EP4045713B1

EP4045713B1 - Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial

Info

Publication number: EP4045713B1
Application number: EP20803082.5A
Authority: EP
Inventors: Richard Hagenauer; Matthias Hausmann
Original assignee: Kiefel GmbH
Current assignee: Kiefel GmbH
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2023-06-21
Anticipated expiration: 2040-10-01
Also published as: EP4045713A2; US20230243107A1; WO2021073674A3; DE102019127562A1; WO2021073674A2; CN114585781A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorformstation zum Vorformen und eine Heißpressstation zum Endformen eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial in einem Faserformprozess in einer Faserformanlage sowie eine Faserformanlage zur Herstellung des Formteils mit voranstehenden Komponenten mittels eines in der Faserformanlage ausgeführten Verfahrens als der Faserformprozess.

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.
Dokument US 2003/051845 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Zellstoffprodukts aus einer Faseraufschlämmung, die einen Eintauchtank umfasst, der eine Faseraufschlämmung enthält und einen Flüssigkeitsstand aufweist. Eine Walze ist vorgesehen. Eine poröse Form wird von der Walze getragen. Die Platte und die von ihr getragene Form werden nach unten in die Faseraufschlämmung abgesenkt, wobei die Platte oberhalb der Form angeordnet ist, so dass die Form durch den Flüssigkeitsspiegel in die Faseraufschlämmung eingeführt wird. Die Platte und die Form werden mit einem Vakuum beaufschlagt, während sich die Form in der Faseraufschlämmung befindet, um zu bewirken, dass sich die Fasern in der Faseraufschlämmung auf der Form sammeln und ein nasses, geformtes Zellstoffprodukt bilden. Die Platte und die Form mit dem nassen geformten Produkt darauf werden über den Flüssigkeitspegel aus dem Faserschlamm her ausbewegt, damit das Wasser aus der Form und dem nassen geformten Zellstoffprodukt ablaufen kann. Das nasse geformte Zellstoffprodukt wird dann getrocknet.
Dokument EP 1 197 596 A1 offenbart eine Papierherstellungsform zum Herstellen eines geformten Zellstoffartikels, umfassend einen Kern mit vorgeschriebener Form, der eine Vielzahl von Löchern für einen Fluiddurchgang aufweist, die die Außenseite und die Innenseite miteinander verbinden, und der aus einem elastisch verformbaren Material und einem fluiddurchlässigen Material hergestellt ist, das die Außenfläche des Kerns bedeckt, wobei das fluiddurchlässige Material in der Lage ist, Durchgänge für ein Fluid in seiner Dickenrichtung zu bilden, selbst wenn es gepresst und verformt wird.
Dokument WO 03/035981 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von aus Papier hergestellten geformten Gegenständen, wie z.B. solche, die als Verpackungsbehälter und Verpackungsstoßdämpfer verwendet werden, und eine Heizpressvorrichtung, die für die Herstellung derselben verwendet wird. Ein wasserhaltiger, aus Papier hergestellter, geformter Gegenstand wird zwischen einer oberen Pressform und einer unteren Pressform gehalten und einer Heizpresse unterworfen, woraufhin die untere Pressform abgesenkt wird, wobei ein geringer Abstand zwischen der oberen und der unteren Pressform verbleibt. Aus der oberen Pressform wird heiße Luft geblasen und die untere Pressform wird evakuiert. Das Einblasen von Heißluft und das Evakuieren erfolgen abwechselnd und wiederholt zwischen der oberen und der unteren Pressform, und der wasserhaltige, papierverarbeitende Formkörper wird vertikal geschwenkt.
Dokument WO 93/17183 A1 offenbart ein Gerät bestehend aus einer Saugform mit einer Platte mit Perforationen und einer Abdeckung aus Drahtgewebe. Eine Reihe von Vorsprüngen in Form von Hohlkörpern aus Kunststoff, z. B. Polyethylen hoher Dichte, sind über geeigneten Öffnungen in der Platte und dem Drahtgeflecht befestigt. Die Hohlkörper sind perforiert und außen mit Drahtgeflecht bedeckt und werden aus einem ersten modularen System ausgewählt, das eine relativ geringe Anzahl von Typen vorgefertigter Vorsprünge mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen umfasst. Die Anlage kann auch eine Pressform (nicht dargestellt) für das Heißpressen eines Pappmaché-Produkts umfassen, das mit Hilfe der Saugform hergestellt wurde, wobei die besagte Pressform einen ersten Formteil mit Vorsprüngen umfasst, die komplementär zu den Vertiefungen des Pappmaché-Produkts sind und dieselben Abmessungen und dieselbe Form haben wie die Vertiefungen, die durch die Vorsprünge auf der Saugform erzeugt werden, sowie einen zweiten Formteil mit Vertiefungen, die komplementär zu den Vorsprüngen auf dem ersten Formteil sind, aber um die Dicke des heißgepressten Pappmaché-Produkts größere Abmessungen haben als letztere. Die Vorsprünge des ersten Formteils werden vorgefertigt und aus einem zweiten Baukastensystem ausgewählt, das eine relativ geringe Anzahl von Typen mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen umfasst, die nach dem Schrumpfen den Abmessungen der Aussparungen entsprechen, die in dem Pappmaché-Produkt unter Verwendung von Vorsprüngen nach dem ersten Baukastensystem hergestellt werden.
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 Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine zur Verfügung zu haben, um diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herstellen zu können.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine bereitzustellen, mit dem diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind.
Hierbei kann eine Anformstation für eine Faserformanlage zum Anformen eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial in einem Faserformprozess vorgesehen sein, umfassend

ein Saugwerkzeug zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials für das Anformen des Formteils aus einem Reservoir mit einer Pulpe als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial, wobei das Saugwerkzeug einen Saugkopf mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist, und das Formteil auf der Saugkopf-Saugseite mittels Unterdruck (Saugdruck) im Saugwerkzeug angeformt wird; und
eine Bewegungseinheit, auf der das Saugwerkzeug montiert ist, die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs auf oder in die Pulpe vorgesehen ist.

