EP4729280A1

EP4729280A1 - Verfahren zum herstellen von dreidimensionalen celluloseprodukten

Info

Publication number: EP4729280A1
Application number: EP24207828.5A
Authority: EP
Inventors: Jan Phillip Féron; Simon Niekolaas
Original assignee: Ip Verpackungen GmbH
Current assignee: Ip Verpackungen GmbH
Priority date: 2024-10-21
Filing date: 2024-10-21
Publication date: 2026-04-22

Abstract

Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Celluloseprodukten, umfassend die folgenden Schritte:• Bereitstellen eines bahnförmigen Vliesstoffes (Bahnmaterial) auf der Basis von Cellulosefasern,• Transportieren des Bahnmaterials durch aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen,• Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in dem Bahnmaterial in einer ersten Bearbeitungsstation,• Pressformen der Celluloseprodukte innerhalb der vorgeschnittenen Konturen in dem Bahnmaterial in einer zweiten Bearbeitungsstation und• Ausstanzen der pressgeformten Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial in einer dritten Bearbeitungsstation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Celluloseprodukten.
Bei dem dreidimensionalen Celluloseprodukt handelt es sich beispielsweise um Schalen, Teller, Becher oder andere Behälter, Löffel, Gabeln, Messer oder andere Essgeräte für den Einmalgebrauch, Einsätze für Umverpackungen, Träger für Schreibstifte oder andere Produkte für technische Anwendungen.
Die EP 4 043 353 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Celluloseproduktes umfassend die Schritte des Trockenformens eines Celluloserohlings in einer Trockenformeinheit, des Anordnens des Celluloserohlings in einem Formwerkzeug, des Aufheizens des Celluloserohlings auf eine Formtemperatur im Bereich von 100 °C bis 200 °C und des Pressens des Celluloserohlings in dem Formwerkzeug mit einem Formdruck von zumindest 1 MPa. In der Trockenformeinheit wird ein Celluloserohmaterial in Cellulosefasern aufgelöst, aus den aufgelösten Cellulosefasern durch Luftlegen auf ein luftdurchlässiges, untersaugtes Förderband eine Bahn aus Cellulosefasern (Airlaid) erzeugt und diese kompaktiert oder kalandriert. Der solchermaßen erzeugte bahnförmige Celluloserohling wird über eine Zuführeinheit intermittierend dem Formwerkzeug zugeführt. In dem Formwerkzeug wird das Celluloseprodukt geformt und aus der Bahn ausgestanzt. Bei der praktischen Umsetzung des Verfahrens wird auf den bahnförmigen Celluloserohling ein Tissue aufgebracht, AKD als Wasserbarriere aufgesprüht und über ca. 15 Minuten in einem Ofen getrocknet. Dadurch, dass die Herstellung des bahnförmigen Celluloserohlings und des Celluloseproduktes inline erfolgen, ist die Anlage aufwändig und die Produktionsgeschwindigkeit limitiert. Durch das Aufbringen und Trocknen einer Wasserbarriere wird der anlagentechnische Aufwand noch weiter erhöht und die Taktzahlen und Durchsätze eingeschränkt. Das Formwerkzeug weist eine hohe Komplexität, Verschleiß und Störanfälligkeit auf, weil darin zugleich das Produkt geformt und ausgestanzt wird.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weniger aufwändiges, verschleiß- und störanfälliges sowie höhere Taktzahlen und Durchsätze ermöglichendes Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Celluloseprodukten zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten des Verfahrens sind in Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Celluloseprodukten umfasst die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines bahnförmigen Vliesstoffes (Bahnmaterial) auf der Basis von Cellulosefasern,
Transportieren des Bahnmaterials durch aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen,
Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in dem Bahnmaterial in einer ersten Bearbeitungsstation,
Pressformen der Celluloseprodukte innerhalb der vorgeschnittenen Konturen in dem Bahnmaterial in einer zweiten Bearbeitungsstation und
Ausstanzen der pressgeformten Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial in einer dritten Bearbeitungsstation.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Celluloseprodukte aus einem bahnförmigen Vliesstoff auf der Basis von Cellulosefasern hergestellt. Die Herstellung der Celluloseprodukte ist auf drei Schritte aufgeteilt, die in drei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen durchgeführt werden, durch die das Bahnmaterial hindurchtransportiert wird. In einem ersten Schritt werden in einer ersten Bearbeitungsstation die Konturen der Celluloseprodukte in dem Bahnmaterial vorgeschnitten. In einem zweiten Schritt werden in einer zweiten Bearbeitungsstation innerhalb der vorgeschnittenen Konturen in dem Bahnmaterial die Celluloseprodukte pressgeformt. In einem dritten Schritt werden in einer dritten Bearbeitungsstation die pressgeformten Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial ausgestanzt. Durch das Aufteilen des Formens der Celluloseprodukte auf drei aufeinanderfolgende Schritte kann die Komplexität der Werkzeuge in den verschiedenen Bearbeitungsstationen vergleichsweise gering gehalten werden. Hierdurch wird der Aufwand für die anlagentechnische Umsetzung des Verfahrens verringert. Die vergleichsweise einfachen Werkzeuge haben einen geringen Verschleiß und eine geringe Störanfälligkeit. Dadurch, dass in den verschiedenen Bearbeitungsstationen jeweils nur ein Teil der Formung der Celluloseprodukte durchgeführt wird, können höhere Taktzahlen und Durchsätze erreicht werden.
