DE803016C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoffhohlkoerpern - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

Eigentum

Deuteten Patentamts

AUSGEGEBEN AM 26. FEBRUAR 1951

p 14742 VII j 54e D

An Siebflächen durch Entwässerung von Faserstoffbrei hergestellte Formkörper besitzen bekanntlich ein verhältnismäßig lockeres Gefüge und demgemäß eine nur geringe Festigkeit. Man hat sich daher schon frühzeitig bemüht, diese durch Nachpressung zu verbessern.

Dabei ist man beispielsweise so vorgegangen, daß man den auf der Siebform befindlichen, durch Unterdruck entwässerten Faserniederschlag durch eine aufgedrückte heiße Preßform verdichtete, wobei die in ihm befindliche Feuchtigkeit zum Teil mechanisch abgepreßt, zum Teil durch Hitze zum Verdunsten gebracht wurde. Da hierbei wegen der beschränkten Widerstandsfähigkeit der Siebform ein hoher Preßdruck nicht anwendbar ist, bleibt die erzielbare Festigkeit des Formkörpers in mäßigen Grenzen. Außerdem ist es unmöglich, auf diese Weise zylindrische oder schlank konische Körper herzustellen.

Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, daß man den Formling zusammen mit seiner Siebunterlage zwischen zwei Preßwerkzeuge bringt. Hierbei kann man zwar stärker pressen, jedoch nur auf Kosten der Lebensdauer der Siebunterlage. Letztere markiert sich dabei am Formling, was in der Regel unerwünscht ist. Zudem verlangt das Verfahren wegen des ursprünglich lockeren Fasergefüges eine verhältnismäßig starke Konizität der Form, da sich sonst die Faserschicht in sich verschiebt. Insbesondere gelingt es nicht, auf diese Weise Formkörper von zylindrischer, prismatischer oder schlank konischer Form herzustellen.

Weiterhin ist es bekannt, bereits ganz oder weitgehend getrocknete Formlinge ohne Mitverwen-

dung der Siebunterlage zwischen Preßwerkzeugen einer Nachpressung zu unterziehen. Die verfestigende Wirkung dieses Verfahrens wird dadurch beeinträchtigt, daß beim Verpressen eines trockenen Fasergefüges die Verfilzung nicht verbessert, sondern eher geschädigt wird. Hohe Festigkeitsansprüche sind daher nach diesem Verfahren ebenfalls nicht zu erfüllen.

Zur Schonung der Verfilzung hat man vorgeschlagen, das eine der beiden Preßwerkzeuge elastisch nachgiebig auszubilden, z. B. als Gummibeutel mit hydraulischem Innendruck. Dies ist zwar insofern vorteilhaft, als es eine weitgehende Anpassung an die Oberflächengestaltung der Form gestattet, hat aber den Nachteil, daß Wandstärkenunterschiede, die auf ungleichmäßige Entwässerung oder störende dynamische Vorgänge beim Faserniederschlag auf dem Formsieb zurückzuführen sind, nicht ausgeglichen werden. Auf genaue Paßfähigkeit der erzeugten Hohlkörper muß daher ebenso verzichtet werden wie auf glatte Innenflächen. Außerdem hat sich gezeigt, daß an den inneren Ecken des Formlings leicht Einrisse infolge Überschreitung der örtlichen Verfilzungsfestigkeit entstehen.

Bekannt ist weiterhin eine zweistufige Nachpressung. Dabei wird mit einer ersten Pressung, die noch am Formsieb erfolgt, nur bezweckt, dem Formling einen gewissen Halt zu verleihen, damit er bei seiner Loslösung vom Sieb und bei der Weiterführung durch die anschließende Trocknungsanlage nicht beschädigt wird. Die zweite Pressung erfolgt dann aber am bereits trockenen Formkörper.

Endlich hat man auch schon eine mehrstufige Nachpressung bei allmählicher Trocknung in der Weise vorgenommen, daß der nasse Formling schrittweise von der Siebform in eine erste Matritze, von dieser auf einen ersten Stempel, von dicsem in eine zweite Matritze gebracht wurde usw., wobei die Abmessungen der einzelnen Stempel und Matritzen sich nach Maßgabe der fortschreitenden Zusammenpressung und Trocknung allmählich näherkommen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in der umfangreichen und teuren Einrichtung, wobei es trotzdem nicht gefingt, zylindrische oder prismatische Hohlkörper zu formen.

Die vorliegende Erfindung umgeht alle beschriebenen Mangel. Sie betrifft ebenfalls eine mehrstufige, vorzugsweise zweistufige Herstellung von Faserstoff-Formlingen, jedoch auf eine neue und besondere Art. Sie erzielt höchste Festigkeit und Maßgenauigkeit der erzeugten Hohlkörper und ist anwendbar bei allen Gebilden von zylindrischer, prismatischer bis schlank konischer Formgebung. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserstoff-Formling, der an einer Sieb form mit hoher Entwässerungsgeschwindigkeit niedergeschlagen ist, durch eine Vortrocknung auf minde-

stens 30%, jedoch höchstens 70% mittleren Trockengehalts gebracht und danach in einer heizbaren Preßvorrichtung, die den wesentlichen Teil seiner Mantelfläche örtlich fortschreitend erfaßt, in einem einzigen Arbeitsgang im Verhältnis von mindestens 2 : 1 verdichtet und fertiggetrocknet wird.

