DE102019127560A1 - Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial - Google Patents

Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial Download PDF

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Thomas Halletz
Bernd Stein
Matthias Hausmann
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Kiefel GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J5/00—Manufacture of hollow articles by transferring sheets, produced from fibres suspensions or papier-mâché by suction on wire-net moulds, to couch-moulds

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Faserformanlage (100) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses umfassend zumindest ein erstes Pulpe-Reservoir (6a, 6b) zur Bereitstellung (210) zumindest einer ersten Pulpe (1) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11); ein an einer Bewegungseinheit (4) angebrachtes Saugwerkzeug (2), das als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen (21) mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite (21s) angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils (10) umfasst, und das dazu ausgestaltet ist, mittels zumindest einem ersten partiellem Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) in die erste Pulpe (1a) und Ansaugen des Fasermaterials (11) auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten (21s) der Saugköpfe (21) mittels Unterdruck aus der ersten Pulpe (1a) das Formteils (10) in den Saugköpfen (21) anzuformen (220); eine Ausgabeeinheit (50) zum Ausgeben (250) des endgeformten Formteils (10) und eine Steuerreinheit (60), die dazu ausgestaltet ist, das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche auf der Faserformanlage (100) auszuführen; wobei die Faserformanlage (100) zusätzlich dazu ausgestaltet ist, eine funktionale Schicht (15) oder ein Schichtsystem (16) aus mehreren funktionalen Schichten (15a, 15b, 15c) und/oder eine weitere Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) auf eine zu beschichtende Oberfläche (10a, 10i) des Formteils (10) aufzubringen (260) und/oder aufzutragen (290).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage, mit dem zusätzlich ein Aufbringen einer funktionalen Schicht oder eines Schichtsystems aus mehreren funktionalen Schichten und/oder ein Auftragen einer weiteren Schicht aus Fasermaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche des Formteils ermöglicht wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Faserformanlage zur Herstellung von Formteilen gemäß diesem Verfahren sowie Formteile hergestellt mit dieser Faserformanlage.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist wünschenswert, Bürger und Umwelt vor Kunststoffverschmutzung zu schützen. Insbesondere verursachen Einwegplastik-Produkte wie Verpackungsmaterialien oder Plastikbesteck und Plastikgeschirr eine große Abfallmenge. Insofern besteht für Verpackungsmaterialien und Behältnisse aus Kunststoff ein steigender Bedarf an Ersatzmaterialien, mit denen diese Produkte aus recycelbaren Kunststoffen, Materialien mit weniger Kunststoffanteil oder gar aus kunststofffreien Materialien herzustellen.
  • Die Vorstellung, Naturfasern anstelle von klassischen Kunststoffen im Extrusionsverfahren zu verwenden, existiert mindestens schon seit Anfang der 1990er Jahre, siehe beispielsweise EP 0 447 792 B1 . Rohstoffgrundlage ist hier, wie in den meisten faserverarbeitenden Verfahren, die Pulpe. Prinzipiell besteht die Pulpe aus Wasser, Naturfasern und einem Bindemittel wie zum Beispiel industrielle Stärke (Kartoffelstärke) und weist eine breiige Konsistenz auf.
  • Da Verbraucher an verschiedensten naturverträglichen Produkte mit unterschiedlichen Größen, Formen und Anforderungen interessiert sind und diese nicht unbedingt in sehr großen Stückzahlen nachfragen, wäre es wünschenswert, ein effektives und flexibles Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine zur Verfügung zu haben, um diese Produkte (Formteile) variabel und mit guter Qualität reproduzierbar herstellen zu können. Allerdings zeigen Formteile aus Naturfasern oftmals Eigenschaften, die nicht kompatibel mit der vorgesehenen Anwendung sind, sodass die Naturfasern bzw. Formteile eine Zusatzbehandlung benötigen, um für die jeweilige Anwendung verwendet werden zu können. Es ist daher wünschenswert, einen Prozess zur Verfügung zu haben, mit dem Formteile hergestellt werden können, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives und flexibles Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine bereitzustellen, mit dem unterschiedliche Produkte (Formteile) variable und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind, wobei die so hergestellten Formteile für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage umfassend nachfolgende Schritte
    • - Bereitstellen zumindest einer ersten Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial in zumindest einem ersten Pulpe-Reservoir;
    • - Anformen des Formteils mittels zumindest einem ersten partiellen Eintauchen eines Saugwerkzeugs in die erste Pulpe, wobei das Saugwerkzeug als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils umfasst, und Ansaugen des Fasermaterials auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten der Saugköpfe mittels Unterdruck im Saugwerkzeug aus der ersten Pulpe; und
    • - Ausgeben des endgeformten Formteils;
    wobei das Herstellungsverfahren zusätzlich ein Aufbringen einer funktionalen Schicht oder eines Schichtsystems aus mehreren funktionalen Schichten und/oder ein Auftragen einer weiteren Schicht aus Fasermaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche des Formteils umfasst.
  • Der Begriff „umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial“ bezeichnet Fasermaterialien, die sich unter Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Temperatur und/oder Licht zersetzen lassen, wobei der Zersetzungsprozess kurzfristig erfolgt, also beispielsweise im Bereich von Tagen, Wochen oder wenigen Monaten. Das „umweltverträglich abbaubare Fasermaterial“ wird im Folgenden der Einfachheit halber auch zum Teil nur als „Fasermaterial“ bezeichnet. Hierbei sollen vorzugsweise weder vom Fasermaterial noch von den Zersetzungsprodukten eine Umweltgefährdung oder Kontamination ausgehen. Fasermaterialien, die im Sinne der vorliegenden Erfindung ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial darstellen, sind beispielsweise Naturfasern gewonnen aus Zellstoff, Papier, Pappe, Holz, Gras, Pflanzenfasern, Zuckerrohresten, Hanf etc. oder aus deren Bestandteilen oder Teilen davon und/oder entsprechend wiederverwertetes Material. Ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial kann aber auch künstlich hergestellte Fasern wie beispielsweise PLA (Polylactide) etc. bezeichnet, die den voranstehenden Fasermaterialien entsprechen oder deren Eigenschaften besitzen. Vorzugsweise ist das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial kompostierbar. Vorzugsweise ist das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial und die daraus hergestellten Behältnisse für die Einbringung in den Wertstoffkreislauf der deutschen Biotonne und als Ressource für Biogasanlagen geeignet. Vorzugsweise sind die Fasermaterialien und die daraus hergestellten Behältnisse biologisch abbaubar gemäß EU-Norm EN 13432.
  • Der Begriff „Pulpe“ bezeichnet fluide Massen, die Fasern enthalten, hier das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial. Der Begriff „flüssig“ bezeichnet hier den Aggregatzustand der Pulpe, wobei die flüssige Pulpe das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial in Form von Fasern umfasst (flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial). Hierbei können die Fasern als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe aus mehreren zusammenhängenden Fasern vorliegen. Die Fasern stellen das Fasermaterial unabhängig davon dar, ob sie sich als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe in der Pulpe befinden. Hierbei sind die Faser in der flüssigen Lösung so gelöst, dass sie mit möglichst gleicher Konzentration ortsunabhängig in der flüssigen Lösung schweben, beispielsweise als Gemisch oder Suspension aus flüssiger Lösung und Fasermaterial. Dazu kann beispielsweise die Pulpe in manchen Ausführungsformen entsprechend temperiert und/oder umgewälzt werden. Die Pulpe besitzt vorzugsweise eine niedrige Stoffdichte, d.h. einen Anteil von Fasermaterial kleiner 8%. In einer Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Pulpe mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, verwendet. Dieser geringe Anteil an Fasermaterial kann unter anderem eine Verklumpung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung vermeiden, sodass das Fasermaterial noch mit guter Qualität am Saugwerkzeug anformbar ist. Verklumptes Fasermaterial kann zwar durch das Saugwerkzeug angesaugt werden, würde aber vermutlich ein Formteil mit fluktuierender Schichtdicke zur Folge haben, was in der Produktion der Formteile nach Möglichkeit zu vermeiden ist. Insofern sollte der Anteil des Fasermaterials in der Pulpe klein genug sein, damit ein Verklumpen oder ein Aneinanderketten nicht oder nur in einem vernachlässigbaren Maße erfolgt. Die flüssige Lösung kann dabei jede für den Faserformprozess geeignete Lösung sein. Beispielsweise kann die Pulpe eine wässerige Lösung mit dem umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial sein. Eine wässrige Lösung stellt unter anderem eine einfach handhabbare Lösung dar. Hierbei kann die Pulpe keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder enthalten. Ohne Binder sind die hergestellten Formteile aus ursprünglich umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial besonders umweltverträglich abbaubar, da kein umweltkritischer Binder, vorzugsweise überhaupt kein Binder, verwendet wird. Der Verzicht auf Binder wird durch die Kombination der Anform-, Vorform- und Heißpressschritte ermöglicht, die in ihrer Gesamtheit eine gute mechanische Verkettung der einzelnen Fasern miteinander im Fasermaterial des Formteils gewährleisten. Die mechanische Verkettung ist dabei so stark, dass zur Formstabilität des Formteils auf Binder verzichtet werden kann. In einer Ausführungsform besteht das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Bei Fasern dieser Länge erhält man unter anderem eine gute homogene Lösung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung, sodass der Verklumpungsgrad der Fasern in der Pulpe hinreichend gering ist für einen guten reproduzierbaren Faserformprozess für das Formteil. In einer Ausführungsform wird die Pulpe mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt. Diese geringen Temperaturen ermöglichen unter anderem eine einfache Prozessführung, insbesondere bei Raumtemperatur. Bei erhöhten Temperaturen kann man den Heißpressvorgang ein wenig beschleunigen. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zumindest ein erstes Pulpe-Reservoir mit einer ersten Pulpe. In anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können aber zusätzlich noch weitere Pulpe-Reservoire (zweit, dritte, ...) gefüllt mit entsprechend weiteren Pulpen (zweiter, dritte, ..) verwendet werden. Hierbei können sich die Pulpe in ihrer Zusammensetzung oder weiteren Eigenschaften (z.B. Temperatur) voneinander unterscheiden oder zumindest manche der Pulpen die gleiche Zusammensetzung und/oder gleiche weitere Eigenschaften haben.
  • Der Faserformprozess bezeichnet die Prozessschritte, die an der Formung des Formteils beteiligt sind beginnend mit der Bereitstellung der Pulpe, des Anformens des Formteils in der Anformstation aus dem Fasermaterial aus der Pulpe, bis zum Ausgeben des endgeformten Formteils einschließlich des Aufbringen einer funktionalen Schicht oder eines Schichtsystems aus mehreren funktionalen Schichten und/oder ein Auftragen einer weiteren Schicht aus Fasermaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche des Formteils, wobei das Aufbringen oder Auftragen an jeder dafür für die jeweilige aufzubringende Schicht geeigneten Stelle im Faserformprozess angeordnet sein kann. Das Aufbringen und Auftragen kann je nach Ausführungsform in separaten Stationen oder in einer gemeinsamen Station erfolgen. Manche Faserformprozesse im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehen nur ein Aufbringen, nur ein Auftragen oder beide Prozesse im Faserformprozess vor. Gegebenenfalls umfasst der erfindungsgemäße Faserformprozess zusätzlich ein Vorformen und/oder ein Heißpressen.
  • Die Formteile können dabei eine beliebige Form, hier auch als Kontur bezeichnet, aufweisen, sofern diese Form (oder Kontur) im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist bzw. sich das Verfahren für die Herstellung dieser Form (oder Kontur) eignet. Hierbei können die für den Faserformprozess verwendeten Komponenten auf die jeweilige Form (oder Kontur) des Formteils angepasst sein. Bei unterschiedlichen Formteilen mit unterschiedlichen Formen (oder Konturen) können unterschiedliche entsprechend angepasste Komponenten wie beispielsweise das Saugwerkzeug, der Saugkopf, ggf. die Vorpresseinheit, die Heißpressstation etc. verwendet werden. Endgeformte Formteile können unterschiedlichste Produkte darstellen, beispielweise Becher, Behälter, Gefäße, Deckel, Schalen, Portionsgefäße, Umhüllen oder Umgefäße für unterschiedlichste Zwecke.