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.
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, des Vorformens des Formteils in der Vorformstation, des Heißpressen des Formteils in der Heißpressstation und gegebenenfalls des Beschichtens des Formteils mit funktionalen Schichten, wobei das Beschichten an jeder dafür für die jeweilige aufzubringende Schicht geeigneten Stelle im Faserformprozess angeordnet sein kann.
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, die Vorpressstation, die Heißpressstation etc. verwendet 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. 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 der oder die Saugköpfe zum Anformen des Formteils angeordnet sind. Bei einem einzelnen Saugkopf ist dieser auch das Saugwerkzeug. Bei mehreren simultan betriebenen Saugköpfen sind diese allesamt in dem gemeinsamen Saugwerkzeug angeordnet, 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.
Das Aufsetzen des Saugwerkzeugs auf die Pulpe bezeichnet ein Berühren der Pulpe mit allen sich im Saugwerkzeug befindlichen Saugköpfen, die für das Anformen von Formteilen vorgesehen sind, 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 Fig. 1 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 Fig. 1 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 die 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. Die erfindungsgemäße Anformstation ermöglicht es, die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte herzustellen. Die Anformstation ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Die Anformstation ermöglicht somit zusammen mit nachfolgenden Formschritten, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Saugkopf-Saugseite des Saugkopfes aus einem porösen Sieb auf einer saugseitigen Oberfläche des Saugkopfes gebildet, wobei auf der der Pulpe zugewandten Pulpen-Seite des Siebes die umweltverträglich abbaubare Faser aufgrund des Ansaugens anhaftet. Das Sieb muss eine Porosität besitzen, damit die Pulpe samt Fasermaterial durch das Sieb angesaugt werden kann und die flüssige Lösung der Pulpe durch das Sieb hindurchtreten kann. Dennoch darf die Porosität des Siebes nicht zu groß sein, damit das Fasermaterial sich auf der Pulpen-Seite anhaften kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Sieb eine wellenförmige Struktur mit Wellenbergen und Wellentälern entlang der saugseitigen Oberfläche auf, wobei das Sieb zumindest beim Ansaugen mit den Wellenbergen seiner der saugseitigen Oberfläche zugewandten Seite auf der saugseitigen Oberfläche aufliegt. Dadurch wird das Sieb beim Anformen auf einfache Weise mechanisch abgestützt, sodass es sich in seiner Form nicht verändert und daher eine reproduzierbare Form des Formteils gewährleistet und andererseits porös genug gestaltet werden kann, um ein gutes Ansaugverhalten der Pulpe zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Saugwerkzeug eine Vielzahl an Saugkanälen, die auf der saugseitigen Oberfläche unterhalb des Siebes enden und so über die saugseitige Oberfläche verteilt sind, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen zwischen Sieb und saugseitiger Oberfläche ermöglicht wird. Durch die Vielzahl an Saugkanälen ist es unter anderem möglich, über die gesamte Fläche des Siebes Pulpe mit Fasermaterial anzusaugen, damit sich das Formteil flächenförmig an dem Sieb anformen kann. Der Begriff "im Wesentlichen" bezeichnet hier eine Homogenität der Saugleistung, die hinreichend ist, um ein gleichmäßig angeformtes Formteil ohne nennenswerte Schichtdickenvariationen an den Ecken und Kanten des Formteils sowie über die Flächen des Formteils zu erreichen. Das resultierende endgeformte Formteil besitzt dadurch eine Variation der Schichtdicken von weniger als 7% zur gewünschten Schichtdicke. In einer weiteren Ausführungsform besitzen die Saugkanäle dazu Öffnungen in der saugseitigen Oberfläche mit Durchmessern kleiner 4 mm.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Saugkanäle dazu eine ungleichmäßige Verteilung auf der saugseitigen Oberfläche auf, wobei im Bereich von negativen Kanten im Formteil um 40% - 60% weniger und/oder im Bereich von positiven Kanten 10% - 30% mehr Saugkanäle pro Flächeneinheit als bei geraden Flächen angeordnet sind. Diese geringere oder höhere Dichte an Saugkanälen im Bereich von Kanten (bezeichnet hierbei alle Ecken und Kanten, Vertiefungen und andere stärkere Konturveränderungen im Formteil, negative bzw. positive Kanten bezeichnen die Kontur als Innen- oder Außenkanten) führt dazu, dass Materialüberschüsse oder Materialunterschüsse im Bereich der Kanten relativ zu sonstigen Materialstärken auf Flächen ohne Kanten vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Sieb im Saugkopf lediglich mit reversiblen Befestigungsmitteln, vorzugsweise Klemmmitteln, befestigt. Dadurch können die Siebe für Reinigungsprozesse schnell und einfach aus dem Saugwerkzeug entfernt bzw. auf Bedarf ausgetauscht werden. Dieser Austausch wird u.a. auch dadurch begünstigt, dass das Sieb bereits durch seine Auflage auf der saugseitigen Oberfläche abgestützt wird, was zusätzliche Halterungen vermeidet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Sieb bei Bedarf in zumindest einigen der Saugkanäle befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Saugkopf an seiner der Pulpe zugewandten Stirnseite einen Sammelring zur Aufnahme von der durch die Saugkopf-Saugseite hindurchgesaugten flüssigen Lösung der Pulpe, der an einen Abführkanal für die flüssige Lösung angeschlossen ist. So lässt sich unter anderem die durch das Sieb hindurchgetretene flüssige Lösung aus dem Saugkopf und damit dem Saugwerkzeug sicher abführen, damit diese flüssige Lösung nicht die Saugkraft des Saugkopfes negativ beeinflusst.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Saugkopf-Saugseite des Saugkopfes entweder als Negativform die Saugkopf-Innenseite oder als Positivform die Saugkopf-Außenseite darstellt. Bezüglich der Begriffe "Negativform" und "Positivform" ist auf die voranstehenden Erläuterungen dazu verwiesen. Je nach gewünschter Form bzw. Kontur des Formteils und der Weiterverarbeitung können Negativformen oder Positivformen des Saugkopfes vorteilhaft sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Saugwerkzeug ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen. Mit einem Multiwerkzeug können simultan aus einem gemeinsamen Pulpebad eine Vielzahl an Formteilen entsprechend der Anzahl der Saugköpfe angeformt werden, was den Durchsatz der Faserformanlage erhöht und die Faserformanlage somit wirtschaftlicher produzieren lässt.
In einer weiteren Ausführungsform können sich die Formen der Saugköpfe im Saugwerkzeug zumindest zum Teil unterscheiden, vorzugsweise sind gleiche Formen der Saugköpfe benachbart im Saugwerkzeug angeordnet. Die unterschiedlichen Formen können beispielsweise modulweise in dem Saugwerkzeug angeordnet sein. Ein solches Sagwerkzeug ist in der Lage, unterschiedliche Formteile simultan im gleichen Faserformprozess herzustellen. Beispielsweise können so Gefäße wie Becher und dazugehörige Deckel im gleichen Saugwerkzeug simultan angeformt und weiterverarbeitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Saugwerkzeug eine Basisplatte mit darauf montierten Saugköpfe und ein Gasleitungssystem in der Basisplatte, das zumindest den Unterdruck bereitgestellt durch eine Vakuumpumpe an die Saugköpfe zum Ansaugen des Fasermaterials verteilen. Die Basisplatte kann auf einfache und standardisierte Weise mit der Bewegungseinheit verbunden werden, während sich die darauf montierten Saugköpfe je nach gewünschtem Formteil unterscheiden können. Die Basisplatte ermöglicht einen schnellen Austausch der Saugköpfe bei Bedarf. Die Vakuumpumpe kann dabei an einem vom Saugwerkzeug entfernten Ort positioniert sein und den erzeugten Unterdruck über das Gasleitungssystem an die Saugköpfe verteilen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gasleitungssystem auch Druckgasleitungen zur Anlegung von Druckluft an die Saugköpfe. Durch einen Druckluftstoß können die Formteile aus dem saugwerkzeug ausgeworfen werden, wie beispielsweise nach erfolgter Übergabe auf ein Heißpress-Unterwerkzeug.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gasleitungssystem für den Unterdruck Hauptgasleitungen und Nebengasleitungen, wobei die Hauptgasleitungen zur Erzeugung eines Vorunterdrucks und die Nebengasleitungen als Ergänzung zu den Hauptgasleitungen zur Erreichung des Ansaugunterdrucks nach Kontaktierung des Saugwerkzeugs mit der Pulpe vorgesehen sind. So kann ein großes Gasvolumen schnell abgepumpt werden, um einen Unterdruck an den Saugköpfen anliegen zu haben. Der für das Anformen des Formteils benötigte Prozess-Unterdruck kann dann schnell regelbar über die Saugleistung an den Nebengasleitungen, die zusätzliche Abpumpleitungen zu den Hauptleitungen darstellen, eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind in dem Gasleitungssystem ein oder mehrere Ventile geeignet angeordnet, um zumindest einen Saugdruck an den Saugköpfen abzuschalten, sobald das Saugwerkzeug die Pulpe verlassen hat, und/oder um zumindest die Nebengasleitungen zu den Hauptleitungen zuzuschalten, sobald das Saugwerkzeug in die Pulpe eingetaucht ist. Dadurch kann der Anformprozess unter anderem schneller und wirtschaftlicher gestaltet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bewegungseinheit einen im Raum frei beweglichen Roboterarm, auf dem das Saugwerkzeug montiert ist. Dadurch kann die Anformstation leicht und flexibel ein oder mehrere Vorformstationen und/oder ein oder mehrere Heißpressstationen mit angeformten bzw. vorgeformten Formteilen versorgen. 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 Vorpressstation einer Vorformstation und/oder zur Heißpressstation zu transferieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Roboterarm mit einer geeigneten Schnittstelle umfassend alle Medienversorgungsanschlüsse für das Saugwerkzeug mit dem Saugwerkzeug verbunden. Damit können standardisierte Saugwerkzeuge verwendet werden, die einen schnellen Austausch bei Bedarf ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bewegungseinheit dazu vorgesehen, den oder die Saugköpfe zum Kontaktieren vollständig in die Pulpe einzutauchen. Das vollständige Eintauchen ist insbesondere für einen Saugkopf als Positivform geeignet, da hier im Gegensatz zu einer Negativform keine innere Kavität im Saugkopf existiert, in der zwischen Pulpe und Saugseite ein Saugdruck (Unterdruck) zum Ansaugen des Fasermaterials erzeugt werden kann. Um eine möglichst gleichmäßige Ansaugung von Fasermaterial zu gewährleisten, ist es bei einer Positivform vorteilhaft, den Saugkopf vollständig in die Pulpe einzutauchen.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Bewegungseinheit und das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet, nach dem Transfer in die Vorformstation die angeformten Formteile in der Vorpressstation zum Vorpressen in dem Saugwerkzeug zu belassen.
Da das Formteil beim Anformen im Saugkopf noch relativ feucht und damit wenig formstabil ist, ist es für einen fehlerfreien und qualitativ guten Prozess vorteilhaft, das Formteil zumindest bis Beendigung des Vorpressens im Saugkopf zu belassen, um eventuell formbeschädigende Werkzeugwechsel für das Formteil zu vermeiden. Da das Saugwerkzeug das Vorpress-Oberwerkzeug in der Vorformstation darstellt, beschleunigt dies zudem den Vorformprozess.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Bewegungseinheit und das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet, die angeformten Formteile in der Heißpressstation für das nachfolgende Heißpressen aus dem Saugwerkzeug auszuwerfen. Das kann beispielsweise mittels Druckstoß auf die vorgeformten Formteile im Saugwerkzeug geschehen, sodass ein schnelles Übergeben der Formteile an die Heißpressstation ermöglicht wird. In einer weiteren Ausführungsform sind daher die Bewegungseinheit und das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet, die Formteile aus den Saugköpfen des Saugwerkzeugs mittels Druckluft auszuwerfen.
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vorformstation für eine Faserformanlage zum Vorformen eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial in einem Faserformprozess umfassend

ein Reservoir mit einer Pulpe als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial für ein Anformen (in der Anformstation) des Formteils, vorzugsweise angeordnet als waagerechtes nach oben geöffnetes Reservoir; und
eine Vorpressstation zum Vorformen des mittels einer Anformstation gemäß einer der voranstehenden Ansprüche mittels eines Saugwerkzeugs angeformten Formteils mit einem Vorpressdruck zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil und zur Formstabilisierung des Formteils.

