der Herstellung von Produkten im Fasergussverfahren wird durch eine Saugform, welche in ein Faser-Wasser-Gemisch eingetaucht wird, Wasser abgesaugt. Zu diesem Zweck weist die Saugform mindestens eine poröse Wand auf. Bei diesem Vorgang lagern sich die Fasern auf der porösen Wand der eingetauchten Saugform ab und folgen deren Oberfläche. Der auf diese Weise gebildete, meist dünnwandige Faserkörper wird anschließend getrocknet.In the manufacture of products using the fiber casting process, water is sucked off using a suction mold, which is immersed in a mixture of fibers and water. For this purpose, the suction mold has at least one porous wall. During this process, the fibers are deposited on the porous wall of the immersed suction mold and follow its surface. The mostly thin-walled fiber body formed in this way is then dried.
Ein herkömmliches Formwerkzeug zur Herstellung von Fasergussprodukten ist aus der Druckschrift
Durch die bekannten Saugformen lassen sich Faserguss-Produkte in verschiedenen Konturen herstellen. Es ist aber schwer, Faserguss-Produkte mit Hinterschneidungen zu erzeugen, da diese meist nicht aus der Saugform gelöst werden können, ohne das Faserguss-Produkt zu zerstören.With the well-known suction molds, cast fiber products can be manufactured in various contours. However, it is difficult to produce cast fiber products with undercuts, since these usually cannot be removed from the suction mold without destroying the cast fiber product.
Die Druckschriften
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für Faserguss-Produkte vorzuschlagen, welches eine größere Formenvielfalt der Faserguss-Produkte ermöglicht.The object of the invention is to propose a manufacturing method for cast fiber products which enables a greater variety of shapes for cast fiber products.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 8 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the entirety of the features of
Die Saugform wird aus mindestens zwei Teilformen zusammengesetzt und zum Trennen der Faserschicht von der Saugform werden die Teilformen voneinander getrennt.The suction mold is composed of at least two part molds and the part molds are separated from one another in order to separate the fiber layer from the suction mold.
Dadurch, dass die Saugform zusammengesetzt wird, lassen sich komplex geformte Faserguss-Produkte fertigen. Die Faserguss-Produkte können Vorsprünge, Hinterschneidungen, Ecken und Kanten aufweisen. Durch Trennen der Teilformen können die Hinterschneidungen von den Teilformen gelöst werden, was bei einer zusammenhängenden Saugform nicht möglich ist.The fact that the suction mold is put together enables the manufacture of complex molded fiber cast products. The cast fiber products can have protrusions, undercuts, corners and edges. By separating the part molds, the undercuts can be released from the part molds, which is not possible with a contiguous suction mold.
Insbesondere werden zur Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens Teilformen im additiven Fertigungsverfahren aus Kunststoff oder Metall gefertigt. Additive Fertigungsverfahren wie 3D-Druck eignen sich ohne weiteres zur Herstellung komplexer Bauteilgeometrien. Auch können im additiven Fertigungsverfahren poröse und massive Wandabschnitte beliebig miteinander kombiniert werden.In particular, to implement the proposed method, partial molds are manufactured from plastic or metal using the additive manufacturing method. Additive manufacturing processes such as 3D printing are easily suitable for the production of complex component geometries. In the additive manufacturing process, porous and solid wall sections can also be combined with one another as required.
So können komplexe Formen einer Saugform und ihrer Teilformen realisiert werden, die miteinander zusammengesetzt werden, so dass in den vorbestimmten Bereichen poröse Oberflächen der Saugformen die Fasern aus der Pulpe ansaugen und das Wasser zu einer zentralen Saugvorrichtung geleitet wird.In this way, complex shapes of a suction mold and its partial molds can be realized, which are put together so that the fibers are sucked out of the pulp in the predetermined areas of the porous surfaces of the suction molds and the water is directed to a central suction device.
Ein weiter unten im Detail beschriebenes Beispiel für eine komplexe Form eines Faserguss-Produktes ist ein Becher mit Rippen an seiner Außenwand und einer Ringwulst im Bodenbereich. Derartige Konturen lassen sich mit den bisher bekannten einstückigen Saugformen nicht realisieren.An example of a complex form of a cast fiber product, described in detail below, is a cup with ribs on its outer wall and an annular bead in the bottom area. Such contours cannot be realized with the one-piece suction molds known up to now.