Das Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in dem Bahnmaterial vor dem Pressformen der Celluloseprodukte innerhalb der vorgeschnittenen Konturenverringert den Aufwand für das Pressformen und ermöglicht besonders tiefes und präzises Pressformen des Bahnmaterials. Beispielsweise können Trinkbecher mit einer Tiefe von 8 cm pressgeformt (tiefgezogen) werden. Zudem hat das Vorschneiden den Vorteil, dass die Wandstärke des Celluloseproduktes über den gesamten Querschnitt annähernd gleich ist.
Durch das Aufteilen des Formens der Celluloseprodukte auf drei Schritte wird der Einsatz von Bahnmaterial mit vergleichsweise hoher Dichte ermöglicht, das eine hinreichende Integrität für ein Aufwickeln und Bereitstellen als Rollenmaterial aufweist. Anders als bei dem herkömmlichen Verfahren aus dem Stand der Technik, bei dem das Bahnmaterial als lockeres Fluff auf einem Transportband bereitgestellt wird, ist es nicht erforderlich, die Herstellung des Bahnmaterials inline mit dem Formen der Celluloseprodukte durchzuführen. Hierdurch wird eine besonders wirtschaftliche Herstellung des Bahnmaterials in einer besonders leistungsstarken Anlage ermöglicht, die das Ausgangsmaterial für das Formen von Celluloseprodukten in mehreren Anlagen liefert. Durch Bereitstellen des Bahnmaterials als Rollenmaterial kann eine Pufferung erfolgen, um Durchsatzschwankungen bei der Formung der Celluloseprodukte auszugleichen. Durch das Aufteilen der Herstellung des Ausgangsmaterials und des Formens der Celluloseprodukte wird auch der Betrieb der Anlagen zur Herstellung des Bahnmaterials und zum Formen der Celluloseprodukte vereinfacht. Die Bereitstellung eines Bahnmaterials mit vergleichsweise hoher Dichte und Integrität ermöglicht zudem den Einsatz einfacher Transporteinrichtungen zum Transportieren des Bahnmaterials durch aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen hindurch. Hierfür kann das Bahnmaterial beispielsweise mittels Kettenführungen transportiert werden, die das Bahnmaterial randseitig erfassen und durch Bearbeitungsstationen hindurch transportieren.
Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung weist das Bahnmaterial mehrere übereinandergeschichtete Lagen aus Vliesstoff auf. Hierbei kann es sich um Lagen aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien handeln. Das Übereinanderschichten mehrerer Lagen aus Vliesstoff begünstigt die Herstellung von Bahnmaterialien mit hoher Homogenität sowie von Bahnmaterialien mit vorteilhaften Eigenschaften aufgrund von übereinander gelagerten Schichten aus verschiedenen Materialien. Wenn das Material eine möglichst hohe Homogenität aufweist, reduziert das Prozessschwankungen und Fehlerkosten durch Schwachstellen im Produkt wegen einer inhomogenen Verteilung des Faserstoffs. Das Übereinanderschichten mehrerer Lagen aus Vliesstoff begünstigt zudem die Herstellung von Bahnmaterialien mit vorteilhaften Eigenschaften aufgrund von übereinander gelagerten Schichten aus verschiedenen Materialien. Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist das Bahnmaterial auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine Lage aus Frischfasern und dazwischen eine Lage aus Recyclingfasern auf. Die Seite mit der Lage aus Frischfasern ist insbesondere für Kontakt mit Lebensmitteln geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist das Bahnmaterial auf einer Seite oder auf beiden Seiten ein Barrieretissue und/oder eine Barrierefolie auf. Die Lage aus Barrieretissue und/oder aus Barrierefolie kann so ausgebildet werden, dass sie das Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere von Wasser oder von Fett, verhindert oder vermindert. Die Lage aus Barrieretissue und/oder aus Barrierefolie kann auch als Aroma- und/oder Wasserdampfbarriere dienen. Das Bahnmaterial mit einer solchen Barriereschicht ist insbesondere für die Herstellung von Zelluloseprodukten zum Verpacken von Lebensmitteln geeignet.
Tissue ist ein saugfähiges, fein gekrepptes Material ganz oder überwiegend aus Zellstofffasern gemäß DIN 6730. Tissue wird meist mehrlagig für Küchenpapier, Papierservietten, Papiertaschentücher und Toilettenpapier verwendet. Für das Barrieretissue kann ein solches Tissue oder ein tissue-ähnliches Material zum Einsatz kommen. Unter einem tissue-ähnlichen Material wird ein Material verstanden, welches im Vergleich zu Tissue mittels eines abweichenden Trockenvorgangs hergestellt wird. In der DIN 6730 werden nähere Angaben zu tissue-ähnlichem Material getroffen. Das Barrieretissue ist mit einem feuchteabweisenden Material versehen, beispielsweise mit AKD (alkylierte Ketendimere oder Alkylketendimere). AKD wird beispielsweise für die Hydrophobierung von Papieren und von Behältern aus Cellulosefasern für Flüssigkeiten verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird als Barrierefolie eine Folie aus PHA, Zellglas, PLA oder PP verwendet.
Das bereitgestellte Bahnmaterial kann bereits mit dem Barrieretissue und/oder der Barrierefolie auf einer Seite oder auf beiden Seiten versehen sein. Das Barrieretissue und/oder die Barrierefolie können auch nachträglich auf dem bereitgestellten Bahnmaterial angebracht werden. Ferner kann ein Bahnmaterial bereitgestellt werden, das bereits auf einer Seite mit einem Barrieretissue oder einer Barrierefolie versehen ist, und das nachträglich auf der anderen Seite mit einem Barrieretissue oder mit einer Barrierefolie versehen wird