  • Das Saugwerkzeug bezeichnet hier das Werkzeug, in dem die Vielzahl an Saugköpfe zum Anformen der jeweiligen Formteile angeordnet sind, sodass mit dem Bewegen des Saugwerkzeugs die einzelnen Saugköpfe im Saugwerkzeug gleichermaßen mitbewegt werden. Die Medienversorgung des Saugwerkzeugs mit mehreren Saugköpfen wird im Saugwerkzeug dabei in geeigneter Weise zu den einzelnen Saugköpfen geführt. Ein solches Saugwerkzeug wird als Multiwerkzeug bezeichnet, da es eine Vielzahl an Saugköpfen umfasst. Mit einem Multiwerkzeug können simultan aus einem gemeinsamen Pulpe-Reservoir eine Vielzahl an Formteilen entsprechend der Anzahl der Saugköpfe angeformt werden, was den Durchsatz der Faserformanlage erhöht und die Faserformanlage somit wirtschaftlicher produzieren lässt.
  • Das zumindest partielle Eintauchen des Saugwerkzeugs in die Pulpe bezeichnet zumindest ein Berühren der Pulpe mit allen sich im Saugwerkzeug befindlichen Saugköpfen in der Weise, dass aufgrund des mit dem Saugwerkzeug an die Pulpe angelegten Unterdrucks bzw. Saugdrucks das Fasermaterial aus der Pulpe herausgesaugt beziehungsweise die Pulpe mit darin gelöstem Fasermaterial angesaugt wird. Beim partiellem Eintauchen in die Pulpe wird das Saugwerkzeug nicht nur auf die Pulpe aufgesetzt, sondern in sie hineingetaucht. Die Eintauchtiefe des Saugwerkzeugs in die Pulpe hängt von der jeweiligen Anwendung und dem jeweiligen Faserformprozess ab und kann sich je nach Anwendung und gegebenenfalls dem anzuformenden Formteil unterscheiden.
  • Hierbei kann der Saugkopf eine Negativform besitzen. Als Negativform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Innenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Innenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe eine Kavität bildet, in die die Pulpe mit dem Fasermaterial eingesaugt wird (wie in 6 dargestellt). Bei einer Negativform ist die Außenseite des späteren Formteils zur Innenseite des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher innen auf der Innenseite des Saugkopfes.
  • Hierbei kann der Saugkopf auch eine Positivform besitzen. Als Positivform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Außenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Außenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe keine Kavität bildet (wie in 6 dargestellt). Bei einer Positivform ist die Innenseite des späteren Formteils zur Außenseiten des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher auf der Außenseite des Saugkopfes auf.
  • Das Anformen des Formteils bezeichnet ein erstes Vorformen des Formteils, wobei sich dieses aus vormals willkürlich in der Pulpe verteiltem Fasermaterial mittels Anlagerung des Fasermaterials an die Kontur des Saugkopfes mit der entsprechenden Kontur bildet. Das angeformte Formteil besitzt noch einen großen Anteil, beispielsweise 70% - 80%, an flüssiger Lösung, beispielsweise Wasser, und ist daher noch nicht stabil formbeständig.
  • Durch das Anformen in der Anformstation wird auf einfache Weise aus einer Pulpe mit einem Fasermaterial heraus ein Formteil angeformt, die sehr flexibel je nach Ausgestaltung der Kontur des Saugkopfes Formteile mit unterschiedlichsten Konturen liefern kann. Hierbei stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar.
  • Das Aufbringen oder Auftragen der funktionalen Schichten, des Schichtsystems mit solchen Schichten oder der weiteren Schicht aus Fasermaterial (im nachfolgenden auch als Beschichtung bezeichnet) auf das zuvor angeformte Fasermaterial (zu beschichtendes Formteil) dient beispielsweise dazu, dass eine zumindest partielle Barrierewirkung gegenüber einem Stofftransport aus dem Fasermaterial heraus, in das Fasermaterial herein oder durch das Fasermaterial hindurch vermieden oder zumindest auf ein akzeptables Niveau vermindert werden kann. Dadurch kann dem Formteil beispielsweise eine Barrierewirkung gegen ein Durchdringen von Feuchtigkeit, Wasser, Aromastoffen, Geschmacksstoffen, Geruchsstoffen, Fette, Öle, Gasen wie beispielsweise O2 und N2, leichte Säuren und alle Stoffe, die zur Verderblichkeit von Lebensmitteln beitragen und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe verliehen werden. Zum Aufbringen oder Auftragen können alle für Formteile aus Fasermaterial geeigneten Technologien verwendet werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein effektives und flexibles Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine bereitgestellt, mit dem unterschiedliche Produkte (Formteile) variable und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind, wobei die so hergestellten Formteile für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, beispielsweise für den Lebensmittelbereich mit entsprechenden Barriereschichten.
  • In einer weiter Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Anformen den weiteren Schritt des Vorformens des angeformten Formteils in einer Vorformstation mittels eines auf das Formteil ausgeübten Vorpressdruck. Durch die Vorformstation wird so auf einfache Weise aus einem mechanisch noch instabilen angeformten Formteil mittels Vorpressen ein für die Weiterbearbeitung hinreichen stabiles vorgeformtes Formteil mit weiter reduziertem Anteil an flüssiger Lösung hergestellt. Das Vorformen ermöglicht es, die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte herzustellen und weiterzuverarbeiten. In einer Ausführungsform kann das Vorpressen bei einer Temperatur der Vorpresseinheit kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgeführt werden. Durch das Vorpressen wird der Flüssigkeitsgehalt im Formteil auf ca. 55% - 65% reduziert und das Formteil so vorgefestigt, dass es für eine Werkzeugübergabe hinreichend formstabil ist. Eine zu hohe Temperatur würde den Flüssigkeitsgehalt im Formteil zu weit absenken, wodurch das Material für etwaiges nachfolgendes Heißpressen bereits zu steif wäre. In einer weiteren Ausführungsform wird das Vorpressen bei dem Vorpressdruck zwischen 0,2 N/mm2 und 0,3 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm2 und 0,27 N/mm2, durchgeführt. Diese moderaten Drücke ermöglichen ein schonendes Verfestigen des Formteils unter moderater Flüssigkeitsreduktion, was für einen ausschussarmen Formprozess vorteilhaft ist. Vorzugsweise wird beim Vorformen das Saugwerkzeug mit der Vielzahl an Saugköpfen und den sich darin befindlichen angeformten Formteilen auf eine ruhende Vorpressstation mit einer auf Das Saugwerkzeug angepassten Vielzahl an Vorpress-Unterwerkzeugen gepresst oder das Vorpress-Unterwerkzeug wird auf ein ruhendes Saugwerkzeug gepresst. Beim Vorpressen stellt das Saugwerkzeug das Vorpress-Oberwerkzeug der Vorpresseinheit dar. In einer Ausführungsform wird das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug aufgesetzt und mittels einer separaten Presseinheit, beispielsweise eine Kolbenstange, auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst. Alternativ kann das Saugwerkzeug auch an einem Roboterarm befestigt sein, der den Vorpressdruck selber über das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug ausübt. Das im Saugwerkzeug verbleibende angeformte Formteil wird für das Vorpressen an das Vorpress-Unterwerkzeug so angesetzt, dass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Saugwerkzeug angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug mit dem Vorpressdruck auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des Heißpressen des zumindest angeformten Formteils mit einem Heißpressdruck nach Übergabe des Formteils zu einer Heißpressstation zur Endformung des Formteils. Hierbei kann das Heißpressen im Faserformprozess mit oder ohne Vorpressen erfolgen. Sofern ebenfalls ein Vorpressen durchgeführt wird, wird das Heißpressen nachfolgend zum Vorformen ausgeführt. Nach erfolgtem Vorpressen wird das vorgeformte Formteils vorzugsweise mittels des Saugwerkzeugs an die Heißpressstation übergeben, wobei dazu das Formteil zum nachfolgenden Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt wird. Die Übergabe ist insofern vorteilhaft, da das Heißpressen bei hoher Temperatur mit deutlich höherem Druck durchgeführt wird. Falls das Formteil ohne Übergabe zum Heißpressen im Saugwerkzeug verbleiben würde, könnte sich das Fasermaterial im Sieb des Saugwerkzeugs verhaken und nur schwer, ggf. nur unter Beschädigung nach dem Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt werden. Außerdem könnte das Sieb durch den hohen Druck beschädigt werden, sodass das Saugwerkzeug danach nicht mehr funktionsfähig wäre. Die Übergabe kann dabei so erfolgen, dass das oder die Formteile aus dem Saugwerkzeug passiv durch Ablegen oder aktiv mittels eines Auswerfdrucks im Saugwerkzeug gegen die Formteile an die Heißpressstation übergeben werden. Mit dem Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck wird das Formteil bei weiterer Reduktion des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil, beispielsweise auf unter 10%, vorzugsweise auf circa 7%, endgeformt, wonach es anschließend stabil und formbeständig ist. Durch das Heißpressen werden langwierige Trocknungsprozeduren in Trockenöfen vermieden. Vorzugsweise sind die Heißpress-Unter- und Oberwerkzeuge aus Metall gefertigt. Das Heißpressen wird dabei bei dem Heißpressdruck höher dem Vorpressdruck durchgeführt, beispielsweise bei einem Heißpressdruck zwischen 0,5 N/mm2 und 1,5 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm2 und 1,2 N/mm2. Der Heißpressdruck kann dabei für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt werden. Der Heißpressdruck wird beispielsweise über eine Kolbenstange hydraulisch an die Heißpressstation angelegt, wobei diese Kolbenstange beispielsweise auf das Heißpress-Oberwerkzeug drückt, das dann wiederum auf das ruhende Heißpress-Unterwerkzeug drückt, mit dem Formteil dazwischen. Die Anordnung könnte auch umgekehrt ausgeführt sein. Durch die Heißpressstation wird auf einfache Weise aus einem vorgeformten und noch leicht variablen Formteil mittels Heißpressen ein für die Weiterbearbeitung endgeformtes Formteil mit deutlich reduziertem Anteil an flüssiger Lösung hergestellt. Die Heißpressstation ermöglicht es, die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte herzustellen und weiterzuverarbeiten. Insbesondere die Kombination aus Vorpressen und Heißpressen ermöglicht eine besonders reproduzierbare Herstellung von Formteilen mit besonders guter Qualität und einer besonders geringen Ausschussmenge. Auf diese Weise können endstabile Formteile besonders einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Soll-Kontur des Formteils und damit die entsprechenden formenden Komponenten so gestaltet, dass alle Flächen des Formteils einen Winkel α von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung beim Heißpressen besitzen. Beispielsweise hat eine Fläche senkrecht zur Pressrichtung (maximaler Druck) einem Winkel α = 90 Grad. Dadurch wird sichergestellt, dass der Heißpressdruck an allen Flächen des Formteils angelegt werden kann. Auf Flächen parallel zur Druckrichtung beim Heißpressen kann kein Druck ausgeübt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die zu beschichtende Oberfläche eine äußere Oberfläche des Formteils und/oder eine innere Oberfläche des Formteils sein. Somit kann unter anderem je nach Anwendung das Formteil beziehungsweise der Inhalt des Formteils durch das Aufbringen oder Auftragen einer Beschichtung von außen und/oder innen geschützt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Aufbringen ein Konditionieren der zu beschichtenden Oberfläche und ein nachfolgendes Beschichten der konditionierten zu beschichtenden Oberfläche. Das Konditionieren bereitet das Fasermaterial an seiner Oberfläche oder gar in seiner Tiefe auf ein nachfolgendes Beschichten vor, was das Aufbringen von Schichten erleichtert, beispielsweise die Haftung oder die Funktionalität solcher Schichten verbessert und/oder diese über einen längeren Zeitraum stabilisiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird beim Konditionieren die zu beschichtende Oberfläche zur Vorbereitung des Beschichtungsschrittes mit einem die Oberfläche glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise einem biokompatiblen Material, beschichtet, vorzugsweise besprüht. Oberflächen mit einer geringeren Textur, insbesondere geglättete Oberflächen lassen sich leichter nachfolgend mit funktionalen Schichten bzw. solchen Schichtsystemen beschichten.