EP4345209A1 - Formwerkzeug und verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale erzeugnisse - Google Patents

Formwerkzeug und verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale erzeugnisse Download PDF

Info

Publication number
EP4345209A1
EP4345209A1 EP23193793.9A EP23193793A EP4345209A1 EP 4345209 A1 EP4345209 A1 EP 4345209A1 EP 23193793 A EP23193793 A EP 23193793A EP 4345209 A1 EP4345209 A1 EP 4345209A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
heating
cavity
molding
heating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23193793.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Hahnemann
Raphael Köppl
Richard Hagenauer
Thomas Schickmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kiefel GmbH
Original Assignee
Kiefel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kiefel GmbH filed Critical Kiefel GmbH
Publication of EP4345209A1 publication Critical patent/EP4345209A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D21J3/10—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds of hollow bodies

Definitions

  • a mold for producing three-dimensional products from a fiber-containing material and a method for controlling a temperature distribution in a mold for producing three-dimensional products are described.
  • Fibrous materials are increasingly being used to produce, for example, packaging for food (e.g. bowls, capsules, boxes, etc.) and consumer goods (e.g. electronic devices, etc.) as well as beverage containers. Everyday objects such as disposable cutlery and tableware are also made from fibrous materials. Fibrous materials include natural fibers or artificial fibers. Recently, fibrous materials have been increasingly used that contain natural fibers or consist of fibers that can be obtained from renewable raw materials or waste paper, for example. The natural fibers are mixed in a so-called pulp with water and, if necessary, other additives such as starch. Additives can also have an effect on the color, barrier properties and mechanical properties. This pulp can contain, for example, 0.1 to 10% by weight of natural fibers. The proportion of natural fibers varies depending on the process used to produce packaging, etc., and the product properties of the product to be manufactured.
  • a fiber processing facility has several stations or forming stations.
  • a forming station for example, fibers can be sucked into a cavity of a suction tool , whereby a preform is shaped or formed.
  • the pulp is provided in a pulp supply and the suction tool with at least one suction cavity, the geometry of which essentially corresponds to the product to be manufactured, is at least partially immersed in the pulp.
  • suction takes place via openings in the suction cavity which are connected to a corresponding suction device, with fibers from the pulp collecting on the surface of the suction cavity.
  • the sucked-in fibers or a preform can then be brought via the suction tool into a pre-pressing tool, whereby the preform is pre-pressed. During this pre-pressing process, the fibers in the preform are pressed and the water content of the preform is reduced.
  • preforms can be provided by scooping, whereby a scooping tool is dipped into the pulp and fibers are deposited on molded parts of the scooping tool when it is raised.
  • the preforms are then pressed into finished products in a hot press.
  • preforms are introduced into a hot pressing tool, which, for example, has a lower tool half and an upper tool half that are heated.
  • the preforms are pressed in a cavity with heat input, with residual moisture being released by the pressure and heat, so that the moisture content of the preforms is reduced from approx. 60% by weight before hot pressing to, for example, 5-10% by weight. % is reduced after hot pressing.
  • the water vapor created during hot pressing is extracted during hot pressing through openings in the cavities and channels in the hot pressing tool.
  • a hot-pressing tool and a manufacturing process using the hot-pressing process described above are known, for example, from EN 10 2019 127 562 A1 known.
  • a control system for heating tool plates fails when the surface temperature of the mold surfaces is measured, because this drops sharply cyclically due to contact with moist material and water. It should also be noted that the heat energy stored in the tool plates and also in the cavities and molded parts "continues to flow".
  • the surface temperatures on the mold surfaces of cavities and molded parts can depend on other, different factors. For example, the number of molding devices per tool plate, the tool material or material pairing, the material used for the preforms, their moisture content, the heat storage capacity of the molding devices, etc.
  • the task is to provide a uniform temperature distribution on the molding surfaces of molding devices of a molding tool, especially for products with large mold depths. Furthermore, the task is to provide an alternative to the state of the art and to ensure improved production for a large number of different product geometries.
  • a molding tool for producing three-dimensional products from a fiber-containing material having at least a first tool component and at least a second tool component, the first tool component and the second tool component each having a tool body, the tool body of the first tool component having at least a cavity and the tool body of the second tool component has at least one molded part corresponding to the at least one cavity, wherein the at least one molded part and the at least one cavity can be moved relative to one another and for pressing to form a mold space between corresponding surfaces of the at least one cavity and the at least one molded part a fibrous material that can be introduced into the mold space can be pressed, and wherein the first tool component and / or the second tool component have at least one heating device, wherein the at least one heating device is arranged such that due to the arrangement of the at least one heating device, at least a first heating circuit in the tool body and at least one second heating circuit is formed in the associated at least one cavity or the at least one molded part.
  • the temperatures in the tool body and an associated cavity or molded part can be individually regulated in order to achieve an optimal temperature for the manufacturing process, without tool components being heated too much or too little to achieve an average temperature which represents a compromise.
  • different temperatures can be achieved in a tool body and the associated at least one mold device (cavity or molded part), whereby basic heating can take place via the tool plate, for example in the range of 200 to 300°C.
  • a tool plate can be heated to around 250 °C.
  • the heating of the at least one mold device (cavity or molded part) can take place, for example, in the range of 170 to 250 °C. If the tool plate is heated to 250 °C, the mold devices can be heated to 220 °C, for example.
  • the basic heating of the tool body can also be maintained in standby mode, for example.
  • the molding devices themselves can be brought to a lower or higher temperature, which is sufficiently high for the hot pressing process.
  • the temperature of the basic heating is adapted to the required hot-pressing temperature on the mold surfaces, so that the "continuing flow" of heat from the tool body does not lead to an increase in the surface temperature or the surface temperature on the surfaces of the mold surfaces does not exceed the required hot-pressing temperature ( e.g. 220 °C).
  • the temperature of the molding devices can be higher, such as a base heating system in a tool body, whereby a "continued flow" of heat from the molding devices into a tool body does not usually occur, since thermal energy is cyclically extracted from the molding devices by the evaporation of water stored in the fibrous material.
  • the prevailing temperature difference can essentially compensate for the loss of thermal energy when water evaporates.
  • the at least one heating device can have at least one heating element which is arranged asymmetrically in the tool body and in the associated at least one cavity or molded part.
  • An asymmetrical arrangement occurs, for example, when a heating element designed as a heating cartridge lies largely in the tool body, with a small portion protruding into the molding device.
  • the molding devices cavities, molded parts
  • the recordings must always be adapted to the arrangement and design of the corresponding heating device.
  • a symmetrical arrangement of the at least one heating device can be provided, whereby an individual temperature distribution can be achieved according to the design and arrangement within a tool body and the molding devices.
  • An individual temperature distribution can be achieved, for example, via the distance of a heating element to a surface or molding area.
  • a "continued flow" of heat at larger distances between a heating element and a molding surface in a molding device can lead to the surface temperature being lower than in a design with a smaller distance.
  • the temperature distribution in a tool body is also different to the temperature distribution in the molding devices, so that in these embodiments an individual temperature setting in the components of the molding tool can also be achieved by a symmetrical arrangement.
  • an effective heating surface of the at least one heating element can have a larger area within the tool body than an area within the associated at least one cavity or mold part, so that a larger heat transfer takes place in the tool body, or an effective heating surface of the at least one heating element can have a larger area within at least one cavity or mold part than an area within the tool body, so that a larger heat transfer takes place in the mold devices, which are cyclically cooled by the evaporation of water.
  • a heating element can have at least two heating zones, which can provide different heating and are arranged accordingly so that a first heating zone in the tool body and a second heating zone are arranged in an associated molding device.
  • the at least one heating device can have at least one first heating element and at least one second heating element, the at least one first heating element being arranged in the tool body and the at least one second heating element being arranged in the associated at least one cavity or molded part.
  • the first heating element and the second heating element can be separate heating elements that can be controlled independently of one another and can provide heating that differs from one another in order to generate different temperatures in a tool body and at least one associated molding device.
  • the at least one first heating element is part of the first heating circuit and the at least one second heating element is part of the second heating circuit.
  • a mold can have a plurality of cavities and associated molded parts, with heating elements of the at least one heating device being arranged differently with respect to position and/or orientation to one another and/or to the associated cavities or molded parts.
  • the position and orientation can, for example, relate to the alignment and the distance to surfaces of the tool body and the mold surfaces.
  • At least one heating element of at least one heating device for a cavity or molded part can be arranged and/or controlled differently than at least one heating element of at least one heating device for another cavity or molded part of a first tool component and/or a second tool component. This not only allows different heating of tool bodies and associated molding devices, but also allows individual molding devices to be heated differently than other molding devices of an associated tool body. In addition, zones of a tool body can also be heated differently.
  • the at least one first heating element and the at least one second heating element can have different heating outputs due to their design.
  • heating elements can have heating surfaces of different sizes and different heating outputs.
  • a molding tool can additionally have at least one cooling device, wherein the temperature of the molding tool, in particular of the at least one tool body, can be regulated during operation between a standby temperature and a maximum production temperature of a production temperature range via the at least one heating device and the at least one cooling device, wherein the standby temperature is lower than a minimum production temperature.
  • the molding tool can have at least one sensor element for detecting the temperature of the tool body and/or the at least one molding device (cavity, molded part) in order to control the at least one heating device in accordance with the detected temperature.
  • at least one sensor element can be provided which detects the surface temperature of the molding surfaces of the at least one molding device.
  • the arrangement/orientation of the at least one heating device and heating elements as well as their control for heating the corresponding components can be determined in advance in a simulation.
  • the mold is then formed based on the optimal arrangement determined.
  • the above-mentioned object is also achieved by a method for controlling a temperature distribution in a mold for producing three-dimensional products from a fibrous material, wherein preforms are pressed into products under pressure and temperature in the mold, wherein the mold has at least one first tool component and at least one second tool component, wherein the first tool component and the second tool component each have a tool body, wherein the tool body of the first tool component has at least one cavity and the tool body of the second tool component has at least one molded part corresponding to the at least one cavity, wherein the at least one molded part and the at least one cavity are moved relative to one another to form a mold space between corresponding surfaces of the at least one cavity and the at least one molded part and are pressed to form a fibrous material that can be introduced into the mold space, wherein the first tool component and/or the second tool component have at least one heating device, wherein at least one first heating circuit in the tool body and at least one second heating circuit in the associated at least one cavity or the at least one molded part are formed
  • the temperature can be individually controlled and regulated.
  • the individual regulation or control means that the temperatures can be specified and set independently of one another.
  • the surface temperature of the mold surfaces drops due to contact with moist fibrous material and the evaporation of water.
  • the surface temperature can drop by approx. 100 to 130 °C, e.g. 120 °C.
  • the direct heating, independent of the tool body, via, for example, a separate heating element in the at least one mold device enables rapid reheating to the extent actually required, whereby the mold device is not heated higher than, for example, an optimal hot pressing temperature determined in advance.
  • the advantage of faster heating is achieved compared to known Designs in which only one heater is provided via a tool body are achieved in that the heat from the tool body does not have to "flow in" first, but is provided directly via the first heating device in the mold device.
  • the at least one heating device can have at least one first heating element and at least one second heating element and the at least one first heating element can be arranged in the tool body and the at least one second heating element can be arranged in the associated at least one cavity or molded part, the temperature in the tool body and the temperature in the at least one associated cavity or the at least one associated molding can be individually regulated via the at least one first heating element and the at least one second heating element.
  • the at least one first heating element and the at least one second heating element can, for example, be heated differently.
  • the heating of the tool body of the first tool component and/or the second tool component and the associated at least one cavity or the at least one molded part can be individually regulated with regard to the temperature and heating duration provided via the at least one first heating element and the at least one second heating element.
  • the heating temperature can be set and adjusted differently, but the heating duration can also be adjusted. This can, for example, prevent molding devices from overheating if the hot-pressing process is briefly interrupted or a standby mode is activated in which no hot-pressing takes place and therefore no cooling of the molding surfaces takes place.
  • several cavities and/or mold parts of the second heating circuit assigned to a tool body can be heated differently in order to take individual heat requirements into account and to achieve the optimum temperature on the mold surfaces.
  • the molding devices influence each other thermally depending on their position on the tool body and their design, so that, for example, different heating is required for molding devices on the edge than for molding devices in a middle position on the tool body.
  • a temperature distribution is regulated in a mold for three-dimensional products, in particular products made of a fiber-containing material, with preforms being pressed under pressure into finished products in the mold, the mold having at least two molding devices [cavity and molding] and at least two heating devices has, wherein the at least two heating devices can be controlled differently to achieve a definable temperature distribution on mold surfaces of the at least two molding devices and / or the distance of a heating device of the at least two heating devices to at least one assigned molding surface of a molding device is larger or smaller than the distance of a further heating device at least two heating devices for at least one assigned molding surface of a further molding device.
  • control and thus the heating of the at least one heating device or heating elements can be different from one another and/or the heating elements can be at an unequal distance from the mold surfaces assigned to them. This means that with identical heating devices that cannot, for example, be controlled or heated differently, a desired temperature distribution can be achieved via the distance of the heating devices from the mold surfaces.
  • the heating devices can - additionally or alternatively - be controlled or heated differently so that a uniform temperature distribution is achieved on the molding surfaces of the molding devices. In particular, this can ensure that all molding surfaces of a molding tool are in a definable temperature range.
  • Molding devices can, for example, be designed as positive and/or negative of the products to be manufactured and protrude into a tool plate of the molding tool or protrude from a tool plate. To form products, negatives and positives of the molding devices are brought together so that cavities form between them.
  • the arrangement and orientation of heating elements can also be deliberately chosen so that there is a non-homogeneous heat distribution on the surfaces of molding surfaces, for example in order to take into account the material thickness in products with different thickness sections and therefore the correspondingly lower or higher heat requirement.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a fiber processing device 1000 for producing three-dimensional products from a fiber-containing material.
  • the fiber-containing material for the production of molded parts is processed in a pulp basin 200 of the fiber processing device 1000.
  • a pulp basin 200 of the fiber processing device 1000 for example, water and fibers and, if necessary, additives can be introduced into a pulp basin 200 via a liquid supply and the pulp in the pulp basin 200 can be processed by mixing the individual components with heat and aids, such as a stirrer.
  • Pulp is an aqueous solution that contains fibers, whereby the fiber content of the aqueous solution can be in a range of 0.1 to 10% by weight. It can also contain additives such as starch, chemical additives, wax, etc.
  • the fibers can be natural fibers such as cellulose fibers or fibers from a fiber-containing original material (e.g. waste paper).
  • a fiber processing plant offers the possibility of processing pulp in large quantities and making it available to several fiber processing facilities 1000.
  • the fiber processing device 1000 can be used to produce, for example, biodegradable cups 3000 and other products that have great heights (> 50mm). Since a fibrous pulp with natural fibers is used as the starting material for the products, the products produced in this way can themselves be used as starting material for the production of such products after their use or can be composted because they can generally be completely decomposed and do not contain any harmful, environmentally hazardous substances.
  • the fiber processing device 1000 shown has a frame 100, which can be surrounded by a casing.
  • the supply units 300 of the fiber processing device 1000 comprise, for example, interfaces for the supply of Media (e.g. water, pulp, compressed air, gas, etc.) and energy (power supply), a central control unit 310, at least one suction device 320, line systems for the various media, pumps, valves, lines, sensors, measuring devices, a BUS system, etc. as well as interfaces for bidirectional communication via a wired and/or wireless data connection.
  • Media e.g. water, pulp, compressed air, gas, etc.
  • energy (power supply) energy (power supply)
  • a central control unit 310 at least one suction device 320
  • line systems for the various media, pumps, valves, lines, sensors, measuring devices, a BUS system, etc. as well as interfaces for bidirectional communication via a wired and/or wireless data connection.
  • a data connection via a fiber optic cable can also exist.
  • the data connection can exist, for example, between the control unit 310 and a central controller for several fiber processing devices 1000, to a fiber processing plant, to a service point and/or other devices.
  • the fiber processing device 1000 can also be controlled via a bidirectional data connection via a mobile device, such as a smartphone, tablet computer or the like.