Die Erfindung stellt also eine Kombination an sich bekannter Verfahrenselemente in ganz bestimmter Anwendung mit einer neuartigen Verdichtungsmethode dar. Die Vorstufe der Herstellung ist darauf gerichtet, einen Formling zu erzeugen, der einerseits eine bestimmte Naßfestigkeit aufweist, um der folgenden Verdichtungsmethode ohne Zerstörung oder Verletzung seines Zusammenhangs gewachsen zu sein, der andererseits aber noch so bildsam ist, daß er sich unter beträchtlicher Erhöhung seiner Festigkeit in starkem Umfang verdichten läßt. Die Nachstufe führt diese Verdichtung auf eine besondere Art durch.

Eingehende Versuche haben gezeigt, daß zur Durchführung des Verfahrens bei den technisch benötigten Wandstärken die Anwendung von Vakuum zum Niederschlag der Fasern nicht ausreicht, da hierbei die Entwässerungsgeschwindigkeit zu gering und damit die Verfilzung zu locker ist. Um eine genügend hohe Entwässerungsgeschwindigkeit zu erreichen, werden demnach erfindungsgemäß höhere Druckunterschiede angewendet, also mehrere Atmosphären, nach Maßgabe der erzielbaren Widerstandsfähigkeit der verwendeten Siebformen.

Diese Druckunterschiede können beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß man in an sich bekannter Weise den der Form zuströmenden Faserstoffbrei in einem Druckkessel oder einer Pumpvorrichtung unter Überdruck setzt. Statt dessen kann man die Flüssigkeit auch durch einen Stempel in die Form hineindrücken, wobei man in an sich ebenfalls bekannter Weise dem Faserniederschlag selbst eine gewisse Vorpressung erteilen kann, wodurch ein Teil des Stoffwassers schon mechanisch entfernt wird. Außerdem erhält der Formling durch den Stempel eine gewisse Kalibrierung.

Der nächste Schritt besteht darin, die noch ungenügende Naßfestigkeit der Formlinge so weit zu erhöhen, daß sie den Beanspruchungen der folgenden, neuartigen Verdichtung gewachsen sind. Dies geschieht durch eine Vortrocknung auf mindestens 30⁰/o Trockengehalt.

Diese Vortrocknung kann auf beliebige, an sich bekannte Weise erfolgen. Zum Beispiel kann man den feuchten Formling der Siebform entnehmen und in einem Trockenraum, z. B. einem Warmluftkanal, vorzugsweise unter Verwendung von Abwärme antrocknen. Statt dessen kann man auch in an sich bekannter Weise der Sie.bform Heißluft oder ein sonstiges gasförmiges Heizmittel zuführen, das die Wandung des Formlings durchdringt und dabei, je nach der erzielten Durchströmgeschwindigkeit, auch schon mechanisch einen Teil des Porenwassers mitreißt.

Je nach der Form, Größe und Wandstärke der gewünschten Hohlkörper kann der Formling bereits bei einem Trockengehalt von etwa 30%) die für den Verdichtungsvorgang erforderliche Naßfestigkeit besitzen. Insbesondere kann er dabei

auch schon so stabil sein, daß seine weitere Hantierung ohne Verletzung seines Zusammenhangs oder seiner Oberfläche möglich ist. Andernfalls wird erfindungsgemäß der Trockengehalt bis zu dem erforderlichen Prozentsatz erhöht. Wichtig ist jedoch, daß der Formling immer noch so feucht und bildsam bleibt, daß er bei der folgenden Verdichtung eine genügende Steigerung seiner Festigkeit und Zähigkeit erreicht. Versuche haben gezeigt, daß aus diesem Grunde bei der Vortrocknung ein Trockengehalt von 7o°/o nicht überschritten werden darf.

Nach genügender Vortrocknung wird der Formling der Verdichtungsvorrichtung zugeführt. Dieselbe besteht in ihrer einfachsten und daher bevorzugten Ausführungsform aus einem mit feinen Öffnungen versehenen heizbaren Stempel und einer ebenfalls heizbaren, mit einem konisch erweiterten Rand versehenen Preßglocke. Stempel und Glocke

ao bestimmen die Fertigmasse des herzustellenden Hohlkörpers.

Die Verfahrensweise dieser Vorrichtung ist folgende: Der bildsame Formling, dessen Innenabmessungen durch geeignete Wahl der Entwässerungsform und unter Berücksichtigung der Vortrocknung dem Stempeldurchmesser angepaßt sind, wird auf den Stempel aufgesetzt. Alsdann wird er von dem konisch erweiterten Rand der Preßglocke an seiner oberen Ecke erfaßt und beim Niedergehen der Glocke örtlich fortschreitend verdichtet, und zwar in einem einzigen Arbeitsgang bis auf das gewünschte Fertigmaß. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise bei erfindungsgemäßer Vorbereitung des Formlings eine Verdichtung im Verhältnis von 3:1 und mehr möglich ist.

In der Zeichnung ist die Verdichtungs- und Trocknungsvorrichtung schematisch angedeutet. Darin bedeutet α den Stempel, b die Preßglocke mit ihrem konisch erweiterten Rand c; d stellt den bildsamen feuchten Formling dar.

Das skizzierte Ausführungsbeispiel vermittelt eine Vorstellung von den Anforderungen, die an den Formling gestellt werden. Er muß einerseits so naßfest sein, daß er beim Senken der Glocke nicht von seinem Hoden abgerissen wird, andererseits aber genügend bildsam, um die außerordentlich starke Verdichtung ohne Benachteiligung seines Gefüges auszuhalten. Bei e und / sind beispielsweise Heizbänder angedeutet, die den Preßwerkzeugen die erforderliche Wärme zur Fertigtrocknung des Formlings zuführen. Um den entstehenden Dampf abzuführen, sind bei g am Stempel a feine Öffnungen vorgesehen. Solche können jedoch auch bei der Glocke b vorhanden sein.

Um bei eventueller Imprägnierung des Faserstoffs mit härtenden Chemikalien eine zu rasche Abdichtung der Oberfläche und damit eine Behinderung des Feuchtigkeitsabzuges zu vermeiden, kann die Heizung der Vorrichtung in der Weise vorgenommen werden, daß die Trocknung von der einen Seite des Formlings zur anderen fortschreitet. In diesem Fall wird das eine der beiden Preßwerkzeuge nicht oder nur wenig beheizt.

Der konisch erweiterte Rand c der Glocke kann besonders geheizt werden, um an der jeweils erfaßten Mantelstelle des Formlings die schnelle Bildung einer trockenen und damit naßfesten Schicht zu bewirken.

Erfindungsgemäß kann mit der maßhaltigen Pressung der Faserstoffhohlkörper auch deren genaue Höhe begrenzt werden, und zwar dadurch, flau in Verbindung mit der konischen Erweiterung c der Glocke b eine scharfe Kante h des Preßstempels α zum glatten Abquetschen des Faserrandes verwendet wird.

Je nach der Formgebung des herzustellenden Hohlkörpers können Stempel und Glocke der Verdichtungsvorrichtung in ihren Funktionen sinngemäß vertauscht werden, soweit die in diesem Falle erfolgende Aufweitung des Formlings von innen nach außen hin noch innerhalb der Dehnfähigkeit des Fasergebildes in seiner Umfangsrichtung verbleibt.

Es ist gelungen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise Verpackungsbehälter, Flaschen o. dgl. von bisher unerreichter Festigkeit und Zähigkeit herzustellen. Dabei wurde eine äußere und innere Maßgenauigkeit erreicht, die derjenigen von Metallhohlkörpern kaum nachsteht, so daß die für Massenfertigung erforderliche Aus- go tauschbarkeit gewährleistet ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Faserstoffhohlkörpern hoher Festigkeit von im wesentlichen zylindrischer, prismatischer oder schlank konischer Form, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserstoff-Formling, der an einer Siebform mit hoher Entwässerungsgeschwindigkeit niedergeschlagen ist, durch eine Vortrocknung auf mindestens 30% und höchstens 70⁰Zo Trockengehalt gebracht und danach in einer heizbaren Preßvorrichtung, die den wesentlichen Teil seiner Mantelfläche örtlich fortschreitend ■ erfaßt, in einem einzigen Arbeitsgang im Verhältnis von mindestens 2 : 1 verdichtet und fertiggetrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserniederschlag an der Siebform unter Zuhilfenahme eines in die Form hineingedrückten Formstempels bzw. einer auf die Form aufgedrückten Matrize erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrocknung in der Entwässerungsvorrichtung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung und Fertigtrocknung des Formlings durch einen heizbaren Stempel und eine heizbare Preßglocke erfolgt, die mit einem konisch erweiterten Rand zur örtlich fortschreitenden Erfassung der Mantelfläche des Formlings versehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch X25 gekennzeichnet, daß die Verdichtung und Fer-

tigtrocknung des Formlings durch eine heizbare Matrize und einen heizbaren Preßstempel erfolgt, der so geformt ist, daß er die Innenfläche des Formlings örtlich fortschreitend erfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung der Verdichtungsvorrichtung so vorgenommen wird, daß die Trocknung des Formlings von der einen Seite zur anderen fortschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schluß der örtlich fortschreitenden Verdichtung des Formlings ein Abquetschen seines Randes erfolgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung der Verdichtung und Fertigtrocknung von Faserstoffhohlkörpern gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise mit feinen öffnungen versehenen heizbaren Stempel und eine mit einem konisch erweiterten Rand versehene, ebenfalls heizbare Preßglocke.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch erweiterte Rand der Glocke besonders beheizt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stempel eine scharfe Kante angebracht ist, die in Verbindung mit dem konisch erweiterten Rand der Glocke den Faserrand des Formlings abquetscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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