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial beim Transportieren zu den Bearbeitungsstationen einer Seite oder auf beiden Seiten mit einem Barrieretissue und/oder mindestens einer Barrierefolie versehen. Beim Transportieren des Bahnmaterials zu den Bearbeitungsstationen kann das Barrieretissue und/oder die Barrierefolie mittels einer Wärmeeinheit, die beispielsweise heiße Luft erzeugt oder Heizspiralen umfasst, erwärmt werden und anschließend beim Pressformen auf den dreidimensionalen Celluloseprodukten festgepresst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart umfasst das Bahnmaterial Stärke, thermoplastische Fasern und/oder ein anderes Additiv, welches zur Festigung der Celluloseprodukte beiträgt. Das Additiv kann vor der Vlieslegung des bahnförmigen Vliesstoffes in Form eines Pulvers und/oder von Fasern zugesetzt werden, um eine möglichst gute Homogenisierung des Additivs im Bahnmaterial zu erreichen. Infolgedessen weisen die Celluloseprodukte über den gesamten Querschnitt eine gleichmäßige Festigkeit auf. Das Additiv kann trocken hinzugefügt werden, sodass der Feuchteeintrag gering gehalten werden kann, wodurch kürzere Presszeiten und schnellere Takte beim Formen der Celluloseprodukte erreicht werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart umfasst das Bahnmaterial mindestens eine Lage, die im Wesentlichen aus Cellulosefasern besteht. Gemäß einer weiteren Ausführungsart umfasst das Bahnmaterial mindestens eine Lage, die ausschließlich aus Cellulosefasern besteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial durch trockenes Ablegen einer oder mehrerer Cellulosefasern enthaltenden Lagen auf einem Vakuumförderband, Ansaugen der mindestens einen Lage auf der Oberseite des Vakuumförderbandes und Verdichten der mindestens einen Lage zwischen mindestens einer Rolle und dem Vakuumförderband oder einer anderen Unterlage hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial dergestalt aus mindestens einer Cellulosefasern enthaltenden Lage gebildet und mittels mindestens einer Rolle verdichtet, dass das Bahnmaterial eine hinreichende Dichte und Integrität aufweist, um aufgewickelt und als Rollenmaterial bereitgestellt zu werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial als Rollenmaterial bereitgestellt. Dies ermöglicht eine Pufferung, um Durchsatzschwankungen bei der Formung der Celluloseprodukte auszugleichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial mit einem Barrieretissue oder einer Barrierefolie auf mindestens einer Seite bereitgestellt und/oder wird das Bahnmaterial beim Transportieren zur ersten Bearbeitungsstation auf mindestens einer Seite mit einer Lage aus einem Barrieretissue oder einer Barrierefolie versehen. Dies ermöglicht die Verwendung desselben Rohmaterials für verschiedene Produkte, die je nach Anforderungen mit einer weiteren Lage aus Barrieretissue oder Barrierefolie versehen werden oder nicht damit versehen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial im trockenen Zustand bereitgestellt. Unter dem trockenen Zustand wird ein Zustand verstanden, in dem die Feuchte des Bahnmaterials sich im Gleichgewicht mit der Luftfeuchte in seiner Umgebung befindet. Durch Bereitstellen des Bahnmaterials im trockenen Zustand werden kürzere Presszeiten und schnellere Takte ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial vor der Bearbeitung in mindestens einer Bearbeitungsstation angefeuchtet. Durch das Anfeuchten kann das Ausmaß erhöht werden, in dem das Bahnmaterial beim Pressformen verformbar ist, ohne dass das Bahnmaterial reißt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden beim Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in der ersten Bearbeitungsstation Verbindungsbereiche nicht durchtrennt, welche die vorgeschnittenen Konturen mit dem übrigen Bahnmaterial verbinden, bis die Celluloseprodukte in der dritten Bearbeitungsstation ausgestanzt werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Celluloseprodukte mit dem Bahnmaterial durch die verschiedenen Bearbeitungsstationen hindurchtransportiert wird, wodurch kurze Taktzahlen und hohe Durchsätze begünstigt und Störungen durch abgelöste Celluloseprodukte vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden nur Abschnitte der Konturen der Celluloseprodukte vorgeschnitten, sodass zwischen benachbarten vorgeschnittenen Abschnitten der Konturen und dem übrigen Bahnmaterial Verbindungsbereiche verbleiben, welche die vorgeschnittenen Konturen mit dem übrigen Bahnmaterial verbinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart sind die Verbindungsbereiche streifenförmig. Die streifenförmigen Bereiche verbinden nach dem Pressformen die Celluloseprodukte mit dem Rest des Bahnmaterials, wobei die streifenförmigen Bereiche den Abstandsbereich zwischen dem äußeren Rand der Celluloseprodukte und dem inneren Rand des diese umgebenden Bahnmaterials überbrücken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart haben die streifenförmigen Verbindungsbereiche einen zickzackförmigen Verlauf in dem Bahnmaterial. Hierdurch wird die Überbrückung besonders größerer Freiräume zwischen den pressgeformten Celluloseprodukten und dem damit über die streifenförmigen Bereiche verbundenen Bahnmaterial ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial im Bereich