Die Saugform kann beispielsweise aus zwei Teilformen zusammengesetzt sein, wenn an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Faserguss-Produktes Vorsprünge mit Hinterschneidungen vorgesehen sind. Wenn mehrere Vorsprünge über den Umfang verteilt am Faserguss-Produkt vorgesehen sind, können in der Praxis auch drei oder mehr Teilformen miteinander kombiniert die Saugform bilden.The suction mold can, for example, be composed of two partial molds if projections with undercuts are provided on two opposite sides of the cast fiber product. If several projections are provided on the cast fiber product distributed over the circumference, three or more partial molds combined with one another can also form the suction mold in practice.
Die Teilformen werden auf einen Träger aufgesetzt, der mindestens einen porösen Wandabschnitt aufweist. Insbesondere kann mindestens ein poröser Wandabschnitt der Teilform an einem porösen Wandabschnitt des Trägers anliegen. Der Träger kann mit einer Saugvorrichtung verbunden werden, die auf seiner Rückseite einen Unterdruck erzeugt, der durch den porösen Wandabschnitt hindurch zu der Seite des porösen Wandabschnitts des Trägers geleitet wird, gegen den die Teilform anliegt. Der Unterdruck wird auf den porösen Wandabschnitt der Teilform übertragen. Wasser, das durch die Teilform angesaugt wird, tritt durch deren porösen Wandabschnitt hindurch in den porösen Wandabschnitt des Trägers ein und von dort aus zur Saugvorrichtung. Es kann z.B. der Träger einen Bodenabschnitt des hergestellten Faserguss-Produktes definieren, wobei die Teilformen Wandabschnitte des Faserguss-Produktes definieren. Die Saugvorrichtung ist mit dem Träger verbunden und saugt Wasser durch poröse Wandabschnitte des Trägers. Dabei können einige poröse Wandabschnitte des Trägers in der Pulpe (Wasser-Faser-Gemisch) münden und eine Faserschicht anziehen. Andere poröse Wandabschnitte des Trägers können gegen poröse Wandabschnitte der Teilform anliegen und so den Unterdruck von der Saugvorrichtung auf die Teilform übertragen, welche dann ihrerseits Fasern ansaugt, die sich als Schicht auf ihrer Oberfläche ablagern.The partial molds are placed on a carrier which has at least one porous wall section. In particular, at least one porous wall section of the partial mold can bear against a porous wall section of the carrier. The carrier can be connected to a suction device which generates a negative pressure on its rear side, which is conducted through the porous wall section to the side of the porous wall section of the carrier against which the partial mold rests. The negative pressure is transmitted to the porous wall section of the part mold. Water that is sucked in through the part mold passes through its porous part Wall section through into the porous wall section of the carrier and from there to the suction device. For example, the carrier can define a base section of the manufactured fiber cast product, the partial shapes defining wall sections of the fiber cast product. The suction device is connected to the carrier and sucks water through porous wall sections of the carrier. Some porous wall sections of the carrier can open into the pulp (water-fiber mixture) and attract a fiber layer. Other porous wall sections of the carrier can rest against porous wall sections of the partial mold and thus transfer the negative pressure from the suction device to the partial mold, which in turn sucks in fibers which are deposited as a layer on its surface.
Durch mindestens ein Verbindungselement können während des Ansaugens entweder mehrere Teilformen oder mindestens eine Teilform mit einem Träger verbunden werden. Das Verbindungselement stabilisiert die durch die Teilformen und gegebenenfalls den Träger gebildete Saugform. Das Verbindungselement kann beispielsweise bei Teilformen, die jeweils Umfangsabschnitte der Saugform bilden, durch eine Spannmanschette gebildet werden. Teilformen, welche mehrere Saugformen bilden, können durch Vorsprünge verbunden werden, die als Stifte ausgebildet sind und in Bohrungen des jeweils anderen Formenteils hineinragen. Auch können Schnallen oder Klammern oder Rasten als Verbindungselemente verwendet werden. Ferner können die Formenteile komplementär ausgebildet werden, so dass sie ineinander steckbar sind und aufgrund des Unterdrucks der Saugvorrichtung aneinander fixiert werden.By means of at least one connecting element, either a plurality of partial shapes or at least one partial shape can be connected to a carrier during suction. The connecting element stabilizes the suction mold formed by the part molds and optionally the carrier. The connecting element can for example be formed by a clamping collar in the case of partial molds which each form peripheral sections of the suction mold. Partial molds, which form several suction molds, can be connected by projections which are designed as pins and protrude into bores in the respective other mold part. Buckles or clips or notches can also be used as connecting elements. Furthermore, the molded parts can be designed to be complementary, so that they can be plugged into one another and are fixed to one another due to the negative pressure of the suction device.