  • the control unit 310 is in bidirectional communication with an HMI panel 700 via a BUS system or a data connection.
  • the HMI (Human Machine Interface) panel 700 has a display which displays operating data and states of the fiber processing device 1000 for selectable components or the entire fiber processing device 1000.
  • the display can be designed as a touch display, so that settings can be made manually by an operator of the fiber processing device 1000.
  • additional input means such as a keyboard, a joystick, a keypad, etc., can be provided on the HMI panel 700 for operator input. This can be used to change settings and influence the operation of the fiber processing device 1000.
  • the fiber processing device 1000 has a robot 500.
  • the robot 500 is designed as a so-called 6-axis robot and is therefore able to pick up, rotate and move parts in all spatial directions within its radius of action.
  • other handling devices can also be provided, which are designed to pick up products and twist or rotate them and move them in different spatial directions.
  • such a handling device can also be designed differently, for which purpose the arrangement of the corresponding stations Fiber processing device 1000 may differ from the exemplary embodiment shown.
  • a suction tool 520 is arranged on the robot 500.
  • the suction tool 520 has cavities formed as suction cavities as a negative of the three-dimensional molded parts to be formed, such as cups 3000.
  • the cavities can, for example, have a net-like surface on which fibers from the pulp are deposited during suction. Behind the net-like surfaces, the cavities are connected to a suction device via channels in the suction tool 520.
  • the suction device can be realized, for example, by a suction device 320. Pulp can be sucked in via the suction device if the suction tool 520 is located within the pulp basin 200 in such a way that the cavities are at least partially in the aqueous fiber solution, the pulp.
  • a vacuum or negative pressure for sucking fibers when the suction tool 520 is in the pulp basin 200 and the pulp can be provided via the suction device 320.
  • the fiber processing device 1000 has corresponding means in the supply units 300.
  • the suction tool 520 has lines for providing the vacuum/negative pressure from the suction device 320 in the supply units 300 to the suction tool 520 and the openings in the cavities. Valves are arranged in the lines, which can be controlled via the control unit 310 and thus regulate the suction of the fibers.
  • the suction device 320 can also “blow out” instead of suction, for which the suction device 320 is switched to a different operating mode according to its design.
  • the suction tool 520 When producing molded parts from a fiber material, the suction tool 520 is dipped into the pulp and a negative pressure/vacuum is applied to the openings of the cavities, so that fibers are sucked out of the pulp and, for example, attach themselves to the network of cavities of the suction tool 520.
  • the robot 500 then lifts the suction tool 520 out of the pulp basin 200 and moves it with the fibers adhering to the cavities, which still have a relatively high moisture content of, for example, over 80% by weight of water, to the pre-pressing station 400 of the fiber processing device 1000, The negative pressure in the cavities is maintained for transfer.
  • the pre-pressing station 400 has a pre-pressing tool pre-press molds.
  • the pre-press molds can, for example, be designed as positives of the molded parts to be produced and have an appropriate size with regard to the shape of the molded parts to accommodate the fibers adhering to the cavities.
  • the suction tool 520 with the fibers adhering to the cavities is moved to the pre-pressing station 400 in such a way that the fibers are pressed into the cavities.
  • the fibers in the cavities are pressed together, so that a stronger connection is created between the fibers.
  • the moisture content of the preforms formed from the sucked fibers is reduced, so that the preforms formed after pre-pressing only have a moisture content of, for example, 60% by weight.
  • flexible pre-pressing molds can be used, which are inflated, for example, using compressed air (process air) and thereby press the fibers against the wall of a cavity of another suction tool part. “Inflating” both presses out water and reduces the thickness of the sucked-in fiber layer.
  • liquid or pulp can be sucked out and returned via the suction tool 520 and/or via further openings in pre-pressing molds or tool parts (cavities).
  • the liquid or pulp emerging during suction via the suction tool 520 and/or during pre-pressing in the pre-pressing station 400 can be returned to the pulp basin 200 or a pulp processing facility.
  • the preforms produced in this way are moved on the suction tool 520 via the robot 500 to a hot-pressing station 600, which has a molding tool 610 for the final shaping and drying of the preforms into three-dimensional products.
  • a hot-pressing station 600 which has a molding tool 610 for the final shaping and drying of the preforms into three-dimensional products.
  • the negative pressure is maintained on the suction tool 520 so that the preforms remain in the cavities.
  • the preforms are transferred via the suction tool 520 to a lower tool body 622 of a first tool component of the molding tool 610, which can be moved along the production line from the hot-pressing station 600.
  • the suction tool 520 is moved to the lower tool body 622 so that the preforms can be placed on molding devices or molded parts 624 of the lower tool body 622. Subsequently, an overpressure is generated via the openings in the suction tool 520 so that the preforms are actively deposited from the cavities in the suction tool, or the suction is stopped so that the preforms remain on the mold devices or mold parts 624 of the lower tool body 622 due to gravity. By providing overpressure at the openings of the cavities of the suction tool, pre-pressed preforms that are resting/adhering to the cavities of the suction tool can be released and released.
  • the suction tool 520 is moved away from the robot 500 and the suction tool 520 is immersed into the pulp tank 200 to suck in further fibers for producing molded parts from fibrous material.
  • the lower tool body 622 of the molding tool 610 moves after the preforms have been transferred to the hot-pressing station 600.
  • the preforms are pressed into finished products under heat input and high pressure, for which purpose an upper tool body 632 of a second tool component 630 of the molding tool 610 via a Press is brought onto the lower tool body 622.
  • the upper tool body 632 has cavities 634 corresponding to the molding devices or molded parts 624.
  • the lower tool body 622 and the upper tool body 632 are moved relatively away from each other and the upper tool body 632 is moved along the fiber processing device 1000 in the production direction, with the manufactured products being sucked in via the upper tool body 632 after the hot pressing and thus remaining within the cavities.
  • the manufactured products are thus removed from the hot pressing station 600 and placed on a conveyor belt of a conveyor device 800 via the upper tool body 632 after the process. After depositing, the suction via the upper tool body 632 is stopped and the products remain on the conveyor belt. The upper tool body 632 moves back into the hot pressing station 600 and another hot pressing operation can be carried out.
  • the fiber processing device 1000 also has a conveyor device 800 with a conveyor belt. After the final shaping and hot pressing in the hot pressing station 600, the manufactured products made of fiber-containing material can be placed on the conveyor belt and removed from the fiber processing device 1000. In further versions, after placing the products on the Further processing takes place on the conveyor belt of the conveyor device 800, such as filling and/or stacking the products. Stacking can be done, for example, using an additional robot or another device.
  • the fiber processing device 1000 from Fig.1 shows a possible embodiment.
  • a fiber processing device according to the technical teaching described here can also have only one forming station with an exchangeable tool, for example a suction tool 520 or a hot-pressing tool in which fiber-containing material can be processed, wherein different tools for producing different three-dimensional products can be accommodated in the at least one forming station.
  • the other for the fiber processing device 1000 of Fig.1 The stations and devices shown are not absolutely necessary for the implementation of the technical teaching.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a mold 610 for hot pressing preforms made of a fiber-containing material according to the prior art.
  • the molding tool 610 has a first tool component 620 and a second tool component 630.
  • the first tool component 620 has a tool body 622 and the second tool component 630 has a tool body 632.
  • Molding devices are arranged on the mutually facing surfaces or connected to the tool bodies 622, 632.
  • molding devices designed as molded parts 624 are arranged on the surface of the tool body 622.
  • molding devices designed as cavities 634 are arranged, which are designed to correspond to the molded parts 624, so that in the closed state of the molding tool 610 there is a molding space between the surfaces of the molded parts 624 and the surfaces of the cavities 634 is trained.
  • the molding devices are interchangeably connected to the tool bodies 622, 632, so that various products can be produced with the molding tool 610 of a hot pressing station 600.
  • the molding devices can be connected to the tool bodies 622, 632 by means of screws.
  • a first heating element 625 is arranged in the tool body 622 and a first heating element 635 is arranged in the tool body 632.
  • the first heating elements 625 and 685 can be designed, for example, as heating cartridges.
  • the tool bodies 622, 632 and the associated molding devices are heated via the heating elements 625 and 635.
  • the components of the mold 610 consist of a heat-conducting material, such as aluminum.
  • the components of the molding tool 610 can have channels and openings for sucking in and sucking out water or steam that emerges when moist preforms are pressed (hot pressed).
  • the embodiment shown according to the prior art has the disadvantage that the heating of the mold 610 for a hot pressing process does not allow a demand-optimized temperature distribution.
  • the heat introduced via the first heating elements 625, 635 is distributed in the tool bodies 622, 632 and from there in the molding devices.
  • the heat transfer is therefore very slow and has several disadvantages.
  • the temperature on the surfaces of the molding devices only depends on the heat input provided by the heating elements 625, 635 and, on the other hand, a different power requirement, as is usually the case with molding tools with several molding devices ("multi-cavity" tool), cannot be taken into account so that the quality of the manufactured products and the cycle time of the hot pressing process suffer.
  • the requirements for the variability of the heating depending on the position of a molding device on a tool body 622, 632 increases with increasing height for large mold depths or product heights.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a tool component 620 of a mold 610 according to the technical teachings disclosed herein, which solves the problems of the prior art.
  • the first tool component 620 has at least one second heating element 626 for the molded parts 624, so the molded parts 624 can be heated directly via this and the temperature on the molded surfaces of the molded parts 624 can vary from the temperature of other molded parts 624.
  • basic heating of a tool body 622 can take place, as described at the beginning, which is necessary to maintain a gauge temperature and which provides basic heating, but the temperature of the molded parts 624 is lower or the same as the basic heating.
  • Such second heating elements 626 can be designed, for example, as heating cartridges.
  • the mold parts 624 and the tool body 622 can have channels have in which lines are accommodated.
  • the channels and connection points between channels in molded parts 624 and a tool body 622 can have insulation in further embodiments. Furthermore, these can be arranged in such a way that the load on such lines is minimized.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a mold 610 according to the technical teaching disclosed herein, wherein both the mold parts 624 and the cavities 634 have at least one second heating element 636, so that individual heating of the cavities 634 and the corresponding mold parts 624 can take place. In this case, individual heating can take place in particular depending on the position of the molding devices or the pairs of molding devices (cavity 634 and associated molding 624).
  • the cavities 634 have a plurality of second heating elements 636 which are arranged in an edge region.
  • cooling through the evaporation of water during hot pressing of moist preforms made of fibrous material can be counteracted, since the heat does not have to flow out of the tool body 632 as was previously the case in the prior art, but can be introduced directly into the mold surfaces or the heat flow is constant in the immediate vicinity of the cooled areas of the mold surfaces.
  • the basic heating of the tool bodies 622, 632 also prevents the heat-conducting components of the mold 610 from cooling down.
  • first heating elements 625, 635 are also arranged in the tool bodies 622, 632, so that the basic heating can also be adjusted locally.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a further embodiment of a tool component 620 of a mold 610 according to the technical teaching disclosed herein, wherein heating elements 627 are provided which have a first heating area 627A and a second heating area 627B.
  • the two heating areas 627A, 627B can be controlled differently and thus provide heating that differs from one another.
  • the molded parts 624 can have openings, for example. When connecting molded parts 624 to the associated one Tool body 622, the molded parts 624 with the openings can be placed on the protruding areas or heating areas 627B and then firmly connected to the tool body 622, for example by means of screws.
  • heating elements can be arranged in such a way that only part of their effective heating surface is accommodated in molding devices, so that a larger heat transfer takes place in the area of the tool bodies 622, 632 than in the molding devices.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a still further embodiment of a tool component 620 of a mold 610 according to the technical teaching disclosed herein, which shows the concept of the technical teaching disclosed herein to overcome the problems known from the prior art, wherein the distribution of the heating for a tool component 620 is shown.
  • the distribution of the heating also applies to a second tool component 630 with cavities 634 as molding devices.
  • a first heating zone A is provided in the tool body 622 via at least one first heating element 625.
  • a second heating zone B is provided via at least one second heating element 626 per molded part 624.
  • the division into two different heating zones A and B enables individual heating of the molding devices, taking into account the heat energy actually required to evaporate water according to the position on the tool body 622, 632 and the geometry of the product to be manufactured. It is also possible to manufacture different products in a hot pressing process because the heating on the molding surfaces of the molding devices can be individually adjusted.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of yet another embodiment of a tool component 620 of a mold 610 according to the technical teaching disclosed herein, wherein the arrangement of a plurality of mold parts 624 is shown. Due to the mutual influence and due to the heat flow via basic heating through at least one first heating element 625 or 635, different heating may be required for each molded part 624 (and also each cavity 634). The requirement of Different heating can also be due to differences in the removal of water vapor generated during the hot pressing process, whereby a sucked-in air flow with water vapor can cool channels and thus the tool body 622. It must also be taken into account how the basic heating of the tool body 622 affects the heating.
  • the mold parts 624 are operated with different maximum power (70-100%), so that the mold parts 624 are heated to different degrees. In the exemplary embodiment, only six mold parts 624 are shown. In mold tools 610 with several molding devices, the required heat energy can differ even further.
  • the required heating power can be determined before a hot pressing process, for example with the help of a calculation program in a simulation.
  • the shape and design of a product to be manufactured is decisive, with products with relatively large mold depths (e.g. > 50 mm) requiring direct heating of the molding devices.
  • heating elements which can be part of heating devices, are arranged in relation to the molding surfaces of the molding devices in such a way that they have a definable distance from the molding surfaces.
  • heating devices and heating elements can also extend around a molding device and/or, for example, run parallel to side walls of the molding devices.
  • indirect heating via the associated tool body is usually provided.
  • the maximum number of molding devices per available area of a tool body 622, 632 must also be determined with regard to the amount of heat that can be provided while achieving the shortest possible hot pressing times. It is not only the maximum area occupied by a tool surface that is important, but also the cooling effect due to the preforms introduced. It is important to note that excessive cooling requires longer hot pressing.
  • a (first) estimate of the required drying energy can be made based on the product geometry, wall thickness and target material of the products to be manufactured.
  • a heating design can then be carried out. This can be done, for example, for a first tool component 622 (lower tool) and a second tool component 632 (upper tool) alone or for both together.
  • Suitable heating devices and heating elements can be selected.
  • electrically controlled heating cartridges can be selected, whereby a selection of heating cartridges (uniform or different types) can also be made, for example depending on the available installation space for placing them (including consideration of wiring, steam and air ducts).
  • a first, rough distribution of the heating cartridges or other heating devices/heating elements can be carried out.
  • the distribution of heating devices/heating elements and their alignment and orientation in the tool can be carried out, for example, in accordance with a heating concept based on the storage mass of the tool material (in particular the tool material for the molding devices).
  • it can be achieved to create distances to the product surface, i.e. to the molding surfaces, that are as equal as possible.
  • a FEM model can be constructed according to the specifications and assumptions and a calculation of the temperature distribution and a possible deformation of the tools (molding devices and/or tool bodies 622, 632) can be carried out according to a calculation model.
  • a dynamic calculation model can be used for this purpose.
  • the results of the calculation of the temperature distribution and/or deformation are analyzed and the selection and distribution of the heating devices/heating elements (e.g. heating cartridges) are optimized. For example, distances can be increased and/or reduced, the alignment and/or orientation of heating devices/heating elements can be changed and/or the heating power can be changed in order to achieve definable temperature distributions on all/selected mold surfaces.
  • a new FEM calculation of the tool can be carried out until the temperature gradients are globally below a definable value.
  • a definable value can, for example, be in a range from 30 °C to 100 °C.
  • the threshold for the temperature gradient is 50 °C.
  • the heating devices/heating elements can be divided into power zones (individual for first tool component 620 and second tool component 630; heating zone A, B).
  • an additional division into zones can be made with regard to the extent over the surface of a tool body 622, 632 (inside - outside and/or molding device-specific for large products).
  • a change in the specific heating powers in the FEM model can be carried out and then a calculation of the temperature distribution and a possible deformation of the tools (forming devices and/or tool bodies 622, 632) can take place.
  • an iteration can take place until a temperature gradient of less than 5 to 30 °C, preferably less than 10 °C, has been achieved. If it is not possible to achieve a temperature gradient of less than 10 °C, the heating design can be restarted.
  • the specific heating output can be read out in a further process step and the selection of devices, materials, etc. as well as the arrangement and control can be documented and adopted as default values for the heating control in a hot press, a mold 610 and/or a fiber processing device 1000.
  • a new calculation for a type of heating device and/or heating element can be carried out automatically.
  • the above change can be made for a possible adjustment of the heating cable and/or the alignment/orientation and/or distance between mold surfaces and heating devices/heating elements.
  • temperatures, pressures and product properties of the product to be manufactured or manufactured as well as of preforms introduced into a molding tool 610 and its original material (pulp) can be monitored via sensors and measuring directions and, in the event of a change, the control of the heating devices can be adjusted (automatically).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Es werden ein Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material und ein Verfahren zur Regelung einer Temperaturverteilung in einem Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen beschrieben.