der Konturen der Celluloseprodukte beim Vorschneiden nur teilweise senkrecht zu seiner Hauptausdehnungsfläche durchschnitten, sodass die vorgeschnittenen Celluloseprodukte über die nicht durchtrennten Bereiche des Querschnittes mit dem übrigen Bahnmaterial verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial in der zweiten Bearbeitungsstation innerhalb der vorgeschnittenen Konturen mittels eines (Teller-) Stiftes leicht in eine dreidimensionale Form vorgedrückt und wird anschließend das dreidimensionale Celluloseprodukt zwischen einem positiven Formwerkzeug und einem negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges gepresst. Das Vordrücken des Bahnmaterials begünstigt das Pressformen von besonders tiefen Celluloseprodukten und eine gleichmäßige Wandstärke des Celluloseproduktes über den gesamten Querschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial in der zweiten Bearbeitungsstation innerhalb der vorgeschnittenen Konturen zwischen einen positiven und einen negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges gepresst, wobei der negative Werkzeugteil (Negativform) mit Vakuum beaufschlagt wird. Das Beaufschlagen der Negativform des Formwerkzeugs mit Vakuum hat insbesondere folgende Vorteile: das Beaufschlagen mit Vakuum kurz vor dem Zufahren der Form bewirkt ein "Vorziehen" des Materials in den Negativnutzen. Das Beaufschlagen während des Pressvorgangs beschleunigt den Abtransport von Feuchtigkeit aus dem Bahnmaterial.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Celluloseprodukte nach dem Pressformen mittels eines (Teller-) Stiftes aus dem positiven und/oder dem negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges herausgedrückt. Hierbei wird der (Teller-) Stift für das Lösen der Celluloseprodukte vom Formwerkzeug verwendet, wodurch eine einfache und sichere Trennung der Celluloseprodukte vom Werkzeug erreicht werden kann. Hierbei kann es sich um denselben (Teller-) Stift handeln, der zum Vordrücken verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial bei einer Temperatur von 80 °C bis 180 °C pressgeformt. Hierdurch kann das Bahnmaterial in besonders starkem Maße verformt werden und können besonders hohe Festigkeiten des Celluloseproduktes erreicht werden. Ferner ist das Pressformen bei den genannten Temperaturen vorteilhaft für die Ausbildung einer Barriereschicht aus Barrieretissue und/oder Barrierefolie. Vorzugsweise wird das Bahnmaterial bei einer Temperatur von 140 °C bis 150 °C pressgeformt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden beim Ausstanzen der Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial die Verbindungsbereiche von den Konturen der Celluloseprodukte abgetrennt. Hierdurch werden die Celluloseprodukte beim Ausstanzen von dem Rest des Bahnmaterials gelöst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist die dritte Bearbeitungsstation eine Zentriervorrichtung für hoch präzises Ausstanzen mit einem Stanzmesser auf, das innen eine Form hat, die ein positives Abbild der äußeren dreidimensionalen Form des Celluloseproduktes ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden die Celluloseprodukte nach dem Ausstanzen mittels einer Curing-Vorrichtung (Aushärte-Vorrichtung) aufgeheizt. Hierdurch können die Barriereeigenschaften der dreidimensionalen Celluloseprodukte verbessert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden die Celluloseprodukte zwischen zwei beheizten Platten aufgeheizt. Gemäß einer weiteren Ausführungsart werden die Celluloseprodukte mittels einer Infrarotheizung aufgeheizt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt eine erste Presse beim Vorschneiden einen Druck von etwa 1 bis 50 t auf eine Tischfläche 800 × 800 mm² aus. Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt die erste Presse einen Druck von 50 t aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt eine zweite Presse beim Pressformen einen Druck bezogen auf eine Tischfläche von 800 × 800 mm² von etwa 1 bis 500 t aus. Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt die zweite Presse einen Druck von 500 t aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt eine dritte Presse beim Ausstanzen einen Druck bezogen auf eine Tischfläche von 800 × 800 mm² von 1 bis 50 t aus. Gemäß einer weiteren Ausführungsart übt die dritte Presse einen Druck von 50 t aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das Bahnmaterial mittels einer Ketten- oder Klammer-/Klemmführung durch die Bearbeitungsstationen hindurchtransportiert. Hierdurch wird ein Transport des Bahnmaterials mit besonders geringem anlagentechnischen Aufwand ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsart wird das nach dem Ausstanzen der Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial verbleibende Stanzgitter recycelt, vorzugsweise indem es der Herstellung des Bahnmaterials zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Anlage zum Herstellen eines Bahnmaterials in einer grob schematischen Ansicht;
Fig. 2a, b: das Bahnmaterial zwischen seitlichen Kettenführungen mit vorgeschnittenen, pressgeformten und ausgestanzten Teilbereichen und einem Presswerkzeug in einer zweiten Bearbeitungsstation im geschlossenen Zustand (Fig. 2a) und im geöffneten Zustand (Fig. 2b);
Fig. 3: die Celluloseprodukte und das Stanzgitter des Bahnmaterials hinter der dritten Bearbeitungsstation in einer grob schematischen Ansicht.