In der Praxis kann bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eine Transferform gegen die Faserschicht in der Saugform gedrückt werden. Eine Transferform und durch die Transferform ausgeführte Formgebungsschritte ermöglichen es, präzise Formen bei dem Faserguss-Produkt zu realisieren. Zum einen drückt das Aufdrücken einer Transferform auf eine Faserschicht, die auf der Saugform gebildet ist, die Faserschicht zusammen und glättet die von der porösen Wand der Saugform abgewandte Seite des Faserguss-Produktes. Auch durch die Transferform kann Wasser abgesaugt werden, so dass durch einen Unterdruck die Faserschicht gegen eine poröse Wandung der Transferform gesaugt wird. Der Saugdruck, der auf die Faserschicht wirkt, kann den mechanischen Druck, mit dem die Transferform gegen die Faserschicht an der Saugform gedrückt wird, verstärken. Ferner kann die Faserschicht in der Transferform beheizt werden. Dies beschleunigt die Trocknung des Faserguss-Produktes.In practice, in the production method according to the invention, a transfer mold can be pressed against the fiber layer in the suction mold. A transfer mold and shaping steps carried out by the transfer mold make it possible to realize precise shapes in the cast fiber product. On the one hand, pressing a transfer mold onto a fiber layer that is formed on the suction mold compresses the fiber layer and smooths the side of the cast fiber product facing away from the porous wall of the suction mold. Water can also be sucked off through the transfer mold, so that the fiber layer is sucked against a porous wall of the transfer mold by a negative pressure. The suction pressure acting on the fiber layer can increase the mechanical pressure with which the transfer mold is pressed against the fiber layer on the suction mold. Furthermore, the fiber layer can be heated in the transfer mold. This accelerates the drying of the cast fiber product.
Ferner können in der Praxis die folgenden weiteren Merkmale bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren realisiert werden:
- - die porösen Wandabschnitte der Teilformen und des Trägers bilden eine Mulde, in der sich eine schalenförmige Faserschicht ablagert;
- - die porösen Wandabschnitte der Teilformen und/oder des Trägers weisen Vertiefungen auf, so dass sich an der schalenförmigen Faserschicht Vorsprünge bilden;
- - die Vertiefungen haben die Form von Nuten, so dass die Vorsprünge die Form von Rippen aufweisen;
- - die Teilformen und/oder der Träger und/oder die Transferform wird durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt;
- - mehrere Teilformen benachbarter Saugformen werden einstückig als ein Bauteil zusammengefasst.
- - The porous wall sections of the part molds and the carrier form a trough in which a bowl-shaped fiber layer is deposited;
- the porous wall sections of the partial molds and / or of the carrier have depressions, so that projections are formed on the shell-shaped fiber layer;
- the recesses are in the form of grooves so that the projections are in the form of ribs;
- - The part molds and / or the carrier and / or the transfer mold is produced by an additive manufacturing process;
- - Several partial molds of adjacent suction molds are combined in one piece as one component.
Eine muldenförmige Saugform ermöglicht die Herstellung eines Trinkgefäßes oder sonstigen Gefäßes zur Aufnahme von Lebensmitteln. Insbesondere kann mit dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren ein Trinkbecher für warme Getränke hergestellt werden.A trough-shaped suction mold enables the production of a drinking vessel or other vessel for holding food. In particular, a drinking cup for warm drinks can be produced with the production method described here.