Description

    Technisches Gebiet
  • Es werden ein Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material und ein Verfahren zur Regelung einer Temperaturverteilung in einem Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen beschrieben.
  • Faserhaltige Materialen werden vermehrt eingesetzt, um bspw. Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, etc.) und Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte etc.) sowie Getränkebehälter herzustellen. Es werden auch Alltagsgegenstände, wie bspw. Einwegbesteck und -geschirr, aus faserhaltigem Material hergestellt. Faserhaltige Materialien umfassen natürliche Fasern oder künstliche Fasern. In letzter Zeit wird vermehrt faserhaltiges Material eingesetzt, welches Naturfasern aufweist oder aus solchen besteht, die bspw. aus nachwachsenden Rohstoffen oder Altpapier gewonnen werden können. Die Naturfasern werden in einer sogenannten Pulpe mit Wasser und ggf. weiteren Zusätzen, wie z.B. Stärke, vermischt. Zusätze können zudem Auswirkungen auf die Farbe, die Barriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften haben. Diese Pulpe kann einen Anteil von Naturfasern von bspw. 0,1 bis 10 Gew.-% aufweisen. Der Anteil an Naturfasern variiert in Abhängigkeit des Verfahrens, welches zur Herstellung von Verpackungen etc. angewandt wird, und der Produkteigenschaften des herzustellenden Produkts.
    • Hintergrund
  • Die Herstellung von faserhaltigen Produkten bzw. dreidimensionalen Erzeugnissen aus einer Pulpe erfolgt in der Regel in mehreren Arbeitsschritten. Hierzu weist eine Faserverarbeitungseinrichtung mehrere Stationen bzw. Formstationen auf. In einer Formstation kann bspw. ein Ansaugen von Fasern in einer Kavität eines Ansaugwerkzeugs erfolgen, wodurch ein Vorformling geformt bzw. gebildet wird. Dazu wird die Pulpe in einem Pulpe-Vorrat bereitgestellt und das Ansaugwerkzeug mit mindestens einer Ansaugkavität, dessen Geometrie im Wesentlichen dem herzustellenden Erzeugnis entspricht, zumindest teilweise in die Pulpe getaucht. Während des Eintauchens erfolgt ein Ansaugen über Öffnungen in der Ansaugkavität, die mit einer entsprechenden Saug-Einrichtung in Verbindung stehen, wobei sich Fasern aus der Pulpe an der Oberfläche der Ansaugkavität ansammeln. Die angesaugten Fasern bzw. ein Vorformling können anschließend über das Ansaugwerkzeug in ein Vorpresswerkzeug gebracht werden, wobei der Vorformling vorgepresst wird. Während dieses Vorpressvorgangs werden die Fasern im Vorformling verpresst und der Wassergehalt des Vorformlings reduziert. Alternativ kann die Bereitstellung von Vorformlingen mittels Schöpfen erfolgen, wobei ein Schöpfwerkzeug in die Pulpe getaucht wird und sich beim Hochfahren Fasern an Formteilen des Schöpfwerkzeugs ablagern.
  • Danach werden Vorformlinge in einer Heißpresse zu fertigen Erzeugnissen verpresst. Hierbei werden Vorformlinge in ein Heißpresswerkzeug eingebracht, welches bspw. eine untere Werkzeughälfte und eine obere Werkzeughälfte aufweist, die beheizt werden. In dem Heißpresswerkzeug werden die Vorformlinge in einer Kavität unter Wärmeeintrag verpresst, wobei durch den Druck und die Wärme Restfeuchte ausgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Vorformlinge von ca. 60 Gew.-% vor dem Heißpressen auf bspw. 5-10 Gew.-% nach dem Heißpressen reduziert wird. Der beim Heißpressen entstehende Wasserdampf wird während des Heißpressens über Öffnungen in den Kavitäten und Kanäle im Heißpresswerkzeug abgesaugt.
  • Ein Heißpresswerkzeug und ein Herstellungsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Heißpressverfahren sind bspw. aus DE 10 2019 127 562 A1 bekannt.
  • Probleme ergeben sich bei vorstehend beschriebenen Faserformeinrichtungen insbesondere dadurch, dass es vor allem bei Erzeugnissen mit verhältnismäßig großen Formtiefen (bspw. > 50 mm), wie bspw. Becher, Schalen, etc., zu großen Temperaturunterschieden an den Formflächen der Formeinrichtungen (Kavität und zugehöriges Formteil) eines Formwerkzeugs zum Heißpressen (Heißpresswerkzeug) kommt. Hierbei ist zu beachten, dass gerade bei Erzeugnissen mit großen Formtiefen eine sogenannte Plattenheizung, bei welcher die Beheizung von Kavitäten und Formteilen nur über eine beheizbare Werkzeugplatte erfolgt, nachteilig ist. Ein Problem besteht darin, dass die benötigte Wärme an den Formflächen der Kavität und eines korrespondierenden Formteils, welches zur Ausbildung eines Formraums und zum Verpressen des darin aufgenommenen faserhaltigen Materials relativ in die Kavität bewegt wird, nur über die Werkzeugkörper bzw. Werkzeugplatte(n) bereitgestellt werden kann, an denen die Kavitäten und Formteile angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Werkzeugplatte(n) sehr stark erwärmt werden muss bzw. müssen, da die Formflächen bei Kontakt mit feuchtem faserhaltigem Material und beim Verpressen durch das im faserhaltigen Material austretende Wasser stark abkühlen, weil das Wasser den Kavitäten und Formteilen Energie zum Verdampfen entzieht. Infolgedessen wird die Werkzeugplatte für die Kavität und das Formteil stärker erwärmt und dabei auf Temperaturen gebracht, die deutlich höher liegen, wie für das Verpressen benötigt. Insbesondere eine Regelung zum Beheizen von Werkzeugplatten versagt dann, wenn die Oberflächentemperatur der Formflächen gemessen wird, weil diese durch den Kontakt mit feuchtem Material und Wasser zyklisch stark abfällt. Dabei ist zudem zu beachten, dass die in Werkzeugplatten und auch in den Kavitäten und Formteilen gespeicherte Wärmeenergie "nachfließt".
  • Ferner können die Oberflächentemperaturen an den Formflächen von Kavitäten und Formteilen von weiteren, verschiedenen Faktoren abhängen. Bspw. von der Anzahl an Formeinrichtungen pro Werkzeugplatte, dem Werkzeugmaterial bzw. Materialpaarung, dem verwendeten Material für die Vorformlinge, deren Feuchtigkeitsgehalt, dem Wärmespeichervermögen der Formeinrichtungen etc.
  • Es ist jedoch keine Möglichkeit bekannt, eine gleichmäßige Temperaturverteilung an den Formflächen eines Formwerkzeugs, insbesondere für dreidimensionale Erzeugnisse mit großen Formtiefen bereitzustellen. Gerade bei Heißpresswerkzeugen für Erzeugnisse mit großen Formtiefen werden Formeinrichtungen (Kavitäten und Formteile) verwendet, die austauschbar mit einer Werkzeugplatte verbunden werden können. Dies ermöglicht die Verwendung einer Werkzeugplatte für verschiedene Formeinrichtungen und Erzeugnisse. Die Beheizung befindet sich innerhalb der Werkzeugplatte und erfolgt über die Kontaktflächen zwischen den Formeinrichtungen und der Werkzeugplatte. Ein Nachteil besteht hierbei darin, dass die Beheizung bei unterschiedlichen Geometrien der Formeinrichtungen auch einen unterschiedlichen Wärmeübergang bereitstellen kann, wodurch der Heißpressprozess eine zusätzliche Anpassung erfordert.
  • Zusätzlich besteht bei großen Formtiefen für Erzeugnisse mit großen Höhen, in der Regel größer 50 mm, lokal ein unterschiedlicher Leistungsbedarf, insbesondere auch im Hinblick auf die Lage der Formeinrichtungen an einer Werkzeugplatte. Ferner kann es aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung (Werkzeugplatte, Formeinrichtungen) zu einem Verklemmen oder ähnlichem kommen.
    • Aufgabe
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe darin, eine gleichmäßige Temperaturverteilung an den Formflächen von Formeinrichtungen eines Formwerkzeugs bereitzustellen, insbesondere für Erzeugnisse mit großen Formtiefen. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Alternative zum Stand der Technik bereitzustellen sowie für eine Vielzahl von unterschiedlichen Erzeugnisgeometrien eine verbesserte Herstellung zu gewährleisten.
    • Lösung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gelöst, aufweisend mindestens eine erste Werkzeugkomponente und mindestens eine zweite Werkzeugkomponente, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente jeweils einen Werkzeugkörper aufweisen, wobei der Werkzeugkörper der ersten Werkzeugkomponente mindestens eine Kavität und der Werkzeugkörper der zweiten Werkzeugkomponente mindestens ein zur mindestens einen Kavität korrespondierendes Formteil aufweist, wobei das mindestens eine Formteil und die mindestens eine Kavität zur Ausbildung eines Formraums zwischen korrespondierenden Oberflächen der mindestens einen Kavität und des mindestens einen Formteils relativ zueinander bewegbar und zum Verpressen eines in den Formraum einbringbaren faserhaltigen Materials verpressbar sind, und wobei die erste Werkzeugkomponente und/oder die zweite Werkzeugkomponente mindestens eine Heizeinrichtung aufweisen, wobei die mindestens eine Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass aufgrund der Anordnung der mindestens einen Heizeinrichtung mindestens ein erster Heizkreis im Werkzeugkörper und mindestens ein zweiter Heizkreis in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder dem mindestens einen Formteil ausgebildet sind.
  • Durch die Anordnung der mindestens einen Heizeinrichtung und die Ausbildung eines ersten Heizkreises und eines zweiten Heizkreises können die Temperaturen im Werkzeugkörper und einer zugehörigen Kavität oder Formteil individuell geregelt werden, um eine optimale Temperatur für den Herstellungsprozess zu erreichen, ohne dass Werkzeugkomponenten zu stark oder zu schwach beheizt werden, um eine Durchschnittstemperatur zu erreichen, welche einen Kompromiss darstellt. Dabei können bspw. in einem Werkzeugkörper und der zugehörigen mindestens einen Formeinrichtung (Kavität oder Formteil) unterschiedliche Temperaturen erreicht werden, wobei über die Werkzeugplatte eine Grundbeheizung bspw. im Bereich von 200 bis 300°C erfolgen kann. Bspw. kann eine Werkzeugplatte auf etwa 250 °C erwärmt werden. Die Beheizung der mindestens einen Formeinrichtung (Kavität oder Formteil) kann bspw. im Bereich von 170 bis 250°C erfolgen. Bei einer Beheizung der Werkzeugplatte auf 250 °C kann bspw. ein Heizen der Formeinrichtungen auf 220 °C erfolgen.
  • Vorteilhafterweise wird damit erreicht, dass die Temperatur des Werkzeugkörpers im Betrieb im Wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch die Ausdehnung des Werkzeugkörpers aufgrund der eingebrachten thermischen Energie sich im Betrieb nicht oder nur unwesentlich ändert, so dass es zu keinem Verklemmen oder ähnlichem kommt. Die Grundbeheizung des Werkzeugkörpers kann bspw. auch in einem Standby-Betrieb aufrechterhalten werden. Die Formeinrichtungen selbst können demgegenüber auf eine geringere oder höhere Temperatur gebracht werden, welche ausreichend hoch für den Heißpressprozess ist. Dabei ist die Temperatur der Grundbeheizung auf die erforderliche Heißpresstemperatur an den Formflächen angepasst, so dass es durch das "Nachfließen" von Wärme aus dem Werkzeugkörper nicht zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur kommt bzw. die Oberflächentemperatur an den Oberflächen der Formflächen nicht die erforderliche Heißpresstemperatur übersteigt (bspw. 220 °C).
  • In weiteren Ausführungen kann die Temperatur von Formeinrichtungen höher sein, wie eine Grundbeheizung in einem Werkzeugkörper, wobei ein "Nachfließen" von Wärme aus den Formeinrichtungen in einen Werkzeugkörper in der Regel nicht stattfindet, da den Formeinrichtungen zyklisch thermische Energie durch das Verdampfen von im faserhaltigen Material gespeichertem Wasser entzogen wird. Dabei kann die vorherrschende Temperaturdifferenz den Verlust an thermischer Energie beim Verdampfen von Wasser im Wesentlichen ausgleichen.
  • In weiteren Ausführungen kann die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein Heizelement aufweisen, das asymmetrisch im Werkzeugkörper und in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet ist. Eine asymmetrische Anordnung liegt bspw. dann vor, wenn z.B. ein als Heizpatrone ausgebildetes Heizelement größtenteils im Werkzeugkörper liegt, wobei ein geringer Anteil in die Formeinrichtung ragt. Hierzu weisen die Formeinrichtungen (Kavitäten, Formteile) Aufnahmen für den entsprechenden kleineren Teil einer solchen Heizpatrone auf. Die Aufnahmen sind dabei stets an die Anordnung und Ausbildung der entsprechenden Heizeinrichtung anzupassen.
  • In weiteren Ausführungen kann eine symmetrische Anordnung der mindestens einen Heizeinrichtung vorgesehen sein, wobei eine individuelle Temperaturverteilung dabei nach Maßgabe der Ausgestaltung und Anordnung innerhalb eines Werkzeugkörpers und den Formeinrichtungen erfolgen kann. Dabei kann bspw. über den Abstand eines Heizelements zu einer Oberfläche bzw. Formfläche eine individuelle Temperaturverteilung erreicht werden. Bspw. kann ein "Nachfließen" von Wärme bei größeren Abständen zwischen einem Heizelement und einer Formfläche bei einer Formeinrichtung dazu führen, dass die Oberflächentemperatur geringer ist, wie bei einer Ausführung mit einem geringeren Abstand. Auch die Temperaturverteilung in einem Werkzeugkörper ist verschieden zu der Temperaturverteilung in den Formeinrichtungen, so dass in diesen Ausführungen auch durch eine symmetrische Anordnung eine individuelle Temperatureinstellung in den Komponenten des Formwerkzeugs erreicht werden kann.
  • In weiteren Ausführungen kann eine wirksame Heizfläche des mindestens einen Heizelements flächenmäßig eine größere Erstreckung innerhalb des Werkzeugkörpers gegenüber einer flächenmäßigen Erstreckung innerhalb der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil aufweisen, so dass ein größerer Wärmeübergang im Werkzeugkörper erfolgt, oder eine wirksame Heizfläche des mindestens einen Heizelements kann flächenmäßig eine größere Erstreckung innerhalb mindestens einer Kavität oder Formteil gegenüber einer flächenmäßigen Erstreckung innerhalb des Werkzeugkörpers aufweisen, so dass ein größerer Wärmeübergang in die Formeinrichtungen erfolgt, welche zyklisch durch das Verdampfen von Wasser gekühlt werden.
  • Für die Ausbildung mindestens eines ersten Heizkreises im Werkzeugkörper und mindestens eines zweiten Heizkreises in den Formeinrichtungen kann in weiteren Ausführungen ein Heizelement mindestens zwei Heizzonen aufweisen, welche eine unterschiedliche Beheizung bereitstellen können und entsprechend so angeordnet sind, dass eine erste Heizzone im Werkzeugkörper und eine zweite Heizzone in einer zugehörigen Formeinrichtung angeordnet sind.