Gemäß Fig. 1 umfasst eine Anlage zum Herstellen eines bahnförmigen Vliesstoffes (Vliesstoffanlage 1) zwei Hammermühlen 2, 3, in denen Rohmaterial zerkleinert wird.
Ferner umfasst die Vliesstoffanlage 1 ein horizontal ausgerichtetes Vakuumförderband 4. Dieses umfasst ein luftdurchlässiges Vakuumband 5 (Siebband), das über Rollen 6, 7 geführt ist und ein Obertrum 8 und einen Untertrum 9 aufweist. Eine der Rollen 6, 7 ist durch einen Antriebsmotor angetrieben.
In Transportrichtung des Obertrums des Vakuumförderbandes 4, die in Fig. 1 von links nach rechts verläuft, sind hintereinander vier Formstationen 10, 11, 12, 13 angeordnet. Diese weisen oberhalb des Obertrums 8 jeweils einen Formkopf 14, 15, 16, 17 auf. Unterhalb des Obertrums 7 weisen die Formstationen 10, 11, 12, 13 Absaugeinrichtungen 18, 19, 20, 21 auf, die an einen Lüfter angeschlossen sind.
Die Hammermühlen sind über Rohrleitungen 22, 23 mit den Formköpfen 14, 15, 16, 17 verbunden. Die Rohrleitungen 22, 23 weisen pneumatische Transportsysteme zum Transportieren der zerkleinerten Rohstoffe zu den Formköpfen 14, 15, 16, 17 auf.
In Transportrichtung des Vakuumförderbandes 4 hinter den Formstationen 10, 11, 12, 13 sind beheizte Walzen 24, 25 eines Kompaktors 26 angeordnet.
Von einer drehbar gelagerten Lagerrolle 26.1 wird dem Obertrum 8 des Vakuumsförderbandes 4 eine Lage aus Barrieretissue 26.2 zugeführt. Die Lagerrolle 26.1 ist in Fig. 1 links neben dem Vakuumförderband 6 angeordnet.
Den Hammermühlen 2, 3 wird als Rohmaterial Pulp und gegebenenfalls Stärke (in Pulverform) und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive zugeführt.
In den Hammermühlen 2, 3 werden die zugeführten Materialien zerkleinert und vermischt. Durch die Rohrleitungen 22, 23 werden die Materialien zu den Formköpfen 14, 15, 16, 17 geleitet.
Über die Formköpfe 14, 15, 16, 17 werden vier Lagen 27, 28, 29, 30 des zerkleinerten Rohmaterials nacheinander auf das Barrieretissue 26.2 auf dem Obertrum 8 aufgebracht und durch das an der Unterseite des Obertrums 8 anliegende Vakuum angesaugt. Hinter den Formköpfen 14, 15, 16, 17 wird das auf dem Obertrum 8 abgelegte Material mittels der Walzen 24, 25 des Kompaktors 26 kompaktiert. Hinter dem Vakuumförderband 4 wird der kompaktierte bahnförmige Vliesstoff 31 (Bahnmaterial), der das Barrieretissue 26.2 und die Lagen 27, 28, 29, 30 aus zerkleinertem Rohmaterial umfasst, zu einem Rollenmaterial aufgewickelt.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt des von der Rolle abgewickelten Bahnmaterials 31, der mittels zwei seitlich angreifenden Kettenführungen 32, 33 transportiert wird. Die Transportrichtung geht in Fig. 2 von rechts nach links. Der in Transportrichtung erste Abschnitt 31.1 des Bahnmaterials 31 ist noch nicht bearbeitet.
Der in Transportrichtung vorangehende zweite Abschnitt 31.2 befindet sich in einer ersten Bearbeitungsstation 34, in der mittels einer Einrichtung zum Vorschneiden Konturen 35 von Celluloseprodukten und Konturen 36 von Verbindungsbereichen, die die Konturen 35 mit dem übrigen Bahnmaterial 31 verbindend in dem Bahnmaterial 31 vorgeschnitten werden. Die Konturen 35 der Celluloseprodukte sind kreisförmig. Die Konturen 36 der Verbindungsbereiche sind streifenförmig und haben einen zickzackförmigen Verlauf. Die erste Bearbeitungsstation 34 weist eine Einrichtung zum Vorschneiden der Konturen in Form einer ersten Presse mit Schneidemessern auf. Die Einrichtung zum Vorschneiden ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildet.