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Formteil beim Konditionieren mit Wachs und/oder Lack besprüht oder mit PTFE beschichtet. Der Begriff „Wachs“ bezeichnet eine organische Verbindung, die bei über etwa 40 °C schmilzt und dann eine Flüssigkeit niedriger Viskosität bildet. Dadurch sind Wachse leicht mittels Sprühen auf eine Oberfläche aufzubringen. Ihre niedrige Schmelztemperatur ermöglicht es, Fasermaterialien mit Wachs zu tränken oder zu imprägnieren. Der Eindringprozess des Wachses in das Fasermaterial kann durch erhöhte Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur unterstützt werden. Wachse sind nahezu unlöslich in Wasser, aber löslich in organischen, unpolaren Medien. Wachse können in ihrer chemischen Zusammensetzung und Herkunft sehr unterschiedlich sein und können hier Wachse gemäß der Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft sein. Die hier verwendbaren Wachse können dabei natürliche Wachse wie tierische Wachse (beispielsweise Wollwachs, Chinawachs, Bienenwachs, Talg oder Insektenwachs) oder pflanzliche Wachse (Beispielsweise Zuckerrohrwachs, Carnaubawachs, Candillawachs, Korkwachs, Guarumawachs, Ouricuriwachs, Palmenwachs, Espartowachs, Bauwollwachs, Reiskleiewachs, Flachswachs, Torfwachs, Rosenwachs, Jasminwachs, Peethe-Wachs, Myrtenwachs oder Wachsfeigenwachs) sowie teilsynthetische oder synthetische Wachse (beispielsweise Sojawachs, Rapswachs, Rizinuswachs) umfassen. Vorzugsweise ist dabei das Wachs ein als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenes Wachs. Der Begriff „Lack“ bezeichnet flüssige oder auch pulverförmige Beschichtungsstoffe. Der Lack bzw. die Lackschicht kann dünn auf Gegenstände aufgetragen werden und wird durch chemische oder physikalische Vorgänge (zum Beispiel Verdampfen des Lösungsmittels) zu einem durchgehenden, festen Film (Schicht) aufgebaut. Lacke bestehen in der Regel aus Bindemitteln wie Harze, Dispersionen oder Emulsionen, Füllstoffen, Pigmenten, Lösungsmitteln und Additiven. Vorzugsweise ist der Lack ein für Lebensmittel zugelassener Lack. Der Begriff „PTFE“ bezeichnet Polytetrafluorethylen, das ein vollfluoriertes Polymer ist. Die PTFE Beschichtung wird üblicherweise aufgetragen und anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen. Eine PTFE Beschichtung wird als Antihaftbeschichtung bei vielen Anwendungen eingesetzt. PTFE ist sehr reaktionsträge. Selbst aggressive Säuren können diese Beschichtung nicht angreifen. Der Grund liegt in der besonders starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und den Fluoratomen. So gelingt es vielen Substanzen nicht, die Bindungen aufzubrechen und mit PTFE zu reagieren. Wegen seiner chemischen Trägheit wird PTFE als Beschichtung u.a. dort eingesetzt, um die beschichteten Unterlagen zu schützen. Die vielfältigen und relativ einfachen Möglichkeiten der Compoundierung ermöglichen spezielle Mischungen für diverse Anwendungen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Wachs als funktionale Schicht im Schichtsystem auf das Formteil aufgebracht. Beispielsweise kann Wachs als Wasserbarriere dienen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Wachs mittels einer Temperaturbehandlung des Formteils in das Fasermaterial eingebracht. Hierfür eignet sich beispielsweise die Heißpresstemperatur während des Heißpressens. Daher wird das Wachs vorzugsweise vor dem Heißpressen aufgebracht, damit es während des Heißpressens in das Fasermaterial eindringen kann. Dies kann gleichermaßen auch für entsprechend geeignete Lacke gelten.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Beschichten des Formteils mit der funktionalen Schicht oder dem Schichtsystem mit einem physikalischen Beschichtungsverfahren oder einer Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, durchgeführt. Diese Beschichtungsverfahren eignen sich unter anderem für einen effektiven Herstellungsprozess.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Schritt des Konditionierens und/oder des Beschichtens nach dem Schritt des Heißpressens durchgeführt. Dies ist insbesondere für die Materialien vorteilhaft, die für die Konditionierung bei Heißpresstemperaturen nicht geeignet sind. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass das Formteil nach dem Heißpressen endgeformt ist und daher in seiner Form besonders stabil gegenüber früheren Produktionsstufen im Faserformprozess.
  • In einer weiteren Ausführungsform besitzt die funktionale Schicht oder zumindest eine der funktionalen Schichten im Schichtsystem oder die weitere Schicht aus Fasermaterial eine zumindest partielle Barrierewirkung gegenüber einem Stofftransport aus dem Fasermaterial heraus, in das Fasermaterial herein oder durch das Fasermaterial hindurch. Vorzugsweise ist die Barrierewirkung gegen ein Durchdringen von Feuchtigkeit, Wasser, Aromastoffen, Geschmacksstoffen, Geruchsstoffen, Fette, Öle und leichte Säuren und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe gerichtet. Solche Eigenschaften werden beispielsweise zumindest teilweise durch Lack- oder Wachsschichten mit Dicken von 0,02 bis 0,1mm oder Keramikschichten von 0,0005 bis 0,02mm (z.B. eine SiOx-Schicht) zur Verfügung gestellt. Auf aufgetragene Fasermaterialien als weitere Schicht auf das angeformte Formteil, die hoch gemahlen sind und eine Dicke von 0,1mm bis 0,3mm aufweisen, besitzen zumindest solche Eigenschaften teilweise. In einer weiteren Ausführungsform ist die funktionale Schicht mit Barrierewirkung daher eine Wachsschicht, Lackschicht oder eine keramische Schicht, vorzugsweise eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramik.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die funktionale Schicht oder zumindest eine der funktionalen Schichten im Schichtsystem so ausgestaltet, dass sie unter den Anwendungsbedingungen des Formteils für eine Anwendung des Formteils vorteilhafte Stoffe an die Umgebung des Formteils abgibt. Beispielsweise ist das Formteil ein Pflanztopf, der samt Pflanze im Erdreich eingepflanzt wird. Beim umweltverträglichen Abbau des Fasermaterials im Erdreich setzt dieses beispielsweise Düngerstoffe frei, die zuvor im Fasermaterial als Dotierungen oder Partikel enthalten (eingebaut) waren. Damit wird ein gesondertes Düngen der eingepflanzten Pflanze überflüssig, da diese Funktion durch das Formteil selbst übernommen wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die funktionale Schicht mit einem unter Anwendungsbedingungen des Formteils aus der funktionalen Schicht herausdiffundierenden Wirkstoff dotiert. Das kann unterstützend für diverse Anwendungen sein, beispielsweise zur Pflege, der Würzung oder Geschmacksveränderung des Inhalts des Formteils dienen. Beispielsweise diffundiert dieser Wirkstoff nach Einfüllen einer heißen Flüssigkeit aus dem Formteil. In einer weiteren Ausführungsform ist der Wirkstoff ein Aromastoff (beispielsweise Zucker, Salz oder Pfeffer, ein medizinischer Wirkstoff, ein den umweltverträglichen Abbau des Formteils unterstützender Stoff oder ein Zusatzstoff für einen Inhalt des Formteils.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auftragen die nachfolgenden Schritte:
    • - zumindest partielles zweites Eintauchen des Saugwerkzeugs mit dem bereits aus der ersten Pulpe angeformten Formteil in ein zweites Reservoir mit einer zweiten Pulpe; und
    • - weiteres Anformen der funktionalen Schicht mittels Ansaugen des Fasermaterials aus dem zweiten Pulpe-Reservoir mit zweiter Pulpe auf das bereits aus der ersten Pulpe angeformte Fasermaterial in den jeweiligen Saugköpfen.
  • Dadurch kann in zwei nacheinander erfolgenden Saugvorgängen ein Formteil mit einer doppelten Faserschicht, einer erste aus Fasermaterial aus der ersten Pulpe und eine zweite aus Fasermaterial der zweiten Pulpe hergestellt werden. Diese ersten und zweiten Fasermaterialien können in ihrer Wirkung unterschiedlich sein und als Doppelschicht ein Formteil mit gewünschter Wirkung (mechanisch und/oder chemisch) sowohl nach innen als auch nach außen bereitstellen. Hier kann beispielsweise das Fasermaterial des zuerst angeformten Formteils eine andere Faserlänge, andere Dotierungen etc. umfassen als die als funktionale Schicht aufgetragene Schicht aus zweitem Fasermaterial. Diese Schritte erfolgen vorzugsweise vor einem Vorformen des Formteils. Obige Schritte werden vorzugsweise vor dem Vorformen durchgeführt, sofern der Faserformprozess ein Vorformen umfasst.
  • Sofern der Faserformprozess ein Vorformen umfasst, wird in einer weiteren Ausführungsform das Formteil in einem gemeinsamen Prozess für das Formteil aus Fasermaterial aus der ersten Pulpe mit darauf angeformter funktionaler Schicht aus Fasermaterial aus der zweiten Pulpe vorgeformt. Somit wird weiterhin nur ein Vorformvorgang zum Vorformen des aus zwei Faserschichten aufgebauten Formteil benötigt. Das Vorpresswerkzeug ist dabei auf die Form des Formteils mit Fasermaterial mit darauf aufgetragener Schicht aus weiterem Fasermaterial angepasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auftragen die nachfolgenden Schritte:
    • - Transferieren und Ausgeben des im Saugwerkzeug angeformten Formteils als erstes Formteil auf oder in eine Zwischenablage, vorzugsweise ein Vorpress-Unterwerkzeug der Vorformstation, aus dem Saugwerkzeug heraus;
    • - zumindest partielles zweites Eintauchen des nun formteilfreien Saugwerkzeugs in ein weiteres Reservoir mit einer weiteren Pulpe;
    • - Anformen eines zweiten Formteils als die funktionale Schicht mittels Ansaugen des Fasermaterials aus dem weiteren Pulpe-Reservoir mit weiterer Pulpe auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten der Saugköpfe;
    • - Auf- oder Einsetzen des zweiten Formteils als die funktionale Schicht auf oder in das erste Formteil.
  • Zum einen kann das auf die Zwischenablage abgesetzte erste Formteil für das spätere zweite Formteil vorbereitet, geglättet, feuchtigkeitsreduziert, vorgepresst werden. Zum anderen kann das Saugwerkzeug beim zweiten Eintauchen die gleiche Saugleistung bei gleichen Saugbedingungen wie beim ersten Eintauchen verwenden, da es beim zweiten Eintauchen formteilfrei ist und daher das zweite Fasermaterial des zweiten Formteils nicht über eine bereits mit Fasermaterial des ersten Formteils belegte Saugseite ansaugen muss. Somit können Doppelschichten aus zwei Fasermaterialien unter anderem definierter hergestellt werde. Vorzugsweise besitzen die Schichten der beiden Fasermaterialien ein Dicke, die ein Übereinanderstülpen der ersten und zweiten Formteile zulässt.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auftragen die nachfolgenden Schritte:
    • - Transferieren und Ausgeben des im Saugwerkzeug angeformten Formteils als erstes Formteil auf oder in eine Zwischenablage, vorzugsweise das Vorpress-Unterwerkzeug der Vorformstation zum späteren Vorformen, aus dem Saugwerkzeug heraus;
    • - zumindest partielles zweites Eintauchen eines weiteren Saugwerkzeugs in ein weiteres Reservoir mit einer weiteren Pulpe, wobei das weitere Saugwerkzeug als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite angepasst an eine Kontur des bereits transferierten und ausgegebenen Formteils umfasst;
    • - Anformen eines zweiten Formteils als die funktionale Schicht mittels Ansaugen des Fasermaterials aus dem weiteren Pulpe-Reservoir mit weiterer Pulpe auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten der Saugköpfe des weiteren Saugwerkzeugs;
    • - Auf- oder Einsetzen des zweiten Formteils als die funktionale Schicht auf oder in das erste Formteil.
  • Hiermit werden die Vorteile der voranstehenden Ausführungsform mit der Flexibilität bei den Schichtdicken von erstem und zweiten Formteil kombiniert. Durch die Verwendung eines weiteren Saugwerkzeugs kann dieses auf die Form des ersten Formteils ohne Einschränkung auf einen bestimmten Schichtdickenbereich angepasst werden. So können sowohl besonders dicke erste und/oder zweite Formteile gefertigt und dennoch aufeinander gestülpt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das gemeinsame Formteil aus erstem und zweitem Formteil in der Vorformstation mittels dem auf das gemeinsame Formteil ausgeübten Vorpressdruck vorgeformt. Damit werden unter anderem dieselben Vorteile erzielt wie voranstehend für das Vorformen beschrieben. Des Weiteren werden die ersten und zweiten Formteile aufgrund des Vorpressdrucks mechanisch miteinander verbunden, da sich die Fasern der jeweiligen Fasermaterialien miteinander verhaken.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das erste Formteil nach dem Transferieren aber vor dem Ausgeben in der Vorformstation separat zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Saugwerkzeug vorgepresst. Der hier ausgeübte Druck kann dem Vorpressdruck entsprechen oder andere Werte, vorzugsweise kleiner Werte, besitzen. Durch das separate Vorpressen wird das erste Formteil für das zweite Formteil vorbereitet. Insbesondere kann bei dem gleichen Saugwerkzeug für erstes und zweites Formteil die äußere Form des ersten Formteils zusammengepresst werden, damit das zweite Formteil gut über das erste Formteil passt.