  • In weiteren Ausführungen kann die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erstes Heizelement und mindestens ein zweites Heizelement aufweist, wobei das mindestens eine erste Heizelement im Werkzeugkörper und das mindestens eine zweite Heizelement in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet sind. Das erste Heizelement und das zweite Heizelement können separate Heizelemente sein, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind und eine zueinander unterschiedliche Beheizung bereitstellen können, um in einem Werkzeugkörper und mindestens einer zugehörigen Formeinrichtung unterschiedliche Temperaturen zu erzeugen. Das mindestens eine erste Heizelement ist dabei Bestandteil des ersten Heizkreises und das mindestens eine zweite Heizelement ist Bestandteil des zweiten Heizkreises.
  • In weiteren Ausführungen kann ein Formwerkzeug mehrere Kavitäten und zugehörige Formteile aufweisen, wobei Heizelemente der mindestens einen Heizeinrichtung in Bezug auf Lage und/oder Orientierung zueinander und/oder zu den zugehörigen Kavitäten oder Formteilen unterschiedlich angeordnet sind. Die Lage und Orientierung kann sich bspw. auf die Ausrichtung und den Abstand zu Oberflächen des Werkzeugkörpers und der Formflächen beziehen.
  • In weiteren Ausführungen kann mindestens ein Heizelement mindestens einer Heizeinrichtung für eine Kavität oder Formteil unterschiedlich zu mindestens einem Heizelement mindestens einer Heizeinrichtung für eine weitere Kavität oder Formteil einer ersten Werkzeugkomponente und/oder einer zweiten Werkzeugkomponente angeordnet und/oder ansteuerbar sein. Damit kann nicht nur eine unterschiedliche Beheizung von Werkzeugkörpern und zugehörigen Formeinrichtungen erreichet werden, sondern es können auch einzelne Formeinrichtungen unterschiedlich zu weiteren Formeinrichtungen eines zugehörigen Werkzeugkörpers beheizt werden. Darüber hinaus können auch Zonen eines Werkzeugkörpers unterschiedlich beheizt werden.
  • In weiteren Ausführungen können das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement aufgrund ihrer Ausgestaltung eine zueinander unterschiedliche Heizleistung aufweisen. Bspw. können Heizelemente unterschiedlich große Heizflächen und darüber unterschiedliche Heizleistungen aufweisen.
  • In weiteren Ausführungen kann ein Formwerkzeug zusätzlich mindestens eine Kühleinrichtung aufweisen, wobei über die mindestens eine Heizeinrichtung und die mindestens eine Kühleinrichtung die Temperatur des Formwerkzeugs, insbesondere des mindestens einen Werkzeugkörpers im Betrieb zwischen einer Standby-Temperatur und einer maximalen Produktionstemperatur eines Produktionstemperaturbereichs regelbar ist, wobei die Standby-Temperatur kleiner ist wie eine minimale Produktionstemperatur. Dies ermöglicht die Kühlung in einem Heizpressmodus, wie sie normalerweise durch den Kontakt mit feuchtem Fasermaterial und beim Verdampfen entsteht, zu simulieren, so dass bspw. die Beheizung in den Formeinrichtungen aufrechterhalten werden kann, wenn keine Vorformlinge eingebracht werden und der Heißpressprozess pausiert. Damit wird erreicht, dass bspw. keine Anpassung oder Änderung der Heizsteuerung vorgenommen werden muss. Dies ist bspw. bei verhältnismäßig kurzen Pausen von wenigen Minuten (bis 60 Minuten) eine Möglichkeit, ohne Abschaltung der Beheizung das Formwerkzeug in einem Heißpressmodus zu halten.
  • Darüber hinaus kann das Formwerkzeug mindestens ein Sensorelement zum Erfassen der Temperatur des Werkzeugkörpers und/oder der mindestens einen Formeinrichtung (Kavität, Formteil) aufweisen, um die mindestens eine Heizeinrichtung nach Maßgabe der erfassten Temperatur zu steuern. Bspw. kann mindestens eine Sensorelement vorgesehen sein, welches die Oberflächentemperatur der Formflächen der mindestens einen Formeinrichtung erfasst.
  • In weiteren Ausführungen kann die Anordnung/Orientierung der mindestens einen Heizeinrichtung und von Heizelementen sowie deren Ansteuerung zum Beheizen der entsprechenden Komponenten (Werkzeugkörper und Formeinrichtungen) vorab in einer Simulation bestimmt werden. Die Ausbildung des Formwerkzeugs erfolgt dann anhand der ermittelten optimalen Anordnung.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Regelung einer Temperaturverteilung in einem Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gelöst, wobei in dem Formwerkzeug Vorformlinge unter Druck und Temperatur zu Erzeugnissen verpresst werden, wobei das Formwerkzeug mindestens eine erste Werkzeugkomponente und mindestens eine zweite Werkzeugkomponente aufweist, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente jeweils einen Werkzeugkörper aufweisen, wobei der Werkzeugkörper der ersten Werkzeugkomponente mindestens eine Kavität und der Werkzeugkörper der zweiten Werkzeugkomponente mindestens ein zur mindestens einen Kavität korrespondierendes Formteil aufweist, wobei das mindestens eine Formteil und die mindestens eine Kavität zur Ausbildung eines Formraums zwischen korrespondierenden Oberflächen der mindestens einen Kavität und des mindestens einen Formteils relativ zueinander bewegt und zum Formen eines in den Formraum einbringbaren faserhaltigen Materials verpresst werden, wobei die erste Werkzeugkomponente und/oder die zweite Werkzeugkomponente mindestens eine Heizeinrichtung aufweisen, wobei durch die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erster Heizkreis im Werkzeugkörper und mindestens ein zweiter Heizkreis in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder dem mindestens einen Formteil gebildet wird, und wobei die Temperatur des Werkzeugkörpers der ersten Werkzeugkomponente und/oder der zweiten Werkzeugkomponente und die Temperatur der zugehörigen mindestens einen Kavität oder des mindestens einen Formteils durch die mindestens eine Heizeinrichtung individuell geregelt werden.
  • Durch die Aufteilung in einen ersten Heizkreis und einen zweiten Heizkreis kann eine individuelle Steuerung und Regelung der Temperatur erfolgen. Die individuelle Regelung bzw. Steuerung bedeutet dabei, dass die Temperaturen unabhängig voneinander vorgegeben und eingestellt werden können. Beim Heißpressen fällt die Oberflächentemperatur der Formflächen durch den Kontakt mit feuchtem faserhaltigem Material und das Verdampfen von Wasser ab. Bspw. kann die Oberflächentemperatur um ca. 100 bis 130 °C, bspw. 120 °C, abfallen. Die vom Werkzeugkörper unabhängige direkte Beheizung über bspw. ein separates Heizelement in der mindestens einen Formeinrichtung ermöglicht ein schnelles Wiederaufheizen im tatsächlich benötigten Umfang, wobei die Formeinrichtung nicht höher geheizt wird als bspw. eine im Vorfeld ermittelte optimale Heißpresstemperatur. Der Vorteil der schnelleren Aufheizung wird gegenüber bekannten Ausführungen, bei welchen nur eine Heizung über einen Werkzeugkörper bereitgestellt wird, dadurch erreicht, dass die Wärme aus dem Werkzeugkörper nicht erst "nachfließen" muss, sondern direkt über die erste Heizeinrichtung in der Formeinrichtung bereitgestellt wird.
  • In weiteren Ausführungen kann die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erstes Heizelement und mindestens ein zweites Heizelement aufweisen und das mindestens eine erste Heizelement kann im Werkzeugkörper und das mindestens eine zweite Heizelement kann in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet sein, wobei die Temperatur im Werkzeugkörper und die Temperatur in der mindestens einen zugehörigen Kavität oder dem mindestens einen zugehörigen Formteil über das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement individuell geregelt werden. Dabei können das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement bspw. unterschiedlich beheizt werden.
  • In weiteren Ausführungen können die Beheizung des Werkzeugkörpers der ersten Werkzeugkomponente und/oder der zweiten Werkzeugkomponente und der zugehörigen mindestens einen Kavität oder des mindestens einen Formteils hinsichtlich der bereitgestellten Temperatur und Heizdauer über das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement individuell geregelt werden. So kann bspw. nicht nur die Heiztemperatur unterschiedlich eingestellt und angepasst werden, sondern auch die Heizdauer angepasst werden. Hierbei kann bspw. verhindert werden, dass Formeinrichtungen überhitzen, wenn der Heißpressprozess kurzfristig unterbrochen oder ein Standby-Modus aktiviert wird, in welchen kein Heißpressen erfolgt und damit keine Kühlung der Formflächen stattfindet.
  • In weiteren Ausführungen können mehrere einem Werkzeugkörper zugeordnete Kavitäten und/oder Formteile des zweiten Heizkreises unterschiedlich beheizt werden, um so auch einem individuellen Wärmebedarf Rechnung zu tragen und die optimale Temperatur an den Formflächen zu erreichen. Insbesondere bei Multikavitätenwerkzeugen beeinflussen sich die Formeinrichtungen je nach Lage an dem Werkzeugkörper und ihrer Ausgestaltung thermisch, so dass bspw. für Formeinrichtungen am Rand eine andere Beheizung erforderlich ist, wie für Formeinrichtungen in einer mittleren Position am Werkzeugkörper.
  • In weiteren Ausführungen erfolgt eine Regelung einer Temperaturverteilung in einem Formwerkzeug für dreidimensionale Erzeugnisse, insbesondere Erzeugnisse aus einem faserhaltigen Material, wobei in dem Formwerkzeug Vorformlinge unter Druck zu fertigen Erzeugnissen verpresst werden, wobei das Formwerkzeug mindestens zwei Formeinrichtungen [Kavität und Formteil] und mindestens zwei Heizeinrichtungen aufweist, wobei die mindestens zwei Heizeinrichtungen zur Erreichung einer definierbaren Temperaturverteilung an Formflächen der mindestens zwei Formeinrichtungen unterschiedlich ansteuerbar sind und/oder der Abstand einer Heizeinrichtung der mindestens zwei Heizeinrichtungen zu mindestens einer zugeordneten Formfläche einer Formeinrichtung größer oder kleiner ist wie der Abstand einer weiteren Heizeinrichtung der mindestens zwei Heizeinrichtungen zu mindestens einer zugeordneten Formfläche einer weiteren Formeinrichtung.
  • In weiteren Ausführungen können die Ansteuerung und damit die Beheizung der mindestens einen Heizeinrichtung bzw. der Heizelemente unterschiedlich zueinander und/oder die Heizelemente können zu den ihnen zugeordneten Formflächen einen ungleichen Abstand aufweisen. Damit kann bei gleichen Heizeinrichtungen, die bspw. nicht unterschiedlich angesteuert bzw. beheizt werden können, über den Abstand der Heizeinrichtungen zu den Formflächen eine gewünschte Temperaturverteilung erreicht werden.
  • Weiterhin können - zusätzlich oder alternativ - die Heizeinrichtungen unterschiedlich angesteuert bzw. beheizt werden, so dass sich an den Formflächen der Formeinrichtungen eine gleichmäßige Temperaturverteilung einstellt. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass sämtliche Formflächen eines Formwerkzeugs in einem definierbaren Temperaturbereich liegen. Formeinrichtungen können beispielsweise als Positiv und/oder Negativ der herzustellenden Erzeugnisse ausgebildet sein und dabei in eine Werkzeugplatte des Formwerkzeugs hineinragen oder von einer Werkzeugplatte abstehen. Zum Formen von Erzeugnissen werden Negative und Positive der Formeinrichtungen zueinander gebracht, so dass sich dazwischen Kavitäten ausbilden. Ebenso kann die Anordnung und Orientierung von Heizelementen bewusst so gewählt werden, dass eine nicht homogene Wärmeverteilung an den Oberflächen von Formflächen vorliegt, um bspw. bei Erzeugnissen mit unterschiedlichen dicken Abschnitten der Materialdicke und daher dem entsprechend geringeren oder größeren Wärmebedarf Rechnung zu tragen.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs zum Heißverpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Werkzeugkomponente eines Formwerkzeugs gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre;
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Formwerkzeugs gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre;
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente eines Formwerkzeugs gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre;
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung einer noch weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente eines Formwerkzeugs gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre; und
    Fig. 7
    eine schematische Darstellung einer noch weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente eines Formwerkzeugs gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre.
    Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen technischen Lehre dargestellt. Für gleiche Komponenten, Teile und Abläufe werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet. Für die hierin offenbarte technische Lehre unwesentliche oder für einen Fachmann sich erschließende Komponenten, Teile und Abläufe werden nicht explizit wiedergegeben. Im Singular angegebene Merkmale sind auch im Plural mitumfasst, sofern nicht explizit etwas anderes ausgeführt ist. Dies betrifft insbesondere Angaben wie "ein" oder "eine".
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung 1000 zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material. Das faserhaltige Material für die Herstellung von Formteilen wird im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Pulpebecken 200 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 aufbereitet. Hierzu können über eine Flüssigkeitszufuhr bspw. Wasser und Faserstoffe sowie ggf. Zusätze in ein Pulpebecken 200 eingebracht und die Pulpe in dem Pulpebecken 200 durch Vermischen der einzelnen Komponenten unter Wärmeeintrag und von Hilfsmitteln, wie bspw. eines Rührers, aufbereitet werden.
  • Als Pulpe wird eine wässrige Lösung bezeichnet, die Fasern aufweist, wobei der Fasergehalt an der wässrigen Lösung in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% vorliegen kann. Zusätzlich können Zusätze, wie bspw. Stärke, chemische Zusätze, Wachs, etc. enthalten sein. Bei den Fasern kann es sich bspw. um natürliche Fasern, wie Cellulosefasern, oder Fasern aus einem faserhaltigen Ursprungsmaterial (z.B. Altpapier) handeln. Eine Faseraufbereitungsanlage bietet die Möglichkeit, Pulpe in großer Menge aufzubereiten und mehreren Faserverarbeitungseinrichtungen 1000 zur Verfügung zu stellen.