In dem in Transportrichtung vorangehenden dritten Abschnitt 31.3 des Bahnmaterials 31 werden die Celluloseprodukte 37 in einer zweiten Bearbeitungsstation 38 pressgeformt. Die zweite Bearbeitungsstation 38 weist ein Formwerkzeug 39 in Form einer zweiten Presse mit einem positiven und einem negativen Werkzeugteil 40, 41 auf, welche der Innenkontur und der Außenkontur der Celluloseprodukte 37 entsprechen. Gemäß Fig. 2 handelt es sich bei den Celluloseprodukten 37 um Schalen. Vorzugsweise bedeckt das Barrieretissue 26.2 die Innenseiten der Schalen.
Beim Pressformen verringert sich der Durchmesser der kreisförmigen Konturen 35 an den oberen Rändern der der Celluloseprodukte, sodass zwischen diesen Konturen 35 und den angrenzenden Bereichen des Bahnmaterials 31 Freiräume 42 entstehen. Hierbei bilden sich die Verbindungsbereiche 43 aus. Diese sind in Fig. 2b gezeigt. Die oberen Ränder der pressgeformten Celluloseprodukte 37 sind über die Verbindungsbereiche 43 mit den inneren Rändern des übrigen Bahnmaterials 31 verbunden. Hierbei sind die streifenförmigen Verbindungsbereiche 43 aufgrund ihres zickzackförmigen Verlaufes etwas auseinandergezogen. Durch die Verbindungsbereiche 43 werden die pressgeformten Celluloseprodukte 37 beim weiteren Transport des Bahnmaterials 31 in diesen festgehalten.
Das Formwerkzeug 39 weist einen (Teller-)Stift zum Vordrücken der dreidimensionalen Form der Celluloseprodukte 37 in das Bahnmaterial 31 und zum Herausdrücken der Celluloseprodukte 37 nach dem Pressformen aus dem Formwerkzeug 39 heraus auf. Diese sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Der in Transportrichtung vorangehende vierte Abschnitt 31.4 des Bahnmaterials 31 befindet sich in einer dritten Bearbeitungsstation 44, in der eine Vorrichtung zum Ausstanzen der pressgeformten Celluloseprodukte 35 aus dem Bahnmaterial 31 vorhanden ist. Die Vorrichtung zum Ausstanzen ist eine dritte Presse, die entsprechende Stanzmesser aufweist. Das Stanzmesser der Vorrichtung zum Ausstanzen hat vorzugsweise innen ein positives Abbild der dreidimensionalen Form des Celluloseproduktes 35, damit dieses auf bis zu 1/10 mm genau ausgestanzt werden kann. Die Vorrichtung zum Ausstanzen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
In Fig. 2a sind die pressgeformten Celluloseprodukte 37 noch über die Verbindungsbereiche 49 mit dem Rest des Bahnmaterials 31 verbunden. In Fig. 2b sind die Verbindungsbereiche 43 durchtrennt und die Celluloseprodukte 37 von dem Rest des Bahnmaterials 31 getrennt, der als Stanzgitter 45 bezeichnet wird.
Das Stanzgitter 45 wird recycelt, indem es zusammen mit dem Rohstoff den Hammermühlen 2, 3 zugeführt wird.
Die gestapelten Celluloseprodukte 37 und das Recycling des Stanzgitters 45 sind in Fig. 3 gezeigt.
Durch das Vorschneiden, Pressen und Ausstanzen der Celluloseprodukte 37 werden kurze Taktzeiten, hohe Durchsätze und einfache Werkzeuge mit hohen Standzeiten und geringen Ausfallzeiten erreicht. Durch das Vorschneiden und das Vordrücken können besonders tiefe Celluloseproduktes 37 hergestellt werden.

B ezugszeichenli ste

1: Vliesstoffanlage
2, 3: Hammermühle
4: Vakuumförderband
5: luftdurchlässiges Vakuumband
6, 7: Rollen
8: Obertrum
9: Untertrum
10-13: Formstation
14-17: Formkopf
18-21: Absaugeinrichtung
22,23: Rohrleitung
24, 25: beheizte Walze
26: Kompaktor
26.1: Lagerrolle
26.2: Barrieretissue
27-30: Lage des zerkleinerten Rohmaterials
31: Bahnmaterial
31.1: erster Abschnitt
31.2: zweiter Abschnitt
31.3: dritter Abschnitt
31.4: vierter Abschnitt
32, 33: Kettenführung
34: erste Bearbeitungsstation
35: Kontur eines Celluloseproduktes
36: Kontur eines Verbindungsbereiches
37: Celluloseprodukt
38: zweite Bearbeitungsstation
39: Formwerkzeug
40: positives Werkzeugteil
41: negatives Werkzeugteil
42: Freiraum
43: Verbindungsbereich
44: dritte Bearbeitungsstation
45: Stanzgitter

Claims

Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Celluloseprodukten, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellen eines bahnförmigen Vliesstoffes (Bahnmaterial) auf der Basis von Cellulosefasern,

• Transportieren des Bahnmaterials durch aufeinanderfolgende Bearbeitungsstationen,

• Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in dem Bahnmaterial in einer ersten Bearbeitungsstation,

• Pressformen der Celluloseprodukte innerhalb der vorgeschnittenen Konturen in dem Bahnmaterial in einer zweiten Bearbeitungsstation und

• Ausstanzen der pressgeformten Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial in einer dritten Bearbeitungsstation.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bahnmaterial mehrere übereinandergeschichtete Lagen aus Vliesstoff umfasst und/oder bei dem das Bahnmaterial auf einer Seite oder auf beiden Seiten ein Barrieretissue und/oder eine Barrierefolie aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Bahnmaterial Stärke, thermoplastische Fasern und/oder ein anderes Additiv, welches zur Festigung der Celluloseprodukte beiträgt, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bahnmaterial mindestens eine Lage umfasst, die im Wesentlichen oder ausschließlich aus Cellulosefasern besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Bahnmaterial durch trockenes Ablegen einer oder mehrerer Cellulosefasern enthaltenden Lagen auf einem Vakuumförderband, Ansaugen der mindestens einen Lage auf der Oberseite des Vakuumförderbandes und Verdichten der mindestens einen Lage zwischen mindestens einer Rolle und dem Vakuumförderband oder einer anderen Unterlage hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Bahnmaterial als Rollenmaterial bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein Bahnmaterial mit einer Lage aus einem Barrieretissue oder einer Barrierefolie auf mindestens einer Seite bereitgestellt wird und/oder bei dem das Bahnmaterial beim Transportieren zur ersten Bearbeitungsstation auf mindetens einer Seite mit einer Lage aus einem Barrieretissue oder einer Barrierefolie versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Bahnmaterial im trockenen Zustand bereitgestellt wird und/oder bei dem das Bahnmaterial vor der Bearbeitung in mindestens einer Bearbeitungsstation angefeuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem beim Vorschneiden der Konturen der Celluloseprodukte in der ersten Bearbeitungsstation Verbindungsbereiche nicht durchtrennt werden, welche die vorgeschnittenen Konturen mit dem übrigen Bahnmaterial verbinden, bis die Celluloseprodukte in der dritten Bearbeitungsstation ausgestanzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eines oder mehrere der folgenden Merkmale:
• in der ersten Bearbeitungsstation werden nur Abschnitte der Konturen der Celluloseprodukte vorgeschnitten, sodass zwischen benachbarten vorgeschnittenen Abschnitten der Konturen der Celluloseprodukte und dem übrigen Bahnmaterial Verbindungsbereiche vorhanden sind,

• die Verbindungsbereiche sind streifenförmig,

• die streifenförmigen Verbindungsbereiche haben einen zickzackförmigen Verlauf in dem Bahnmaterial,

• das Bahnmaterial wird im Bereich der Konturen der Celluloseprodukte beim Vorschneiden nur teilweise senkrecht zu seiner Hauptausdehnungsfläche durchschnitten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Bahnmaterial in der zweiten Bearbeitungsstation innerhalb der vorgeschnittenen Konturen mittels eines (Teller-) Stiftes leicht in eine dreidimensionale Form vorgedrückt und anschließend die dreidimensionalen Celluloseprodukte zwischen einen positiven und einen negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges gepresst werden und/oder bei dem die Celluloseprodukte nach dem Pressformen mittels eines (Teller-) Stiftes aus dem positiven und/oder dem negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges herausgedrückt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Bahnmaterial in der zweiten Bearbeitungsstation innerhalb der vorgeschnittenen Konturen zwischen einen positiven und einen negativen Werkzeugteil des Formwerkzeuges gepresst werden, wobei der negative Werkzeugteil mit Vakuum beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die dritte Bearbeitungsstation eine Vorrichtung zum Ausstanzen mit einem Stanzmesser aufweist, das innen eine Form hat, die ein positives Abbild der äußeren dreidimensionalen Form des Celluloseproduktes ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend eines oder mehere der nachfolgenden Merkmale:
• das Bahnmaterial wird bei einer Temperatur von 80° bis 180°C pressgeformt,

• die Barriereschichten der Celluloseprodukte werden nach dem Ausstanzen in einer Aushärtevorrichtung mittels einer Heizeinrichtung wärmebehandelt,

• eine erste Presse übt beim Vorschneiden einen Druck von etwa 1 bis 50 t bezogen auf eine Tischfläche von 800 × 800 mm² aus,

• eine zweite Presse übt beim Pressformen einen Druck von etwa 1 bis 500 t bezogen auf eine Tischfläche von 800 × 800 mm² aus,

• eine dritte Presse übt beim Ausstanzen einen Druck von etwa 1 bis 50 t bezogen auf eine Tischfläche von 800 × 800 m² aus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend eines oder folgende Merkmale:
• beim Ausstanzen der Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial werden die Verbindungsbereiche von den Konturen der Celluloseprodukte abgetrennt,

• das Bahnmaterial wird mittels einer Ketten- oder Klammer-/Klemmführung durch die Bearbeitungsstationen hindurchtransportiert,

• nach dem Ausstanzen der Celluloseprodukte aus dem Bahnmaterial wird das verbleibende Stanzgitter recycelt, vorzugsweise indem es der Herstellung des Bahnmaterials zugeführt wird.