Hierbei kann die Pulpe keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nichtorganischen 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 bei erfindungsgemäßen Verfahren 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.
Durch die Vorformstation wird auf einfache Weise aus einem mechanisch noch instabilen Formteil mittels Vorpressen ein für die Weiterbearbeitung hinreichen stabiles vorgeformtes Formteil mit weiter reduziertem Anteil an flüssiger Lösung hergestellt. Auch hier stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Die erfindungsgemäße Vorformstation 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 Vorpressstation 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 das nachfolgende Heißpressen bereits zu steif wäre. Gerade die Kombination aus Vorpressen und Heißpressen ermöglicht eine reproduzierbare Herstellung von Formteilen mit guter Qualität und einer geringen Ausschussmenge. 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 gegenüber dem Heißpressdruck geringeren moderaten Drücke ermöglichen ein schonendes Verfestigen des Formteils unter moderater Flüssigkeitsreduktion, was für einen ausschussarmen Heißpressvorgang vorteilhaft ist.
Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorformstation ermöglicht somit zusammen mit vorangegangenen und nachfolgenden Formschritten gemäß weiterer Aspekte der Erfindung, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorformstation des Weiteren eine Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit für die Nachlieferung der Pulpe für das Reservoir. So kann die Pulpe beim Verbrauch durch das Anformen ständig mit kontrollierter Qualität und gleichbleibender Konzentration dem Reservoir zugeführt werden. Die beim Anformen abgeführte flüssige Lösung kann dadurch nach einem Aufbereiten, beispielsweise einer Zugabe an Fasermaterial zur Einstellung der gewünschten Konzentration des Fasermaterials in der Pulpe wieder in das Reservoir zurückgeführt und somit im Faserformprozess wiederverwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform füllt daher die Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit das Reservoir in Abhängigkeit vom Pulpe-Verbrauch durch das Anformen des Formteils zumindest periodisch, vorzugsweise kontinuierlich, auf, um einen benötigten Füllstand des Reservoirs für das Anformen sicherzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorpressstation so zum Reservoir angeordnet und ausgestaltet, dass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir zurückgespeist wird. Damit kann der Pulpe-Verbrauch reduziert werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorpressstation in einer vertikalen Ausrichtung dazu oberhalb des Reservoirs angeordnet, sodass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir von der Vorpressstation direkt in das Reservoir zurückfließt. Alternativ fließt die flüssige Lösung nach Aufbereitung durch die Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit der Vorformstation in das Reservoir zurück.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorpressstation ein Vorpress-Unterwerkzeug, dessen Form an das im Saugwerkzeug verbleibende angeformte Formteil so angepasst ist, dass dieses an das Vorpress-Unterwerkzeug so angesetzt werden kann, dass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Saugwerkzeug angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug mit dem Vorpressdruck auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst werden kann. Hierbei kann das Saugwerkzeug auf ein ruhendes Vorpressunterwerkzeug gepresst werden oder das Vorpress-Unterwerkzeug wird auf ein ruhendes Saugwerkzeug gepresst. Die Bezeichnung "ansetzen" bezeichnet nur die relative Bewegung des Saugwerkzeugs zum Vorpress-Unterwerkzeug. Beim Vorpressen stellt das Saugwerkzeug das Vorpress-Oberwerkzeug der Vorpressstation dar. In einer Ausführungsform wird das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug aufgesetzt und mittels einer separaten Presseinheit, vorzugsweise einer 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. Hierbei kann analog zu einem Saugwerkzeug als Multiwerkzeug auch die Vorpressstation als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Vorpress-Unterwerkzeugen angepasst auf das Saugwerkzeug als Multiwerkzeug ausgeführt sein, um alle angeformten Formteile des Saugwerkzeugs simultan zueinander mit dem Vorpressdruck zu beaufschlagen und damit das Vorpressen für alle Formteils simultan durchzuführen. Alternativ kann das Vorpressen als Membranpressen ausgeführt werden, wobei das Vorpress-Unterwerkzeug als flexible Membran ausgeführt ist und der Vorpressdruck als Gasdruck an die Membran angelegt wird, die daraufhin auf die Außenkontur das Formteils gepresst wird. Das Membranpressen ist besonders für Geometrien des Formteils geeignet, wo auf eine große Fläche Druck ausgeübt werden soll. Mit einem Membranpressen können auch Flächen simultan unter gleichen Druck gesetzt werden, die in beliebiger räumlicher Ausrichtung senkrecht zueinanderstehen, da beim Membranpressen der Vorpressdruck mittels Gasdruck, beispielsweise mittels Pressluft, erzeugt wird, der richtungsunabhängig auf die Membran wirkt. Dies wäre mit einer Druckkolbenstange beispielsweise nicht möglich. Als Membranen können beispielsweise Kautschukmembranen verwendet werden. Die Membran sollte eine Konturtreue von weniger als 20% aufweisen und kann lokal unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise mit dünneren und dickeren Wandstärken und/oder näher an der Kontur angeordnet bzw. weiter davon weg.
In einer weiteren Ausführungsform hat das Vorpress-Unterwerkzeug eine dem Formteil zugewandte Pressfläche, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb. Dadurch wird ein homogener Druck auf das Formteil ausgeübt. Zusätzlich ist damit die Haftung zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Formteil geringer als bei strukturierten Oberflächen des Vorpress-Unterwerkzeugs, wodurch es sichergestellt wird, dass die vorgepressten Formteile zur Weitergabe an die Heißpressstation ohne weitere apparative Maßnahmen im Saugwerkzeug verbleiben und nicht am Vorpress-Unterwerkzeug verbleiben, was eine Störung im Produktionsprozess hervorrufen würde. Gegebenenfalls kann das Saugwerkzeug für die Weitergabe der vorgepressten Formteile an die Heißpressstation einen geeigneten Unterdruck im Saugwerkzeug erzeugen, um die Anhaftung der Formteile am Saugwerkzeug zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Vorpress-Unterwerkzeug aus Metall oder zumindest zum Teil aus Elastomer, vorzugsweise aus Silikon, gefertigt ist. Aus Vorpress-Unterwerkzeuge aus Metall eignen sich insbesondere für Fälle, wo beim Vorpressen eine Temperatur größer Raumtemperatur oder ein besonders hoher Vorpressdruck angelegt werden sollen. Vorpress-Unterwerkzeuge aus einem Elastomer oder zumindest teilweise aus Elastomer sind bei Multiwerkzeugen als Saugwerkzeug und Vorpress-Unterwerkzeug vorteilhaft, da sich das Elastomer unter Druck noch leicht verformen lässt und sich somit an ein sich möglicherweise unter dem Vorpressdruck verbiegendes Multi-Saugwerkzeug flexibel anpasst und damit die Homogenität der Formung der diversen Formteile im Multi-Saugwerkzeug verbessert. Für erhöhte Vorpress-Temperaturen unterhalb von 100°C ist beispielsweise Silikon als Elastomer als ein in diesem Bereich temperaturbeständiges Material ebenfalls gut geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform bei Vorpress-Unterwerkzeugen zumindest teilweise aus Elastomer besitzen diese einen Hohlraum, der von einer Wand aus dem Elastomer als Pressfläche umhüllt ist, wobei die Vorpressstation dazu ausgestaltet ist, den Hohlraum beim Vorpressen mit Gasdruck zu beaufschlagen, um den Vorpressdruck zu erzeugen oder zumindest zu unterstützen. Durch dieses "Aufblasen" des Vorpress-Unterwerkzeugs fügt sich dieses besonders gut an die Kontur des Formteils an, sodass der Vorformprozess qualitativ, insbesondere zur reproduzierbaren Herstellung sehr gleicher Formteile, verbessert wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Vorpress-Unterwerkzeuge auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet, die als Schnittstelle zur Vorpressstation zum reversiblen Befestigen an der Vorpressstation und/oder zur Versorgung der einzelnen Vorpress-Unterwerkzeuge mit Gasdruck ausgestattet ist. Damit kann unter anderem das Vorpress-Unterwerkzeug auch als Multiwerkzeug bei Bedarf schnell getauscht werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Trägerplatte zusätzlich ein Heizelement, vorzugsweise ein sich flächenförmig über die Trägerplatte erstreckendes Heizelement, zur Beheizung der Vorpress-Unterwerkzeuge. Dieser modulartige Aufbau erleichtert die Handhabung der Komponenten und ihre Austauschbarkeit.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anformstation Teil der Vorformstation. Hierdurch kann die Anformstation über geeignete Leitungen so mit der Vorformstation verbunden sein, dass die durch den Saugkopf hindurchgetretene flüssige Lösung und/oder Fasermaterial über die Vorformstation wieder in die Pulpe eingespeist wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird dabei das Saugwerkzeug mit Negativform als Saugkopf-Saugseite auf das Vorpress-Unterwerkzeug (mit entsprechender Positivform) aufgesetzt oder mit Positivform als Saugkopf-Saugseite in das Vorpress-Unterwerkzeug (als entsprechende Negativform) eingesetzt.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Heißpressstation für eine Faserformanlage zum Endformen eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial in einem Faserformprozess umfassend ein Heißpress-Unterwerkzeug angepasst an eine Kontur des Formteils zur Aufnahme des Formteils und ein entsprechend an das Formteil angepasste Heißpress-Oberwerkzeug zum Auf- oder Einsetzen auf oder in das Formteil entlang einer Schließrichtung für die Heißpressstation, wobei das Heißpress-Unterwerkzeug und/oder das Heißpress-Oberwerkzeug zur Ausübung eines Heißpressdrucks auf das beim Heißpressen zwischen Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug angeordnete Formteil vorgesehen sind.
Nach erfolgtem Vorpressen wird das vorgeformte Formteils mittels des Saugwerkzeugs an die Heißpressstation übergeben, wobei dabei 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. 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. Auch hier stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Die erfindungsgemäße Heißpressstation ermöglicht es, die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte herzustellen und weiterzuverarbeiten. Insbesondere können auf diese Weise endstabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Heißpressstation ermöglicht somit zusammen mit vorangegangenen Formschritten gemäß weiterer Aspekte der Erfindung, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.
In einer Ausführungsform besitzt bei einer Negativform eines Saugwerkzeugs das Heizpress-Unterwerkzeug ebenfalls eine Negativform und wird als inneres Werkzeug bereitgestellt, während das Heißpress-Oberwerkzeug als äußeres Werkzeug zum Heißpressen darauf aufgesetzt wird. Bei einer Positivform des Saugwerkzeugs besitzt das Heizpress-Unterwerkzeug ebenfalls eine Positivform und wird als äußeres Werkzeug bereitgestellt, während das Heißpress-Oberwerkzeug als inneres Werkzeug zum Heißpressen in das Heißpress-Unterwerkzeug eingesetzt wird. Die beiden Heißpress-Ober- und Unterwerkzeuge können im Zusammenspiel hohe Drücke bei hohen Temperaturen an das Formteil dazwischen anlegen.
In einer weiteren Ausführungsform werden jeweilige dem Formteil zugewandte Heißpressseiten des Heißpress-Unterwerkzeugs und des Heißpress-Oberwerkzeugs mittels elektrischer Heizpatronen beheizt. Elektrische Heizpatronen ermöglichen ein schnelles Aufheizen des Heißpress-Unterwerkzeugs und des Heißpress-Oberwerkzeugs beim Schließen der Werkzeuge, nachdem die Werkzeuge sich durch das Öffnen der Heißpressstation zur Entnahme der endgeformten Formteile abgekühlt hat.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Heizpatronen im Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug so ausgestaltet und angeordnet, um die Heißpressseiten auf Temperaturen größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, aufzuheizen. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% schnell und zuverlässig erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Heizpatronen so gesteuert, dass sich die Temperaturen von Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug unterscheiden. Dadurch erhält das Formteil unter anderem eine bessere Oberfläche, insbesondere auf der wärmeren Seite. Vorzugsweise hat dabei das Heißpress-Oberwerkzeug eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug, vorzugsweise unterscheiden sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Heizpatronen konturnah am Formteil in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen und Heißpress-Unterwerkzeugen angeordnet. Die konturnahen Heizpatronen heizen die Heißpressseite schneller auf Prozesstemperatur auf, was den Heißpressprozess beschleunigt. Vorzugsweise sind die jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeuge und Heißpress-Unterwerkzeuge aus Metall gefertigt, um mittels guter Wärmeleitung dies zu unterstützen.
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem inneren Werkzeug zumindest eine Heizpatrone mit einer ersten Heizleistung angeordnet, während im äußeren Werkzeug eine Vielzahl an Heizpatronen mit zweiten Heizleistungen um die Heißpressseite des äußeren Werkzeugs herum angeordnet sind. Mit dieser Anordnung wird eine schnelle Aufheizung bei gleichzeitiger möglichst geringer Anzahl an Heizpatronen erreicht. Vorzugsweise ist hierzu die erste Heizleistung größer als die zweite Heizleistung. In einer weiteren Ausführungsform ist dafür im Falle einer einzigen Heizpatrone im inneren Werkzeug diese zentral im inneren Werkzeug parallel zur Schließrichtung angeordnet, und/oder im Falle mehrerer Heizpatronen sind im inneren Werkzeug diese konzentrisch um die Schließrichtung herum parallel zur Heißpressseite des inneren Werkzeugs angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform sind dazu in dem äußeren Werkzeug eine Vielzahl an Heizpatronen konzentrisch um die Schließrichtung herum parallel zur Heißpressseite des äußeren Werkzeugs angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Heißpress-Unterwerkzeuge und/oder die Heißpress-Oberwerkzeuge auf den vom Formteil abgewandten Seiten eine Umhüllung aus einem thermisch isolierenden Material, um die Prozesstemperatur möglichst konstant zu halten und um die notwendige Heizleistung der Heizpatronen möglichst gering zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Heißpress-Unterwerkzeug Kanäle zu seiner Heißpressseite, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen zumindest teilweise abgeführt werden kann. Durch die Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil von ca. 55% - 60% auf nunmehr unter 10% wird eine Menge an Flüssigkeit frei, die aufgrund der hohen Temperaturen beim Heißpressen zumindest zum Teil verdampft. Dieser Dampf wird deshalb über die Kanäle abgeführt, damit das Formteil unter anderem durch den Dampf nicht beschädigt wird. Vorzugsweise haben die die Kanäle dafür zumindest auf der Heißpressseite einen Durchmesser kleiner oder gleich 1,0 mm besitzen.
In einer weiteren Ausführungsform sind sowohl das Heißpress-Unterwerkzeug als auch das Heißpress-Oberwerkzeug als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Heißpress-Unterwerkzeugen als auch an Heißpress-Oberwerkzeugen angeordnet auf jeweiligen Trägerplatten für die jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge und Heißpress-Oberwerkzeuge ausgeführt. Damit können alle vorgeformten Formteile vom Saugwerkzeug nach Übergabe simultan zueinander mit dem Heißpressdruck beaufschlagen werden und damit das Heißpressen für alle Formteils simultan durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Trägerplatten in der Heißpressstation seitlich verfahrbar gelagert, um einen Wechsel der jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge und Heißpress-Oberwerkzeuge als Multiwerkzeuge außerhalb eines Prozessraums der Heißpressstation zu ermöglichen. Dadurch werden Wechsel platzsparend und schnell durchführbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägerplatte der Heißpress-Oberwerkzeuge des Multiwerkzeugs mit Gasleitungen ausgestattet ist, um in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen je nach Prozessschritt Unterdruck zum Halten der Formteile in und/oder Überdruck zum Ausgeben der endgeformten Formteile aus den Heißpress-Oberwerkzeugen anzulegen.
In einer weiteren Ausführungsform sind zwischen der Trägerplatte und einer Halterung für die Trägerplatte Dehnungsmittel angeordnet, damit aufgrund der hohen Temperaturen und Temperaturschwankungen beim Öffnen und Schließen der Heißpressstation gegenüber den Halterungen und anderen Komponenten ausgeglichen werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Trägerplatte und der Halterung thermisch isolierendes Material angeordnet, um die Prozesstemperatur möglichst konstant zu halten und um die notwendige Heizleistung der Heizpatronen möglichst gering zu halten.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Faserformanlage zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial umfassend zumindest eine Anformstation, eine erfindungsgemäße Vorformstation, eine erfindungsgemäße Heißpressstation zur Herstellung eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines in der Faserformanlage ausgeführten Faserformprozess.
Durch die Kombination des Anformens mittels Pulpe und Saugwerkzeug, des Vorpresssens mittels Vorformstation, des Heißpressens mittels Heißpressstation wird auf einfache Weise aus einem Fasermaterial ein Formteil hergestellt, das 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. Durch die Kombination des Saugwerkzeugs zum Anformen sowie der Vorform- und Heißpressstationen können die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Faserformanlage ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Faserformanlage ermöglicht es also, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.
In einer Ausführungsform umfasst die Faserformanlage eine Steuereinheit zur Steuerung zumindest der Anformstation, der Vorformstation und der Heißpressstation sowie deren Sub-Komponenten. 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.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage zusätzlich eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil. Mit solchen funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtigkeits-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren oder Barrieren gegen Fette, Öle, Gase wie beispielsweise O₂ und N₂, leichte Säuren und alle Stoffe, die zur Verderblichkeit von Lebensmitteln beitragen und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe auf das Formteil aufgebracht werden. Die Beschichtungseinheit kann hierzu an jeder für die aufzubringende Schicht geeigneten Position in der Prozessabfolge zur Herstellung des Formteils angeordnet sein. Hierbei kann die funktionale Schicht je nach Anwendung im Saugprozess, nach dem Vorpressen oder nach den Heißpressen angeordnet werden. Der Begriff "funktionale Schicht" bezeichnet hier jede zusätzlich auf das ursprüngliche Fasermaterial aufgebrachte Schicht, die sowohl auf einer Innenseite und/oder auf einer Außenseite des Formteils ganzflächig oder in Teilbereichen aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Faserformanlage zusätzlich eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben des endgeformten Formteils. 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.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer erfindungsgemäßen Faserformanlage umfassend nachfolgende Schritte:

Anformen des Formteils in einer Anformstation aus einem Reservoir mit einer Pulpe als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;
Vorformen des angeformten Formteils in einer erfindungsgemäßen Vorformstation;
Endformen des vorgeformten Formteils in einer erfindungsgemäßen Heißpressstation; und
Ausgeben des endgeformten Formteils aus der Faserformanlage.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass zum Zwecke der besseren Lesbarkeit "mindestens"-Ausdrücke nach Möglichkeit vermieden wurden. Vielmehr ist ein unbestimmter Artikel ("ein", "zwei" etc.) im Normalfall als "mindestens ein, mindestens zwei, etc." zu verstehen, sofern sich nicht aus dem Kontext ergibt, dass dort "genau" die angegebene Anzahl gemeint ist.
An dieser Stelle sei ebenfalls noch erwähnt, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck "insbesondere" immer so zu verstehen ist, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist demzufolge nicht als "und zwar" und nicht als "nämlich" zu verstehen.
Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können.

Kurze Beschreibung der Figuren

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:

Fig. 1:: eine Ausführungsform des Saugkopfes mit Negativ- und Positivform (a) vor dem Anformen und (b) nach dem Anformen des Formteils;
Fig.2:: eine Ausführungsform des Pulpe-Reservoirs mit Pulpe;
Fig.3:: eine Ausführungsform des Saugkopfes als seitlicher Ausschnitt;
Fig.4:: eine Ausführungsform des Saugwerkzeugs im seitlichen Schnitt;
Fig.5:: eine weitere Ausführungsform des Saugwerkzeugs mit Modulen (a) in Draufsicht auf die Saugseite und (b) im seitlichen Schnitt entlang der Schnittebene A-B;
Fig.6:: eine Ausführungsform der Anform- und Vorformstationen;
Fig.7:: eine Ausführungsform des Vorpress-Unterwerkzeugs als Multiwerkzeug (a) in perspektivischer Ansicht des Multiwerkzeugs und (b) im seitlichen Schnitt eines einzelnen Vorpress-Unterwerkzeugs im Multiwerkzeug;
Fig.8:: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißpressstation (a) in Seitenansicht und (b) in perspektivischer Ansicht;
Fig.9:: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug der Heißpressstation aus Fig.8 beim Heißpressen;
Fig. 10:: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug der Heißpressstation aus Fig.8 beim Heißpressen;
Fig. 1 1 :: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage; und
Fig.12:: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele

Fig.1 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 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 210 eines Formteils 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11. Die Anformstation ist global in Fig.6 beschrieben , während hier nur auf das Saugwerkzeug 2 zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 für das Anformen 210 des Formteils 10 aus einem Reservoir 6 mit einer Pulpe 1 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 10i, 10a 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 Pulpe 1 zugewandten Pulpen-Seite 22p die umweltverträglich abbaubare Faser 11 aufgrund des Ansaugens zum Anformen 130 des Formteils 10 anhaftet (siehe Formteil 10 in Fig.2c). Hierzu umfasst das Saugwerkzeug 2 eine Vielzahl an Saugkanälen 23, die auf der saugseitigen Oberfläche 23s unterhalb des Siebes 22 enden und so über die saugseitige Oberfläche 23s verteilt sind, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen zwischen Sieb 22 und saugseitiger Oberfläche 23s ermöglicht wird. Hierzu können die Saugkanäle 23 Öffnungen in der saugseitigen Oberfläche 23s mit Durchmessern kleiner 4mm besitzen. Die Querschnittsfläche der Saugkanäle 23 kann dabei jede geeignete Form besitzen, beispielsweise kann die Querschnittsfläche kreisförmig oder oval sein. Hierzu weisen die Saugkanäle 23 zudem eine ungleichmäßige Verteilung auf der saugseitigen Oberfläche 23s auf, wobei im Bereich von negativen Kanten im Formteil 10 um 40% - 60% weniger und/oder im Bereich von positiven Kanten 10% - 30% mehr Saugkanäle 23 pro Flächeneinheit als bei gerade Flächen angeordnet sind. Der Saugkopf zum Anformen des Formteils kann lediglich ein klein wenig in die Pulpe 1 eintauchen, damit im Innenraum 21i des Saugkopfes eine abgeschlossene Kavität gebildet wird. In anderen Ausführungsformen könnte der Saugkopf 21 auch vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht werden. Die während des Anformens 130 durch das Sieb 22 hindurchtretende flüssige Lösung der Pulpe 1 wird aus dem Saugwerkzeug 2 abgeführt. Dazu umfasst der Saugkopf 21 an seiner der Pulpe 1 zugewandten Stirnseite 21p einen Sammelring 24 zur Aufnahme von der durch die Saugkopf-Saugseite 21s hindurchgesaugten flüssigen Lösung der Pulpe 1, 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 Fig.1) als die Saugkopf-Innenseite 21i oder als Positivform (rechter Teil der Fig.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, Fig.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 Pulpe 1 mit Fasermaterial 11 der Saugkopf 21 zum Kontaktieren 120 vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht. Danach wird das aufgrund des Saugdrucks SD zur Saugkopf- Außenseite 21a außen angeformte Formteil 10 (graue Außenschicht auf dem Saugkopf 21, Fig.1b rechts) zum Vorpressen in das Vorpress-Unterwerkzeug 31 eingesetzt, das eine auf die Positivform des Saugkopfes 21 angepasste Form mit einer Pressfläche 31 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.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Pulpe-Reservoirs 6 mit Pulpe, wo das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial 11 als "Wellen" angedeutet ist. Die Pulpe 1 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 Pulpe 1 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 Pulpe 1 wird dabei mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt.
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 21 als seitlicher Ausschnitt, wobei das Sieb 22 eine wellenförmige Struktur mit Wellenbergen 22w und Wellentälern 22t entlang der saugseitigen Oberfläche 23s aufweist. Das Sieb 22 liegt dabei beim Ansaugen mit den Wellenbergen 22w seiner der saugseitigen Oberfläche 23s zugewandten Seite 22s auf der saugseitigen Oberfläche 23s aufliegt und wird dadurch in seiner Form von der saugseitigen Oberfläche 23 mechanisch gestützt, damit sich das Sieb 22 im Anformprozess geometrisch nicht verändert und daher eine Formtreue für nachfolgend geformte Formteils gewährleistet. Das Sieb 22 ist im Saugkopf 21 (angedeutet an der unteren Seite) mit einem reversiblen Befestigungsmitteln 28, hier als Klemmmitteln ausgeführt, am Saugkopf 21 befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ könnte das Sieb 22 auch in zumindest einigen der Saugkanäle 23 befestigt sein. Zusätzlich ist mit der Faser 11 bespielhaft für das angeformte Fasermaterial 11 angedeutet, wie sich das Fasermaterial 11 auf dem Sieb 22 anformt, sodass durch das Ansaugen der Pulpe das Formteil als Ganzes angeformt wird.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform des Saugwerkzeugs 2 im seitlichen Schnitt. Hierbei ist das Saugwerkzeug 2 ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen 21 ausgeführt. Diese Saugköpfe sind auf der Saugseite in einer zweidimensionalen Anordnung mit vier reihe mit jeweils 5 Saugköpfen angeordnet. In anderen Ausführungsformen können Multiwerkzeuge 2 auch andere Anzahlen an Reihen und Spalten aus Saugköpfen 21 besitzen. Das Saugwerkzeug 2 umfasst hier eine Basisplatte 26 mit darauf montierten Saugköpfe 21 und ein Gasleitungssystem 27 in der Basisplatte 26. Die Basisplatte 26 ist hier nicht als dünne Platte zu verstehen, sondern bezeichnet den hinteren Aufbau des Saugwerkzeugs 2, der zur Verbindung zwischen Bewegungseinheit 4 und Saugköpfen 21 dient. Das Gasleitungssystem 27 verteilt den Unterdruck bereitgestellt durch eine Vakuumpumpe 5 als Saugdruck SD an die Saugköpfe 21 zum Ansaugen des Fasermaterials 11. Das Gasleitungssystem 27 umfasst hier des Weiteren eine Druckgasleitungen 27d zur Anlegung von Druckluft an die Saugköpfe 21, um beispielsweise die angeformten bzw. vorgeformten Formteile 11 aus den Saugköpfen 21 herauszulösen bzw. herauszugeben. Hierbei umfasst das Gasleitungssystem 27 für den Unterdruck (Saugdruck) zum Anformen der Formteile 11 eine oder mehrere Hauptgasleitungen 27h und Nebengasleitungen 27n, wobei die Hauptgasleitungen 27h zur Erzeugung eines Vorunterdrucks und die Nebengasleitungen 27n als Ergänzung zu den Hauptgasleitungen 27h zur Erreichung des Saugdrucks SD nach Kontaktierung des Saugwerkzeugs 21 mit der Pulpe 1 vorgesehen sind. Vorzugsweise besitzen die Hauptgasleitungen einen großen Querschnitt, während die Nebengasleitungen einen dazu geringeren Querschnitt besitzen. In dem Gasleitungssystem 27 sind ein oder mehrere Ventile 27v (hier zwei Ventile 27v in der Hauptgasleitung 27h) angeordnet, um den Saugdruck SD an den Saugköpfen 21 abzuschalten, sobald das Saugwerkzeug die Pulpe 1 verlassen hat, und/oder um zumindest die Nebengasleitungen zu den Hauptleitungen zuzuschalten, sobald das Saugwerkzeug 2 in die Pulpe 1 eingetaucht ist. Das Multiwerkzeug 2 ist mit dem Roboterarm 4a über die Schnittstelle 4s umfassend alle Medienversorgungsanschlüsse für das Saugwerkzeug 2 mit der Bewegungseinheit 4 verbunden. Bewegungseinheit 4 und Saugwerkzeug 2 sind dabei dazu ausgestaltet, die Formteile 10 aus den Saugköpfen 21 des Saugwerkzeugs 2 mittels Druckluft bereitgestellt durch die Druckgasleitung 27d und verteilt an die einzelnen Saugköpfe 21 über die Basisplatte 26 auszuwerfen.
Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Saugwerkzeugs 2 mit Modulen 29 (a) in Draufsicht auf die Saugseite und (b) im seitlichen Schnitt entlang der Schnittebene A-B. Die einzelnen Formen der Saugköpfe 21 im Saugwerkzeug 2 als Multiwerkzeug können sich zumindest zum Teil unterscheiden, wobei hier gleiche Formen der Saugköpfe 21 benachbart im Saugwerkzeug 2 in jeweils separaten Module 29 angeordnet sind. Beispielsweise befinden sich in einem ersten Modul 29 vier Saugköpfe zur Herstellung von größeren Bechern, in einem zweiten Modul 29 sechs Saugköpfe zur Herstellung von kleineren Bechern, in einem dritten Modul 29 zwei Saugköpfe zur Herstellung von kleineren Schalen und in einem vierten Modul 29 ein Saugköpfe zur Herstellung von einer größeren Schale.
Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der Anform- und Vorformstationen 20, 30, wobei hier die Anformstation 20 Teil der Vorformstation 30 ist. Die Anformstation 20 umfasst dabei das Saugwerkzeug 2 (hier ausgeführt als Multiwerkzeug) zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 für das Anformen 210 des Formteils 10 aus einem Reservoir 6 mit einer Pulpe 1 als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 (weitere Details zum Saugkopf siehe Fig.1 - 5) und eine Bewegungseinheit 4, auf der das Saugwerkzeug 2 montiert ist, und die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs 2 auf oder in die Pulpe 1 vorgesehen ist. Die Vorformstation 30 umfasst das Reservoir 6 mit der Pulpe 1 als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 für ein Anformen des Formteils 10 im Saugwerkzeug 2 angeordnet als waagerechtes nach oben geöffnetes Reservoir 6 und eine Vorpressstation 3 (hier ausgeführt als Multiwerkzeug) zum Vorformen 220 des mittels der Anformstation 20 bereits angeformten Formteils 10 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 und zur Formstabilisierung des Formteils 10. Des Weiteren umfasst die Vorformstation 30 eine Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35 für die Nachlieferung der Pulpe 1 für das Reservoir 6. In der Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35 wird beispielsweise die Pulpe aus einem Lösungsmittel und einem Fasermaterial 11 vorgemischt, zur Produktionspulpe 1 final angemischt, in das Reservoir eingespeist und/oder aus Rückläufen aus Saugwerkzeug 2 und/oder der Vorpressstation 3 wiederverwendet, wobei hier der Anteil an dem Fasermaterial 11 wieder auf den gewünschten Anteil eingestellt werden muss, damit die Produktionspumpe nicht im laufenden Prozess an Fasermaterial 11 ausdünnt. Die Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35 umfasst dazu ein oder mehrere Behälter (hier zwei gezeigt) für Lösungsmittel und angemischter Pulpe sowie ein Depot für das Fasermaterial 11. Dazu füllt die Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35 das Reservoir 6 in Abhängigkeit vom Pulpe-Verbrauch durch das Anformen des Formteils 10 zumindest periodisch, vorzugsweise kontinuierlich, auf, um einen benötigten Füllstand des Reservoirs 6 und den gewünschten Anteil an Fasermaterial 11 in der Pulpe 1 für das Anformen sicherzustellen. Die Vorpressstation 3 kann dabei so zum Reservoir 6 angeordnet und ausgestaltet sein, dass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir 6 zurückgespeist wird. Dazu kann die Vorpressstation 3 in einer vertikalen Ausrichtung oberhalb des Reservoirs 6 angeordnet sein, sodass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir 6 von der Vorpressstation 3 direkt in das Reservoir 6 zurückfließt. Außerdem kann die Anformstation 20 über geeignete Leitungen so mit der Vorformstation 30 verbunden sein (hier nicht gezeigt), dass die durch den Saugkopf 21 hindurchgetretene flüssige Lösung und/oder Fasermaterial 11 über die Vorformstation 30, hier mittels der Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35, wieder in die Pulpe 1 eingespeist wird. Die Bewegungseinheit 4 umfasst hier einen im Raum frei beweglichen Roboterarm 4a, auf dem das Saugwerkzeug 2 montiert ist. Der Roboterarm 4a ist dabei mit einer geeigneten Schnittstelle 4s umfassend alle Medienversorgungsanschlüsse für das Saugwerkzeug 2 mit dem Saugwerkzeug 2 verbunden. Die Bewegungseinheit 4 kann je nach Anwendung und Prozess dazu vorgesehen sein, die Saugköpfe 21 zum Kontaktieren 120 vollständig in die Pulpe 1 einzutauchen. Die Bewegungseinheit 4 ist dabei dazu vorgesehen, die Formteile 10 in dem Saugwerkzeug 2 zur Vorpressstation 3 der Vorformstation 30 und zur Heißpressstation 40 zu transferieren und bei letzterer für den Heißpressvorgang auszuwerfen. Die Bewegungseinheit 4 und das Saugwerkzeug 2 sind dabei dazu ausgestaltet, die angeformten Formteile 10 in der Vorpressstation 3 in dem Saugwerkzeug 2 zu belassen. Das Vorpressen wird somit mit einem Vorpress-Unterwerkzeug 31 und dem Saugwerkzeug 2 als das Vorpress-Oberwerkzeug ausgeführt. Hierbei kann der Vorpressdruck beispielsweise mittels einer hydraulisch betriebenen Kolbenstange oder mittels des Roboterarms auf die Formteile zwischen Vorpressunterwerkzeug 31 und Saugwerkzeug 2 ausgeübt werden. Das Vorpressen kann bei einer Temperatur der Vorpressstation 3 kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgeführt, wobei der Vorpressdruck VD zwischen 0,2 N/mm² und 0,3 N/mm², vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm² und 0,27 N/mm², beträgt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Vorpressen (Vorformen) auch mit einer Membran 32 als Vorpress-Unterwerkzeug 31 als Membranpressen ausgeführt werden (hier nicht gezeigt). Das Saugwerkzeug 2 wäre dann mit einer Positivform als Saugkopf-Saugseite 21s in das entsprechend geformte Vorpress-Unterwerkzeug 31 eingesetzt. Für das Membranpressen 150 wäre die Membran 32 als flexible Membran ausgeführt. Der Vorpressdruck VD würde dabei als Gasdruck an die Membran 32 angelegt, die daraufhin auf die Außenkontur das Formteils 10 gepresst wird. Dadurch kann auch auf Flächen des Formteils 10 Druck ausgeübt werden, der mittels hydraulischen Pressens nicht so nicht angelegt werden kann, da der Gasdruck die Membran richtungsunabhängig mit demselben Druck auf alle Flächen anlegt. Die Bewegungseinheit 4 und das Saugwerkzeug 2 sind ferner dazu ausgestaltet, die angeformten Formteile 10 in der Heißpressstation für das nachfolgende Heißpressen aus dem Saugwerkzeug 2 auszuwerfen. Dies kann beispielsweise mittels Druckluft erfolgen, die die Formteile 10 aus den Saugköpfen 21 des Saugwerkzeugs 2 auswirft.
Fig.7 zeigt eine Ausführungsform des Vorpress-Unterwerkzeugs als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Vorpress-Unterwerkzeugen 31 angepasst auf das Saugwerkzeug 2 (a) in perspektivischer Ansicht des Multiwerkzeugs und (b) im seitlichen Schnitt eines einzelnen Vorpress-Unterwerkzeugs im Multiwerkzeug. Das Vorpress-Unterwerkzeug 31 ist hier auf eine Negativform der Saugköpfe 21 angepasst, damit das Formteil 11 so an das Vorpress-Unterwerkzeug 31 angesetzt werden kann, dass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug 31 und Saugwerkzeug 2 angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug 2 mit dem Vorpressdruck VD auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 gepresst werden kann. Hierbei hat das Vorpress-Unterwerkzeug 31 eine dem Formteil 10 zugewandte Pressfläche 31a, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb 22 des Saugwerkzeugs 2. Das Vorpress-Unterwerkzeug 31 kann beispielsweise aus Metall oder zumindest zum Teil aus einem Elastomer, vorzugsweise Silikon, gefertigt sein. In den hier gezeigten Ausführungsformen ist das Vorpress-Unterwerkzeug 31 zum Teil aus einem Elastomer, hier Silikon, gefertigt. Dabei besitzt das Vorpress-Unterwerkzeug 31 einen Hohlraum 33, der von einer Wand 34 aus dem Elastomer als Pressfläche 31a umhüllt ist, wobei die Vorpressstation 3 dazu ausgestaltet ist, den Hohlraum 33 beim Vorpressen mit Gasdruck GD zu beaufschlagen, um den Vorpressdruck VD auf Formteil 10 und Saugwerkzeug 2 zu erzeugen oder zumindest den vom Saugwerkzeug 2 ausgeübten Vorpressdruck mit dem entgegengesetzt gerichteten Gasdruck GD zu unterstützen (siehe Fig. 7b). Im Multiwerkzeug sind die einzelnen Vorpress-Unterwerkzeuge 31 auf einer gemeinsamen Trägerplatte 35 angeordnet, die als Schnittstelle zur Vorpressstation 3 zum reversiblen Befestigen an der Vorpressstation und/oder zur Versorgung der einzelnen Vorpress-Unterwerkzeuge 31 mit Gasdruck ausgestattet ist. Hier weist die Trägerplatte 35 zusätzlich ein Heizelement 36 auf, das sich flächenförmig über die Trägerplatte 35 erstreckt, um eine Beheizung der Vorpress-Unterwerkzeuge 31 zu ermöglichen.
Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißpressstation 40 (a) in Seitenansicht und (b) in perspektivischer Ansicht umfassend ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 angepasst an eine Kontur 10i des Formteils 10 zur Aufnahme des Formteils 10 und ein entsprechend an das Formteil 10 angepasste Heißpress-Oberwerkzeug 42 zum Auf- oder Einsetzen auf oder in das Formteil 10 entlang einer Schließrichtung SR für die Heißpressstation 40, wobei das Heißpress-Unterwerkzeug 41 und das Heißpress-Oberwerkzeug 42 einen Heißpressdrucks HD auf das beim Heißpressen zwischen Heißpress-Unterwerkzeug 41 und Heißpress-Oberwerkzeug 42 angeordnete Formteil 10 ausüben. Bei einer Negativform eines Saugwerkzeugs 2 besitzt das Heizpress-Unterwerkzeug 41 ebenfalls eine Negativform (wie hier gezeigt) und wird damit als inneres Werkzeug 40i in der Heißpressstation 40 bereitgestellt, während das Heißpress-Oberwerkzeug 42 als äußeres Werkzeug 40a zum Heißpressen darauf aufgesetzt wird. Bei einer Positivform des Saugwerkzeugs 2 (hier nicht gezeigt) besäße das Heizpress-Unterwerkzeug 41 ebenfalls eine Positivform und würde als äußeres Werkzeug 40a bereitgestellt, während das Heißpress-Oberwerkzeug 42 als inneres Werkzeug 40i zum Heißpressen in das Heißpress-Unterwerkzeug 41 eingesetzt würde. Das Heißpress-Unterwerkzeug 41 als auch das Heißpress-Oberwerkzeug 42 sind hier als komplementäre Multiwerkzeuge mit einer Vielzahl an Heißpress-Unterwerkzeugen 41 und Heißpress-Oberwerkzeugen 42 angeordnet auf jeweiligen Trägerplatten 45 für die jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge 41 und Heißpress-Oberwerkzeuge 42 ausgeführt. Die Trägerplatten 45 sind dabei in der Heißpressstation 40 seitlich verfahrbar gelagert (siehe Fig.8b), um einen Wechsel der jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge 41 und Heißpress-Oberwerkzeuge 42 als Multiwerkzeuge außerhalb eines Prozessraums der Heißpressstation 40 zu ermöglichen. Die Trägerplatte 45 der Heißpress-Oberwerkzeuge 42 des Multiwerkzeugs ist mit Gasleitungen ausgestattet, um in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen 42 je nach Prozessschritt einen Unterdruck zum Halten der Formteile 10 in und/oder einen Überdruck zum Ausgeben der endgeformten Formteile 10 aus den Heißpress-Oberwerkzeugen 42 anzulegen. Damit können mit dem Heißpress-Oberwerkzeug 42 die endgeformten Formteile 10 zum Weitertransport ausgegeben werden, beispielsweise auf ein an die Heißpressstation angeschlossener Transportband 95. Hierzu kann die Trägerplatte 45 aus der Heißpressposition in eine Ausgabeposition verschoben werden. Des Weiteren sind zwischen der Trägerplatte 45 und einer Halterung 46 für die Trägerplatte 45 Dehnungsmittel 47 zur Kompensation von thermischen Ausdehnungseffekten angeordnet. Zwischen der Trägerplatte 45 und der Halterung 46 kann thermisch isolierendes Material 44 angeordnet, siehe beispielweise Fig.9.
Fig.9 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Heißpress-Unterwerkzeug 41 und Heißpress-Oberwerkzeug 42 der Heißpressstation 40 aus Fig.8 beim Heißpressen. Hierbei werden die jeweiligen dem Formteil 10 zugewandten Heißpressseiten 41a, 42a des Heißpress-Unterwerkzeugs 41 und des Heißpress-Oberwerkzeugs 42 mittels elektrischer Heizpatronen 43 beheizt. Hierbei sind die Heizpatronen 43 im Heißpress-Unterwerkzeug 41 und Heißpress-Oberwerkzeug 42 so ausgestaltet und angeordnet, dass die Heißpressseiten 41a, 42a auf Temperaturen größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, aufgeheizt werden können. Hierbei können die Heizpatronen 43 so gesteuert werden, dass sich die Temperaturen von Heißpress-Unterwerkzeug 41 und Heißpress-Oberwerkzeug 42 unterscheiden, wobei das Heißpress-Oberwerkzeug 42 eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug 41 besitzen kann, vorzugsweise unterscheiden sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C. Dafür sind die Heizpatronen 43 konturnah am Formteil 10 in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen 42 und Heißpress-Unterwerkzeugen 41 angeordnet und die jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeuge 42 und Heißpress-Unterwerkzeuge 41 sind aus Metall gefertigt. Hier ist eine Heizpatrone 43 zentral im inneren Werkzeug 40i parallel zur Schließrichtung SR mit einer ersten Heizleistung angeordnet ist, während im äußeren Werkzeug sechs Heizpatronen 43 mit zweiten Heizleistungen konzentrisch um die Schließrichtung SR herum parallel zur Heißpressseite 41a, 42a des inneren Werkzeugs 40i angeordnet, wobei die erste Heizleistung größer ist als die zweite Heizleistung. Des Weiteren umfassen hier die Heißpress-Oberwerkzeuge 42 auf den vom Formteil 10 abgewandten Seiten eine Umhüllung 44 aus einer thermisch isolierenden Material.
Fig. 10 zeigt schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Heißpress-Unterwerkzeug 41 und Heißpress-Oberwerkzeug 42 der Heißpressstation 40 aus Fig.8 beim Heißpressen. Nach erfolgtem Vorpressen wird das vorgepresste Formteil 10 mittels des Saugwerkzeugs 2 an die Heißpressstation 40 übergeben, wobei dabei das Formteil 10 zum nachfolgenden Heißpressen aus dem Saugwerkzeug 2 entfernt wird. Die Heißpressstation 40 umfasst ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit einer Heißpressseite 41a angepasst an eine Kontur des Formteils 10 und ein Heißpress-Oberwerkzeug 42, wobei beim Übergeben das Formteil 10 vom Saugwerkzeug 2 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 aufgesetzt (hier bei einer Negativform. Bei einer Positivform würde es in das Heißpress-Unterwerkzeug eingesetzt). Beim Heißpressen wird dann das Heißpress-Oberwerkzeug 42 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit dem dazwischen angeordneten Formteil 10 gepresst. Hierbei kann das Heißpress-Unterwerkzeug 41 aus Metall gefertigt sein. Das Heißpress-Unterwerkzeug 41 umfasst zudem Kanäle 41k zu seiner Heißpressseite 41a, mit der die flüssige Lösung aus dem Formteil 10 beim Heißpressen zumindest teilweise abgeführt werden kann. Diese Kanäle 41k können zumindest auf der Heißpressseite einen Durchmesser kleiner oder gleich 1,0 mm besitzen. Hierbei können die Kanäle als Querschnittsfläche jede geeignete Geometrie besitzen. Beispielsweise haben die Kanäle 41k einen runden oder elliptischen Querschnitt. Das Heißpress-Oberwerkzeug 42 ist zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite 42i an die Kontur des Formteils 10 angepasst, vorzugsweise ist auch das Heißpress-Oberwerkzeug 42 aus Metall gefertigt. Beim Heißpress-Unterwerkzeug 41 und beim Heißpress-Oberwerkzeug 42 können beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen angewendet werden, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug 42 eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug 41, wobei sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C, unterscheiden. Das Heißpressen kann bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgeführt werden. Hierbei wird das Heißpressen 140 bei dem Heißpressdruck HD höher dem Vorpressdruck VD durchgeführt. Der Heißpressdruck HD kann dabei zwischen 0,5 N/mm² und 1,5 N/mm², vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm² und 1,2 N/mm², betragen, wobei dieser 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 wird.
Fig.11 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 100 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 umfassend ein Reservoir 6 zur Bereitstellung einer Pulpe 1 als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 als Teil der Vorformstation 30. In einer Anformstation 20 taucht eine Bewegungseinheit 4 ein an ihr angebrachtes Saugwerkzeug 2 mit einem Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21s, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, in die Pulpe 1 ein. Die Pulpe wird dabei durch eine Pulpeaufbereitungs- und Nachlieferungseinheit 35 bereitgestellt und während des Betriebs kontinuierlich erneuert und nachgeliefert. Die Bewegungseinheit 4 ist hier als Roboter mit einem im Raum frei beweglichen Roboterarm 4a ausgeführt. Ein Roboter 4 kann auf engem Raum präzise und reproduzierbare Bewegungen durchführen und eignet sich daher besonders für die Führung des Saugwerkzeugs 2 zwischen Pulpe-Reservoir 6 und Vorpressstation 3 der Vorformstation 30. Das Saugwerkzeug 2 ist dabei über eine Schnittstelle 4s mit dem Roboterarm 4a verbunden. Eine solche Schnittstelle 4s lässt einen schnellen Wechsel des Saugwerkzeugs 2 bei Bedarf zu. Das Saugwerkzeug 2 ist dazu ausgestaltet, das Formteil 10 mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 auf die Saugkopf-Saugseite 21s mittels Saugdruck SD (Unterdruck) im Saugwerkzeug 2 anzuformen. Die Vorpressstation 3 ist zum Vorpressen des angeformten Formteils 10 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 und zu dessen Formstabilisation vorgesehen. Die Heißpressstation 40 mit hier sichtbarem Heißpress-Unterwerkzeug 41 ausgefahren zur Übernahme der vorgeformten Formteile 10 vom Saugwerkzeug 2 dargestellt, ist zum Heißpressen 150 des vorgepressten Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD und damit zur Endformung des Formteils 10 und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 vorgesehen. Die Ausgabeeinheit 70 gibt dann das endgeformten Formteils 10 aus. Zur Steuerung des ausgeführten Verfahrens umfasst die Faserformanlage 100 eine Steuereinheit 50, die mit den anderen Komponenten 20, 30, 35, 40, 60, 70, 80, 90 der Faserformanlage 100 auf geeignete Weise verbunden ist, um diese Komponenten, unter anderem eine Schneideeinheit 80 und/oder eine Stapeleinheit 90 und/oder ein Transportband 95, zu steuern. Insbesondere kann die Faserformanlage 100 zusätzlich eine Beschichtungseinheit 60 zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil 10 umfassen.
Fig.12 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 erfindungsgemäßen Faserformanlage umfassend nachfolgende Schritte des Anformens 210 des Formteils in einer Anformstation 20 aus einem Reservoir 6 mit einer Pulpe 1 als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11; des Vorformens 220 des angeformten Formteils 10 in einer erfindungsgemäßen Vorformstation 30; des Endformens 230 des vorgeformten Formteils 10 in einer erfindungsgemäßen Heißpressstation 40; und des Ausgebens 240 des endgeformten Formteils 10 aus der erfindungsgemäßen Faserformanlage 100.
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.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1: Pulpe
11: umweltverträgliches abbaubares Fasermaterial
2: Saugwerkzeug
21: Saugkopf
21a: Saugkopf-Außenseite
21i: Saugkopf-Innenseite
21p: der Pulpe zugewandten Stirnseite des Saugkopfes
21s: Saugkopf-Saugseite
22: poröses Sieb des Saugkopfes
22p: der Pulpe zugewandten Seite (Pulpen-Seite) des Siebes
22s: Seite des Siebes zugewandt zur saugseitigen Oberfläche 23s
22w: Wellenberge auf der Seite 22s des Siebes
22t: Wellentäler des Siebes
23: Saugkanäle im Saugkopf
23s: Saugseitige Oberfläche des Saugkopfes
24: Sammelring im Saugkopf
25: Abführkanal für die flüssige Lösung
26: Basisplatte des Saugwerkzeugs
27: Gasleitungssystem in der Basisplatte
27d: Druckgasleitung im Gasleitungssystem
27h: Hauptgasleitung im Gasleitungssystem
27n: Nebengasleitung im Gasleitungssystem
27v: Ventile im Gasleitungssystem
28: reversibles Befestigungsmittel für das Sieb, z.B. Klemmmittel
29: Module mit Saugköpfen
3: Vorpressstation
31: Vorpress-Unterwerkzeug
31a: Pressfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs
33: Hohlraum im Vorpress-Unterwerkzeug
34: Wand als Pressfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs
35: Trägerplatte
36: Heizelement der Trägerplatte
4: Bewegungseinheit
4a: frei im Raum beweglicher Roboterarm
4s: Schnittstelle
41: Heißpress-Unterwerkzeug der Heißpressstation
41a: Heißpressseite des Heißpress-Unterwerkzeugs, z.B. die Außenseite
41k: Kanäle im Heißpress-Unterwerkzeug
42: Heißpress-Oberwerkzeug der Heißpressstation
42a: Heißpressseite des Heißpress-Oberwerkzeugs, z.B. die Innenseite
43: Heizpatronen
44: thermisch isolierende Umhüllung bzw. Material
45: Trägerplatten für die jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress-Oberwerkzeug ausgeführt als Multiwerkzeug
46: Halterung
47: Dehnungsmittel
5: Vakuumpumpe
6: Reservoir an Pulpe
10: Formteil aus umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial
10a: Innenkontur (Innenseite) des Formteils
10i: Außenkontur (Außenseite) des Formteils

20: Anformstation
30: Vorformstation
35: Pulpeaufbereitungs- und Nachlieferungseinheit
40: Heißpressstation
40i: inneres Werkzeug
40a: äußeres Werkzeug
50: Steuereinheit
60: Beschichtungseinheit
70: Ausgabeeinheit
80: Schneideeinheit
90: Stapeleinheit
95: Transportband
100: Faserformanlage

200: Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage
210: Anformen des Formteils in einer Anformstation
220: Vorformen des Formteils in einer erfindungsgemäßen Vorformstation
230: Endformen des Formteils in einer erfindungsgemäßen Heißpressstation
240: Ausgeben des endgeformten Formteils aus der Faserformanlage

A-B: Schnittlinie in Figur 5
GD: Gasdruck
HD: Heißpressdruck
SD: Saugdruck (Pulpe gegen Saugkopf)
SR: Schließrichtung (Pressrichtung) der Heißpressstation
VD: Vorpressdruck

Claims

Eine Vorformstation (30) für eine Faserformanlage (100) zum Vorformen (220) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) für ein nachfolgendes Heißpressen in einer Heißpressstation (40) in einem Faserformprozess umfassend
- ein Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) für ein Anformen des Formteils (10), vorzugsweise angeordnet als waagerechtes nach oben geöffnetes Reservoir (6); und

- eine Vorpressstation (3) zum Vorformen (220) des mittels einer Anformstation (20) mittels eines Saugwerkzeugs (2) angeformten Formteils (10) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10) und zur Formstabilisierung des Formteils (10) ), wobei die Vorpressstation (3) als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Vorpress-Unterwerkzeugen (31) angepasst auf das Saugwerkzeug (2) als Multiwerkzeug ausgeführt ist, wobei das Saugwerkzeug auf ein ruhendes Vorpressunterwerkzeug gepresst wird, und
wobei die Vorformstation (30) separat von der nachfolgenden Heißpressstation (40) anordenbar ist.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorformstation (30) des Weiteren eine Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit (35) für die Nachlieferung der Pulpe (1) für das Reservoir (6) umfasst.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pulpe-Aufbereitungs- und Nachlieferungseinheit (35) das Reservoir (6) in Abhängigkeit vom Pulpe-Verbrauch durch das Anformen des Formteils (10) zumindest periodisch, vorzugsweise kontinuierlich, auffüllt, um einen benötigten Füllstand des Reservoirs (6) für das Anformen sicherzustellen.
Die Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorpressstation (3) so zum Reservoir (6) angeordnet und ausgestaltet ist, dass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir (6) zurückgespeist wird.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorpressstation (3) in einer vertikalen Ausrichtung oberhalb des Reservoirs (6) angeordnet ist, sodass die durch das Vorpressen aus dem Formteil entfernte flüssige Lösung in das Reservoir (6) von der Vorpressstation (3) direkt in das Reservoir (6) zurückfließt.
Die Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorpressstation (3) ein Vorpress-Unterwerkzeug (31) umfasst, dessen Form an das im Saugwerkzeug (2) verbleibende angeformte Formteil (10) so angepasst ist, dass dieses an das Vorpress-Unterwerkzeug so angesetzt werden kann, dass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug (31) und Saugwerkzeug (2) angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug (2) mit dem Vorpressdruck (VD) auf das Vorpress- Unterwerkzeug (31) gepresst werden kann,
oder

dass das Vorpressen (140) als Membranpressen ausgeführt wird, wobei das Vorpress-Unterwerkzeug (31) als flexible Membran ausgeführt ist und der Vorpressdruck (VD) als Gasdruck an die Membran angelegt wird, die daraufhin auf die Außenkontur (10a) das Formteils (10) gepresst wird.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorpress-Unterwerkzeug (31) eine dem Formteil (10) zugewandte Pressfläche (31a) hat, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb (22) des Saugwerkzeugs (2).
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorpress-Unterwerkzeug (31) aus Metall oder zumindest zum Teil aus einem Elastomer, vorzugsweise Silikon, gefertigt ist.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorpress-Unterwerkzeug (31) einen Hohlraum (33) besitzt, der von einer Wand (34) aus dem Elastomer als Pressfläche (31a) umhüllt ist, wobei die Vorpressstation (3) dazu ausgestaltet ist, den Hohlraum (33) beim Vorpressen mit Gasdruck (GD) zu beaufschlagen, um den Vorpressdruck (VD) zu erzeugen oder zumindest zu unterstützen.
Die Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorpress-Unterwerkzeuge (31) auf einer gemeinsamen Trägerplatte (35) angeordnet sind, die als Schnittstelle zur Vorpressstation (3) zum reversiblen Befestigen an der Vorpressstation und/oder zur Versorgung der einzelnen Vorpress-Unterwerkzeuge (31) mit Gasdruck ausgestattet ist.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerplatte (35) zusätzlich ein Heizelement (36), vorzugsweise ein sich flächenförmig über die Trägerplatte (35) erstreckendes Heizelement (36), zur Beheizung der Vorpress-Unterwerkzeuge umfasst.
Die Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anformstation (20) Teil der Vorformstation (30) ist.
Die Vorformstation (30) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anformstation (20) über geeignete Leitungen so mit der Vorformstation (30) verbunden ist, dass die durch den Saugkopf (21) hindurchgetretene flüssige Lösung und/oder Fasermaterial (11) über die Vorformstation (30) wieder in die Pulpe (1) eingespeist wird.
Eine Heißpressstation (40) für eine Faserformanlage (100) zum Endformen (230) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Heißpress-Unterwerkzeug (41) angepasst an eine Kontur (10i) des Formteils (10) zur Aufnahme des Formteils (10) und ein entsprechend an das Formteil (10) angepasste Heißpress-Oberwerkzeug (42) zum Auf- oder Einsetzen auf oder in das Formteil (10) entlang einer Schließrichtung (SR) für die Heißpressstation (40), wobei das Heißpress-Unterwerkzeug (41) und/oder das Heißpress-Oberwerkzeug (42) zur Ausübung eines Heißpressdrucks (HD) auf das beim Heißpressen zwischen Heißpress-Unterwerkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) angeordnete Formteil (10) vorgesehen sind, wobei sowohl das Heißpress-Unterwerkzeug (41) als auch das Heißpress-Oberwerkzeug (42) als Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Heißpress-Unterwerkzeugen (41) als auch an Heißpress-Oberwerkzeugen (42) angeordnet auf jeweiligen Trägerplatten (45) für die jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge (41) und Heißpress-Oberwerkzeuge (42) ausgeführt sind.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Negativform eines Saugwerkzeugs (2) das Heizpress-Unterwerkzeug (41) ebenfalls eine Negativform besitzt und als inneres Werkzeug (40i) bereitgestellt wird, während das Heißpress-Oberwerkzeug (42) als äußeres Werkzeug (40a) zum Heißpressen darauf aufgesetzt wird, und bei einer Positivform des Saugwerkzeugs (2) das Heizpress-Unterwerkzeug (41) ebenfalls eine Positivform besitzt und als äußeres Werkzeug (40a) bereitgestellt wird, während das Heißpress-Oberwerkzeug (42) als inneres Werkzeug (40i) zum Heißpressen in das Heißpress-Unterwerkzeug (41) eingesetzt wird.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeweilige dem Formteil (10) zugewandte Heißpressseiten (41a, 42a) des Heißpress-Unterwerkzeugs (41) und des Heißpress-Oberwerkzeugs (42) mittels elektrischer Heizpatronen (43) beheizt werden.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizpatronen (43) im Heißpress-Unterwerkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) so ausgestaltet und angeordnet sind, um die Heißpressseiten (41a, 42a) auf Temperaturen größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, aufzuheizen.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizpatronen (43) so gesteuert sind, dass sich die Temperaturen von Heißpress-Unterwerkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) unterscheiden.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Heißpress-Oberwerkzeug (42) eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug (41) besitzt, vorzugsweise unterscheiden sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C.
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizpatronen (43) konturnah am Formteil (10) in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen (42) und Heißpress-Unterwerkzeugen (41) angeordnet sind, vorzugsweise sind die jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeuge (42) und Heißpress-Unterwerkzeuge (41) aus Metall gefertigt.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem inneren Werkzeug (40i) zumindest eine Heizpatrone (43) mit einer ersten Heizleistung angeordnet ist, während im äußeren Werkzeug eine Vielzahl an Heizpatronen (43) mit zweiten Heizleistungen um die Heißpressseite (41a, 42a) des äußeren Werkzeugs (40a) herum angeordnet sind, vorzugsweise ist die erste Heizleistung größer als die zweite Heizleistung.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle einer einzigen Heizpatrone (43) im inneren Werkzeug (40i) diese zentral im inneren Werkzeug (40i) parallel zur Schließrichtung (SR) angeordnet ist, und/oder

im Falle mehrerer Heizpatronen (43) im inneren Werkzeug (40i) diese konzentrisch um die Schließrichtung (SR) herum parallel zur Heißpressseite (41a, 42a) des inneren Werkzeugs (40i) angeordnet sind.
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 20 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem äußeren Werkzeug (40a) eine Vielzahl an Heizpatronen (43) konzentrisch um die Schließrichtung (SR) herum parallel zur Heißpressseite (41a, 42a) des äußeren Werkzeugs (40a) angeordnet sind.
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heißpress-Unterwerkzeuge (41) und/oder die Heißpress-Oberwerkzeuge (42) auf den vom Formteil (10) abgewandten Seiten eine Umhüllung (44) aus einer thermisch isolierenden Material umfassen
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Heißpress-Unterwerkzeug (41) eine Mehrzahl an Kanälen (41k) zu seiner Heißpressseite (41a) umfasst, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen zumindest teilweise vom Formteil (10) abgeführt werden kann.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanäle (41k) zumindest auf der Heißpressseite (41a) einen Durchmesser kleiner oder gleich 1,0 mm besitzen.
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerplatten (45) in der Heißpressstation (40) seitlich verfahrbar gelagert sind, um einen Wechsel der jeweiligen Heißpress-Unterwerkzeuge (41) und Heißpress-Oberwerkzeuge (42) als Multiwerkzeuge außerhalb eines Prozessraums der Heißpressstation (40) zu ermöglichen.
Die Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerplatte (45) der Heißpress-Oberwerkzeuge (42) des Multiwerkzeugs mit Gasleitungen ausgestattet ist, um in den jeweiligen Heißpress-Oberwerkzeugen (42) je nach Prozessschritt einen Unterdruck zum Halten der Formteile (10) in und/oder einen Überdruck zum Ausgeben der endgeformten Formteile (10) aus den Heißpress-Oberwerkzeugen (42) anzulegen.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Trägerplatte (45) und einer Halterung (46) für die Trägerplatte (45) Dehnungsmittel (47) angeordnet sind.
Die Heißpressstation (40) nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Trägerplatte (45) und der Halterung (46) thermisch isolierendes Material (44) angeordnet ist.
Eine Faserformanlage (100) umfassend zumindest eine Anformstation (20) für eine Faserformanlage (100) zum Anformen (210) eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Saugwerkzeug (2) zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) für das Anformen (210) des Formteils (10) aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11), 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; und eine Bewegungseinheit (4), auf der das Saugwerkzeug (2) montiert ist, die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) auf oder in die Pulpe (1) vorgesehen ist, eine Vorformstation (30) für eine Faserformanlage (100) zum Vorformen (220) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) für ein Anformen des Formteils (10), vorzugsweise angeordnet als waagerechtes nach oben geöffnetes Reservoir (6); und eine Vorpressstation (3) zum Vorformen (220) des mittels der Anformstation (20) mittels des Saugwerkzeugs (2) angeformten Formteils (10) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10) und zur Formstabilisierung des Formteils (10 und eine Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 30 zur Herstellung eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines in der Faserformanlage (100) ausgeführten Faserformprozess.
Eine Faserformanlage (100) umfassend zumindest eine Anformstation (20) für eine Faserformanlage (100) zum Anformen (210) eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Saugwerkzeug (2) zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) für das Anformen (210) des Formteils (10) aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11), 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; und eine Bewegungseinheit (4), auf der das Saugwerkzeug (2) montiert ist, die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) auf oder in die Pulpe (1) vorgesehen ist, eine Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und eine Heißpressstation (40) für eine Faserformanlage (100) zum Endformen (230) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Heißpress-Unterwerkzeug (41) angepasst an eine Kontur (101) des Formteils (10) zur Aufnahme des Formteils (10) und ein entsprechend an das Formteil (10) angepasste Heißpress-Oberwerkzeug (42) zum Auf- oder Einsetzen auf oder in das Formteil (10) entlang einer Schließrichtung (SR) für die Heißpressstation (40), wobei das Heißpress-Unterwerkzeug (41) und/oder das Heißpress-Oberwerkzeug (42) zur Ausübung eines Heißpressdrucks (HD) auf das beim Heißpressen zwischen Heißpress-Unterwerkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) angeordnete Formteil (10) vorgesehen sind, zur Herstellung eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines in der Faserformanlage (100) ausgeführten Faserformprozess.
Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 31 oder 32
dadurch gekennzeichnet,
dass die Faserformanlage (100) eine Steuereinheit (50) zur Steuerung zumindest der Anformstation (20), der Vorformstation (30) und der Heißpressstation (40) sowie deren Sub-Komponenten (2, 3, 4, 5, 6) umfasst.
Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 31 bis 33,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Faserformanlage (20) zusätzlich eine Beschichtungseinheit (60) zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil (10) umfasst.
Die Faserformanlage (100) nach einem der Ansprüche 31 bis 34,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Faserformanlage (100) des Weiteren eine Ausgabeeinheit (70) zum Ausgeben des endgeformten Formteils (10) umfasst, vorzugsweise umfasst die Formanlage der weiteren zumindest eine Schneideeinheit (80) und/oder eine Stapeleinheit (90) und/oder ein Transportband (95) für die Formteile (10).
Ein Verfahren (200) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage (100) nach Anspruch 32 umfassend nachfolgende Schritte:
- Anformen (210) des Formteils in einer Anformstation (20) für eine Faserformanlage (100) zum Anformen (210) eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Saugwerkzeug (2) zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) für das Anformen (210) des Formteils (10) aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11), 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; und eine Bewegungseinheit (4), auf der das Saugwerkzeug (2) montiert ist, die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) auf oder in die Pulpe (1) vorgesehen ist aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11);

- Simultanes Vorformen (220) einer Vielzahl angeformter Formteile (10) in einer Vorformstation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13;

- Endformen (230) des vorgeformten Formteils (10) in einer Heißpressstation (40) für eine Faserformanlage (100) zum Endformen (230) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Heißpress-Unterwerkzeug (41) angepasst an eine Kontur (101) des Formteils (10) zur Aufnahme des Formteils (10) und ein entsprechend an das Formteil (10) angepasste Heißpress-Oberwerkzeug (42) zum Auf- oder Einsetzen auf oder in das Formteil (10) entlang einer Schließrichtung (SR) für die Heißpressstation (40), wobei das Heißpress-Unterwerkzeug (41) und/oder das Heißpress-Oberwerkzeug (42) zur Ausübung eines Heißpressdrucks (HD) auf das beim Heißpressen zwischen Heißpress-Unterwerkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) angeordnete Formteil (10) vorgesehen sind; und

- Ausgeben (240) des endgeformten Formteils (10) aus der Faserformanlage (100).
Ein Verfahren (200) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage (100) nach Anspruch 31 umfassend nachfolgende Schritte:
- Anformen (210) des Formteils in einer Anformstation (20) für eine Faserformanlage (100) zum Anformen (210) eines Formteils (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Saugwerkzeug (2) zum Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) für das Anformen (210) des Formteils (10) aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11), 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; und eine Bewegungseinheit (4), auf der das Saugwerkzeug (2) montiert ist, die zumindest zum Aufsetzen auf oder zum partiellen Eintauchen des Saugwerkzeugs (2) auf oder in die Pulpe (1) vorgesehen ist, aus einem Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11);

- Vorformen (220) des angeformten Formteils (10) in einer Vorformstation (30) für eine Faserformanlage (100) zum Vorformen (220) eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) in einem Faserformprozess umfassend ein Reservoir (6) mit einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit dem umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) für ein Anformen des Formteils (10), vorzugsweise angeordnet als waagerechtes nach oben geöffnetes Reservoir (6); und eine Vorpressstation (3) zum Vorformen (220) des mittels der Anformstation (20) mittels des Saugwerkzeugs (2) angeformten Formteils (10) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10) und zur Formstabilisierung des Formteils (10).;

- Simultanes Endformen (230) einer Vielzahl von vorgeformten Formteilen (10) in einer Heißpressstation (40) nach einem der Ansprüche 14 bis 30; und

- Ausgeben (240) des endgeformten Formteils (10) aus der Faserformanlage (100).