  • Über die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 lassen sich bspw. biologisch abbaubare Becher 3000 und andere Erzeugnisse herstellen, welche große Höhen (> 50mm) aufweisen. Da als Ausgangsmaterial für die Erzeugnisse eine faserhaltige Pulpe mit natürlichen Fasern verwendet wird, können die so hergestellten Erzeugnisse nach ihrer Verwendung selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von derartigen Erzeugnissen dienen oder kompostiert werden, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Faserverarbeitungseinrichtung 1000 weist einen Rahmen 100 auf, der von einer Verkleidung umgeben sein kann. Die Versorgungseinheiten 300 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 umfassen bspw. Schnittstellen für die Zufuhr von Medien (bspw. Wasser, Pulpe, Druckluft, Gas, etc.) und Energie (Stromversorgung), eine zentrale Steuereinheit 310, mindestens eine Ansaugeinrichtung 320, Leitungssysteme für die verschiedenen Medien, Pumpen, Ventile, Leitungen, Sensoren, Messeinrichtungen, ein BUS-System, etc. sowie Schnittstellen für eine bidirektionale Kommunikation über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Datenverbindung. Anstelle einer drahtgebundenen Datenverbindung kann auch eine Datenverbindung über eine Glasfaserleitung bestehen. Die Datenverbindung kann bspw. zwischen der Steuereinheit 310 und einer zentralen Steuerung für mehrere Faserverarbeitungseinrichtungen 1000, zu einer Faseraufbereitungsanlage, zu einer Service-Stelle und/oder weiteren Einrichtungen bestehen. Es kann über eine bidirektionale Datenverbindung auch eine Steuerung der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 über eine mobile Einrichtung, wie bspw. ein Smartphone, Tablet-Computer oder dergleichen erfolgen.
  • Die Steuereinheit 310 steht über ein BUS-System oder eine Datenverbindung mit einem HMI-Panel 700 in bidirektionaler Kommunikation. Das HMI (Human-Machine-Interface)-Panel 700 weist ein Display auf, welches Betriebsdaten und Zustände der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 für auswählbare Bestandteile oder die gesamte Faserverarbeitungseinrichtung 1000 anzeigt. Das Display kann als Touch-Display ausgebildet sein, so dass hierüber Einstellungen per Hand von einem Operator der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 vorgenommen werden können. Zusätzlich oder alternativ können an dem HMI-Panel 700 weitere Eingabemittel, wie bspw. eine Tastatur, ein Joystick, ein Tastenfeld etc. für Operatoreingaben vorgesehen sein. Hierüber können Einstellungen verändert und Einfluss auf den Betrieb der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 vorgenommen werden.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 weist einen Roboter 500 auf. Der Roboter 500 ist als sogenannter 6-Achs Roboter ausgebildet und damit in der Lage innerhalb seines Aktionsradius Teile aufzunehmen, zu rotieren und in sämtliche Raumrichtungen zu bewegen. Anstelle des in den Figuren gezeigten Roboters 500 können auch andere Handling-Einrichtungen vorgesehen sein, die dazu ausgebildet sind, Produkte aufzunehmen und zu verdrehen beziehungsweise zu rotieren und in die verschiedenen Raumrichtungen zu bewegen. Darüber hinaus kann eine derartige Handling-Einrichtung auch anderweitig ausgebildet sein, wobei hierzu die Anordnung der entsprechenden Stationen der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen kann.
  • An dem Roboter 500 ist ein Saugwerkzeug 520 angeordnet. Das Saugwerkzeug 520 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Negativ der zu formenden dreidimensionalen Formteile, wie bspw. von Bechern 3000, ausgebildete Kavitäten als Ansaugkavitäten auf. Die Kavitäten können bspw. eine netzartige Oberfläche aufweisen, an der sich Fasern aus der Pulpe während des Ansaugens anlagern. Hinter den netzartigen Oberflächen stehen die Kavitäten über Kanäle im Saugwerkzeug 520 mit einer Saugeinrichtung in Verbindung. Die Saugeinrichtung kann bspw. durch eine Ansaugeinrichtung 320 realisiert werden. Über die Saugeinrichtung kann Pulpe angesaugt werden, wenn sich das Saugwerkzeug 520 so innerhalb des Pulpebeckens 200 befindet, dass sich die Kavitäten zumindest partiell in der wässrigen Faserlösung, der Pulpe, befinden. Ein Vakuum bzw. ein Unterdruck zum Ansaugen von Fasern, wenn sich das Saugwerkzeug 520 in dem Pulpebecken 200 und der Pulpe befindet, können über die Ansaugeinrichtung 320 bereitgestellt werden. Hierzu weist die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 entsprechende Mittel bei den Versorgungseinheiten 300 auf. Das Saugwerkzeug 520 weist Leitungen zur Bereitstellung des Vakuums/Unterdrucks von der Ansaugeinrichtung 320 bei den Versorgungseinheiten 300 zu dem Saugwerkzeug 520 und den Öffnungen in den Kavitäten auf. In den Leitungen sind Ventile angeordnet, die über die Steuereinheit 310 angesteuert werden können und damit das Ansaugen der Fasern regeln. Es kann durch die Ansaugeinrichtung 320 anstelle eines Ansaugens auch ein "Ausblasen" erfolgen, wozu die Ansaugeinrichtung 320 entsprechend ihrer Ausgestaltung in einen anderen Betriebsmodus geschaltet wird.
  • Bei der Herstellung von Formteilen aus einem Fasermaterial wird das Saugwerkzeug 520 in die Pulpe getaucht und ein Unterdruck/Vakuum an den Öffnungen der Kavitäten angelegt, so dass Fasern aus der Pulpe angesaugt werden und sich bspw. an dem Netz der Kavitäten des Saugwerkzeugs 520 anlagern.
  • Danach hebt der Roboter 500 das Saugwerkzeug 520 aus dem Pulpebecken 200 und bewegt es mit den an den Kavitäten anhaftenden Fasern, die noch einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. über 80 Gew.-% an Wasser aufweisen, an die Vorpressstation 400 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000, wobei zur Übergabe der Unterdruck in den Kavitäten aufrechterhalten wird. Die Vorpressstation 400 weist ein Vorpresswerkzeug mit Vorpressformen auf. Die Vorpressformen können bspw. als Positiv der zu fertigenden Formteile ausgebildet sein und zur Aufnahme der in den Kavitäten anhaftenden Fasern eine entsprechende Größe im Hinblick auf die Gestalt der Formteile aufweisen.
  • Bei der Herstellung von Formteilen wird das Saugwerkzeug 520 mit den in den Kavitäten anhaftenden Fasern so zu der Vorpressstation 400 bewegt, dass die Fasern in die Kavitäten gedrückt werden. Dabei werden die Fasern in den Kavitäten miteinander verpresst, so dass hierüber eine stärkere Verbindung zwischen den Fasern erzeugt wird. Zudem wird dabei der Feuchtigkeitsgehalt der aus den angesaugten Fasern gebildeten Vorformlinge reduziert, so dass die nach dem Vorpressen gebildeten Vorformlinge nur noch einen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. 60 Gew.-% aufweisen. Zum Auspressen von Wasser können flexible Vorpressformen zum Einsatz kommen, die bspw. mittels Druckluft (Prozessluft) aufgebläht werden und dabei die Fasern gegen die Wand einer Kavität eines weiteren Saugwerkzeugteils drücken. Durch das "Aufblasen" wird sowohl Wasser ausgepresst als auch die Dicke der angesaugten Faserschicht reduziert.
  • Während des Vorpressens kann Flüssigkeit bzw. Pulpe über das Saugwerkzeug 520 und/oder über weitere Öffnungen in Vorpressformen bzw. -werkzeugteilen (Kavitäten) abgesaugt und zurückgeführt werden. Die beim Ansaugen über das Saugwerkzeug 520 und/oder beim Vorpressen in der Vorpressstation 400 austretende Flüssigkeit bzw. Pulpe kann in das Pulpebecken 200 oder einer Pulpe-Aufbereitung zurückgeführt werden.
  • Nach dem Vorpressen in der Vorpressstation 400 werden die so erzeugten Vorformlinge an dem Saugwerkzeug 520 über den Roboter 500 zu einer Heißpressstation 600 bewegt, die ein Formwerkzeug 610 für die finale Formgebung und Trocknung der Vorformlinge zu dreidimensionalen Erzeugnissen aufweist. Hierzu wird der Unterdruck am Saugwerkzeug 520 aufrechterhalten, damit die Vorformlinge in den Kavitäten verbleiben. Die Vorformlinge werden über das Saugwerkzeug 520 auf einen unteren Werkzeugkörper 622 einer ersten Werkzeugkomponente des Formwerkzeugs 610 übergeben, welcher entlang der Fertigungslinie aus der Heißpressstation 600 verfahrbar ist. Befindet sich der untere Werkzeugkörper 622 in seiner ausgefahrenen Position, wird das Saugwerkzeug 520 so zu dem unteren Werkzeugkörper 622 bewegt, dass die Vorformlinge auf Formeinrichtungen bzw. Formteilen 624 des unteren Werkzeugkörpers 622 aufgesetzt werden können. Anschließend wird über die Öffnungen im Saugwerkzeug 520 ein Überdruck erzeugt, so dass die Vorformlinge aktiv von den Kavitäten im Saugwerkzeug abgelegt werden, oder das Ansaugen wird beendet, sodass die Vorformlinge schwerkraftbedingt auf den Formeinrichtungen bzw. Formteilen 624 des unteren Werkzeugkörpers 622 verbleiben. Durch eine Bereitstellung von Überdruck an den Öffnungen der Kavitäten des Saugwerkzeugs können vorgepresste Vorformlinge, die in den Kavitäten des Saugwerkzeugs anliegen/anhaften, gelöst und abgegeben werden.
  • Danach wird das Saugwerkzeug 520 über den Roboter 500 wegbewegt und das Saugwerkzeug 520 wird in das Pulpebecken 200 getaucht, um weitere Fasern zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material anzusaugen.
  • Der untere Werkzeugkörper 622 des Formwerkzeugs 610 verfährt nach der Übergabe der Vorformlinge in die Heißpressstation 600. In der Heißpressstation 600 erfolgt unter Wärmeeintrag und hohem Druck ein Verpressen der Vorformlinge zu fertigen Erzeugnissen, wozu ein oberer Werkzeugkörper 632 einer zweiten Werkzeugkomponente 630 des Formwerkzeugs 610 über eine Presse auf den unteren Werkzeugkörper 622 gebracht wird. Der obere Werkzeugkörper 632 weist zu den Formeinrichtungen bzw. Formteilen 624 korrespondierende Kavitäten 634 auf. Nach dem Heißpressvorgang werden der untere Werkzeugkörper 622 und der obere Werkzeugkörper 632 relativ voneinander wegbewegt und der obere Werkzeugkörper 632 entlang der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 in Fertigungsrichtung bewegt, wobei nach dem Heißpressen die gefertigten Erzeugnisse über den oberen Werkzeugkörper 632 angesaugt werden und damit innerhalb der Kavitäten verbleiben. Somit werden die gefertigten Erzeugnisse aus der Heißpressstation 600 verbracht und über den oberen Werkzeugkörper 632 nach dem Verfahren auf einem Transportband einer Fördereinrichtung 800 abgelegt. Nach dem Ablegen wird das Ansaugen über den oberen Werkzeugkörper 632 beendet und die Erzeugnisse verbleiben auf dem Transportband. Der obere Werkzeugkörper 632 fährt zurück in die Heißpressstation 600 und ein weiterer Heißpressvorgang kann durchgeführt werden.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 weist weiterhin eine Fördereinrichtung 800 mit einem Transportband auf. Auf das Transportband können die gefertigten Erzeugnisse aus faserhaltigen Material nach dem finalen Formen und dem Heißpressen in der Heißpressstation 600 abgelegt und aus der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 ausgebracht werden. In weiteren Ausführungen kann nach dem Ablegen der Erzeugnisse auf das Transportband der Fördereinrichtung 800 eine weitere Bearbeitung erfolgen, wie bspw. ein Befüllen und/oder ein Stapeln der Erzeugnisse. Das Stapeln kann bspw. über einen zusätzlichen Roboter oder eine andere Einrichtung erfolgen.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 aus Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform. Es kann eine Faserverarbeitungseinrichtung gemäß der hierin beschriebenen technischen Lehre auch nur eine Formstation mit einem auswechselbaren Werkzeug, bspw. ein Saugwerkzeug 520 oder ein Heißpresswerkzeug, in dem faserhaltiges Material verarbeitbar ist, wobei verschiedene Werkzeuge zur Herstellung unterschiedlicher dreidimensionaler Erzeugnisse in der mindestens einen Formstation aufnehmbar sind, aufweisen. Die weiteren für die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 von Fig. 1 gezeigten Stationen und Vorrichtungen sind zur Umsetzung der technischen Lehre nicht zwingend erforderlich.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs 610 zum Heißverpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material gemäß dem Stand der Technik. Das Formwerkzeug 610 weist eine erste Werkzeugkomponente 620 und eine zweite Werkzeugkomponente 630 auf. Die erste Werkzeugkomponente 620 weist einen Werkzeugkörper 622 und die zweite Werkzeugkomponente 630 weist einen Werkzeugkörper 632 auf. An den einander zugewandten Flächen sind Formeinrichtungen angeordnet bzw. mit den Werkzeugkörpern 622, 632 verbunden. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführung sind an der Oberfläche des Werkzeugkörpers 622 als Formteile 624 ausgebildete Formeinrichtungen angeordnet. An der der ersten Werkzeugkomponente 620 zugewandten Oberfläche des Werkzeugkörpers 632 sind als Kavitäten 634 ausgebildete Formeinrichtungen angeordnet, welche korrespondierend zu den Formteilen 624 ausgebildet sind, so dass im geschlossenen Zustand des Formwerkzeug 610 ein Formraum zwischen den Oberflächen der Formteile 624 und den Oberflächen der Kavitäten 634 ausgebildet wird.
  • Die Formeinrichtungen (Formteile 624, Kavitäten 634) sind austauschbar mit den Werkzeugkörpern 622, 632 verbunden, so dass verschiedene Erzeugnisse mit dem Formwerkzeug 610 einer Heißpressstation 600 hergestellt werden können. Bspw. können die Formeinrichtungen mittels Schrauben mit den Werkzeugkörpern 622, 632 verbunden sein.