  • In einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich die ersten, zweiten und weiteren Pulpen in ihren Zusammensetzungen, in ihren Lösungsmitteln, ihren Fasermaterialen, in ihren Konzentrationen und/oder in Anteilen und/oder in ihrer Art von etwaigen Dotierungsstoffen. Dadurch können die ersten und zweiten Formteile mit unterschiedlichen Funktionalitäten ausgestattet werden, wobei die jeweiligen Funktionalitäten auf die jeweilige Anwendung hin angepasst werden kann. Beispielsweise kann so im gemeinsamen Formteil die Außenseite bedruckbar gestaltet werden, während die Innenseite des gemeinsamen Formteils für den Inhalt des Formteils geeignete Eigenschaften aufweisen kann oder für eine Beschichtung mit weiteren funktionalen Schichten vorbereitet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform besitzt die funktionale Schicht aus weiteren Fasermaterial eine geringere Schichtdicke als das zuvor aus der ersten Pulpe angeformte Fasermaterial. Damit lassen sich unter anderem beide Fasermaterialien gut miteinander verbinden und passen gut übereinander.
  • In einer weiteren Ausführungsform besteht die funktionale Schicht aus dem Fasermaterial umfassend einen Anteil an einem das Fasermaterial glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise einem biokompatiblen Material. Damit lässt sich das gemeinsame Formteil ohne Aufbringen weiterer Beschichtungen für Lebensmittelanwendungen verwenden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Formteil zum Vorformen zwischen einem Vorpress-Unterwerkzeug und dem Saugwerkzeug als Vorpress-Oberwerkzeug angeordnet. Dadurch braucht das angeformte und zu diesem Zeitpunkt noch nicht formstabile Formteil aus dem Saugwerkzeug entfernt werden, was das Formteil vor dem Vorformen eventuell beschädigen könnte- Vorzugsweise wird hierbei der Vorpressdruck mit dem Saugwerkzeug auf das Formteil ausgeübt, was unter anderem konstruktiv einfach umzusetzen ist.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Faserformanlage zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses umfassend
    • - zumindest ein erstes Pulpe-Reservoir zur Bereitstellung zumindest einer ersten Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;
    • - ein an einer Bewegungseinheit angebrachtes Saugwerkzeug, das als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils umfasst, und das dazu ausgestaltet ist, mittels zumindest einem ersten partiellem Eintauchen des Saugwerkzeugs in die erste Pulpe und Ansaugen des Fasermaterials auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten der Saugköpfe mittels Unterdruck aus der ersten Pulpe das Formteils in den Saugköpfen anzuformen;
    • - eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben des endgeformten Formteils;
    • - eine Steuerreinheit, die dazu ausgestaltet ist, das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auf der Faserformanlage auszuführen;
    wobei die Faserformanlage zusätzlich dazu ausgestaltet ist, eine funktionale Schicht oder ein Schichtsystem aus mehreren funktionalen Schichten und/oder eine weitere Schicht aus Fasermaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche des Formteils aufzubringen und/oder aufzutragen.
  • Die Bewegungseinheit kann einen im Raum frei beweglichen Roboterarm umfassen, auf dem das Saugwerkzeug montiert ist. Dadurch kann die Bewegungseinheit leicht und flexibel die Formteile entlang des Faserformprozesses bewegen. So kann der Herstellungsprozess unter anderem je nach benötigter Produktionsrate beschleunigt oder modifiziert werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Bewegungseinheit daher dazu vorgesehen, die Formteile in dem Saugwerkzeug zur Vorpresseinheit einer Vorformstation und/oder zur Heißpressstation zu transferieren. Die Steuereinheit kann als Prozessor, separates Computersystem oder webbasiert ausgeführt sein und ist mit den zu steuernden Komponenten der Faserformanlage geeignet verbunden, beispielweise über Datenkabel oder drahtlos mittels WLAN, Funk oder anderer drahtloser Übertragungsmittel. Die Ausgabeeinheit gibt dabei das Formteils zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung aus, beispielsweise zu nachfolgenden Schneid-, Beschriftungs-, Bedruckungs-, Stapel- und/oder Packstationen, beispielsweise mit Hilfe eines Transportbandes.
  • Mit der erfindungsgemäßen Faserformanlage wird ein effektives und flexibles Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine ermöglicht, mit dem unterschiedliche Produkte (Formteile) variable und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind, wobei die so hergestellten Formteile für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, beispielsweise für den Lebensmittelbereich mit entsprechenden Barriereschichten.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Faserformanlage des Weiteren eine Vorformstation zum Vorformen des angeformten Formteils mittels eines auf das Formteil ausgeübten Vorpressdruck, siehe dazu die voranstehenden Erläuterungen für das Vorformen. Bevorzugt erfolgt das Vorformen bei Raumtemperatur.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage des Weiteren eine Heißpressstation zum Heißpressen des zumindest angeformten Formteils nach Übergabe des Formteils an die Heißpressstation zur Endformung des Formteils mit einem Heißpressdruck bei einer Heißpresstemperatur, siehe dazu die voranstehenden Erläuterungen für das Heißpressen. Vorzugsweise wird das Heißpressen nachfolgend zum Vorformen am vorgeformten Formteil ausgeführt, besonders bevorzugt sind beim Heißpressen Druck und Temperatur höher als beim Vorformen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage des Weiteren eine Konditionierstation zum Konditionieren einer zu beschichtenden Oberfläche und/oder eine Beschichtungsstation zum Beschichten der zu beschichtenden Oberfläche, vorzugsweise der vorher mit der Konditionierstation konditionierten zu beschichtenden Oberfläche. Die Konditionierstation ist beispielsweise eine Besprüh-, eine Bedampf, eine Aufmal- oder eine Beschichtungsstation zur Verwendung anderer Konditionierverfahren.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Konditionierstation als eine Sprühstation zum Besprühen des Formteils mit einem die Oberfläche glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise ein biokompatibles Material, besonders bevorzugt Wachs und/oder Lack, ausgeführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Konditionierstation zum Beschichten des Formteils mit PTFE ausgeführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtungsstation zur Ausführung eines physikalischen Schichtungsverfahren oder eine Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, ausgestaltet.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtungsstation im Faserformprozess zeitlich nach der Heißpressstation angeordnet. Die Zeitachse des Faserformprozesses läuft hierbei vom Anformen ggf. über das Vorformen, gefolgt ggf. vom Heißpressen bis zum Ausgeben des Formteils als endgeformtes Produkt. Funktionale Schichten, die nicht als Fasermaterial, sondern als anderen Schichten aufgebracht sind, könnten durch das Heißpressen in ihrer Funktionalität beeinträchtigt oder beschädigt werden. Daher werden solche Beschichtungen vorzugsweise erst dann aufgebracht, wenn die Formgebung des Formteils endgültig ist, also erst auf das endgeformte Formteil.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Konditionierstation im Faserformprozess zeitlich vor der Heißpressstation angeordnet. Dadurch können beispielsweise bereits aufgebrachte Wachse im erhitzten Zustand beim Heißpressen gut in das Fasermaterial eindringen, um dies in der Tiefe mit Wachs zu tränken. Das macht das Fasermaterial für eine nachfolgende Beschichtung glatter und/oder homogener. Gleiches gilt beispielsweise auch für entsprechende Lacke. PTFE selbst ist hitzebeständig, wobei die erhöhte Temperatur beim Heißpressen das Zusammensintern der PTFE-Schicht und damit die Eigenschaften der PTFE-Schicht fördert.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage ein zweites Reservoir mit einer zweiten Pulpe, um zumindest partielles zweites Eintauchen des Saugwerkzeugs mit oder ohne sich in den Saugköpfen befindlichen bereits aus der ersten Pulpe angeformten Formteilen zu ermöglichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage zumindest ein weiteres zusätzliches Saugwerkzeug, um ein zweites Formteil aus einer weiteren Pulpe unabhängig von einem ersten Formteil aus einer ersten Pulpe anzuformen, wobei die Bewegungseinheit dazu ausgestaltet ist, das zweite Formteil in der Vorformstation auf oder in das erste Formteil auf- oder einzusetzen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage eine weitere Bewegungseinheit, auf der das weitere zusätzliche Saugwerkzeug befestigt ist. Dadurch wird eine noch größere Flexibilität im Faserformprozess erreicht. Für die weitere Bewegungseinheit kann das zur anderen Bewegungseinheit voranstehend Beschriebene gleichermaßen gelten.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Bewegungseinheit oder die Bewegungseinheiten jeweilige Roboter mit jeweiligen Roboterarmen, auf denen der oder die Saugwerkzeuge angeordnet sind.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Formteil aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Faserformanlage mittels eines Faserformprozesses umfassend eine funktionale Schicht oder ein Schichtsystem aus mehreren funktionalen Schichten und/oder eine weitere Schicht aus Fasermaterial aufgebracht oder aufgetragen auf das Fasermaterial des aus einer ersten Pulpe angeformten Formteils.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Formteil wird ein variables Produkt und mit guter Qualität bereitgestellt, das für unterschiedliche Anwendungen geeignet ist, beispielsweise für den Lebensmittelbereich mit entsprechenden Barriereschichten. Das Formteil wurde zudem mit einem effektiven und flexiblen Herstellungsverfahren umweltverträgliche abbaubar hergestellt.
  • In einer Ausführungsform umfasst die funktionale Schicht oder das Schichtsystem eine Barriereschicht, die vorzugsweise eine Wachsschicht, eine Lackschicht und/oder eine keramische Schicht, besonders bevorzugt eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramikschicht, ist bzw. umfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Formteil ein erstes Formteil aus dem Fasermaterial aus einer ersten Pulpe und ein zweites Formteil als funktionale Schicht aus einem Fasermaterial aus einer sich von der ersten Pulpe unterscheidenden zweiten oder weiteren Pulpe, wobei erstes und zweites Formteil über ihre jeweiligen zueinander zugewandten Oberflächen miteinander verbunden sind, vorzugsweise aufgrund des Vorpressdrucks bei Vorformen.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die funktionale Schicht und/oder das Schichtsystems aus mehreren funktionalen Schichten auf einer äußeren Oberfläche und/oder einer inneren Oberfläche des aus einer ersten Pulpe und/oder zweiten oder weiteren Pulpe bestehenden Formteils angeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Formteil ein Behältnis für Lebensmittel und die innere Oberfläche ist mit einer Schicht aus als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenen Wachs, aus für Lebensmittel zugelassenem Lack, aus PTFE oder mit einer SiOx-Schicht beschichtet. Die innere Oberfläche ist hierbei die Oberfläche, die den im Formteil befindlichen Lebensmittels zugewandt ist.
  • Figurenliste
  • Zusätzlich sind weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert. Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
  • Die Zeichnung zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 3: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage;
    • 4: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage mit mehreren Pulpe-Reservoirs zum Aufbringen einer weiteren Schicht aus Fasermaterial auf das angeformte Formteil;
    • 5: eine weiter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage zum Anformen von gemeinsamen Formteilen aus einem ersten Formteil aus einer ersten Pulpe und einem zweiten Formteil aus einer zweiten Pulpe unter Verwendung zweier separater Bewegungseinheiten für jeweils das erste bzw. zweite Formteil;
    • 6: eine Ausführungsform des Saugwerkzeugs als Multiwerkzeug am Beispiel eines einzelnen Saugkopfes mit Negativ- und Positivform (a) vor dem Anformen und (b) nach dem Anformen des Formteils;
    • 7: eine Ausführungsform des gemeinsamen Formteils mit einem zweiten Formteil aus Fasermaterial angeordnet auf der Innenseite eines ersten Formteils aus Fasermaterial;
    • 8: verschiedene Ausführungsformen des Formteils mit (a) auf der Außenfläche des Formteils, (b) auf der Innenfläche des Formteils, und (c) auf beiden Seiten des Formteils aufgebrachter funktionaler Schicht bzw. Schichtsystem mit mehreren funktionalen Schichten; und
    • 9: eine Ausführungsformen des Formteils mit (a) auf der Außenfläche des Formteils aufgebrachten Schichtsystem mit mehreren funktionalen Schichten und einer weiteren Schicht aus Fasermaterial, und (b) einer Anwendung des Formteils mit aufgebrachten und aufgetragenen Schichten.
  • Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage 100 umfassend die Schritte des Bereitstellens 210 zumindest einer ersten Pulpe 1a als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 in zumindest einem ersten Pulpe-Reservoir 6a; des Anformens 220 des Formteils 10 mittels zumindest einem ersten partiellem Eintauchen eines Saugwerkzeugs 2 in die erste Pulpe 1a, wobei das Saugwerkzeug 2 als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen 21 mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite 21s angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils 10 umfasst, und Ansaugen des Fasermaterials 11 auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten 21s der Saugköpfe 21 mittels Unterdruck im Saugwerkzeug 2 aus der ersten Pulpe 1a (für weitere Details siehe dazu auch 6) gefolgt vom Vorformen 230 des angeformten Formteils 10 in einer Vorformstation 30 mittels eines auf das Formteil 10 ausgeübten Vorpressdruck VD. Nach dem Vorformen 230 ist das Formteil 10 weitgehend formstabil für Übergaben zu weiteren Bearbeitungsstationen 40, 50, 70, 80, 90. Das Verfahren 200 umfasst des Weiteren den Schritt des Heißpressens 240 des zumindest angeformten, hier bereits vorgeformten, Formteils mit einem Heißpressdruck HD nach Übergabe des Formteils zu einer Heißpressstation 40 zur Endformung des Formteils 10. Vorzugsweise wird das Heißpressen 240 nachfolgend zum Vorformen 230 mit Druck und Temperatur höher als beim Vorformen 230 ausgeführt. Danach wird das das endgeformte Formteils 10 ausgegeben 250. Das Herstellungsverfahren umfasst dabei zusätzlich ein Aufbringen 260 einer funktionalen Schicht 15 oder eines Schichtsystems 16 aus mehreren funktionalen Schichten 15a, 15b, 15c und/oder ein Auftragen 290 einer weiteren Schicht 15d aus Fasermaterial 11 auf eine zu beschichtende Oberfläche 10a, 10i des Formteils. Das Auftragen 290 ist Teil des Anformens 220 und wird daher hier vor dem Vorformen 230 und Heißpressen 240 durchgeführt. Das Aufbringen 260 der funktionalen Schicht 15 oder des Schichtsystems 16 erfolgt zeitlich nach dem Anformen 220, da zunächst das Formteil als Unterlage (Substrat) für das Aufbringen 260 vorhanden sein muss. Das Aufbringen 260 kann nach dem Anformen 220 zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Aufteilungen in Sub-Schritte im Faserformprozess 200 ausgeführt werden. Hierbei kann je nach Anwendung des Formteils 10 die zu beschichtende Oberfläche 10a, 10i eine äußere Oberfläche 10a des Formteils 10 und/oder eine innere Oberfläche 10i des Formteils 10 sein. In dieser Ausführungsform umfasst das Aufbringen 260 ein Konditionieren 270 der zu beschichtenden Oberfläche 10a, 10i und ein nachfolgendes Beschichten 280 der konditionierten zu beschichtenden Oberfläche 10a, 10i. Durch das Konditionieren 270 soll die zu beschichtende Oberfläche 10a, 10i zur Vorbereitung des Beschichtungsschrittes 280 mit einem die Oberfläche 10a, 10i geglättet und/oder mit Material aufgefüllt werden. Material. Hierzu wird das Material beim Konditionieren vorzugsweise aufgesprüht. Bei Lebensmittelanwendungen für das Formteil 10 ist das Konditionierungsmaterial vorzugsweise ein biokompatibles Material. Das Formteil 10 kann beim Konditionieren 270 mit Wachs, vorzugsweise mit einem als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenen Wachs, und/oder mit Lack, vorzugsweise ein für Lebensmittel zugelassener Lack, besprüht werden. In anderen Ausführungsformen kann das Formteil mit PTFE beschichtet werden. Das Wachs kann alternativ auch als funktionale Schicht 15a im Schichtsystem 16 auf das Formteil aufgebracht 260 werden. Hierbei kann das Konditionieren auch mit einem anderen Material erfolgen oder weggelassen werden. Vorzugsweise wird das Wachs mittels einer Temperaturbehandlung des Formteils 10 in das Fasermaterial 11 eingebracht wird, vorzugsweise wird hierbei das Wachs vor dem Heißpressen 240 aufgebracht 260, damit die Temperatur beim Heißpressvorgang zu einem Einziehen des Waches in das Fasermaterial führt.
  • Die Schritte des Konditionierens 270 und/oder des Beschichtens 280 können aber auch nach dem Schritt des Heißpressens 240 durchgeführt werden, sofern die entsprechenden Materialien bzw. die Schichten 15 oder das Schichtsystem 16 die Temperaturen beim Heißpressen nicht vertragen. Je nach Faserformprozess und aufzubringender Schicht 15 oder Schichtsystem 16 kann aber auch das Beschichten 280 nach dem Vorformen 230 oder dem Heißpressen 240 ohne ein vorangegangenes Konditionieren 270 erfolgen. Das Beschichten 280 des Formteils 10 mit der funktionalen Schicht 15 oder dem Schichtsystem 16 wird beispielsweise mit einem physikalischen Beschichtungsverfahren oder einer Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, durchgeführt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200. Die hier gezeigte Ausführungsform ist mit der Ausführungsform in 1 kombinierbar, da das Aufbringen 260 und das Auftragen 290 unabhängig voneinander ausgeführt werden kann, da beide Prozess in unterschiedlichen Abschnitten des Faserformprozesses 200 stattfinden. Das Auftragen 290 kann in einer Ausführungsform die nachfolgenden Schritte, hier vor dem Vorformen 230, umfassen: zumindest partielles zweites Eintauchen 300 des Saugwerkzeugs 2 mit dem bereits aus der ersten Pulpe 1a angeformten Formteil 10 in ein zweites Reservoir 6b mit einer zweiten Pulpe 1b; und weiteres Anformen 310 der funktionalen Schicht 15d mittels Ansaugen des Fasermaterials 11 aus dem zweiten Pulpe-Reservoir 6b mit zweiter Pulpe 1b auf das bereits aus der ersten Pulpe 1a angeformte Fasermaterial 11 in den jeweiligen Saugköpfen 21. Das so angeformte Formteil 10 wird in einem gemeinsamen Prozess für das Formteil 10 aus Fasermaterial aus der ersten Pulpe 1a mit darauf angeformter 310 funktionaler Schicht 15d aus Fasermaterial 11 aus der zweiten Pulpe 1b anschließend in der Vorformstation 30 vorgeformt 230. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Auftragen 290 die nachfolgenden Schritte des Transferieren und Ausgeben 320 des im Saugwerkzeug angeformten Formteils 10 als erstes Formteil 10-1 auf oder in eine Zwischenablage, hier ein Vorpress-Unterwerkzeug 31 der Vorformstation 30, aus dem Saugwerkzeug 2 heraus; des zumindest partiellen zweiten Eintauchens 330 des nun formteilfreien Saugwerkzeugs 2 in ein weiteres Reservoir 6b mit einer weiteren Pulpe 1b; des Anformens 340 eines zweiten Formteils 10-2 als die funktionale Schicht 15d mittels Ansaugen des Fasermaterials 11 aus dem weiteren Pulpe-Reservoir 6b mit weiterer Pulpe 1b auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten 21s der Saugköpfe 21; und des Auf- oder Einsetzens 350 des zweiten Formteils 10-2 als die funktionale Schicht 15d auf oder in das erste Formteil 10-1. Bei dieser Alternative wird das Saugverhalten des Saugkopfes beim anformen des zweiten Formteils 10-2 nicht durch den Anformprozess des ersten Formteils 10-1 beeinflusst, da hier das Fasermaterial 11 für das zweite Formteil 10-2 durch ein freies Sieb im Saugkopf angesaugt wird, und damit eben nicht durch das erste Formteil 10-1 hindurch. In einer weiteren Alternative umfasst das Auftragen 290 neben dem ebenfalls hier durchgeführten Schritt des Transferieren und Ausgeben 320 die nachfolgenden Schritte des zumindest partiellen zweiten Eintauchens 330 hier aber eines weiteren Saugwerkzeugs 2b in ein weiteres Reservoir 6b mit einer weiteren Pulpe 1b, wobei auch das weitere Saugwerkzeug 2b als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen 21 mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite 21s umfasst, das in dieser Alternative aber an die Kontur des bereits transferierten und ausgegebenen Formteils 10 angepasst ist, damit erste und zweite Formteile über einen größeren Dickenbereich gefertigt werden zu können; sowie des Anformens 340 des zweiten Formteils 10-2 als die funktionale Schicht 15d mittels Ansaugen des Fasermaterials 11 aus dem weiteren Pulpe-Reservoir 6b mit weiterer Pulpe 1b auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten 21s der Saugköpfe 21 des weiteren Saugwerkzeugs 2b; und des Auf- oder Einsetzens 350 des zweiten Formteils 10-2 als die funktionale Schicht 15d auf oder in das erste Formteil 10-1. Das gemeinsame Formteil 10 aus erstem und zweitem Formteil 10-1, 10-2 wird in beiden Alternativen in der Vorformstation 30 mittels dem auf das gemeinsame Formteil 10 ausgeübten Vorpressdruck VD vorgeformt 230. Hierbei kann das erste Formteil 10-1 nach dem Transferieren aber vor dem Ausgeben 230 je nach Anwendung in der Vorformstation 30 separat zwischen Vorpress-Unterwerkzeug 31 und Saugwerkzeug 2 vorgepresst 235 werden. Diese Vorpressen 235 kann gegebenenfalls das Vorformen 230 des gemeinsamen Formteils 10 in machen Ausführungsformen anstelle der Ergänzung auch ersetzen. Beim Vorformen 230 ist das Formteil 10 zwischen einem Vorpress-Unterwerkzeug 31 und dem Saugwerkzeug 2 als Vorpress-Oberwerkzeug angeordnet, vorzugsweise wird hierbei der Vorpressdruck VD mit dem Saugwerkzeug 2 auf das Formteil 10 ausgeübt.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 100 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 mittels eines Faserformprozesses umfassend zumindest ein erstes Pulpe-Reservoir 6a, 6b zur Bereitstellung 210 zumindest einer ersten Pulpe 1a als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11, eine Anformstation 20 mit einem an einer Bewegungseinheit 4 angebrachten Saugwerkzeug 2, das als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen 21 mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite 21s angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils 10 umfasst, und das dazu ausgestaltet ist, mittels zumindest einem ersten partiellem Eintauchen des Saugwerkzeugs 2 in die erste Pulpe 1a und Ansaugen des Fasermaterials 11 auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten 21s der Saugköpfe 21 mittels Unterdruck aus der ersten Pulpe 1a das Formteils 10 in den Saugköpfen 21 anzuformen 220 (mehr Details dazu siehe 6), eine Vorformstation 30 zum Vorformen 230 des angeformten Formteils 10 mittels eines auf das Formteil 10 ausgeübten Vorpressdruck VD, bevorzugt erfolgt das Vorformen bei Raumtemperatur, eine Heißpressstation 40 zum Heißpressen 240 des zumindest angeformten Formteils nach Übergabe des Formteils an die Heißpressstation 40 zur Endformung des Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD bei einer Heißpresstemperatur umfasst, vorzugsweise wird das Heißpressen 240 nachfolgend zum Vorformen 230 am vorgeformten Formteil 10 ausgeführt, besonders bevorzugt sind beim Heißpressen 240 Druck und Temperatur höher als beim Vorformen 230, eine Ausgabeeinheit 50 zum Ausgeben 250 des endgeformten Formteils 10, und eine Steuerreinheit 60, die dazu ausgestaltet ist, das erfindungsgemäßen Verfahren 200 auf der Faserformanlage 100 auszuführen. Die erfindungsgemäße Faserformanlage 100 ist dabei zusätzlich dazu ausgestaltet ist, eine funktionale Schicht 15 oder ein Schichtsystem 16 aus mehreren funktionalen Schichten 15a, 15b, 15c und/oder eine weitere Schicht 15d aus Fasermaterial 11 auf eine zu beschichtende Oberfläche 10a, 10i des Formteils 10 aufzubringen 260 und/oder aufzutragen 290 (für weitere Details hierzu siehe 7 - 9). Die hier gezeigte Faserformanlage 100 umfasst nach dem Vorformen 230 mit der Vorformstation 30 zwei fortführende Produktionslinien jeweils mit den Komponente Konditionierstation 70, Beschichtungsstation 80, Heißpressstation 40, einer weiteren Station (beispielsweise eine Bedruckungs- oder Verpackungsstation) und eine Ausgabeeinheit 50. Beiden Produktionslinien können mit derselben Bewegungseinheit 4 mit vorformten Formteilen 10 versorgt werden. Da der Heißpressvorgang 240 in der Regel deutlich länger dauert als das Vorformen, ist die Bewegungseinheit in der Lage, beide Produktionslinien mit Formteilen ohne Verlust an Taktzeit an der Ausgabeeinheit 50 zu versorgen. Beim Vorformen 230 ist das Formteil 10 zwischen einem Vorpress-Unterwerkzeug 31 und dem Saugwerkzeug 2 als Vorpress-Oberwerkzeug angeordnet, vorzugsweise wird hierbei der Vorpressdruck VD mit dem Saugwerkzeug 2 auf das Formteil 10 ausgeübt. Für die nachfolgenden Prozesse wird das Formteil aus dem Saugwerkzeug ausgegeben und durchläuft den Faserformprozess auf entsprechend angepassten Transportmitteln, beispielsweise Multiformen als Transportmittel. Beide Produktionslinien besitzen hier des Weiteren eine Konditionierstation 70 zum Konditionieren 270 einer zu beschichtenden Oberfläche 10a, 10i und eine Beschichtungsstation 80 zum Beschichten 280 der zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i, die vorher mit der Konditionierstation 70 konditioniert wurde. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann auch auf eine Konditionierstation 70 verzichtet werden, sofern das Formteil bereits geeignete Oberflächeneigenschaften für ein Beschichten besitzt, die von den jeweils dafür vorgesehenen Materialien und dem gewünschten Effekt der funktionalen Schicht abhängen. In der linken Produktionslinie sind Konditionierstation 70 und Beschichtungsstation 80 im Faserformprozess zeitlich nach der Heißpressstation 40 angeordnet, was beispielsweise für temperaturempfindliche Materialien vorteilhaft ist. In der rechten Produktionslinie ist dagegen die Konditionierstation 70 im Faserformprozess zeitlich vor der Heißpressstation 40 angeordnet. Falls die Konditionierstation 70 als eine Sprühstation zum Besprühen des Formteils 10 mit einem die Oberfläche 10a, 10i glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise ein biokompatibles Material, besonders bevorzugt Wachs und/oder Lack, ausgeführt ist, kann so dieses Material beim Heißpressen 240 in das Fasermaterial 11 einziehen. Die Konditionierstation 70 kann unabhängig von ihrem Ort im Faserformprozess auch zum Beschichten des Formteils 10 mit PTFE ausgeführt sein. Die Beschichtungsstation 80 kann zur Ausführung eines physikalischen Schichtungsverfahren oder eine Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, ausgestaltet sein.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 100 eine Vorformstation 20 mit mehreren Pulpe-Reservoirs 6a, 6b zum Aufbringen einer weiteren Schicht 15d aus Fasermaterial 11 auf das angeformte Formteil 10. Hierbei unterscheiden sich die ersten, zweiten und weiteren Pulpen 1a, 1b in ihren Zusammensetzungen, in ihren Lösungsmitteln, ihren Fasermaterialen, in ihren Konzentrationen und/oder in Anteilen und/oder in ihrer Art von etwaigen Dotierungsstoffen. Die Faserformanlage 100 umfasst hier ein zweites Reservoir 6b mit einer zweiten Pulpe 1b, um über ein partielles zweites Eintauchen 300 des Saugwerkzeugs 2 mit oder ohne sich in den Saugköpfen 21 befindlichen bereits aus der ersten Pulpe 1a angeformten Formteilen 10 diese mit einer zweiten Faserschicht 15d zu überdecken oder ein zweites Formteil 10-2 zu erzeugen, was auf das erste Formteil 10-1 gesetzt wird. Damit die beiden Pulpe-Reservoirs 6a, 6b (erstes und zweites) für den fortlaufenden Produktionsprozess mit Pulpe versorgt werden, umfasst die Vorformstation 20 eine Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungsstation 35. Außerdem ist die Vorpressstation 3 als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Vorpress-Unterwerkzeugen 31 so an der Vorformstation 30 angeordnet, dass beim Vorformen herausgepresste Lösung bzw. Pulpe aufgefangen und den beiden Pulpe-Reservoirs 6a, 6b direkt wieder zugeführt werden kann. Das Saugwerkzeug 2 ist dabei auf einem Roboterarm 4a der Bewegungseinheit 4 angeordnet, da der Roboterarm 4a zuverlässig beide Pulpe-Reservoirs mit dem Saugwerkzeug 2 anfahren kann. Hierzu taucht der Roboterarm beispielsweise das Saugwerkzeug zuerst in das erste Pulpe-Reservoir 6a, damit sich ein Formteil aus der ersten Pulpe anformt. Danach erfolgt ein zweites Eintauchen 330 des Saugwerkzeugs 2 in das zweite Pulpe-Reservoir 6b, damit sich auf den bisher angeformten Formteil 10 weiteres Fasermaterial aus der zweiten Pulpe 1b durch den Saugprozess darauf anformt.
  • 5 zeigt eine weiter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 100 zum Anformen von gemeinsamen Formteilen 10 aus einem ersten Formteil 10-1 aus einer ersten Pulpe 1a und einem zweiten Formteil 10-2 aus einer zweiten Pulpe 1b unter Verwendung zweier separater Bewegungseinheiten 4, 4b für jeweils das erste bzw. zweite Formteil 10-1, 10-2. Auch hier unterscheiden sich die ersten, zweiten und weiteren Pulpen 1a, 1b in ihren Zusammensetzungen, in ihren Lösungsmitteln, ihren Fasermaterialen, in ihren Konzentrationen und/oder in Anteilen und/oder in ihrer Art von etwaigen Dotierungsstoffen. Die Faserformanlage 100 umfasst hier ein zweites separates Saugwerkzeug 2b, um ein zweites Formteil 10-2 aus einer weiteren Pulpe 1b unabhängig von einem ersten Formteil 10-2 aus einer ersten Pulpe 1a anzuformen. Das weitere Saugwerkzeug 2b ist hier auf der weiteren Bewegungseinheit 4b befestigt, damit diese Bewegungseinheit 4b das zweite Formteil 10-2 in der Vorformstation 30 auf oder in das erste Formteil 10-1 auf- oder einzusetzen. Hierzu gibt die Bewegungseinheit 4 das erste Formteil 10-1 beispielsweise auf der Vorpressstation 3 aus, sodass das zweite Formteil 10-2 mit der zweiten Bewegungseinheit 4b und dem weiteren Saugwerkzeug 2b darübergestülpt werden kann. Die Bewegungseinheiten 4, 4b sind hierbei jeweils Roboter mit jeweiligen Roboterarmen 4a, auf denen die Saugwerkzeuge 2, 2b angeordnet sind.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform des hier zur besseren Übersicht alleine dargestellten Saugkopfes 21 in einem Saugwerkzeug 2 als Multiwerkzeug mit Negativ- und Positivform (a) vor dem Anformen und (b) nach dem Anformen des Formteils in einer Anformstation 20 für eine Faserformanlage 100 zum Anformen 220 eines Formteils 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11. Die Anformstation ist weiter in 4 beschrieben, während hier nur auf das Saugwerkzeug 2 zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 für das Anformen 220 des Formteils 10 aus einem ersten, zweiten oder weiteren Pulpe-Reservoir 6a, 6b mit einer ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 eingegangen werden soll, wobei das Saugwerkzeug 2 einen Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21s umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, und das Formteil 10 auf der Saugkopf-Saugseite 21s mittels Unterdruck im Saugwerkzeug 2 angeformt wird. Die Saugkopf-Saugseite 21s des Saugkopfes 21 ist aus einem porösen Sieb 22 gebildet, auf dessen der ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b zugewandten Seite die umweltverträglich abbaubare Faser 11 aufgrund des Ansaugens zum Anformen 220 des Formteils 10 anhaftet. Hierzu umfasst das Saugwerkzeug 2 eine Vielzahl an Saugkanälen 23, die auf der saugseitigen Oberfläche unterhalb des Siebes 22 enden und so über die saugseitige Oberfläche verteilt sind, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen zwischen Sieb 22 und saugseitiger Oberfläche ermöglicht wird. Hierzu können die Saugkanäle 23 Öffnungen in der saugseitigen Oberfläche mit Durchmessern kleiner 4mm besitzen. Die Querschnittsfläche der Saugkanäle 23 kann dabei jede geeignete Form besitzen, beispielsweise kann die Querschnittsfläche kreisförmig oder oval sein. Der Saugkopf zum Anformen des Formteils kann lediglich ein klein wenig in die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b eintauchen, damit im Innenraum 21i des Saugkopfes eine abgeschlossene Kavität gebildet wird. In anderen Ausführungsformen könnte der Saugkopf 21 auch vollständig in die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b eingetaucht werden. Die während des Anformens 220 durch das Sieb 22 hindurchtretende flüssige Lösung der ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b wird aus dem Saugwerkzeug 2 abgeführt. Dazu umfasst der Saugkopf 21 an seiner der ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b zugewandten Stirnseite 21p einen Sammelring zur Aufnahme von der durch die Saugkopf-Saugseite 21s hindurchgesaugten flüssigen Lösung der ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b, der an einen Abführkanal 25 für die flüssige Lösung angeschlossen ist. Die Saugkopf-Saugseite 21s des Saugkopfes 21 kann entweder als Negativform (linker Teil der 1) als die Saugkopf-Innenseite 21i oder als Positivform (rechter Teil der 1) als die Saugkopf-Außenseite 21a ausgeführt sein. Bei einer Negativform wird das mittels des Saugdrucks SD zur Saugkopf-Innenseite 21i hin angeformte Formteil 10 (graue Innenschicht im Saugkopf 21, 1b links) zum Vorpressen auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 mit einer Pressfläche 31a als Außenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 aufgesetzt. Bei einer Positivform wird zum Ansaugen der ersten, zweiten oder weiteren Pulpe 1a, 1b mit Fasermaterial 11 der Saugkopf 21 vollständig in die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b eingetaucht. Danach wird das aufgrund des Saugdrucks SD zur Saugkopf- Außenseite 21a außen angeformte Formteil 10 (graue Außenschicht auf dem Saugkopf 21, 1b rechts) beispielsweise zum Vorformen 230 in ein Vorpress-Unterwerkzeug 31 eingesetzt, das eine auf die Positivform des Saugkopfes 21 angepasste Form als Innenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 besitzt. Der Saugkopf 21 umfasst des Weiteren ein Gasleitungssystem 27, das den bereitgestellten Unterdruck an den Saugkopf 21 als Saugdruck SD weiterleitet. Die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b kann einen Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial 11 kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, in einer flüssigen Lösung, beispielsweise eine wässrige Lösung, enthalten. Vorteilhafter Weise umfasst die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b dabei keinen organischen Binder, vorzugsweise überhaupt keinen Binder. Das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial 11 kann dabei im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm bestehen. Die erste, zweite oder weitere Pulpe 1a, 1b wird dabei mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform des gemeinsamen Formteils 10 mit einem zweiten Formteil 10-2 aus Fasermaterial 11 angeordnet auf der Innenseite 10i eines ersten Formteils 10-1 aus Fasermaterial 11 aus einer sich von der ersten Pulpe 1a des ersten Formteils 10-1 unterscheidenden zweiten oder weiteren Pulpe 1b, wobei erstes und zweites Formteil 10-1, 10-2 über ihre jeweiligen zueinander zugewandten Oberflächen miteinander verbunden sind. Diese Verbindung wird beispielsweise durch den Vorformdrucks VD beim Vorformen 230 erzeugt.
  • 8 zeigt verschiedene Ausführungsformen des Formteils mit (a) auf der Außenfläche 10a des Formteils 10, (b) auf der Innenfläche 10i des Formteils 10, und (c) auf beiden Seiten des Formteils 10 aufgebrachter funktionaler Schicht 15 bzw. Schichtsystem 16 mit mehreren funktionalen Schichten. Die zu beschichtende Oberfläche 10a, 10i kann je nach Anwendung eine äußere Oberfläche 10a des Formteils 10 und/oder eine innere Oberfläche 10i des Formteils 10 sein. Die funktionale Schicht 15 oder das Schichtsystem 16 können eine Barriereschicht, vorzugsweise eine Wachsschicht, eine Lackschicht und/oder eine keramische Schicht, besonders bevorzugt eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramikschicht, sein bzw. umfassen. Falls das Formteil 10 ein Behältnis für Lebensmittel ist, ist die innere Oberfläche 10i dafür mit einer Schicht aus als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenen Wachs, aus für Lebensmittel zugelassenem Lack, aus PTFE oder mit einer SiOx-Schicht beschichtet.
  • 9 zeigt eine Ausführungsformen des Formteils 10 mit (a) auf der Außenfläche 10a des Formteils 10 aufgebrachten Schichtsystem 16 mit mehreren funktionalen Schichten 15a, 15b, 15c und einer weiteren Schicht 15d aus Fasermaterial 11, und (b) einer Anwendung des Formteils 10 mit aufgebrachten und aufgetragenen Schichten 15, 16. Hierbei kann zumindest eine der funktionalen Schichten 15b im Schichtsystem 16 oder die weitere Schicht 15d aus Fasermaterial 11 eine zumindest partielle Barrierewirkung gegenüber einem Stofftransport aus dem Fasermaterial 11 heraus, in das Fasermaterial 11 herein oder durch das Fasermaterial 11 hindurch besitzt, vorzugsweise ist die Barrierewirkung gegen ein Durchdringen von Feuchtigkeit, Wasser, Aromastoffen, Geschmacksstoffen, Geruchsstoffen, Fette, Öle und leichte Säuren und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe gerichtet. Dazu kann die funktionale Schicht 15b mit Barrierewirkung eine Wachsschicht, Lackschicht oder eine keramische Schicht, vorzugsweise eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramik, sein. Hierbei kann auch zumindest eine der funktionalen Schichten 15c im Schichtsystem 16 so ausgestaltet sein, dass sie unter den Anwendungsbedingungen des Formteils 10 für eine Anwendung des Formteils 10 vorteilhafte Stoffe an die Umgebung des Formteils 10 abgibt. Die funktionale Schicht 15d kann eine geringere Schichtdicke als das zuvor aus der ersten Pulpe 1a angeformte Fasermaterial 11 besitzen. Hierbei kann die funktionale Schicht 15d aus Fasermaterial 11 zusätzlich einen Anteil an einem das Fasermaterial 11 glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise einem biokompatiblen Material, umfassen. Wie in 9b gezeigt kann unter Anwendungsbedingungen des Formteils 10 aus der funktionalen Schicht 15c ein in diese Schicht 15c hineindotierter oder darin enthaltener Wirkstoff W herausdiffundieren. In diesem Fall ist das Formteil ein Blumen- oder Pflanzentopf, der mitsamt der Pflanze 7 ins Erdreich 8 eingegraben wird und darin bis zu seinem umweltverträglichen Abbau verbleibt. Mit dem Verrotten des Formteils 10 als Blumen- oder Pflanzentopf wird beispielsweise ein Dünger aus dem Fasermaterial 10 an das Erdreich 8 abgegeben, was das Pflanzenwachstum der mit dem Formteil eingepflanzten Pflanze 7 unterstützt. In anderen Anwendungen kann der Wirkstoff W ein Aromastoff, ein medizinischer Wirkstoff, ein den umweltverträglichen Abbau des Formteils 10 unterstützender Stoff oder ein Zusatzstoff für einen Inhalt des Formteils 10 sein. Falls das Formteil 10 dagegen ein Behältnis für Lebensmittel ist, kann die innere Oberfläche 10i (hier nicht gezeigt) mit einer Schicht aus als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenen Wachs, aus für Lebensmittel zugelassenem Lack, aus PTFE oder mit einer SiOx-Schicht beschichtet sein.
  • An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.
  • Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a
    erste Pulpe
    1b
    zweite Pulpe, weitere Pulpe
    10
    Formteil
    10-1
    erstes Formteil
    10-2
    zweites Formteil
    10i
    zu beschichtende Oberfläche des Formteils, Innenfläche
    10a
    zu beschichtende Oberfläche des Formteils, Außenfläche
    11
    Fasermaterial
    2
    Saugwerkzeug
    2b
    weiteres Saugwerkzeug
    21
    Saugkopf
    21a
    Außenseite des Saugkopfes
    21i
    Innenraum (Innenseite) des Saugkopfes
    21p
    der Pulpe (erste, zweite, weitere) zugewandte Seite des Saugkopfes
    21s
    Saugkopf-Saugseite
    22
    poröses Sieb
    23
    Saugkanäle
    25
    Abführkanal
    27
    Gasleitungssystem
    3
    Vorpressstation
    31
    Vorpress-Unterwerkzeug, Zwischenablage
    4
    Bewegungseinheit
    4b
    weitere Bewegungseinheit
    4a
    Roboterarm
    6a
    erstes Pulpe-Reservoir
    6b
    zweites Pulpe-Reservoir, weiteres Pulpe-Reservoir
    7
    Pflanze
    8
    Erdreich
    15
    funktionale Schicht
    15a, b, c
    funktionale Schicht im Schichtsystem 16
    15d
    aufgetragene weitere Schicht aus Fasermaterial
    16
    Schichtsystem aus mehreren funktionalen Schichten
    20
    Anformstation
    30
    Vorform station
    35
    Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungsstation
    40
    Heißpressstation
    50
    Ausgabeeinheit
    60
    Steuereinheit
    70
    Konditionierstation
    80
    Beschichtungsstation
    90
    weitere Station, z.B. Bedruckungs- oder Verpackungsstation
    100
    Faserformanlage
    200
    Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial, Faserformprozess
    210
    Bereitstellen zumindest einer ersten Pulpe
    220
    Anformen des Formteils
    230
    Vorformen des angeformten (bzw. gemeinsamen) Formteils
    235
    separates Vorformen des ersten Formteils
    240
    Heißpressen des vorgeformten Formteils
    250
    Ausgeben des endgeformten Formteils
    260
    Aufbringen einer funktionalen Schicht oder eines Schichtsystems aus mehreren funktionalen Schichten auf eine zu beschichtende Oberfläche des Formteils
    270
    Konditionieren der zu beschichtenden Oberfläche
    280
    Beschichten der konditionierten Oberfläche
    290
    Auftragen einer Schicht aus Fasermaterial auf das angeformte Formteil umfasst vom Aufbringen
    300
    zweites Eintauchen des Saugwerkzeugs mit bereits aus der ersten Pulpe angeformten Formteil in ein zweites Reservoir mit einer zweiten Pulpe
    310
    Anformen der funktionalen Schicht aus dem zweiten Pulpe-Reservoir mit zweiter Pulpe auf das bereits aus der ersten Pulpe angeformte Fasermaterial
    320
    Transferieren und Ausgeben des angeformten Formteils als erstes Formteil auf ein Vorpress-Unterwerkzeug
    330
    zweites Eintauchen des nun formteilfreien Saugwerkzeugs in ein weiteres Reservoir mit einer weiteren Pulpe
    340
    Anformen eines zweiten Formteils als die funktionale Schicht mittels Ansaugen des Fasermaterials aus dem weiteren Pulpe-Reservoir
    350
    Auf- oder Einsetzen des zweiten Formteils als die funktionale Schicht auf oder in das erste Formteil
    HD
    Heißpressdruck
    VD
    Vorpressdruck
    SD
    Saugdruck
    W
    Wirkstoff
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0447792 B1 [0003]

Claims (44)

  1. Ein Verfahren (200) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage (100) umfassend nachfolgende Schritte - Bereitstellen (210) zumindest einer ersten Pulpe (1a) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in zumindest einem ersten Pulpe-Reservoir (6a); - Anformen (220) des Formteils (10) mittels zumindest einem ersten partiellen Eintauchen eines Saugwerkzeugs (2) in die erste Pulpe (1a), wobei das Saugwerkzeug (2) als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen (21) mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite (21s) angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils (10) umfasst, und Ansaugen des Fasermaterials (11) auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten (21s) der Saugköpfe (21) mittels Unterdruck im Saugwerkzeug (2) aus der ersten Pulpe (1a); und - Ausgeben (250) des endgeformten Formteils (10); wobei das Herstellungsverfahren zusätzlich ein Aufbringen (260) einer funktionalen Schicht (15) oder eines Schichtsystems (16) aus mehreren funktionalen Schichten (15a, 15b, 15c) und/oder ein Auftragen (290) einer weiteren Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) auf eine zu beschichtende Oberfläche (10a, 10i) des Formteils umfasst.
  2. Das Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (200) nach dem Anformen (220) den weiteren Schritt des Vorformens (230) des angeformten Formteils (10) in einer Vorformstation (30) mittels eines auf das Formteil (10) ausgeübten Vorpressdruck (VD) umfasst.
  3. Das Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren (200) den weiteren Schritt des Heißpressen (240) des zumindest angeformten Formteils mit einem Heißpressdruck (HD) nach Übergabe des Formteils zu einer Heißpressstation (40) zur Endformung des Formteils (10) umfasst, vorzugsweise wird das Heißpressen (240) nachfolgend zum Vorformen (230) ausgeführt, besonders bevorzugt sind beim Heißpressen (240) Druck und Temperatur höher als beim Vorformen (230).
  4. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zu beschichtende Oberfläche (10a, 10i) eine äußere Oberfläche (10a) des Formteils (10) und/oder eine innere Oberfläche (10i) des Formteils (10) sein kann.
  5. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen (260) ein Konditionieren (270) der zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i) und ein nachfolgendes Beschichten (280) der konditionierten zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i) umfasst.
  6. Das Verfahren (200) nach Anspruch 5, wobei beim Konditionieren (270) die zu beschichtende Oberfläche (10a, 10i) zur Vorbereitung des Beschichtungsschrittes (280) mit einem die Oberfläche (10a, 10i) glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise einem biokompatiblen Material, beschichtet, vorzugsweise besprüht, wird.
  7. Das Verfahren (200) nach Anspruch 6, wobei das Formteil (10) beim Konditionieren (270) mit Wachs, vorzugsweise ein als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenes Wachs, und/oder Lack, vorzugsweise ein für Lebensmittel zugelassener Lack, besprüht oder mit PTFE beschichtet wird.
  8. Das Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei das Wachs als funktionale Schicht (15a) im Schichtsystem (16) auf das Formteil aufgebracht (260) wird.
  9. Das Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei das Wachs mittels einer Temperaturbehandlung des Formteils (10) in das Fasermaterial (11) eingebracht wird, vorzugsweise wird das Wachs vor dem Heißpressen (240) aufgebracht (260).
  10. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Beschichten (280) des Formteils (10) mit der funktionalen Schicht (15) oder dem Schichtsystem (16) mit einem physikalischen Beschichtungsverfahren oder einer Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, durchgeführt wird.
  11. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Schritt des Konditionierens (270) und/oder des Beschichtens (280) nach dem Schritt des Heißpressens (240) durchgeführt wird.
  12. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehende Ansprüche, wobei die funktionale Schicht (15) oder zumindest eine der funktionalen Schichten (15b) im Schichtsystem (16) oder die weitere Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) eine zumindest partielle Barrierewirkung gegenüber einem Stofftransport aus dem Fasermaterial (11) heraus, in das Fasermaterial (11) herein oder durch das Fasermaterial (11) hindurch besitzt, vorzugsweise ist die Barrierewirkung gegen ein Durchdringen von Feuchtigkeit, Wasser, Aromastoffen, Geschmacksstoffen, Geruchsstoffen, Fette, Öle und leichte Säuren und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe gerichtet.
  13. Das Verfahren (200) nach Anspruch 12, wobei die funktionale Schicht (15, 15b) mit Barrierewirkung eine Wachsschicht, Lackschicht oder eine keramische Schicht, vorzugsweise eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramik, ist.
  14. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die funktionale Schicht (15) oder zumindest eine der funktionalen Schichten (15c) im Schichtsystem (16) so ausgestaltet ist, dass sie unter den Anwendungsbedingungen des Formteils (10) für eine Anwendung des Formteils (10) vorteilhafte Stoffe an die Umgebung des Formteils (10) abgibt.
  15. Das Verfahren (200) nach Anspruch 14, wobei die funktionale Schicht (15, 15c) mit einem unter Anwendungsbedingungen des Formteils (10) aus der funktionalen Schicht (15, 15c) herausdiffundierenden Wirkstoff (W) dotiert ist.
  16. Das Verfahren (200) nach Anspruch 15, wobei der Wirkstoff (W) ein Aromastoff, ein medizinischer Wirkstoff, ein den umweltverträglichen Abbau des Formteils (10) unterstützender Stoff oder ein Zusatzstoff für einen Inhalt des Formteils (10) ist.
  17. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Auftragen (290) die nachfolgenden Schritte, vorzugsweise vor dem Vorformen (230), umfasst: - zumindest partielles zweites Eintauchen (300) des Saugwerkzeugs (2) mit dem bereits aus der ersten Pulpe (1a) angeformten Formteil (10) in ein zweites Reservoir (6b) mit einer zweiten Pulpe (1b); und - weiteres Anformen (310) der funktionalen Schicht (15d) mittels Ansaugen des Fasermaterials (11) aus dem zweiten Pulpe-Reservoir (6b) mit zweiter Pulpe (1b) auf das bereits aus der ersten Pulpe (1a) angeformte Fasermaterial (11) in den jeweiligen Saugköpfen (21).
  18. Das Verfahren (200) nach Anspruch 17, wobei das Formteil (10) in einem gemeinsamen Prozess für das Formteil (10) aus Fasermaterial aus der ersten Pulpe (1a) mit darauf angeformter (310) funktionaler Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) aus der zweiten Pulpe (1b) vorgeformt (230) wird.
  19. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Auftragen (290) die nachfolgenden Schritte umfasst: - Transferieren und Ausgeben (320) des im Saugwerkzeug angeformten Formteils (10) als erstes Formteil (10-1) auf oder in eine Zwischenablage, vorzugsweise ein Vorpress-Unterwerkzeug (31) der Vorformstation (30), aus dem Saugwerkzeug (2) heraus; - zumindest partielles zweites Eintauchen (330) des nun formteilfreien Saugwerkzeugs (2) in ein weiteres Reservoir (6b) mit einer weiteren Pulpe (1b); - Anformen (340) eines zweiten Formteils (10-2) als die funktionale Schicht (15d) mittels Ansaugen des Fasermaterials (11) aus dem weiteren Pulpe-Reservoir (6b) mit weiterer Pulpe (1b) auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten (21s) der Saugköpfe (21); - Auf- oder Einsetzen (350) des zweiten Formteils (10-2) als die funktionale Schicht (15d) auf oder in das erste Formteil (10-1).
  20. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Auftragen (290) die nachfolgenden Schritte umfasst: - Transferieren und Ausgeben (320) des im Saugwerkzeug (2) angeformten Formteils (10) als erstes Formteil (10-1) auf oder in eine Zwischenablage, vorzugsweise das Vorpress-Unterwerkzeug (31) der Vorformstation (30) heraus zum späteren Vorformen (230), aus dem Saugwerkzeug; - zumindest partielles zweites Eintauchen (330) eines weiteren Saugwerkzeugs (2b) in ein weiteres Reservoir (6b) mit einer weiteren Pulpe (1b), wobei das weitere Saugwerkzeug (2b) als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen (21) mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite (21s) angepasst an eine Kontur des bereits transferierten und ausgegebenen Formteils (10) umfasst; - Anformen (340) eines zweiten Formteils (10-2) als die funktionale Schicht (15d) mittels Ansaugen des Fasermaterials (11) aus dem weiteren Pulpe-Reservoir (6b) mit weiterer Pulpe (1b) auf den jeweiligen Saugkopf-Saugseiten (21s) der Saugköpfe (21) des weiteren Saugwerkzeugs (2b); - Auf- oder Einsetzen (350) des zweiten Formteils (10-2) als die funktionale Schicht (15d) auf oder in das erste Formteil (10-1).
  21. Das Verfahren (200) nach Anspruch 19 oder 20, wobei das gemeinsame Formteil (10) aus erstem und zweitem Formteil (10-1, 10-2) in der Vorformstation (30) mittels dem auf das gemeinsame Formteil (10) ausgeübten Vorpressdruck (VD) vorgeformt (230) wird.
  22. Das Verfahren (200) nach Anspruch 21, wobei das erste Formteil (10-1) nach dem Transferieren aber vor dem Ausgeben (230) in der Vorformstation (30) separat zwischen Vorpress-Unterwerkzeug (31) und Saugwerkzeug (2) vorgepresst (235) wird.
  23. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei sich die ersten, zweiten und weiteren Pulpen (1a, 1b) in ihren Zusammensetzungen, in ihren Lösungsmitteln, ihren Fasermaterialen, in ihren Konzentrationen und/oder in Anteilen und/oder in ihrer Art von etwaigen Dotierungsstoffen unterscheiden.
  24. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die funktionale Schicht (15d) eine geringere Schichtdicke besitzt als das zuvor aus der ersten Pulpe (1a) angeformte Fasermaterial (11).
  25. Das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die funktionale Schicht (15d) aus dem Fasermaterial (11) umfassend einen Anteil an einem das Fasermaterial (11) glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise einem biokompatiblen Material, besteht.
  26. Das Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 25, wobei das Formteil (10) zum Vorformen (230) zwischen einem Vorpress-Unterwerkzeug (31) und dem Saugwerkzeug (2) als Vorpress-Oberwerkzeug angeordnet ist, vorzugsweise wird hierbei der Vorpressdruck (VD) mit dem Saugwerkzeug (2) auf das Formteil (10) ausgeübt.
  27. Eine Faserformanlage (100) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses umfassend - zumindest ein erstes Pulpe-Reservoir (6a, 6b) zur Bereitstellung (210) zumindest einer ersten Pulpe (1a) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11); - ein an einer Bewegungseinheit (4) angebrachtes Saugwerkzeug (2), das als Multiwerkzeug eine Vielzahl an Saugköpfen (21) mit jeweils einer dreidimensionale geformten Saugkopf-Saugseite (21s) angepasst an eine Kontur des anzuformenden Formteils (10) umfasst, und das dazu ausgestaltet ist, mittels zumindest einem ersten partiellem Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) in die erste Pulpe (1a) und Ansaugen des Fasermaterials (11) auf die jeweiligen Saugkopf-Saugseiten (21s) der Saugköpfe (21) mittels Unterdruck aus der ersten Pulpe (1a) das Formteils (10) in den Saugköpfen (21) anzuformen (220); - eine Ausgabeeinheit (50) zum Ausgeben (250) des endgeformten Formteils (10); - eine Steuerreinheit (60), die dazu ausgestaltet ist, das Verfahren (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche auf der Faserformanlage (100) auszuführen; wobei die Faserformanlage (100) zusätzlich dazu ausgestaltet ist, eine funktionale Schicht (15) oder ein Schichtsystem (16) aus mehreren funktionalen Schichten (15a, 15b, 15c) und/oder eine weitere Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) auf eine zu beschichtende Oberfläche (10a, 10i) des Formteils (10) aufzubringen (260) und/oder aufzutragen (290).
  28. Die Faserformanlage (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) des Weiteren eine Vorformstation (30) zum Vorformen (230) des angeformten Formteils (10) mittels eines auf das Formteil (10) ausgeübten Vorpressdruck (VD) umfasst, bevorzugt erfolgt das Vorformen bei Raumtemperatur.
  29. Die Faserformanlage (100) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) des Weiteren eine Heißpressstation (40) zum Heißpressen (240) des zumindest angeformten Formteils nach Übergabe des Formteils an die Heißpressstation (40) zur Endformung des Formteils (10) mit einem Heißpressdruck (HD) bei einer Heißpresstemperatur umfasst, vorzugsweise wird das Heißpressen (240) nachfolgend zum Vorformen (230) am vorgeformten Formteil (10) ausgeführt, besonders bevorzugt sind beim Heißpressen (240) Druck und Temperatur höher als beim Vorformen (230).
  30. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) des Weiteren eine Konditionierstation (70) zum Konditionieren (270) einer zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i) und/oder eine Beschichtungsstation (80) zum Beschichten (280) der zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i), vorzugsweise der vorher mit der Konditionierstation (70) konditionierten zu beschichtenden Oberfläche (10a, 10i), umfasst.
  31. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierstation (70) als eine Sprühstation zum Besprühen des Formteils (10) mit einem die Oberfläche (10a, 10i) glättenden und/oder auffüllenden Material, vorzugsweise ein biokompatibles Material, besonders bevorzugt Wachs und/oder Lack, ausgeführt ist.
  32. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierstation (70) zum Beschichten des Formteils (10) mit PTFE ausgeführt ist.
  33. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstation (80) zur Ausführung eines physikalischen Schichtungsverfahren oder eine Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Aufdampfen, Plasmabeschichten oder Aufsprühen, ausgestaltet ist.
  34. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstation (80) im Faserformprozess zeitlich nach der Heißpressstation (40) angeordnet ist.
  35. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierstation (70) im Faserformprozess zeitlich vor der Heißpressstation (40) angeordnet ist.
  36. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) ein zweites Reservoir (6b) mit einer zweiten Pulpe (1b) umfasst, um zumindest partielles zweites Eintauchen (300) des Saugwerkzeugs (2) mit oder ohne sich in den Saugköpfen (21) befindlichen bereits aus der ersten Pulpe (1a) angeformten Formteilen (10) zu ermöglichen.
  37. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) zumindest ein weiteres zusätzliches Saugwerkzeug (2b) umfasst, um ein zweites Formteil (10-2) aus einer weiteren Pulpe (1b) unabhängig von einem ersten Formteil (10-2) aus einer ersten Pulpe (1a) anzuformen, wobei die Bewegungseinheit dazu ausgestaltet ist, das zweite Formteil (10-2) in der Vorformstation (30) auf oder in das erste Formteil (10-1) auf- oder einzusetzen.
  38. Die Faserformanlage (100) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (100) eine weitere Bewegungseinheit (4b) umfasst, auf der das weitere zusätzliche Saugwerkzeug (2b) befestigt ist.
  39. Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinheit (4) oder die Bewegungseinheiten (4, 4b) jeweilige Roboter mit jeweiligen Roboterarmen sind, auf denen der oder die Saugwerkzeuge (2, 2b) angeordnet sind.
  40. Ein Formteil (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) hergestellt mit einer Faserformanlage (100) mittels eines Faserformprozesses nach einem der Ansprüche 25 bis 34 umfassend eine funktionale Schicht (15) oder ein Schichtsystem (16) aus mehreren funktionalen Schichten (15a, 15b, 15c) und/oder eine weitere Schicht (15d) aus Fasermaterial (11) aufgebracht (260) oder aufgetragen (290) auf das Fasermaterial (11) des aus einer ersten Pulpe (1a) angeformten Formteils (10).
  41. Das Formteil (10) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Schicht (15) oder das Schichtsystem (16) eine Barriereschicht, vorzugsweise eine Wachsschicht, eine Lackschicht und/oder eine keramische Schicht, besonders bevorzugt eine SiOx-Schicht oder eine Glaskeramikschicht, ist bzw. umfasst.
  42. Das Formteil (10) nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (10) ein erstes Formteil (10-1) aus dem Fasermaterial (11) aus einer ersten Pulpe (1a) und ein zweites Formteil (10-2) als funktionale Schicht (15, 15a, 15b, 15c) aus einem Fasermaterial (11) aus einer sich von der ersten Pulpe (1a) unterscheidenden zweiten oder weiteren Pulpe (1b) umfasst, wobei erstes und zweites Formteil (10-1, 10-2) über ihre jeweiligen zueinander zugewandten Oberflächen miteinander verbunden sind, vorzugsweise mittels des Vorformdrucks (VD) beim Vorformen (230).
  43. Das Formteil (10) nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Schicht (15) und/oder das Schichtsystems (16) aus mehreren funktionalen Schichten (15a, 15b, 15c) auf einer äußeren Oberfläche (10a) und/oder einer inneren Oberfläche (10i) des aus einer ersten Pulpe (1a) und/oder zweiten oder weiteren Pulpe (1b) bestehenden Formteils (10) angeordnet sind.
  44. Das Formteil (10) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (10) ein Behältnis für Lebensmittel ist und die innere Oberfläche (10i) mit einer Schicht aus als Lebensmittelzusatzstoff zugelassenen Wachs, aus für Lebensmittel zugelassenem Lack, aus PTFE oder mit einer SiOx-Schicht beschichtet ist.
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