Durch das Zusammensetzen der Saugform aus Teilformen und gegebenenfalls einem Träger ist es möglich, in der Saugform Vertiefungen vorzusehen, so dass das schalenförmige Faserguss-Produkt Vorsprünge aufweist. Insbesondere können die Vertiefungen die Form von Nuten aufweisen, welche im Wesentlichen in axialen Ebenen des schalenförmigen Faserguss-Produktes verlaufen und um dessen Umfang verteilt sind. Auf dem Faserguss-Produkt bilden sich beim Ansaugen der Fasern Rippen aus. Die Rippen steigern die thermische Isolierung einer warmen Flüssigkeit in dem schalenförmigen Faserguss-Produkt und reduzieren die Gefahr, dass ein Konsument, der das Faserguss-Produkt in den Händen hält, sich verbrennt.By assembling the suction mold from partial molds and, if necessary, a carrier, it is possible to provide depressions in the suction mold so that the shell-shaped fiber casting product has projections. In particular, the depressions can have the shape of grooves which run essentially in axial planes of the shell-shaped fiber cast product and are distributed around its circumference. Ribs form on the cast fiber product when the fibers are sucked in. The ribs increase the thermal insulation of a warm liquid in the bowl-shaped cast fiber product and reduce the risk that a consumer who is holding the cast fiber product in his hands will get burned.
Wie eingangs beschrieben, können die Teilformen und Träger und insbesondere ihre porösen Wandabschnitte durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck aus Kunststoffmaterialien oder Metallen hergestellt werden. Bei additiven Fertigungsverfahren kann in dünnen Schichten die Struktur des Formenteils realisiert werden, wobei die Schichten wahlweise geschlossene Materialabschnitte und poröse Materialabschnitte aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, Porositäten zu erzeugen, die von einer bestimmten Oberfläche, welche zum Ansaugen der Pulpe bestimmt ist, zu einer anderen Oberfläche führen, an der eine Saugvorrichtung angeschlossen wird.As described at the outset, the part molds and carriers and in particular their porous wall sections can be produced from plastic materials or metals using an additive manufacturing process, in particular 3D printing. In additive manufacturing processes, the structure of the molded part can be implemented in thin layers, the layers optionally having closed material sections and porous material sections. In this way it is possible to produce porosities which lead from a certain surface, which is intended for sucking up the pulp, to another surface, to which a suction device is connected.
In der Praxis können mehrere Teilformen benachbarter Saugformen einstückig als Bauteil zusammengefasst werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Matrix mit einer Vielzahl von zueinander benachbarten Saugformen zu erzeugen. Diese Matrix kann auf einen einzigen Träger aufgesetzt werden, welcher den Bodenbereich aller erzeugten Faserguss-Produkte definiert. Die Matrix weist mehrere Reihen zueinander benachbarter und identisch geformter Saugformen auf. Die Teilformen der Saugformen können zu Blöcken zusammengefasst werden, so dass alle Teilformen einer Reihe von Saugformen einen Block bilden. Dabei ist darauf zu achten, dass alle Teilformen eines Blocks gemeinsam bewegt werden. Das Öffnen der Saugformen erfolgt also gleichzeitig und gleichförmig durch Bewegung eines Blocks. Dies hat zur Folge, dass alle Teilformen, die zu einem Block zusammengefasst sind, bei der Öffnungsbewegung in die gleiche Richtung bewegt werden.In practice, several partial molds of adjacent suction molds can be combined in one piece as a component. For example it is possible to produce a matrix with a large number of suction molds adjacent to one another. This matrix can be placed on a single carrier, which defines the bottom area of all fiber cast products produced. The matrix has several rows of mutually adjacent and identically shaped suction molds. The partial molds of the suction molds can be combined into blocks so that all partial molds of a series of suction molds form a block. It is important to ensure that all partial forms of a block are moved together. The suction molds are opened simultaneously and uniformly by moving a block. The consequence of this is that all partial molds that are combined to form a block are moved in the same direction during the opening movement.
Durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren ist es insbesondere möglich, einen Fasergussbecher herzustellen, der eine schalen- oder kelchförmige Form aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass er mehrere Rippen aufweist, die sich in axialen Ebenen des Bechers erstrecken. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Becher seinem Rand gegenüberliegend, d.h. im Bereich seines Bodens, eine Wulst aufweisen, die eine Aufstandsfläche bildet. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Becher eine wasserdichte Beschichtung aufweisen.The manufacturing method described above makes it possible, in particular, to manufacture a cast fiber cup which has a bowl-shaped or chalice-shaped shape and is characterized in that it has a plurality of ribs which extend in axial planes of the cup. Alternatively and / or additionally, the cup can have a bead opposite its edge, i.e. in the area of its bottom, which forms a contact surface. Alternatively and / or additionally, the cup can have a waterproof coating.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Faserguss-Produkten mit einer Saugform, welche eine poröse Wand aufweist, wobei die Saugform aus mindestens zwei Teilformen besteht. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist die Vorrichtung einen Träger auf, auf den die Teilformen (1, 2, 3) aufsetzbar sind und der mindestens einen porösen Wandabschnitt (5, 6) aufweist.Finally, the invention relates to a device for producing cast fiber products with a suction mold which has a porous wall, the suction mold consisting of at least two partial molds. To achieve the above-mentioned object, the device has a carrier on which the partial molds (1, 2, 3) can be placed and which has at least one porous wall section (5, 6).
Die Herstellungsvorrichtung kann in der Praxis die weiteren oben beschriebenen Merkmale aufweisen.In practice, the production device can have the further features described above.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Saugform mit Transferform und durch diese Form hergestelltem Faserguss-Becher. -
2 zeigt eine Seitenansicht einer aus den in1 gezeigten Teilen hergestellten Saugform ohne Transferform. -
3 zeigt eine Draufsicht auf dieSaugform aus 2 ohne Transferform. -
4 zeigt eine zur1 ähnliche Darstellung der Saugform mit Transferform und von der Transferform gelöstem Faserguss-Becher. -
5 zeigt eine Seitenansicht des Faserguss-Bechers aus 4 .
-
1 shows a three-dimensional exploded view of a suction mold according to the invention with a transfer mold and a molded fiber cup produced by this mold. -
2 FIG. 13 shows a side view of one of the FIGS1 Parts shown produced suction mold without transfer mold. -
3 FIG. 4 shows a top view of the suction mold from FIG2 without transfer form. -
4th shows a to1 Similar representation of the suction mold with the transfer mold and the cast fiber cup detached from the transfer mold. -
5 FIG. 13 shows a side view of the molded fiber cup from FIG4th .
Die insbesondere in den
Jede Teilform
Der Träger
Die Stirnwände
Jede Teilform
Aufgrund der voneinander trennbaren Teilformen
Die
In
In den Zeichnungen ist schematisch ein Prototyp einer Saugform für einen einzigen Becher
Wie erwähnt können die Teilformen
Durch additive Fertigungsverfahren ist es möglich, Poren oder kleine Kanäle in die Teilformen
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments. The invention is not restricted to the embodiments described. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the competent person skilled in the art.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- TeilformPartial form
- 22
- TeilformPartial form
- 33
- TeilformPartial form
- 44th
- Trägercarrier
- 55
- poröse Ringflächeporous ring surface
- 66th
- mittlerer Abschnittmiddle section
- 77th
- StirnwandFront wall
- 88th
- Vorsprunghead Start
- 99
- NutGroove
- 1010
- VerbindungselementConnecting element
- 1111
- poröse Innenflächeporous inner surface
- 1212th
- poröse Innenflächeporous inner surface
- 1313th
- poröse Innenflächeporous inner surface
- 1414th
- Bechercups
- 1515th
- Bodenfloor
- 1616
- Randedge
- 1717th
- Ripperib
- 1818th
- TransferformTransfer form
- 1919th
- glockenförmiger Abschnittbell-shaped section
- 2020th
- ringförmiger Vorsprungannular projection
- 2121
- GrundflächeFloor space
- 2222nd
- GrundflächeFloor space
- 2323
- Grundfläche Floor space
- 3131
- UmfangsflächeCircumferential surface
- 3232
- UmfangsflächeCircumferential surface
- 3333
- UmfangsflächeCircumferential surface
Claims (12)
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R020 | Patent grant now final |