  • Zur Beheizung des Formwerkzeugs 610 sind in dem Werkzeugkörper 622 ein erstes Heizelement 625 und in dem Werkzeugkörper 632 ein erstes Heizelement 635 angeordnet. Die ersten Heizelemente 625 und 685 können bspw. als Heizpatronen ausgebildet sein. Über die Heizelemente 625 und 635 werden die Werkzeugkörper 622, 632 sowie die damit verbundenen Formeinrichtungen (Formteile 624, Kavitäten 634) beheizt. Die Komponenten des Formwerkzeugs 610 bestehen hierzu aus einem wärmeleitenden Material, wie bspw. Aluminium. Die Komponenten des Formwerkzeugs 610 können Kanäle und Öffnungen zum An- und Absaugen von Wasser bzw. Wasserdampft aufweisen, welches bei einem Verpressen (Heißpressen) von feuchten Vorformlingen austritt.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung gemäß dem Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass die Beheizung des Formwerkzeugs 610 für einen Heißpressprozess keine bedarfsoptimierte Temperaturverteilung zulässt. Die über die ersten Heizelemente 625, 635 eingebrachte Wärme verteilt sich in den Werkzeugkörpern 622, 632 und von dort in den Formeinrichtungen. Damit ist der Wärmeübergang sehr träge und weist mehrere Nachteile auf. Einerseits ist die Temperatur an den Oberflächen der Formeinrichtungen nur über den von den Heizelementen 625, 635 bereitgestellten Wärmeeintrag abhängig und andererseits kann einem unterschiedlichen Leistungsbedarf, wie er bei Formwerkzeugen mit mehreren Formeinrichtungen ("Multikavitäten"-Werkzeug) in der Regel vorherrscht, nicht Rechnung getragen werden, so dass die Qualität der hergestellten Erzeugnisse und die Zykluszeit des Heißpressprozesses darunter leiden. Die Anforderungen an die Variabilität der Beheizung nach Maßgabe der Position einer Formeinrichtung an einem Werkzeugkörper 622, 632 nimmt bei großen Formtiefen bzw. Erzeugnishöhen mit steigender Höhe umso mehr zu.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Werkzeugkomponente 620 eines Formwerkzeugs 610 gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre, welche die Probleme des Stands der Technik behebt. Gegenüber der Ausbildung von Fig. 2 weist die erste Werkzeugkomponente 620 bei den Formteilen 624 jeweils mindestens ein zweites Heizelement 626 auf, so die Formteile 624 über diese direkt beheizt werden können und die Temperatur an den Formflächen der Formteile 624 von der Temperatur weiterer Formteile 624 variieren kann. Zudem kann dabei eine Grundbeheizung eines Werkzeugkörpers 622 erfolgen, wie eingangs beschrieben, welche für die Einhaltung einer Stichmaßtemperatur erforderlich ist und die eine Grundbeheizung bereitstellt, wobei jedoch die Temperatur der Formteile 624 geringer oder gleich hoch ist, wie die Grundbeheizung. Solche zweiten Heizelemente 626 können bspw. als Heizpatronen ausgebildet sein. Für eine Verbindung mit einer Steuereinheit können die Formteile 624 und der Werkzeugkörper 622 Kanäle aufweisen, in welchen Leitungen aufgenommen sind. Die Kanäle und Verbindungstellen zwischen Kanälen in Formteilen 624 und einem Werkzeugkörper 622 können in weiteren Ausführungen Isolierungen aufweisen. Ferner können diese so angeordnet sein, dass die Belastung auf solche Leitungen minimiert sind.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Formwerkzeugs 610 gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre, wobei sowohl die Formteile 624 als auch die Kavitäten 634 mindestens ein zweites Heizelement 636 aufweisen, so dass eine individuelle Beheizung der Kavitäten 634 und der korrespondierenden Formteile 624 erfolgen kann. Hierbei kann insbesondere nach Maßgabe der Position der Formeinrichtungen bzw. der Formeinrichtungspaare (Kavität 634 und zugehöriges Formteil 624) eine individuelle Beheizung erfolgen. In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen bspw. die Kavitäten 634 mehrere zweite Heizelemente 636 auf, die in einem Randbereich angeordnet sind. Hierbei kann bspw. einer Abkühlung durch das Verdampfen von Wasser beim Heißpressen von feuchten Vorformlingen aus faserhaltigem Material entgegengewirkt werden, da die Wärme nicht wie bisher aus dem Stand der Technik aus dem Werkzeugkörper 632 nachfließen muss, sondern direkt in die Formflächen eingebracht werden kann bzw. der Wärmefluss konstant in unmittelbarer Nähe der gekühlten Bereiche der Formflächen besteht. Dabei ist es insbesondere auch nicht notwendig, die Temperatur der Grundbeheizung über den Werkzeugkörper zu erhöhen, um ein schnelleres Nachheizen der Formflächen zu erreichen. Die Grundbeheizung der Werkzeugkörper 622, 632 verhindert zudem ein Abkühlen der wärmeleitenden Komponenten des Formwerkzeugs 610.
  • Bei der Ausführung von Fig. 4 sind auch mehrere erste Heizelemente 625, 635 in den Werkzeugkörpern 622, 632 angeordnet, so dass hierüber auch die Grundbeheizung lokal angepasst werden kann.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente 620 eines Formwerkzeugs 610 gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre, wobei Heizelemente 627 vorgesehen sind, die einen ersten Heizbereich 627A und einen zweiten Heizbereich 627B aufweisen. Die beiden Heizbereiche 627A, 627B können unterschiedlich angesteuert werden und damit eine zueinander unterschiedliche Beheizung bereitstellen. Die Formteile 624 können in einer solchen Ausführung bspw. Öffnungen aufweisen. Bei der Verbindung von Formteilen 624 mit dem zugehörigen Werkezugkörper 622 können die Formteile 624 mit den Öffnungen auf die abstehenden Bereiche bzw. Heizbereiche 627B gesteckt und anschließend bspw. mittels Schrauben fest mit dem Werkzeugkörper 622 verbunden werden.
  • In noch weiteren Ausführungen können Heizelemente so angeordnet werden, dass nur ein Teil deren wirksamer Heizfläche in Formeinrichtungen aufgenommen ist, so dass flächenmäßig ein größerer Wärmeübergang im Bereich der Werkzeugkörper 622, 632 erfolgt als in den Formeinrichtungen.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer noch weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente 620 eines Formwerkzeugs 610 gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre, welche das Konzept der hierin offenbarten technischen Lehre zur Behebung der aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zeigt, wobei die Aufteilung der Beheizung für eine Werkzeugkomponente 620 gezeigt ist. Die Aufteilung der Beheizung gilt dabei ebenso für eine zweite Werkzeugkomponente 630 mit Kavitäten 634 als Formeinrichtungen.
  • Über mindestens ein erstes Heizelement 625 wird eine erste Heizzone A im Werkzeugkörper 622 bereitgestellt. Über mindestens ein zweites Heizelement 626 je Formteil 624 wird eine zweite Heizzone B bereitgestellt.
  • Die Aufteilung in zwei unterschiedliche Heizzonen A und B ermöglicht eine individuelle Beheizung der Formeinrichtungen unter Berücksichtigung der tatsächlich benötigten Wärmeenergie zum Verdampfen von Wasser nach Maßgabe der Position an dem Werkzeugkörper 622, 632 und der Geometrie des herzustellenden Erzeugnisses. Es ist damit auch möglich unterschiedliche Erzeugnisse in einem Heißpressprozess herzustellen, weil die Beheizung an den Formflächen der Formeinrichtungen individuell eingestellt werden kann.
  • Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer noch weiteren Ausführung einer Werkzeugkomponente 620 eines Formwerkzeugs 610 gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre, wobei die Anordnung von mehreren Formteilen 624 gezeigt ist. Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung und aufgrund des Wärmeflusses über eine Grundbeheizung durch mindestens ein erstes Heizelement 625 oder 635 kann für jedes Formteil 624 (und auch jede Kavität 634) eine unterschiedliche Beheizung erforderlich sein. Das Erfordernis der unterschiedlichen Beheizung kann auch durch Unterschiede beim Abtransport von beim Heißpressprozess entstehendem Wasserdampf begründet sein, wobei ein angesaugter Luftstrom mit Wasserdampf Kanäle und damit den Werkzeugkörper 622 kühlen kann. Dabei ist ferner zu berücksichtigen, wie sich die Grundbeheizung des Werkzeugkörpers 622 auf die Beheizung auswirkt.
  • In dem exemplarischen Beispiel von Fig. 7 werden die Formteile 624 mit unterschiedlicher maximaler Leistung (70-100%) betrieben, so dass die Formteile 624 unterschiedlich stark beheizt werden. In dem Ausführungsbeispiel sind nur sechs Formteile 624 gezeigt. Bei Formwerkzeugen 610 mit mehreren Formeinrichtungen kann die benötigte Wärmeenergie sich noch weiter unterscheiden.
  • Die Bestimmung der benötigen Heizleistung kann vor einem Heißpressprozess bspw. mit Hilfe eines Berechnungsprogramms in einer Simulation erfolgen.
  • Bei der Bestimmung der Beheizung für ein Formwerkzeugs 610 ist die Gestalt und Ausbildung eines herzustellenden Erzeugnisses maßgeblich, wobei Erzeugnisse mit verhältnismäßig großen Formtiefen (bspw. > 50 mm) eine direkte Beheizung der Formeinrichtungen benötigen. Bei einer direkten Beheizung werden Heizelemente, die Bestandteil von Heizeinrichtungen sein können, so zu den Formflächen der Formeinrichtungen angeordnet, dass diese einen definierbaren Abstand zu den Formflächen aufweisen. Bei einer direkten Beheizung können Heizeinrichtungen und Heizelemente sich auch um eine Formeinrichtung herum erstrecken und/oder bspw. parallel zu Seitenwänden der Formeinrichtungen verlaufen. Zusätzlich ist in der Regel eine indirekte Beheizung über den zugehörigen Werkzeugköper vorgesehen.
  • Es ist zudem die maximale Anzahl an Formeinrichtungen je verfügbarer Fläche eines Werkzeugkörpers 622, 632 im Hinblick auf die bereitstellbare Wärmemenge bei Erreichung von möglichst kurzen Heißpresszeiten zu bestimmen. Dabei ist nicht nur die maximal flächenmäßig größte Belegung einer Werkzeugfläche maßgeblich, sondern auch die Kühlwirkung aufgrund der eingebrachten Vorformlinge. Es gilt dabei zu beachten, dass ein zu starkes Abkühlen ein längeres Heißpressen erfordert.
  • Bei der Bestimmung der Beheizung kann anhand der Produktgeometrie, Wandstärke und Zielmaterial der herzustellenden Erzeugnisse eine (erste) Abschätzung der benötigten Trocknungsenergie durchgeführt werden.
  • Danach kann ein Entwurf der Beheizung durchgeführt werden. Dies kann bspw. jeweils für eine erste Werkzeugkomponente 622 (Unterwerkzeug) und eine zweite Werkzeugkomponente 632 (Oberwerkzeug) allein oder für beide gemeinsam erfolgen.
  • Dabei können geeignete Heizeinrichtungen und Heizelemente ausgewählt werden. Bspw. können elektrisch ansteuerbare Heizpatronen ausgewählt werden, wobei zusätzlich eine Auswahl von Heizpatronen (einheitlich oder unterschiedliche Typen), bspw. je nach verfügbarem Bauraum zum Platzieren dieser (inkl. Beachtung von Verdrahtung, Dampf und Luftkanälen) erfolgen kann.
  • In einem weiteren Schritt kann eine erste, grobe Verteilung der Heizpatronen oder anderer Heizeinrichtungen/Heizelemente erfolgen. Hierzu kann bspw. nach Maßgabe eines Heizungskonzepts anhand der Speichermasse des Werkzeugmaterials (insbesondere des Werkzeugmaterials für die Formeinrichtungen) die Verteilung von Heizeinrichtungen/Heizelementen und deren Ausrichtung sowie Orientierung im Werkzeug erfolgen. Weiterhin kann dabei erreicht werden, möglichst gleiche Abstände zur Produktoberfläche, d.h. zu den Formflächen, herzustellen.
  • In einem weiteren Schritt kann nach Maßgabe der Vorgaben und Annahmen ein FEM-Model aufgebaut werden und eine Berechnung der Temperaturverteilung und eine mögliche Verformung der Werkzeuge (Formeinrichtungen und/oder Werkzeugkörper 622, 632) nach Maßgabe eines Berechnungsmodell erfolgen. Bspw. kann hierzu ein dynamisches Berechnungsmodell zum Einsatz kommen.
  • In einem weiteren Schritt werden die Ergebnisse der Berechnung der Temperaturverteilung und/oder Verformung analysiert und eine Optimierung der Auswahl und Verteilung der Heizeinrichtungen/Heizelemente (z.B. Heizpatronen) vorgenommen. So können bspw. Abstände vergrößert und/oder verringert, die Ausrichtung und/oder Orientierung von Heizeinrichtungen/Heizelementen verändert und/oder die Heizleistung verändert werden, um definierbare Temperaturverteilungen an allen/ausgewählten Formflächen zu erreichen. Anschließend kann in einem weiteren Schritt eine erneute FEM-Berechnung des Werkzeuges (Formeinrichtungen und/oder Werkzeugkörper 622, 632) erfolgen, bis die Temperaturgradienten global unter einem definierbaren Wert liegen. Ein solcher Wert kann bspw. in einem Bereich von 30 °C bis 100 °C liegen. In einem Ausführungsbeispiel liegt die Schwelle für den Temperaturgradienten bei 50 °C.
  • In einem weiteren Schritt kann eine Einteilung der Heizeinrichtungen/Heizelemente (z.B. Heizpatronen) in Leistungszonen (individuell für erste Werkzeugkomponente 620 und zweite Werkzeugkomponente 630; Heizzone A, B) erfolgen. Bspw. kann eine zusätzliche Einteilung in Zonen hinsichtlich der Erstreckung über die Oberfläche eines Werkzeugkörpers 622, 632 (Innen - außen und/oder Formeinrichtungsspezifisch bei großen Produkten) erfolgen.
  • In einem weiteren Schritt kann eine Änderung der spezifischen Heizleistungen im FEM-Modell durchgeführt werden und danach eine Berechnung der Temperaturverteilung und eine mögliche Verformung der Werkzeuge (Formeinrichtungen und/oder Werkzeugkörper 622, 632) erfolgen.
  • In einem weiteren Schritt kann eine Iteration erfolgen, bis ein Temperaturgradient kleiner 5 bis 30 °C, vorzugsweise kleiner 10 °C, erreicht worden ist. Sofern es nicht möglich ist, einen Temperaturgradienten kleiner 10 °C zu erreichen, kann die Auslegung der Heizung neu gestartet werden.
  • Nach Erreichen des vorgegeben Temperaturgradienten kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein Auslesen der spezifischen Heizleistung erfolgen und die Auswahl an Einrichtungen, Materialien, etc. sowie Anordnung und Ansteuerung dokumentiert und als Vorgabewerte für die Heizungssteuerung in einer Heißpresse, einem Formwerkzeug 610 und/oder einer Faserverarbeitungseinrichtung 1000 übernommen werden.
  • Sofern bereits bei der ersten Berechnung ein Temperaturgradient kleiner 10 °C erreicht worden ist, kann die vorhergehende Ermittlung der Parameter und Auswahl bereits beendet werden und als Vorgabe übernommen werden. Darüber hinaus können mehrere Iterationsschritte durchlaufen werden, bis der vorgegebene Temperaturgradient erreicht worden ist.
  • In weiteren Ausführungen kann, wenn für eine ausgewählte Heizeinrichtungs- und/oder Heizelementart in einer definierbaren Anzahl an Schritten kein Unterschreiten des erforderlichen Temperaturgradienten erreicht werden kann, automatisch eine neue Berechnung für eine Heizeinrichtungs- und/oder Heizelementart erfolgen. Darüber hinaus kann in weiteren Ausführungen die vorstehende Änderung für eine mögliche Anpassung der Heizleitung und/oder der Ausrichtung/Orientierung und/oder Abstand zwischen Formflächen und Heizeinrichtungen/Heizelementen erfolgen.
  • In weiteren Ausführungen können im Betrieb eines Formwerkzeugs 610 über Sensoren und Messrichtungen Temperaturen, Drücke und Produkteigenschaften des herzustellenden bzw. hergestellten Erzeugnisses sowie von in ein Formwerkzeug 610 eingebrachten Vorformlingen und dessen Ursprungsmaterial (Pulpe) überwacht und bei einer Veränderung (automatisch) eine Anpassung der Ansteuerung der Heizeinrichtungen vorgenommen werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Rahmen
    200
    Pulpebecken
    300
    Versorgungseinheiten
    310
    Steuereinheit
    320
    Ansaugeinrichtung
    400
    Vorpressstation
    500
    Roboter
    520
    Saugwerkzeug
    600
    Heißpressstation
    610
    Formwerkzeug
    620
    erste Werkzeugkomponente
    622
    Werkzeugkörper
    624
    Formteil
    625
    erstes Heizelement
    626
    zweites Heizelement
    627
    Heizelement
    627A
    ersten Heizbereich
    627B
    zweiter Heizbereich
    630
    zweite Werkzeugkomponente
    632
    Werkzeugkörper
    634
    Kavität
    635
    erstes Heizelement
    636
    zweites Heizelement
    700
    HMI-Panel
    800
    Fördereinrichtung
    810
    Kamera
    900
    Wärmetauscher
    1000
    Faserverarbeitungseinrichtung
    3000
    Becher

Claims (11)

  1. Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, aufweisend mindestens eine erste Werkzeugkomponente und mindestens eine zweite Werkzeugkomponente, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente jeweils einen Werkzeugkörper aufweisen, wobei der Werkzeugkörper der ersten Werkzeugkomponente mindestens eine Kavität und der Werkzeugkörper der zweiten Werkzeugkomponente mindestens ein zur mindestens einen Kavität korrespondierendes Formteil aufweist, wobei das mindestens eine Formteil und die mindestens eine Kavität zur Ausbildung eines Formraums zwischen korrespondierenden Oberflächen der mindestens einen Kavität und des mindestens einen Formteils relativ zueinander bewegbar und zum Verpressen eines in den Formraum einbringbaren faserhaltigen Materials verpressbar sind, und wobei die erste Werkzeugkomponente und/oder die zweite Werkzeugkomponente mindestens eine Heizeinrichtung aufweisen, wobei die mindestens eine Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass aufgrund der Anordnung der mindestens einen Heizeinrichtung mindestens ein erster Heizkreis im Werkzeugkörper und mindestens ein zweiter Heizkreis in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil ausgebildet sind.
  2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein Heizelement aufweist, das asymmetrisch im Werkzeugkörper und in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet ist.
  3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, wobei eine wirksame Heizfläche des mindestens einen Heizelements flächenmäßig eine größere Erstreckung innerhalb
    - des Werkzeugkörpers gegenüber einer flächenmäßigen Erstreckung innerhalb der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil, oder
    - mindestens einer Kavität oder Formteil gegenüber einer flächenmäßigen Erstreckung innerhalb des Werkzeugkörpers aufweist.
  4. Formwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erstes Heizelement und mindestens ein zweites Heizelement aufweist, wobei das mindestens eine erste Heizelement im Werkzeugkörper und das mindestens eine zweite Heizelement in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet sind.
  5. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend mehrere Kavitäten und zugehörige Formteile, wobei Heizelemente der mindestens einen Heizeinrichtung in Bezug auf Lage und/oder Orientierung zueinander und/oder zu den zugehörigen Kavitäten oder Formteilen unterschiedlich angeordnet sind.
  6. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens ein Heizelement mindestens einer Heizeinrichtung für eine Kavität oder Formteil unterschiedlich zu mindestens einem Heizelement mindestens einer Heizeinrichtung für eine weitere Kavität oder Formteil einer ersten Werkzeugkomponente und/oder einer zweiten Werkzeugkomponente angeordnet und/oder ansteuerbar sind.
  7. Formwerkzeug nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement aufgrund ihrer Ausgestaltung eine zueinander unterschiedliche Heizleistung aufweisen.
  8. Verfahren zur Regelung einer Temperaturverteilung in einem Formwerkzeug zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, wobei in dem Formwerkzeug Vorformlinge unter Druck und Temperatur zu Erzeugnissen verpresst werden, wobei das Formwerkzeug mindestens eine erste Werkzeugkomponente und mindestens eine zweite Werkzeugkomponente aufweist, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente jeweils einen Werkzeugkörper aufweisen, wobei der Werkzeugkörper der ersten Werkzeugkomponente mindestens eine Kavität und der Werkzeugkörper der zweiten Werkzeugkomponente mindestens ein zur mindestens einen Kavität korrespondierendes Formteil aufweist, wobei das mindestens eine Formteil und die mindestens eine Kavität zur Ausbildung eines Formraums zwischen korrespondierenden Oberflächen der mindestens einen Kavität und des mindestens einen Formteils relativ zueinander bewegt und zum Formen eines in den Formraum einbringbaren faserhaltigen Materials verpresst werden, wobei die erste Werkzeugkomponente und/oder die zweite Werkzeugkomponente mindestens eine Heizeinrichtung aufweisen,
    wobei durch die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erster Heizkreis im Werkzeugkörper und mindestens ein zweiter Heizkreis in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil gebildet wird, und wobei die Temperatur des Werkzeugkörpers der ersten Werkzeugkomponente und/oder der zweiten Werkzeugkomponente und die Temperatur der zugehörigen mindestens einen Kavität oder des mindestens einen Formteils durch die mindestens eine Heizeinrichtung individuell geregelt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Heizeinrichtung mindestens ein erstes Heizelement und mindestens ein zweites Heizelement aufweist und das mindestens eine erste Heizelement im Werkzeugkörper und das mindestens eine zweite Heizelement in der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteil angeordnet sind, wobei die Temperatur im Werkzeugkörper und die Temperatur in der mindestens einen zugehörigen Kavität oder dem mindestens einen zugehörigen Formteil über das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement individuell geregelt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Beheizung des Werkzeugkörpers der ersten Werkzeugkomponente und/oder der zweiten Werkzeugkomponente und der zugehörigen mindestens einen Kavität oder Formteils hinsichtlich der bereitgestellten Temperatur und Heizdauer über das mindestens eine erste Heizelement und das mindestens eine zweite Heizelement individuell geregelt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei mehrere einem Werkzeugkörper zugeordnete Kavitäten und/oder Formteile unterschiedlich beheizt werden.
EP23193793.9A 2022-09-28 2023-08-29 Formwerkzeug und verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale erzeugnisse Pending EP4345209A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022124938.7A DE102022124938A1 (de) 2022-09-28 2022-09-28 Verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale formteile und formwerkzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4345209A1 true EP4345209A1 (de) 2024-04-03

Family

ID=87863150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23193793.9A Pending EP4345209A1 (de) 2022-09-28 2023-08-29 Formwerkzeug und verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale erzeugnisse

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240102250A1 (de)
EP (1) EP4345209A1 (de)
DE (1) DE102022124938A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030008877A (ko) * 2001-07-20 2003-01-29 김대식 펄프몰드제어시스템 및 펄프몰드시스템
DE102019127562A1 (de) 2019-10-14 2021-04-15 Kiefel Gmbh Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial
US20210138696A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-13 Zume, Inc. Molded fiber product production line
WO2022072555A1 (en) * 2020-09-29 2022-04-07 Zume, Inc. Porous molds for molded fiber part manufacturing and method for additive manufacturing of same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030008877A (ko) * 2001-07-20 2003-01-29 김대식 펄프몰드제어시스템 및 펄프몰드시스템
DE102019127562A1 (de) 2019-10-14 2021-04-15 Kiefel Gmbh Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial
US20210138696A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-13 Zume, Inc. Molded fiber product production line
WO2022072555A1 (en) * 2020-09-29 2022-04-07 Zume, Inc. Porous molds for molded fiber part manufacturing and method for additive manufacturing of same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022124938A1 (de) 2024-03-28
US20240102250A1 (en) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4045713B1 (de) Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial
EP2073970B1 (de) Heizplatte mit einer vielzahl von heizpatronen
EP2293909B1 (de) Verfahren und heizeinrichtung zum thermoformen
EP2298536A2 (de) Verpackungsmaschine mit mehreren Heizelementen und das Verfahren
DE102022108094A1 (de) Heisspress-werkzeughälfte, heisspresseinrichtung mit einem heisspresswerkzeug und verfahren zum heisspressen von vorformlingen aus einem faserhaltigen material
DE3820411C2 (de)
EP3804959B1 (de) Tiefzieheinrichtung zum tiefziehen von verpackungskörpern, z.b. verpackungsschalen, aus tiefziehfolie
EP3369554A1 (de) Verfahren zum ausformen von näpfen in einer erwärmten folienbahn
EP4045711A2 (de) Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial
DE102006045027B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen einer thermoplastischen Kunststofffolienbahn oder Kunststoffplatte
WO2023217540A1 (de) Formeinrichtung zum formen von erzeugnissen aus faserhaltigem material, faserformanlage, verfahren zum formen von erzeugnissen aus faserhaltigem material und erzeugnis aus faserhaltigem material
DE202023105782U1 (de) Formkörper für ein Vorpresswerkzeug und Vorpresswerkzeug
EP4257349A1 (de) Verfahren zur regelung einer heisspresseinrichtung, werkzeugkomponente für eine heisspresseinrichtung und heisspresseinrichtung
EP4345209A1 (de) Formwerkzeug und verfahren zur regelung einer temperaturverteilung in einem formwerkzeug für dreidimensionale erzeugnisse
EP1964664B1 (de) Verfahren zur Pressensteuerung einer Pulverpresse bei der Herstellung von Formlingen
EP1970192A2 (de) Etagenpresse für Formteile
DE1922261A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Thermoplasterzeugnissen und nach diesem Verfahren sowie mit Hilfe dieser Vorrichtung hergestellte zellige Erzeugnisse
DE202023105781U1 (de) Formkörper für ein Vorpresswerkzeug und Vorpresswerkzeug
DE202023105783U1 (de) Formkörper für ein Vorpresswerkzeug und Vorpresswerkzeug
DE102020126764A1 (de) Additive fertigungseinrichtung, verfahren sowie medizinprodukt hierzu
DE102023115815A1 (de) Verfahren zur Verarbeitung von flächigen Materialbahnen aus einem faserhaltigen Material
EP4321684A1 (de) Faserverarbeitungseinrichtung mit einer ausrichtungseinheit zur verlagerung und positionierung von fasern und verfahren zum betreiben einer faserverarbeitungseinrichtung
DE102023106953A1 (de) Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen und Verfahren zur Herstellung von Formteilen unter Verwendung eines Formwerkzeugs
DE102022125886A1 (de) Verfahren zur herstellung von dreidimensionalen formteilen aus einem faserhaltigen material und faserverarbeitungseinrichtung
DE102019200998A1 (de) Tiefziehverpackungsmaschine mit Formstation

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

17P Request for examination filed

Effective date: 20240311

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR