WO2021073671A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial Download PDF

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WO2021073671A1
WO2021073671A1 PCT/DE2020/000227 DE2020000227W WO2021073671A1 WO 2021073671 A1 WO2021073671 A1 WO 2021073671A1 DE 2020000227 W DE2020000227 W DE 2020000227W WO 2021073671 A1 WO2021073671 A1 WO 2021073671A1
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WO
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molded part
suction
pressing
tool
pulp
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/000227
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Wieser
Richard Hagenauer
Matthias Hausmann
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
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Priority to CN202080071765.8A priority patent/CN114585780A/zh
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing molded parts from environmentally degradable fiber material by means of a fiber molding process in a fiber molding plant, such a fiber molding plant for carrying out the above method and a molding produced with such a fiber molding plant or with such a method.
  • the raw material basis here is pulp.
  • the pulp consists of water, natural fibers and a binding agent such as industrial starch (potato starch) and has a pulpy consistency.
  • the invention is based on the object of providing a production method for environmentally compatible molded parts made of natural fibers and a corresponding machine with which these products (molded parts) can be produced in an effective, flexible and reproducible manner with good quality.
  • the object of the invention is achieved by a method for the production of molded parts from environmentally compatible degradable fiber material by means of a fiber molding process in a fiber molding plant, comprising the following steps:
  • the suction tool comprising a suction head with a three-dimensionally shaped suction head suction side, the shape of which is adapted to a contour of the later molded part;
  • the term "environmentally compatible degradable fiber material” refers to fiber materials that decompose under environmental influences such as moisture, temperature and / or light The decomposition process takes place in the short term, for example in the range of days, weeks or a few months.
  • the “environmentally compatible degradable fiber material” is also sometimes referred to as “fiber material” in the following. In this case, neither the fiber material nor the decomposition products should pose an environmental hazard or contamination.
  • Fiber materials, which in the sense of the present invention represent an environmentally compatible degradable fiber material are for example natural fibers obtained from cellulose, paper, cardboard, wood, grass, plant fibers, sugar cane residues, hemp etc. or from their components or parts thereof and / or appropriately recycled material.
  • An environmentally compatible, degradable fiber material can also designate artificially produced fibers such as PLA (polylactide) etc., which correspond to the above fiber materials or have their properties.
  • the environmentally compatible degradable fiber material is compostable.
  • the environmentally compatible, degradable fiber material and the containers made from it are preferably suitable for introduction into the recycling of materials in the German biowaste bin and as a resource for biogas plants.
  • the fiber materials and the containers made from them are preferably biodegradable in accordance with EU standard EN 13432.
  • the term “pulp” refers to fluid masses that contain fibers, in this case the environmentally friendly degradable fiber material.
  • liquid here denotes the physical state of the pulp, the liquid pulp comprising the environmentally compatible, degradable fiber material in the form of fibers.
  • the fibers can be present as individual fibers, as a fiber structure or fiber group consisting of several connected fibers.
  • the fibers represent the fiber material regardless of whether they are in the pulp as individual fibers, fiber structures or fiber groups.
  • the fibers are dissolved in the liquid solution in such a way that they float in the liquid solution with the same concentration as possible, regardless of location, for example as a mixture or suspension of liquid solution and fiber material.
  • the pulp can be appropriately tempered and / or circulated in some embodiments.
  • the pulp preferably has a low consistency, ie a proportion of fiber material less than 8%.
  • a pulp with a proportion of environmentally compatible degradable fiber material of less than 5%, preferably less than 2%, particularly preferably between 0.5% and 1.0%, is used in the process according to the invention.
  • This low proportion of fiber material can, among other things, prevent the fiber material from clumping together in the liquid solution, so that the fiber material can still be molded to the suction tool with good quality.
  • the liquid solution can be any solution suitable for the fiber molding process.
  • the pulp can be an aqueous solution with the environmentally friendly degradable fiber material.
  • An aqueous solution is, among other things, an easy-to-use solution.
  • the fiber molding process refers to the process steps that are involved in the formation of the molded part starting with the provision of the pulp, the molding of the molded part in the suction tool from the fiber material from the pulp, the pre-pressing of the molded part, the hot pressing of the molded part and, if necessary, the coating of the molded part with functional layers, whereby the coating can be arranged at any point in the fiber molding process that is suitable for the respective layer to be applied.
  • the molded parts can have any shape, also referred to here as a contour, provided that this shape (or contour) can be produced in the method according to the invention or the method is suitable for producing this shape (or contour).
  • the components used for the fiber molding process can be adapted to the respective shape (or contour) of the molded part.
  • different appropriately adapted components such as the suction tool, the suction head, the pre-pressing station, the hot press station etc. can be used.
  • End-formed molded parts can represent a wide variety of products, for example cups, containers, vessels, lids, bowls, portion containers, envelopes or containers for a wide variety of purposes.
  • the suction tool here refers to the tool in which the suction head (s) for forming the molded part are arranged. In the case of a single suction head, this is also the suction tool. In the case of several simultaneously operated suction heads, these are all arranged in the common suction tool, so that when the suction tool is moved, the individual suction heads in the suction tool are moved along with it. The media supply of the suction tool with several suction heads is guided in a suitable manner in the suction tool to the individual suction heads.
  • Placing the suction tool on the pulp refers to touching the pulp with all suction heads located in the suction tool, which are provided for the molding of molded parts, in such a way that the fiber material is sucked out of the pulp due to the negative pressure applied to the pulp with the suction tool or the pulp with the fiber material dissolved therein is sucked in.
  • the suction tool is not only placed on the pulp, but dipped into it.
  • the depth of immersion of the suction tool in the pulp depends on the respective application and the respective fiber molding process and can differ depending on the application and, if applicable, the molded part to be molded.
  • Partial immersion of the suction head or the suction tool is advantageous because the pulp level in the reservoir could fluctuate due to the movements of the suction head / suction tool and if the pulp surface is uneven due to wave movements, a mere placement could result in locally inadequate suction.
  • the suction head can have a so-called negative shape.
  • a negative shape is a shape where the suction side of the suction head, i.e. the side where the fiber material is deposited due to the suction effect of the suction head and thus forms the molded part, is on the inside of the suction head, so that this inside is located on the Pulp or dipping the suction head into the pulp Forms cavity into which the pulp with the fiber material is sucked (as shown in Fig. 2).
  • the outside of the later molded part is directed towards the inside of the suction head. After molding, the molded part therefore sits on the inside on the inside of the suction head.
  • the suction head can alternatively also have a so-called positive shape.
  • a positive form is a form where the suction side of the suction head, i.e. the side where the fiber material is deposited due to the suction effect of the suction head and thus forms the molded part, is on the outside of the suction head, so that this outside is located on the Pulp or immersion of the suction head in the pulp does not form a cavity (as shown in Fig. 3).
  • the inside of the later molded part is directed towards the outside of the suction head. After molding, the molded part therefore sits on the outside of the suction head.
  • the forming of the molded part denotes a first pre-forming of the molded part, this being formed from fiber material previously randomly distributed in the pulp by means of the attachment of the fiber material to the contour of the suction head with the corresponding contour.
  • the molded part still has a large proportion, for example 70% -80%, of liquid solution, for example water, and is therefore not yet stable in terms of shape.
  • the pre-pressing of the molded part significantly reduces the proportion of the liquid solution in the molded part, for example to 55% - 65%, so that the contour of the molded part is now much more stable.
  • the molded part With the hot pressing of the pre-pressed molded part with a hot press pressure, the molded part is finally shaped with a further reduction of the proportion of the liquid solution in the molded part, for example to below 10%, preferably to about 7%, after which it is then stable and dimensionally stable.
  • the output of the finished molded part refers to the release of the molded part for further transport or further processing, for example to cutting, labeling, printing and / or packing stations.
  • a molded part is produced in a simple manner from a fiber material which, depending on the configuration of the contour of the suction head, can deliver molded parts with a wide variety of contours.
  • the ratio of width or diameter to height of the molded part does not represent a limiting or critical parameter for the quality of the production of the respective molded parts.
  • the molding, pre-pressing and hot pressing steps the molded parts can be very reproducible and with great accuracy and quality in terms of shape and the layer thickness of the individual molded part sections can be produced.
  • the manufacturing process is able to process fibers of the most varied types, provided that they can be brought into solution in such a way that greater clumping of the fibers in the liquid solution can be avoided before processing.
  • stable molded parts can be produced easily, effectively and flexibly from environmentally friendly degradable fiber material with good quality and good reproducibility in this way.
  • the method according to the invention thus represents a production method for environmentally compatible molded parts made of natural fibers and a corresponding machine with which these products (molded parts) can be produced in an effective, flexible and reproducible manner with good quality.
  • the pulp does not comprise an organic binder, preferably likewise no non-organic binder.
  • the molded parts produced from originally environmentally degradable fiber material can still be degraded in an environmentally compatible manner, since no environmentally critical binder, preferably no binder at all, is used.
  • the elimination of binders is made possible by the combination of the molding, pre-pressing and hot pressing steps, which in their entirety ensure good mechanical interlinking of the individual fibers with one another in the fiber material of the molded part.
  • the mechanical linkage is so strong that binders can be dispensed with for dimensional stability of the molded part.
  • the environmentally compatible degradable fiber material consists essentially of fibers with a fiber length of less than 5 mm. With fibers of this length one obtains, among other things, a good homogeneous solution of the fiber material in the liquid solution, so that the degree of clumping of the fibers in the pulp is sufficiently low for a good reproducible fiber molding process for the molded part.
  • the pulp is provided with a temperature of less than or equal to 80 ° C., preferably less than or equal to 50 ° C., particularly preferably room temperature. These low temperatures allow, among other things, simple process management, in particular at room temperature.
  • the pulp comprises dopants or constituents which are introduced into the fiber material via the pulp at the start of the molding process.
  • doping can be, for example, fragrances, flavorings, active ingredients, minerals, nutritional and care additives, etc., which diffuse out of the fiber material due to the later use and the then prevailing conditions, are dissolved or are left behind when the molded part is broken down in an environmentally friendly way.
  • the suction head is completely immersed in the pulp for contacting.
  • Complete immersion is particularly suitable for a suction head as a positive form, since, in contrast to a negative form, there is no inner cavity in the suction head in which a negative pressure can be generated between the pulp and the suction surface for sucking the fiber material.
  • a positive mold it is advantageous in the case of a positive mold to immerse the suction head completely into the pulp.
  • the suction head suction side of the suction head is formed from a porous screen, on whose pulp side facing the pulp the environmentally degradable fiber adheres due to the suction for forming the molded part.
  • the sieve must have a porosity so that the pulp including the fiber material can be sucked through the sieve and the liquid solution of the pulp can pass through the sieve can. Nevertheless, the porosity of the screen must not be too great so that the fiber material can adhere to the pulp side.
  • the liquid pulp solution passing through the sieve is removed from the suction tool during the molding.
  • the content of the liquid solution in the molded fiber material is already reduced by, for example, approx. 20% - 30% compared to the pulp.
  • This liquid solution passes through the sieve into the suction head. So that the suction head does not have to store the liquid solution temporarily, it is removed from the suction head and thus also from the suction tool.
  • the discharged liquid solution can be fed back into a pulp processor and reused in the fiber molding process.
  • the suction head comprises, on its end face facing the pulp, a collecting ring for receiving the liquid solution to be discharged, to which a discharge channel for the liquid solution is connected.
  • the suction tool comprises a plurality of suction channels distributed around the screen on its side opposite the pulp side.
  • the large number of suction channels makes it possible, among other things, to suck in pulp with fiber material over the entire surface of the screen so that the molded part can be formed flat on the screen.
  • the suction channels are distributed and arranged around the sieve and a structure of the sieve is designed such that an essentially identical suction power is applied in all areas of the pulp side of the sieve.
  • the term “essentially” here denotes a homogeneity of the suction power that is sufficient to produce a uniformly molded part without any significant variations in layer thickness at the corners and edges of the molded part as well as over the surfaces of the molded part.
  • the resulting end-formed molded part has a variation in the layer thickness of less than 7% to the desired layer thickness.
  • the suction channels for this purpose have an uneven distribution below the screen, with around 50% fewer suction channels per unit area being arranged in the area of (negative shapes or inner edge) edges in the molded part. In the case of positive or outside edges, the number of suction channels is increased by approx. 20% per unit area.
  • This lower density of suction channels in the area of edges here refers to all corners and edges, depressions and other major contour changes in the molded part) means that excess material or material deficits in the area of the edges are avoided relative to other material thicknesses on surfaces without edges.
  • the suction tool is a multi-tool with a plurality of suction heads.
  • a multi-tool With a multi-tool, a large number of molded parts can be formed simultaneously from a common pulp bath according to the number of suction heads, which increases the throughput of the fiber molding system and thus allows the fiber molding system to be produced more economically.
  • the suction head suction surface is designed either as a negative shape on the inside of the suction head or as a positive shape on the outside of the suction head.
  • negative form and “positive form”, reference is made to the explanations given above.
  • negative shapes or positive shapes of the suction head can be advantageous.
  • the molded part remains on the suction tool for pre-pressing. Since the molded part is still relatively moist when it is molded in the suction head and therefore not dimensionally stable, it is advantageous for an error-free and high-quality process to leave the molded part in the suction head at least until the pre-pressing is complete, in order to avoid any mold-damaging tool changes for the molded part.
  • the pre-press station comprises a pre-press lower tool to which the suction tool with the molded part is attached so that it is arranged between the pre-press lower tool and the suction tool and the suction tool is pressed onto the pre-press lower tool with the pre-press pressure.
  • the suction tool is designed to be suitable for exerting the pre-compression pressure on the pre-compression lower tool.
  • the suction tool can be pressed onto a stationary pre-press lower tool or the pre-press lower tool is pressed onto a stationary suction tool.
  • the term “apply” only refers to the relative movement of the suction tool to the pre-press lower tool.
  • the suction tool represents the upper pre-press tool of the pre-press station.
  • the suction tool is placed on the lower pre-press tool and pressed onto the lower pre-press tool by means of a separate pressing unit, preferably a piston rod.
  • the suction tool can also be attached to a robot arm, which exerts the pre-compression pressure itself via the suction tool on the pre-compression lower tool.
  • the pre-compression lower tool can also be designed as a multi-tool in order to apply the pre-compression pressure to all molded parts of the suction tool simultaneously and thus to carry out pre-compression for all molded parts simultaneously.
  • the suction tool with a negative shape as a suction head suction surface is placed on the pre-press lower tool (with a corresponding positive mold) or inserted with a positive shape as a suction head suction surface in the pre-press lower tool (as a corresponding negative mold).
  • the pre-press lower tool has a pressing surface facing the molded part, which has a lower surface roughness than the screen. This exerts a homogeneous pressure on the molded part.
  • the adhesion between the pre-press lower tool and the molded part is less than with structured surfaces of the pre-pressed lower tool, which ensures that the pre-pressed molded parts can be passed on to the hot-pressing station without any additional equipment Measures remain in the suction tool and not on the pre-press lower tool, which would cause a disruption in the production process.
  • the suction tool can generate a suitable negative pressure in the suction tool for the transfer of the pre-pressed molded parts to the hot-pressing station in order to improve the adhesion of the molded parts to the suction tool.
  • the pre-press lower tool is made of metal or at least partially made of an elastomer, preferably made of silicone.
  • Pre-pressing lower tools made of metal are particularly suitable for cases where a temperature greater than room temperature or a particularly high pre-pressing pressure is to be applied during pre-pressing.
  • Prepress lower tools made from an elastomer or at least partially from the elastomer are advantageous for multi-tools as suction tools and pre-press lower tools, since the elastomer can still be easily deformed under pressure and thus flexibly adapts to a multi-suction tool that may bend under the prepress pressure and This improves the homogeneity of the shaping of the various molded parts in the multi-suction tool.
  • silicone for example, is also well suited as an elastomer as a temperature-resistant material in this area.
  • the pre-pressing is carried out as a membrane pressing.
  • Membrane pressing is particularly suitable for geometries of the molded part where pressure is to be exerted on a large area.
  • surfaces can also be simultaneously put under the same pressure, which are perpendicular to one another in any spatial orientation, since with membrane pressing the pre-compression pressure is generated by gas pressure, for example by means of compressed air, which acts on the membrane in any direction. This would not be possible with a plunger rod, for example.
  • the pre-press lower tool for membrane pressing is therefore designed as a flexible membrane and the pre-pressing pressure is applied to the membrane as gas pressure, which is then pressed onto the outer contour of the molded part.
  • the membrane is impermeable to gas and flexible in order to be able to adhere to the To be able to nestle the shape of the molded part.
  • Rubber membranes for example, can be used as membranes.
  • the membrane should have a contour accuracy of less than 20% and can be designed differently locally, for example with thinner and thicker walls and / or arranged closer to the contour or further away from it.
  • the pre-pressing is carried out at a temperature of the pre-pressing station of less than 80 ° C., preferably less than 50 ° C., particularly preferably at room temperature.
  • a temperature of the pre-pressing station of less than 80 ° C., preferably less than 50 ° C., particularly preferably at room temperature.
  • the pre-pressing is carried out at the pre-pressing pressure between 0.2 N / mm 2 and 0.3 N / mm 2 , preferably between 0.23 N / mm 2 and 0.27 N / mm 2 .
  • These moderate pressures which are lower than the hot pressing pressure, enable the molded part to solidify gently with moderate liquid reduction, which is advantageous for a low-reject hot pressing process.
  • the method comprises the step of transferring the pre-pressed molded part to the hot-pressing station by means of the suction tool, the molded part being removed from the suction tool for subsequent hot-pressing.
  • the transfer is advantageous in that the hot pressing is carried out at a high temperature with a significantly higher pressure. If the molded part were to remain in the suction tool without being transferred for hot pressing, the fiber material could get caught in the sieve of the suction tool and be removed from the suction tool only with difficulty, possibly only with damage after the hot pressing. In addition, the strainer could be damaged by the high pressure, so that the suction tool would then no longer be functional.
  • the hot press station comprises a hot press lower tool with a hot press side adapted to a contour of the molded part and a correspondingly shaped hot press upper tool Hot pressing the upper hot pressing tool is pressed onto the lower hot pressing tool with the molded part arranged in between.
  • the molded part is placed on the hot press lower tool (negative shape) or inserted (positive shape).
  • the hot-pressing side is the outside in the case of a negative mold and the inside of the hot-pressing lower tool in the case of a positive mold.
  • the hot-press upper tool is correspondingly complementary in shape.
  • the two hot-press upper and lower tools can work together to apply high pressures at high temperatures to the molded part in between.
  • at least the hot-pressing lower tool is made of metal for this purpose.
  • the hot-pressing lower tool comprises channels on its outside, with which the liquid solution can be at least partially removed during hot pressing.
  • the liquid solution can be at least partially removed during hot pressing.
  • the hot-press upper tool is adapted to the contour of the molded part at least with the side facing the molded part; the hot-press upper tool is preferably made of metal.
  • the hot press lower tool and the hot press upper tool have different temperatures during hot pressing, preferably the hot press upper tool has a higher temperature than the hot press lower tool. This gives the molded part, among other things, a better surface, especially on the warmer side.
  • the temperatures differ for this by at least 25 ° C, preferably not more than 60 ° C, particularly preferably by 50 ° C.
  • the hot pressing is carried out at a temperature greater than 150.degree. C., preferably between 180.degree. C. and 250.degree. This enables the liquid (or moisture) in the molded part to be reduced to less than 10%.
  • the hot pressing is carried out at the hot pressing pressure higher than the pre-pressing pressure. This enables the liquid (or moisture) in the molded part to be reduced to below 10%, in particular in combination with the above temperatures.
  • the hot pressing pressure is carried out between 0.5 N / mm 2 and 1.5 N / mm 2 , preferably between 0.8 N / mm 2 and 1.2 N / mm 2 .
  • the hot pressing pressure is applied for a pressing time of less than 20s, preferably more than 8s, particularly preferably between 10 and 14s, even more preferably 12s.
  • the liquid (or moisture) in the molded part can be reduced to below 10%, in particular in combination with the above temperatures and hot pressing pressures.
  • the contour of the molded part is designed in such a way that all surfaces of the molded part have an angle ⁇ of at least 3 degrees to the pressing direction during hot pressing. This ensures that the hot pressing pressure can be applied to all surfaces of the molded part. No pressure can be exerted on surfaces parallel to the direction of pressure during hot pressing.
  • the hot press pressure is, for example Hydraulically applied to the hot-pressing station via a piston rod, this piston rod pressing, for example, on the hot-pressing upper tool, which in turn presses on the stationary hot-pressing lower tool, with the molded part in between.
  • the arrangement could also be carried out the other way round.
  • the finished molded part is then output to further processing stations of the fiber molding system, for example for further transport or for further processing, for example in a cutting, labeling, printing and / or packing station.
  • the method comprises the additional step of coating the molded part, preferably the final molded part, with one or more functional layers.
  • Such functional layers can include additional functionalities such as moisture, aroma, odor or taste barriers.
  • the invention further relates to a fiber molding plant for the production of molded parts from environmentally compatible degradable fiber material by means of the method according to the invention
  • the output unit outputs the molded part for further transport or further processing, for example to subsequent cutting, labeling, printing and / or packing stations.
  • a molded part is easily produced from a fiber material, which is very flexible depending on the design of the contour of the suction head Can deliver molded parts with a wide variety of contours.
  • the ratio of width or diameter to height of the molded part is not a limiting or critical parameter for the quality of the production of the respective molded part.
  • the fiber molding plant according to the invention is able to process fibers of the most varied types, provided that they can be brought into solution in such a way that a major clumping of the fibers in the liquid solution can be avoided before processing.
  • stable molded parts can be produced simply, effectively and flexibly from environmentally friendly degradable fiber material with good quality and good reproducibility.
  • the fiber molding plant according to the invention thus makes it possible to produce environmentally compatible molded parts from natural fibers in an effective, flexible and reproducible manner with good quality.
  • the fiber molding plant comprises a control unit for controlling of the procedure carried out.
  • the control unit can be designed as a processor, separate computer system or web-based and is suitably connected to the components of the fiber molding plant to be controlled, for example via data cables or wirelessly by means of WLAN, radio or other wireless transmission means.
  • the fiber molding system additionally comprises a coating unit for applying one or more functional layers to the molded part.
  • a coating unit for applying one or more functional layers to the molded part.
  • additional functionalities such as moisture, aroma, odor or taste barriers can be applied to the molded part.
  • the coating unit can be arranged at any position suitable for the layer to be applied in the process sequence for producing the molded part.
  • the functional layer can be arranged in the suction process, after the pre-pressing or after the hot pressing.
  • the term “functional layer” here refers to any additional layer applied to the original fiber material, which is applied over the entire surface or in partial areas both on an inside and / or on an outside of the molded part.
  • the invention further relates to a molded part made of environmentally compatible degradable fiber material produced with the method according to the invention or the fiber molding plant according to the invention.
  • the molded part has a contour in which all surfaces of the molded part have an angle of at least 3 degrees to a pressing direction during hot pressing.
  • a minimally required hot pressing pressure can be applied to all surfaces in order, among other things, to reduce the content of liquid solvent in the fiber material to such an extent that the molded part is dimensionally stable
  • the environmentally compatible degradable fiber material does not comprise any organic binder, preferably likewise no non-organic binder. This achieves a particularly good environmentally compatible degradability of the molded part.
  • the world-compatible degradable fiber material consists essentially of fibers with a fiber length of less than 5 mm. As a result, on the one hand, the molded part can be manufactured with better quality. On the other hand, shorter fibers reduce the surface roughness and porosity of the molded part, so that any coatings are easier to apply to the molded part.
  • one or more functional layers are applied to the environmentally compatible degradable fiber material of the molded part.
  • Such functional layers can include additional functionalities such as moisture, water, aroma, odor or taste barriers or barriers against fats, oils, gases such as O2 and N2, light acids, all substances that contribute to the perishability of food , and / or have substances that are not suitable for use with food.
  • the fiber material of the molded part comprises dopants or constituents which, due to their concentration, application of the molded part, environmental conditions, dissolve out of the fiber material of the molded part in the desired manner in order to develop a supporting effect for the application of the molded part.
  • dopants or constituents can already be present in the pulp and get into the molded part with the fiber molding process.
  • doping can be additives, etc., for example fragrances, flavorings, active ingredients, minerals, nutritional and care products.
  • Fig.l a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 2 an embodiment of the suction head with a negative shape for the steps of contacting and molding as well as the transfer for pre-pressing in the method according to the invention
  • FIG. 3 shows an embodiment of the suction head with a positive form for the steps of contacting and molding and the transfer for pre-pressing in the method according to the invention
  • FIG. 4 an embodiment of the prepressing station in a lateral section of the fiber molding plant according to the invention
  • FIG. 5 a further embodiment of the prepressing station in a lateral section with a membrane as a prepress lower tool of the fiber molding system according to the invention
  • FIG. 6 an embodiment of the hot pressing station in a lateral section of the fiber molding plant according to the invention
  • FIG. 8 a further embodiment of the prepress station with a movement unit and pulp preparation and delivery unit of the fiber molding plant according to the invention
  • FIG. 9 an embodiment of the fiber molding plant according to the invention.
  • FIG. 10 a further embodiment of the fiber molding plant according to the invention.
  • Fig.l shows a schematic representation of an embodiment of the method 100 according to the invention for the production of molded parts 10 from environmentally friendly degradable fiber material 11 by means of a fiber molding process in a fiber molding plant 20 comprising the following steps.
  • a pulp 1 is provided 110 as a liquid solution with environmentally friendly degradable fiber material 11 so that a suction tool 2 contacts 120 the pulp 1 by placing it on or at least partially immersing it in the pulp 1, the suction tool 2 having a suction head 21 a three-dimensionally shaped suction head suction side 21 i, the shape of which is adapted to a contour of the later molded part 10, followed by molding 130 of the molded part 10 by sucking the environmentally compatible fiber material 11 onto the suction head suction side 21 i by means of negative pressure in the suction tool 2
  • the suction tool can contain a single suction head or it can be a multi-tool with a large number of suction heads.
  • the suction tool when there are already two suction heads 21 is referred to as a multi-tool.
  • the multi-tool can also comprise 10, 2030 or more suction heads 21.
  • the subsequent pre-pressing 140 of the molded-on molded part 10 takes place in a pre-pressing station 3 with a pre-pressing pressure VD to reduce a proportion of the liquid solution in the molded part 10.
  • the pre-compression station is adapted to the suction tool, possibly in the form of a multi-tool.
  • the pre-pressed molded part 10 can be transferred 170 to the hot-pressing station 4 by means of the suction tool 2, the molded part 10 being removed from the suction tool 2 for the subsequent hot-pressing 150.
  • the hot press station 4 comprises a hot press lower tool 41 with a hot press side 41a adapted to a contour 10i of the molded part 10 and a hot press upper tool 42, the molded part 10 being placed or inserted from the suction tool 2 onto the hot press lower tool 41 during transfer 170 and during hot pressing 150 the hot pressing upper tool 42 is pressed onto the hot pressing lower tool 41 with the molded part 10 arranged therebetween.
  • the pre-pressed molded part 10 is hot-pressed 150 with a hot-pressing pressure HD, the molded part 10 is finally shaped, with a further reduction in the proportion of the liquid solution in the molded part 10 in the corresponding hot-pressing station 4.
  • the method can also include the additional step of coating 180 the molded part 10, preferably the end-formed molded part 10, with one or more functional layers 15. At the end of the process, the finished molded part 10 is output 160 to further processing stations of the fiber molding system 20.
  • the suction head 21 shown here can be the only suction head 21 in the suction tool 2 or part of one Multi-tool with a multiplicity of suction heads 21, only one suction head 21 being shown here by way of example for reasons of clarity.
  • the pulp reservoir 30 for the manufacturing process is shown here schematically below the suction head 21 with the fiber material 11, indicated as “waves”.
  • a pulp 1 with a proportion of environmentally compatible degradable fiber material 11 of less than 5%, preferably less than 2%, particularly preferably between 0.5% and 1.0%, in a liquid solution, for example an aqueous solution can be used , in which.
  • the pulp 1 comprises with no organic binder, preferably no binder at all.
  • the environmentally compatible degradable fiber material 11 can essentially consist of fibers with a fiber length of less than 5 mm.
  • the pulp 1 is provided with a temperature of less than or equal to 80 ° C., preferably less than or equal to 50 ° C., particularly preferably room temperature.
  • the suction head suction side 21 i of the suction head 21 is formed from a porous sieve 22, on whose pulp side 22p facing the pulp 1 the environmentally compatible degradable fiber 11 adheres due to the suction for forming 130 of the molded part 10 (see molded part 10 in FIG. 2c ).
  • the suction tool 2 comprises a plurality of suction channels 23 distributed around the screen 22 on its side 22s opposite the pulp side 22p for sucking in the pulp 1.
  • the suction channels 23 are distributed and arranged around the screen 22 and a structure ( The shape of the surface, sieve size, pore size) of the sieve 22 is designed in such a way that essentially the same suction power is applied in all areas of the pulp side 22p of the sieve 22.
  • the suction channels 23 have, for example, an uneven distribution below the screen 23, with fewer suction channels 23 per unit area being arranged in the area of edges in the molded part 10.
  • the suction head only dips a little into the pulp 1 for shaping the molded part so that a closed cavity is formed in the interior 21 i of the suction head.
  • the suction head 21 could also be completely immersed in the pulp 1.
  • the liquid solution of the pulp 1 which passes through the sieve 22 during the molding 130 is discharged from the suction tool 2, for which the suction head 21 on its end face 21p facing the pulp 1 comprises a collecting ring 24 for receiving the liquid solution to be discharged, on which a discharge channel 25 for the liquid solution is connected.
  • the molded part 10 (gray inner layer in the suction head 21) is then placed onto the pre-press lower tool 31 with a pressing surface 31a as the outer surface of the pre-press lower tool 31 for pre-pressing.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the suction head 21 with a positive form for the steps of contacting 120 and molding 130 as well as the transfer for pre-pressing 140 in the method 100 according to the invention.
  • the suction head 21 shown here can be the only suction head 21 in the suction tool 2 or be part of a multi-tool with a plurality of suction heads 21, only one suction head 21 being shown here by way of example for reasons of clarity.
  • the pulp reservoir 30 and the properties of the pulp 1 what has already been described for FIG. 2 also applies here.
  • the suction head suction surface 21p is designed here as a positive shape and forms the suction head outside 21a.
  • the structure of the suction head 21 with sieve 22 and suction channels 23 the same applies as described under FIG.
  • the suction head 21 In order to suck up the pulp 1 with fiber material 11, in the case of the positive form of the suction head suction surface 21p, the suction head 21 is completely immersed in the pulp 1 for contacting 120. As shown in Figure 3c, the molded part 10 (gray outer layer on the suction head 21) is then used for pre-pressing in the pre-pressing lower tool 31, which has a shape adapted to the positive shape of the suction head 21 with a pressing surface 31 as the inner surface of the pre-pressing Lower tool 31 has.
  • the pre-press station 3 comprises a pre-press lower tool 31 on which the suction tool 2 with the molded part 10 is placed so that it is arranged between the pre-press lower tool 31 and the suction tool 2 so that the suction tool 2 is pressed onto the pre-press lower tool 31 with the pre-press pressure VD can be so that the moisture is removed from the molded part and the fiber material is stabilized by the pre-pressing.
  • the lower pre-press tool 31 has a pressing surface 31a facing the molded part 10, which has a lower surface roughness than the screen 22.
  • the lower pre-press tool 31 can be made of metal or at least partially of an elastomer, for example silicone, The latter being designed as multi-tools for suction tools is advantageous.
  • the prepressing 140 is carried out at a temperature of the prepressing station 3 of less than 80 ° C., preferably less than 50 ° C., particularly preferably at room temperature, the prepressing pressure VD being between 0.2 N / mm 2 and 0.3 N / mm 2 , preferably between 0.23 N / mm 2 and 0.27 N / mm 2 .
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the prepress station 3 in a lateral section with a membrane 32 as the prepress lower tool 31 of the fiber molding system 20 according to the invention for carrying out the prepress 140 as a membrane press.
  • the suction tool 2 is inserted here with a positive form as the suction head suction surface 21 s in the correspondingly shaped pre-press lower tool 31.
  • the membrane 32 is designed as a flexible membrane 32.
  • the pre-compression pressure VD is applied as gas pressure to the membrane 32, which is then pressed onto the outer contour 10a of the molded part 10.
  • pressure can also be exerted on surfaces of the molded part 10 which cannot be applied by means of hydraulic pressing, since the gas pressure applies the membrane to all surfaces with the same pressure regardless of direction.
  • the hot press station 4 comprises a hot press lower tool 41 with a hot press side 41a adapted to a contour 10i of the molded part 10 and a hot press upper tool 42, with the molded part 10 being placed or inserted from the suction tool 2 onto the hot press lower tool 41 during transfer 170 ( depending on whether a negative form is present or a positive form is used).
  • the hot pressing upper tool 42 is then pressed onto the hot pressing lower tool 41 with the molded part 10 arranged in between.
  • the hot press lower tool 41 can be made of metal.
  • the hot-pressing lower tool 41 also comprises channels 41k to its hot-pressing side 41a, with which the liquid solution during hot-pressing 150 can be at least partially removed.
  • the upper hot press tool 42 is adapted to the contour 10a of the molded part 10 at least with the side 42i facing the molded part; the upper hot press tool 42 is preferably also made of metal.
  • different temperatures can be used during hot pressing; the hot press upper tool 42 preferably has a higher temperature than the hot press tool.
  • the hot pressing can be carried out at a temperature greater than 150.degree. C., preferably between 180.degree. C. and 250.degree.
  • the hot pressing 140 is carried out at the hot pressing pressure HD higher than the pre-pressing pressure VD.
  • the hot pressing pressure HD can be between 0.5 N / mm 2 and 1.5 N / mm 2 , preferably between 0.8 N / mm 2 and 1.2 N / mm 2 , this being for a pressing time of less than 20s, preferably more than 8s, particularly preferably between 10 and 14s, even more preferably 12s.
  • the molded part 10 is very dimensionally stable and has a liquid content in the fiber material 11 of less than 8%.
  • the molded part is environmentally compatible and degradable.
  • the contour of the molded part 10 is designed such that all surfaces lOf of the molded part 10 have an angle ⁇ of at least 3 degrees to the pressing direction PR during hot pressing 150.
  • the environmentally compatible degradable fiber material 11 does not include an organic binder, preferably also no non-organic binder. It essentially consists of fibers with a fiber length of less than 5mm.
  • One or more functional layers 15 can be applied to the molded part 10.
  • the fiber material 11 of the molded part 10 can also be doped or constituents which, due to their concentration, an application of the molded part 10 and / or environmental conditions, dissolve out of the fiber material 11 of the molded part 11 in a desired manner in order to provide a suitable for the application of the Molding 11 to develop supporting effect.
  • dopings or constituents can be introduced into the fiber material via the pulp at the beginning of the molding process or be part of a subsequent coating with a functional layer, if the fiber molding process should not allow an earlier addition.
  • Such doping can be, for example, fragrances, aromatic substances, active ingredients, minerals, nutritional and care additives, etc., which due to the later use and the then prevailing conditions Diffuse out of the fiber material, be released or remain behind when the molded part is broken down in an environmentally friendly manner.
  • the environmental conditions promoting this can be, for example, differences in the concentration of certain materials, temperature, humidity and / or light irradiation.
  • the supporting manner could for example be in the care, taste modification, supply etc. of the molded part 10 or the goods transported with or in the molded part 10 or at least temporarily stored therein.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the prepress station 3 with pulp reservoir 30, movement unit 40 and pulp preparation and delivery unit 35 of the fiber molding system 20 according to the invention.
  • the suction tool 2 shown here is a multi-tool with 20 suction heads 21 Pre-press units on the pre-press lower tool 31 as a multi-tool.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the fiber molding system 20 according to the invention for producing molded parts 10 from environmentally compatible degradable fiber material 11 by means of the method 100 according to the invention as shown in FIG. 1, comprising a reservoir 30 for providing 110 a pulp 1 as a liquid solution with environmentally compatible degradable fiber material 11, a suction tool 2 attached to a movement unit 40 with a suction head 21 with a three-dimensionally shaped suction head suction side 21 i, the shape of which is adapted to a contour of the later molded part 10, the movement unit 30 being designed to carry the suction tool 2 with the pulp 1 by placing it on or at least partially immersing it in the pulp 1 to contact 120.
  • the movement unit 40 is designed here as a robot.
  • a robot can carry out precise and reproducible movements in a confined space and is therefore particularly suitable for guiding the suction tool between the pulp reservoir 30 and the prepressing station 3.
  • the suction tool 2 is designed to apply the molded part 10 by sucking the environmentally compatible fiber material 11 onto the Suction head suction side 21 i to be molded 130 by means of negative pressure in the suction tool 2.
  • the pre-pressing station 3 is for pre-pressing 140 the molded-on molded part 10 with a pre-pressing pressure VD to reduce a Proportion of the liquid solution in the molded part 10 and provided for its shape stabilization.
  • the hot pressing station 4 is provided for hot pressing 150 the pre-pressed molded part 10 with a hot pressing pressure HD and thus for the final shaping of the molded part 10 and for further reducing the proportion of the liquid solution in the molded part 10.
  • the dispensing unit 50 then dispenses the finished molded part 10.
  • the fiber molding system 20 comprises a control unit 60 which is connected to the other components of the fiber molding system 20 in a suitable manner in order to control these components.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the fiber forming system 20 according to the invention, the provision of the pulp 1 and the prepressing taking place in the prepressing station 3 as already shown in FIG.
  • two separate system parts are operated in this embodiment, each with a hot pressing station 4, a coating unit 70 for applying one or more functional layers to the molded part 10, a printing unit 80 for printing the molded part and a stacking unit 90 for stacking the final molded parts 10
  • the molded parts are transported on a conveyor belt 95 between these stations.
  • the fiber molding machine could also comprise a cutting unit for post-processing or for separating the molded parts.
  • the prepress station can therefore supply at least two subsystems for the subsequent steps without this leading to a loss of time during hot pressing 150.
  • Hot press side of the hot press lower tool e.g. outside

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozess in einer Faserformanlage (20), umfassend nachfolgende Schritte des Bereitstellens (110) einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial; des Kontaktierens (120) eines Saugwerkzeugs (2) mit der Pulpe mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe, wobei das Saugwerkzeug einen Saugkopf (21) mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite (21i) umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist; des Anformens (130) des Formteils mittels Ansaugen des Fasermaterials auf die Saugkopf-Saugseite (21i) mittels Unterdrück im Saugwerkzeug; des Vorpressens (140) des angeformten Formteils in einer Vorpressstation (3) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; des Heißpressens (150) des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck (HD) zur Endformung des Formteils und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil in einer Heißpressstation (4); und der Ausgabe (160) des endgeformten Formteils (10). Die Erfindung betrifft auch eine solche Faserformanlage zur Ausführung des obigen Verfahrens und ein mit solcher Faserformanlage oder mit solchem Verfahren hergestelltes Formteil.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FORMTEILEN AUS UMWELTVERTRÄGLICH
ABBAUBAREM FASERMATERIAL
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faser formprozess in einer Faserformanlage, eine solche Faserformanlage zur Ausführung des obigen Verfahrens und ein mit solcher Faser formanlage oder mit solchem Verfahren hergestelltes Formteil.
Hintergrund der Erfindung Es ist wünschenswert, Bürger und Umwelt vor KunststoffVerschmutzung zu schützen. Insbesondere verursachen Einwegplastik-Produkte wie Verpackungsmaterialien oder Plastikbesteck und Plastikgeschirr eine große Abfallmenge. Insofern besteht für Verpackungsmaterialien und Behältnisse aus Kunststoff ein steigender Bedarf an Ersatzmaterialien, mit denen diese Produkte aus recycelbaren Kunststoffen, Materialien mit weniger Kunststoffanteil oder gar aus kunststofffreien Materialien herzustellen.
Die Vorstellung, Naturfasern anstelle von klassischen Kunststoffen im Extrusionsverfahren zu verwenden, existiert mindestens schon seit Anfang der 1990er Jahre, siehe beispielsweise EP 0447 792 Bl. Rohstoffgrundlage ist hier, wie in den meisten faserverarbeitenden Verfahren, die Pulpe. Prinzipiell besteht die Pulpe aus Wasser, Naturfasern und einem Bindemittel wie zum Beispiel industrielle Stärke (Kartoffelstärke) und weist eine breiige Konsistenz auf.
Da Verbraucher an verschiedensten naturverträglichen Produkte mit unterschiedlichen Größen, Formen und Anforderungen interessiert sind und diese nicht unbedingt in sein- großen Stückzahlen nachffagen, wäre es wünschenswert, ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine zur Verfügung zu haben, um diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar hersteilen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine bereitzustellen, mit dem diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer Faser formanlage umfassend nachfolgende Schritte:
Bereitstellen einer Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;
Kontaktieren eines Saugwerkzeugs mit der Pulpe mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe, wobei das Saugwerkzeug einen Saugkopf mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist;
Anformen des Formteils mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials auf die Saugkopf-Saugseite mittels Unterdrück im Saugwerkzeug; Vorpressen des angeformten Formteils in einer Vorpressstation mit einem Vorpressdruck zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck zur Endformung des Formteils und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil in einer Heißpressstation; und Ausgabe des endgeformten Formteils.
Der Begriff „umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial“ bezeichnet Fasermaterialien, die sich unter Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Temperatur und/oder Licht zersetzen lassen, wobei der Zersetzungsprozess kurzfristig erfolgt, also beispielsweise im Bereich von Tagen, Wochen oder wenigen Monaten. Das „umweltverträglich abbaubare Fasermaterial“ wird im Folgenden der Einfachheit halber auch zum Teil nur als „Fasermaterial“ bezeichnet. Hierbei sollen vorzugsweise weder vom Fasermaterial noch von den Zersetzungsprodukten eine Umweltgefährdung oder Kontamination ausgehen. Fasermaterialien, die im Sinne der vorliegenden Erfindung ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial darstellen, sind beispielsweise Naturfasern gewonnen aus Zellstoff, Papier, Pappe, Holz, Gras, Pflanzenfasern, Zuckerrohresten, Hanf etc. oder aus deren Bestandteilen oder Teilen davon und/oder entsprechend recyceltes Material. Ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial kann aber auch künstlich hergestellte Fasern wie beispielsweise PLA (Polylactide) etc. bezeichnet, die den voranstehenden Fasermaterialien entsprechen oder deren Eigenschaften besitzen. Vorzugsweise ist das umweit verträglich abbaubare Fasermaterial kompostierbar. Vorzugsweise ist das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial und die daraus hergestellten Behältnisse für die Einbringung in den Wertstoffkreislauf der deutschen Biotonne und als Ressource für Biogasanlagen geeignet. Vorzugsweise sind die Fasermaterialien und die daraus hergestellten Behältnisse biologisch abbaubar gemäß EU-Norm EN 13432.
Der Begriff „Pulpe“ bezeichnet fluide Massen, die Fasern enthalten, hier das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial. Der Begriff „flüssig“ bezeichnet hier den Aggregatzustand der Pulpe, wobei die flüssige Pulpe das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial in Form von Fasern umfasst. Hierbei können die Fasern als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe aus mehreren zusammenhängenden Faser vorliegen. Die Fasern stellen das Fasermaterial unabhängig davon dar, ob sie sich als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe in der Pulpe befinden. Hierbei sind die Faser in der flüssigen Lösung so gelöst, dass sie mit möglichst gleicher Konzentration ortsunabhängig in der flüssigen Lösung schweben, beispielsweise als Gemisch oder Suspension aus flüssiger Lösung und Fasermaterial. Dazu kann beispielsweise die Pulpe in manchen Ausführungsformen entsprechend temperiert und/oder umgewälzt werden. Die Pulpe besitzt vorzugsweise eine niedrige Stoffdichte, d.h. einen Anteil von Fasermaterial kleiner 8%. In einer Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Pulpe mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, verwendet. Dieser geringe Anteil an Fasermaterial kann unter anderem eine Verklumpung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung vermeiden, sodass das Fasermaterial noch mit guter Qualität am Saugwerkzeug anformbar ist. Verklumptes Fasermaterial kann zwar durch das Saugwerkzeug angesaugt werden, würde aber vermutlich ein Formteil mit fluktuierender Schichtdicke zur Folge haben, was in der Produktion der Formteile nach Möglichkeit zu vermeiden ist. Insofern sollte der Anteil des Fasermaterials in der Pulpe klein genug sein, damit ein Verklumpen oder ein Aneinanderketten nicht oder nur in einem vernachlässigbaren Maße erfolgt. Die flüssige Lösung kann dabei jede für den Faserformprozess geeignete Lösung sein. Beispielsweise kann die Pulpe eine wässerige Lösung mit dem umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial sein. Eine wässrige Lösung stellt unter anderem eine einfach handhabbare Lösung dar.
Der Faserformprozess bezeichnet die Prozessschritte, die an der Formung des Formteils beteiligt sind beginnend mit der Bereitstellung der Pulpe, des Anformens des Formteils im Saugwerkzeug aus dem Fasermaterial aus der Pulpe, des Vorpressens des Formteils, des Heißpressen des Formteils und gegebenenfalls des Beschichtens des Formteils mit funktionalen Schichten, wobei das Beschichten an jeder dafür für die jeweilige aufzubringende Schicht geeigneten Stelle im Faser formprozess angeordnet sein kann.
Die Formteile können dabei eine beliebige Form, hier auch als Kontur bezeichnet, aufweisen, sofern diese Form (oder Kontur) im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist bzw. sich das Verfahren für die Herstellung dieser Form (oder Kontur) eignet. Hierbei können die für den Faserformprozess verwendeten Komponenten auf die jeweilige Form (oder Kontur) des Formteils angepasst sein. Bei unterschiedlichen Formteilen mit unterschiedlichen Formen (oder Konturen) können unterschiedliche entsprechend angepasste Komponenten wie beispielsweise das Saugwerkzeug, der Saugkopf, die Vorpressstation, die Heißpressstation etc. verwendet werden. Endgeformte Formteile können unterschiedlichste Produkte darstellen, beispielweise Becher, Behälter, Gefäße, Deckel, Schalen, Portionsgefäße, Umhüllen oder Umgefäße für unterschiedlichste Zwecke.
Das Saugwerkzeug bezeichnet hier das Werkzeug, in dem der oder die Saugköpfe zum Anformen des Formteils angeordnet sind. Bei einem einzelnen Saugkopf ist dieser auch das Saugwerkzeug. Bei mehreren simultan betriebenen Saugköpfen sind diese allesamt in dem gemeinsamen Saugwerkzeug angeordnet, sodass mit dem Bewegen des Saugwerkzeugs die einzelnen Saugköpfe im Saugwerkzeug gleichermaßen mitbewegt werden. Die Medienversorgung des Saugwerkzeugs mit mehreren Saugköpfen wird im Saugwerkzeug dabei in geeigneter Weise zu den einzelnen Saugköpfen geführt.
Das Aufsetzen des Saugwerkzeugs auf die Pulpe bezeichnet ein Berühren der Pulpe mit allen sich im Saugwerkzeug befindlichen Saugköpfen, die für das Anformen von Formteilen vorgesehen sind, in der Weise, dass aufgrund des mit dem Saugwerkzeug an die Pulpe angelegten Unterdrucks das Fasermaterial aus der Pulpe herausgesaugt beziehungsweise die Pulpe mit darin gelöstem Fasermaterial angesaugt wird. Beim partiellem Eintauchen in die Pulpe wird das Saugwerkzeug nicht nur auf die Pulpe aufgesetzt, sondern in sie hineingetaucht. Die Eintauchtiefe des Saugwerkzeugs in die Pulpe hängt von der jeweiligen Anwendung und dem jeweiligen Faserformprozess ab und kann sich je nach Anwendung und gegebenenfalls dem anzuformenden Formteil unterscheiden. Ein partielles Eintauchen des Saugkopfes bzw. des Saugwerkzeugs ist vorteilhaft, da der Pulpe- Spiegel im Reservoir durch die Bewegungen des Saugkopfes/Saugwerkzeugs schwanken könnte und bei einer unebenen Oberfläche der Pulpe aufgrund Wellenbewegungen ein reines Aufsetzen ein lokal ungenügendes Ansaugen zur Folge haben könnte.
Hierbei kann der Saugkopf eine sogenannte Negativform besitzen. Als Negativform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Innenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Innenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe eine Kavität bildet, in die die Pulpe mit dem Fasermaterial eingesaugt wird (wie in Fig.2 dargestellt). Bei einer Negativform ist die Außenseite des späteren Formteils zur Innenseite des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher innen auf der Innenseite des Saugkopfes.
Hierbei kann der Saugkopf alternative auch eine sogenannte Positivform besitzen. Als Positivform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Außenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Außenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe keine Kavität bildet (wie in Fig.3 dargestellt). Bei einer Positivform ist die Innenseite des späteren Formteils zur Außenseiten des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher auf der Außenseite des Saugkopfes auf.
Das Anformen des Formteils bezeichnet ein erstes Vorformen des Formteils, wobei sich dieses aus vormals willkürlich in der Pulpe verteiltem Fasermaterial mittels Anlagerung des Fasermaterials an die Kontur des Saugkopfes mit der entsprechenden Kontur bildet. Das angeformte Formteil besitzt noch einen großen Anteil, beispielsweise 70% - 80%, an flüssiger Lösung, beispielsweise Wasser, und ist daher noch nicht stabil formbeständig. Das Vorpressen des angeformten Formteils verringert den Anteil der flüssigen Lösung im Formteil deutlich, beispielsweise auf 55% - 65%, sodass die Kontur des Formteils nun bereits wesentlich stabiler ist. Mit dem Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck wird das Formteil bei weiterer Reduktion des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil, beispielsweise auf unter 10%, vorzugsweise auf circa 7%, endgeformt, wonach es anschließend stabil und formbeständig ist.
Die Ausgabe des endgeformten Formteils bezeichnet die Abgabe des Formteils zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung, beispielsweise zu Schneid-, Beschriftungs-, Be- druckungs-, und/oder Packstationen. Durch die Kombination der Anform-, Vorpress- und Heißpressschritte wird auf einfache Weise aus einem Fasermaterial ein Formteil hergestellt, das sehr flexibel je nach Ausgestaltung der Kontur des Saugkopfes Formteile mit unterschiedlichsten Konturen liefern kann. Hierbei stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Durch die Kombination der Anform-, Vorpress- und Heißpressschritte können die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzier barkeit hergestellt werden.
Das erfmdungsgemäße Verfahren stellt somit ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine dar, mit dem diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind.
In einer Ausführungsform umfasst dabei die Pulpe keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Ohne Binder sind die hergestellten Formteile aus ursprünglich umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial weiterhin umweltverträglich abbaubar, da kein umweltkritischer Binder, vorzugsweise überhaupt kein Binder, verwendet wird. Der Verzicht auf Binder wird durch die Kombination der An form-, Vorpress- und Heißpressschritte ermöglicht, die in ihrer Gesamtheit eine gute mechanische Verkettung der einzelnen Fasern miteinander im Fasermaterial des Formteils gewährleisten. Die mechanische Verkettung ist bei erfmdungsgemäßen Verfahren dabei so stark, dass zur Formstabilität des Formteils auf Binder verzichtet werden kann. In einer weiteren Ausführungsform besteht das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Bei Fasern dieser Länge erhält man unter anderem eine gute homogene Lösung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung, sodass der Verklumpungsgrad der Fasern in der Pulpe hinreichen gering ist für einen guten reproduzierbaren Faserformprozess für das Formteil.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Pulpe mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt. Diese geringen Temperaturen ermöglichen unter anderem eine einfache Prozessführung, insbesondere bei Raumtemperatur.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Pulpe Dotierungen oder Bestandteile, die über die Pulpe zum Beginn des Formprozesses in das Fasermaterial eingebracht werden. Solche Dotierungen können beispielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mine ralstoffe, Emährungs- und Pflegezusätze etc. sein, die aufgrund der späteren Verwendung und der dann herrschenden Bedingungen aus dem Fasermaterial herausdiffündieren, herausgelöst werden oder beim umweltverträglichen Abbauen des Formteils Zurückbleiben.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Saugkopf zum Kontaktieren vollständig in die Pulpe eingetaucht. Das vollständige Eintauchen ist insbesondere für einen Saugkopf als Positivform geeignet, da hier im Gegensatz zu einer Negativform keine innere Kavität im Saugkopf existiert, in der zwischen Pulpe und Saugfläche ein Unterdrück zum Ansaugen des Fasermaterials erzeugt werden kann. Um eine möglichst gleichmäßige Ansaugung von Fasermaterial zu gewährleisten, ist es bei einer Positivform vorteilhaft, den Saugkopf vollständig in die Pulpe einzutauchen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Saugkopf-Saugseite des Saugkopfes aus einem porösen Sieb gebildet, auf dessen der Pulpe zugewandten Pulpen-Seite die umweltver träglich abbaubare Faser aufgrund des Ansaugens zum Anformen des Formteils anhaftet. Das Sieb muss eine Porosität besitzen, damit die Pulpe samt Fasermaterial durch das Sieb angesaugt werden kann und die flüssige Lösung der Pulpe durch das Sieb hindurchtreten kann. Dennoch darf die Porosität des Siebes nicht zu groß sein, damit das Fasermaterial sich auf der Pulpen-Seite anhaften kann.
In einer weiteren Ausfuhrungsform wird während des Anformens die durch das Sieb hin durchtretende flüssige Lösung der Pulpe aus dem Saugwerkzeug abgeführt. Beim Anfor men bzw. Ansaugen wird der Gehalt der flüssigen Lösung im angeformten Fasermaterial bereits um beispielsweise ca. 20% - 30% gegenüber der Pulpe verringert. Diese flüssige Lösung gelangt durch das Sieb hindurch in den Saugkopf. Damit der Saugkopf die flüs sige Lösung nicht Zwischenlagern muss, wird diese aus dem Saugkopf und damit auch aus dem Saugwerkzeug abgeführt. Die abgefuhrte flüssige Lösung kann wieder in einen Pulpe- Aufbereiter zurückgefiihrt und im Faserformprozess wiederverwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Saugkopf an seiner der Pulpe zugewandten Stirnseite einen Sammelring zur Aufnahme der abzuführenden flüssigen Lösung, an dem ein Abführkanal für die flüssige Lösung angeschlossen ist. So lässt sich unter ande rem die durch das Sieb hindurchgetretene flüssige Lösung aus dem Saugkopf und damit dem Saugwerkzeug sicher abführen, damit diese flüssige Lösung nicht die Saugkraft des Saugkopfes negativ beeinflusst.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Saugwerkzeug eine um das Sieb auf dessen der Pulpe-Seite entgegengesetzten Seite herum verteilte Vielzahl an Saugkanälen. Durch die Vielzahl an Saugkanälen ist es unter anderem möglich, über die gesamte Fläche des Siebes Pulpe mit Fasermaterial anzusaugen, damit sich das Formteil flächenformig an dem Sieb anformen kann.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Saugkanäle so um das Sieb verteilt und an geordnet und eine Struktur des Siebes ist so gestaltet ist, dass eine im Wesentlichen glei che Saugleistung in allen Bereichen der Pulpe-Seite des Siebes anliegt. Der Begriff „im Wesentlichen“ bezeichnet hier eine Homogenität der Saugleistung, die hinreichend ist, um ein gleichmäßig angeformtes Formteil ohne nennenswerte Schichtdickenvariationen an den Ecken und Kanten des Formteils sowie über die Flächen des Formteils zu erreichen. Das resultierende endgeformte Formteil besitzt dadurch eine Variation der Schicht dicken von weniger als 7% zur gewünschten Schichtdicke. In einer weiteren Ausfüh- rungsform weisen die Saugkanäle dazu eine ungleichmäßige Verteilung unterhalb des Siebes auf, wobei im Bereich von (negativ Formen bzw. Innenkante) Kanten im Formteil um ca. 50% weniger Saugkanäle pro Flächeneinheit angeordnet sind. Bei positiven oder außen Kanten wird die Anzahl der Saugkanäle um ca. 20% pro Flächeneinheit vergrößert. Diese geringere Dichte an Saugkanälen im Bereich von Kanten (bezeichnet hierbei alle Ecken und Kanten, Vertiefungen und andere stärkere Konturveränderungen im Formteil) führt dazu, dass Materialüberschüsse oder Materialunterschüsse im Bereich der Kanten relativ zu sonstigen Materialstärken auf Flächen ohne Kanten vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Saugwerkzeug ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen. Mit einem Multiwerkzeug können simultan aus einem gemein samen Pulpebad eine Vielzahl an Formteilen entsprechend der Anzahl der Saugköpfe an geformt werden, was den Durchsatz der Faserformanlage erhöht und die Faserformanlage somit wirtschaftlicher produzieren lässt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Saugkopf-Saugfläche entweder als Negativform die Saugkopf-Innenseite oder als Positivform die Saugkopf- Außenseite ausgeführt ist. Bezüglich der Begriffe „Negativform“ und „Positivform“ ist auf die voranstehenden Erläuterungen dazu verwiesen. Je nach gewünschter Form bzw. Kontur des Formteils können Negativformen oder Positivformen des Saugkopfes vorteilhaft sein.
In einer weiteren Ausführungsform verbleibt das Formteil zum Vorpressen am Saugwerkzeug. Da das Formteil beim Anformen im Saugkopf noch relativ feucht und damit wenig formstabil ist, ist es für einen fehlerfreien und qualitativ guten Prozess vorteilhaft, das Formteil zumindest bis Beendigung des Vorpressens im Saugkopf zu belassen, um even tuell formbeschädigende Werkzeugwechsel für das Formteil zu vermeiden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorpressstation ein Vorpress-Unterwerk- zeug, an das das Saugwerkzeug mit angeformtem Formteil angesetzt wird, sodass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Saugwerkzeug angeordnet ist und das Saugwerkzeug mit dem Vorpressdruck auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst wird. Das Saugwerkzeug ist zur Ausübung des Vorpressdrucks auf das Vorpress-Unterwerkzeug geeignet ausgestaltet. Hierbei kann das Saugwerkzeug auf ein ruhendes Vorpressunterwerkzeug gepresst werden oder das Vorpress-Unterwerkzeug wird auf ein ruhendes Saugwerkzeug gepresst. Die Bezeichnung „ansetzen“ bezeichnet nur die relative Bewegung des Saugwerkzeugs zum Vorpress-Unterwerkzeug. Beim Vorpressen stellt das Saugwerkzeug das Vorpress-Oberwerkzeug der Vorpressstation dar. In einer Ausführungsform wird das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug aufgesetzt und mittels einer separaten Presseinheit, vorzugsweise einer Kolbenstange, auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst. Alternativ kann das Saugwerkzeug auch an einem Roboterarm befestigt sein, der den Vorpressdruck selber über das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug ausübt. Hierbei kann analog zu einem Saugwerkzeug als Multiwerkzeug auch das Vorpress- Unterwerkzeug als Multiwerkzeug ausgeführt sein, um alle angeformten Formteile des Saugwerkzeugs simultan zueinander mit dem Vorpressdruck zu beaufschlagen und damit das Vorpressen für alle Formteils simultan durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform wird dabei das Saugwerkzeug mit Negativform als Saugkopf-Saugfläche auf das Vorpress-Unterwerkzeug (mit entsprechender Positivform) aufgesetzt oder mit Positivform als Saugkopf-Saugfläche in das Vorpress-Unterwerkzeug (als entsprechende Negativform) eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform hat das Vorpress-Unterwerkzeug eine dem Formteil zugewandte Pressfläche, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb. Dadurch wird ein homogener Druck auf das Formteil ausgeübt. Zusätzlich ist damit die Haftung zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Formteil geringer als bei strukturierten Oberflächen des Vorpress-Unterwerkzeugs, wodurch es sichergestellt wird, dass die vorgepressten Formteile zur Weitergabe an die Heißpressstation ohne weitere apparative Maßnahmen im Saugwerkzeug und nicht am Vorpress-Unterwerkzeug verbleiben, was eine Störung im Produktionsprozess hervorrufen würde. Gegebenenfalls kann das Saug werkzeug für die Weitergabe der vorgepressten Formteile an die Heißpressstation einen geeigneten Unterdrück im Saugwerkzeug erzeugen, um die Anhaftung der Formteile am Saugwerkzeug zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Vorpress-Unterwerkzeug aus Metall oder zu mindest zum Teil aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Silikon gefertigt ist. Aus Vor- press-Unterwerkzeuge aus Metall eignen sich insbesondere für Fälle, wo beim Vorpressen eine Temperatur größer Raumtemperatur oder ein besonders hoher Vorpressdruck angelegt werden sollen. Vorpress-Unterwerkzeuge aus einem Elastomer oder zumindest teilweise aus dem Elastomer sind bei Multiwerkzeugen als Saugwerkzeug und Vorpress- Unterwerkzeug vorteilhaft, da sich das Elastomer unter Druck noch leicht verformen lässt und sich somit an ein sich möglicherweise unter dem Vorpressdruck verbiegendes Multi- Saugwerkzeug flexibel anpasst und damit die Homogenität der Formung der diversen Formteile im Multi-Saugwerkzeug verbessert. Für erhöhte Vorpress-Temperaturen unterhalb von 100°C ist beispielsweise Silikon als Elastomer als ein in diesem Bereich temperaturbeständiges Material ebenfalls gut geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Vorpressen als Membranpressen ausgeführt. Das Membranpressen ist besonders für Geometrien des Formteils geeignet, wo auf eine große Fläche Druck ausgeübt werden soll. Mit einem Membranpressen können auch Flä chen simultan unter gleichen Druck gesetzt werden, die in beliebiger räumlicher Ausrich tung senkrecht zueinanderstehen, da beim Membranpressen der Vorpressdruck mittels Gasdruck, beispielsweise mittels Pressluft, erzeugt wird, der richtungsunabhängig auf die Membran wirkt. Dies wäre mit einer Druckkolbenstange beispielsweise nicht möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist daher für das Membranpressen das Vorpress-Unterwerkzeug als flexible Membran ausgeführt und der Vorpressdruck wird als Gasdruck an die Membran angelegt, die daraufhin auf die Außenkontur das Formteils gepresst wird. Die Membran ist hierzu gasundurchlässig und flexibel, um sich unter Gasdruck an die Form des Formteils anschmiegen zu können. Als Membranen können beispielsweise Kautschukmembranen verwendet werden. Die Membran sollte eine Konturtreue von we niger als 20% aufweisen und kann lokal unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise mit dünneren und dickeren Wandstärken und/oder näher an der Kontur angeordnet bzw. weiter davon weg.
In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Vorpressen bei einer Temperatur der Vorpressstation kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgefuhrt. Durch das Vorpressen wird der Flüssigkeitsgehalt im Formteil auf ca. 55% - 65% reduziert und das Formteil so vorgefestigt, dass es für eine Werkzeugüber gabe hinreichend formstabil ist. Eine zu hohe Temperatur würde den Flüssigkeitsgehalt im Formteil zu weit absenken, wodurch das Material für das nachfolgende Heißpressen bereits zu steif wäre. Gerade die Kombination aus Vorpressen und Heißpressen ermög licht eine reproduzierbare Herstellung von Formteilen mit guter Qualität und einer gerin gen Ausschussmenge.
In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Vorpressen bei dem Vorpressdruck zwi schen 0,2 N/mm2 und 0,3 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm2 und 0,27 N/mm2, durchgeführt. Diese gegenüber dem Heißpressdruck geringeren moderaten Drücke ermöglichen ein schonendes Verfestigen des Formteils unter moderater Flüssigkeitsreduktion, was für einen ausschussarmen Heißpressvorgang vorteilhaft ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren nach erfolgtem Vorpressen den Schritt des Übergebens des vorgepressten Formteils mittels des Saugwerkzeugs an die Heißpressstation, wobei dabei das Formteil zum nachfolgenden Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt wird. Die Übergabe ist insofern vorteilhaft, da das Heißpressen bei hoher Temperatur mit deutlich höherem Druck durchgefuhrt wird. Falls das Formteil ohne Übergabe zum Heißpressen im Saugwerkzeug verbleiben würde, könnte sich das Fasermaterial im Sieb des Saugwerkzeugs verhaken und nur schwer, ggf. nur unter Beschädigung nach dem Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt werden. Außerdem könnte das Sieb durch den hohen Druck beschädigt werden, sodass das Saugwerkzeug danach nicht mehr funktionsfähig wäre. Die Übergabe kann dabei so erfolgen, dass das oder die Formteile aus dem Saugwerkzeug passiv durch Ablegen oder aktiv mittels eines Auswerfdrucks Im Saugwerkzeug gegen die Formteile an die Heißpressstation übergeben werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Heißpressstation dazu ein Heißpress-Un- terwerkzeug mit einer Heißpressseite angepasst an eine Kontur des Formteils und ein entsprechend geformtes Heißpress-Oberwerkzeug, wobei beim Übergeben das Formteil vom Saugwerkzeug auf das Heißpress-Unterwerkzeug auf- oder eingesetzt wird und beim Heißpressen das Heißpress-Oberwerkzeug auf das Heißpress-Unterwerkzeug mit dem da- zwischen angeordneten Formteil gepresst wird. Je nachdem, ob die Saugköpfe des Saugwerkzeugs eine Negativform oder Positivform besitzen, wird das Formteil auf das Heißpress-Unterwerkzeug aufgesetzt (Negativform) oder eingesetzt (Positivform). Insofern ist die Heißpressseite bei einer Negativform die Außenseite und bei einer Positivform die Innenseite des Heißpress-Unterwerkzeugs. Entsprechend komplementär ist jeweils das Heißpress-Oberwerkzeug geformt. Die beiden Heißpress-Ober- und Unterwerkzeuge können im Zusammenspiel hohe Drücke bei hohen Temperaturen an das Formteil dazwischen anlegen. In einer weiteren Ausführungsform ist dafür zumindest das Heißpress- Unterwerkzeug aus Metall gefertigt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Heißpress-Unterwerkzeug Kanäle zu sei- ner Außenseite, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen zumindest teilweise abgeführt werden kann. Durch die Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil von ca. 55% - 60% auf nunmehr unter 10% wird eine Menge an Flüssigkeit frei, die aufgrund der hohen Temperaturen beim Heißpressen zumindest zum Teil verdampft. Dieser Dampf wird deshalb über die Kanäle abgeführt, damit das Formteil unter anderem durch den Dampf nicht beschädigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Heißpress-Oberwerkzeug zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite an die Kontur des Formteils angepasst, vorzugsweise ist das Heißpress-Oberwerkzeug aus Metall gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform besitzen Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress- Oberwerkzeug beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug. Dadurch erhält das Formteil unter anderem eine bessere Oberfläche, insbesondere auf der wärmeren Seite. In einer weiteren Ausfuhrungsform unterscheiden sich dafür die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C.
In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Heißpressen bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgeführt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Heißpressen bei dem Heißpressdruck höher dem Vorpressdruck durchgeführt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden, insbesondere in Kombination mit obigen Temperaturen. In einer weiteren Ausführungsform wird dazu der Heißpressdruck zwischen 0,5 N/mm2 und 1,5 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm2 und 1,2 N/mm2, durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Heißpressdruck für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden, insbesondere in Kombination mit obigen Temperaturen und Heißpressdrücken.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontur des Formteils so gestaltet, dass alle Flächen des Formteils einen Winkel a von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung beim Heißpressen besitzen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Heißpressdruck an allen Flächen des Formteils angelegt werden kann. Auf Flächen parallel zur Druckrichtung beim Heißpressen kann kein Druck ausgeübt werden. Der Heißpressdruck wird beispielsweise über eine Kolbenstange hydraulisch an die Heißpressstation angelegt, wobei diese Kolbenstange beispielsweise auf das Heißpress-Oberwerkzeug drückt, das dann wiederum auf das ruhende Heißpress-Unterwerkzeug drückt, mit dem Formteil dazwischen. Die Anordnung könnte auch umgekehrt ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt danach die Ausgabe des endgeformten Formteils an weiterverarbeitende Stationen der Faserformanlage, beispielsweise zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung, beispielsweise in einer Schneid-, Beschriftungs-, Bedruckungs-, und/oder Packstationen.
In einer weiteren Ausfuhrungsform umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Beschichtens des Formteils, vorzugsweise des endgeformten Formteils, mit ein oder mehreren funktionalen Schichten. Solchen funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtigkeits-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Faser formanlage zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels des erftndungsgemäßen Verfahrens umfassend
Ein Reservoir zur Bereitstellung einer Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;
Ein an einer Bewegungseinheit angebrachtes Saugwerkzeug mit einem Saugkopf mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist, wobei die Bewegungseinheit dazu ausgestaltet ist, das Saugwerkzeug mit der Pulpe mittels Aufsetzen auf oder zumindest partielles Eintauchen in die Pulpe zu kontaktieren; wobei das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet ist, das Formteil mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials auf die Saugkopf-Saugseite mittels Unterdrück im Saugwerkzeug anzuformen; eine Vorpressstation zum Vorpressen des angeformten Formteils mit einem Vorpressdruck zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; und eine Heißpressstation zum Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck zur Endformung des Formteils und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; und einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe des endgeformten Formteils.
Die Ausgabeeinheit gibt dabei das Formteils zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung aus, beispielsweise zu nachfolgenden Schneid-, Beschriftungs-, Bedruckungs-, und/oder Packstationen.
Durch die Kombination des Anformens mittels Pulpe und Saugwerkzeug, des Vorpress- sens mittels Vorpressstation, des Heißpressens mittels Heißpressstation und nachfolgender Ausgabe des Formteils mittels obiger Faserformanlage wird auf einfache Weise aus einem Fasermaterial ein Formteil hergestellt, das sehr flexibel je nach Ausgestaltung der Kontur des Saugkopfes Formteile mit unterschiedlichsten Konturen liefern kann. Hierbei stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Durch die Kombination des Saugwerkzeugs zum Anformen mit den Vorpress- und Heißpressstationen können die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Faserformanlage ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Faserformanlage ermöglicht es also, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.
In einer Ausführungsform umfasst die Faserformanlage eine Steuereinheit zur Steuerung des ausgefuhrten Verfahrens. Die Steuereinheit kann als Prozessor, separates Computersystem oder webbasiert ausgeführt sein und ist mit den zu steuernden Komponenten der Faserformanlage geeignet verbunden, beispielweise über Datenkabel oder drahtlos mittels WLAN, Funk oder anderer drahtloser Übertragungsmittel.
In einer weiteren Ausfuhrungsform umfasst die Faserformanlage zusätzlich eine Be schichtungseinheit zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil. Mit solchen funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtigkeits-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren auf das Formteil aufgebracht werden. Die Beschichtungseinheit kann hierzu an jeder für die aufzubringende Schicht geeigneten Position in der Prozessabfolge zur Herstellung des Formteils angeordnet sein. Hierbei kann die funktionale Schicht je nach Anwendung im Saugprozess, nach dem Vorpressen oder nach den Heißpressen angeordnet werden. Der Begriff „funktionale Schicht“ bezeichnet hier jede zusätzlich auf das ursprüngliche Fasermaterial aufgebrachte Schicht, die sowohl auf einer Innenseite und/oder auf einer Außenseite des Formteils ganzflächig oder in Teilbereichen aufgebracht ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Formteil aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemä ßen Faserformanlage.
In einer Ausführungsform besitzt das Formteil eine Kontur, bei der alle Flächen des Formteils einen Winkel von mindestens 3 Grad zu einer Pressrichtung beim Heißpressen besitzen. Bei einem solchen Formteil kann an alle Flächen ein minimal benötigter Heißpressdruck aufgebracht werden, um unter anderem den Gehalt an flüssigen Lösungsmittel im Fasermaterial soweit zu reduzieren, damit das Formteil formstabil ist
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Damit wird eine besonders gut umweltverträgliche Abbaubarkeit des Formteils erreicht. In einer weiteren Ausführungsform besteht das weltverträglich abbaubare Fasermaterial im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Dadurch kann einerseits das Formteil mit besserer Qualität gefertigt werden. Andererseits verringern kürzere Fasern die Oberflächenrauigkeit und Porosität des Formteils, sodass eventuelle Beschichtungen leichter auf das Formteil aufzubringen sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind ein oder mehreren funktionalen Schichten auf dem umweltverträglich abbaubaren Fasermaterial des Formteils aufgebracht. Solche funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtig- keits-, Wasser-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren oder Barrieren gegen Fette, Öle, Gase wie beispielsweise O2 und N2, leichte Säuren, alle Stoffe, die zur Verderblichkeit von Lebensmitteln beitragen, und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe besitzen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fasermaterial des Formteils Dotierungen oder Bestandteile, die sich aufgrund ihrer Konzentration, einer Anwendung des Formteils, Umweltbedingungen aus dem Fasermaterial des Formteils in gewünschter Weise herauslösen, um eine für die Anwendung des Formteils unterstützende Wirkung zu entfalten. Diese Dotierungen oder Bestandteile können bereits in der Pulpe vorhanden und mit dem Faserformprozess in das Formteil gelangen. Solche Dotierungen können bei spielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mineralstoffe, Emährungs- und Pflege zusätze etc. sein.
Es sei ausdrücklich daraufhingewiesen, dass zum Zwecke der besseren Lesbarkeit „mindestens“- Ausdrücke nach Möglichkeit vermieden wurden. Vielmehr ist ein unbestimmter Artikel („ein“, „zwei“ etc.) im Normalfall als „mindestens ein, mindestens zwei, etc.“ zu verstehen, sofern sich nicht aus dem Kontext ergibt, dass dort „genau“ die angegebene Anzahl gemeint ist.
An dieser Stelle sei ebenfalls noch erwähnt, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen ist, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist demzufolge nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.
Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Kurze Beschreibung der Figuren
Zusätzlich sind weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert. Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
Die Zeichnung zeigen:
Fig.l : schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens;
Fig.2: eine Ausfuhrungsform des Saugkopfes mit Negativform für die Schritte Kontaktieren und Anformen sowie die Übergabe zum Vorpressen im erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig.3: eine Ausführungsform des Saugkopfes mit Positivform für die Schritte Kontaktieren und Anformen sowie die Übergabe zum Vorpressen im erfindungsgemä ßen Verfahren;
Fig.4: eine Ausführungsform der Vorpressstation im seitlichen Schnitt der erfindungsgemäßen Faserformanlage;
Fig.5: eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation im seitlichen Schnitt mit einer Membran als Vorpress-Unterwerkzeug der erfindungsgemäßen Faserformanlage; Fig.6: eine Ausführungsform der Heißpressstation im seitlichen Schnitt der erfindungs- gemäßen Faserformanlage;
Fig.7: ein Beispiel eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial hergestellt mit den erfindungsgemäßen Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Faserformanlage;
Fig.8: eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation mit Bewegungseinheit und Pulpeaufbereitungs- und Nachliefereinheit der erfindungsgemäßen Faserformanlage;
Fig.9: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage; und Fig.10: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage.
Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbauba rem Fasermaterial 11 mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage 20 umfassend die nachfolgenden Schritte. Damit das Verfahren starten kann, wird eine Pulpe 1 als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 bereitgestellt 110, damit ein Saugwerkzeugs 2 die Pulpe 1 mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe 1 kontaktiert 120, wobei das Saugwerkzeug 2 einen Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21 i umfasst, welche mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, gefolgt vom Anformen 130 des Formteils 10 mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 auf die Saugkopf-Saugseite 21 i mittels Unterdrück im Saugwerkzeug 2. Hierbei kann das Saugwerkzeug einen einzelnen Saugkopf enthalten oder ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen sein. Als Multiwerkzeug wird das Saugwerkzeug bei bereits zwei Saugköpfen 21 bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann das Multiwerkzeug aber auch 10, 2030 oder mehr Saugköpfe 21 umfassen. Das nachfolgende Vorpressen 140 des angeformten Formteils 10 erfolgt in einer Vorpressstation 3 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10. Dabei ist die Vorpressstation auf das Saugwerkzeug, ggf. in Form eines Multiwerkzeugs, angepasst. Nach erfolgtem Vorpressen 140 kann ein Übergebens 170 des vorgepressten Formteils 10 mittels des Saugwerkzeugs 2 an die Heißpressstation 4 erfolgen, wobei dabei das Formteil 10 zum nachfolgenden Heißpressen 150 aus dem Saugwerkzeug 2 entfernt wird. Dazu umfasst die Heißpressstation 4 ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit einer Heißpressseite 41a angepasst an eine Kontur lOi des Formteils 10 und ein Heißpress-Oberwerkzeug 42, wobei beim Übergeben 170 das Formteil 10 vom Saugwerkzeug 2 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 auf- oder eingesetzt wird und beim Heißpressen 150 das Heißpress-Oberwerkzeug 42 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit dem dazwischen angeordneten Formteil 10 gepresst wird. Beim Heißpressens 150 des vorgepressten Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD erfolgt die Endformung des Formteils 10, wobei es zu einer weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 in der entsprechenden Heißpressstation 4 kommt. Das Verfahren kann zudem den zusätzlichen Schritt des Beschichtens 180 des Formteils 10, vorzugsweise des endgeformten Formteils 10, mit ein oder mehreren funktionalen Schichten 15 umfassen. Am Ende des Prozesses wird das endgeformte Formteils 10 an weiterverarbeitende Sta tionen der Faser formanlage 20 ausgegeben 160.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 21 mit Negativform für die Schritte Kontaktieren 120 und Anformen 130 sowie die Übergabe des Formteils 10 zum Vorpressen 140 im erfindungsgemäßen Verfahren 100. Der hier gezeigte Saugkopf 21 kann der einzige Saugkopf 21 im Saugwerkzeug 2 sein oder Teil eines Multiwerkzeugs mit einer Vielzahl an Saugköpfen 21 sein, wobei hier aus Übersichtsgründen exemplarisch nur ein Saugkopf 21 gezeigt wird. Das Pulpe-Reservoir 30 für den Herstellungsprozess ist hier schematisch unterhalb des Saugkopfes 21 mit dem Fasermaterial 11 angedeutet als „Wellen“ gezeigt. Im Verfahren 100 kann dabei eine Pulpe 1 mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial 11 kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, in einer flüssigen Lösung, beispielsweise eine wässrige Lösung, verwendet werden, wobei. Vorteilhafter Weise umfasst die Pulpe 1 da- bei keinen organischen Binder, vorzugsweise überhaupt keinen Binder. Das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial 11 kann dabei im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm bestehen. Die Pulpe 1 wird dabei mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt. Die Saugkopf-Saugseite 21 i des Saugkopfes 21 ist aus einem porösen Sieb 22 gebildet, auf dessen der Pulpe 1 zugewandten Pulpen-Seite 22p die umweltverträglich abbaubare Faser 11 aufgrund des Ansaugens zum Anformen 130 des Formteils 10 anhaftet (siehe Formteil 10 in Fig.2c). Außerdem umfasst das Saugwerkzeug 2 eine um das Sieb 22 auf dessen der Pulpe-Seite 22p entgegengesetzten Seite 22s herum verteilte Vielzahl an Saugkanälen 23 zum Ansaugen der Pulpe 1. Hierbei sind die Saug kanäle 23 so um das Sieb 22 verteilt und angeordnet und eine Struktur (Form der Oberfläche, Siebgröße, Porengröße) des Siebes 22 ist so gestaltet, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen der Pulpe-Seite 22p des Siebes 22 anliegt. Dazu weisen die Saugkanäle 23 beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung unterhalb des Siebes 23 auf, wobei im Bereich von Kanten im Formteil 10 weniger Saugkanäle 23 pro Flächeneinheit angeordnet sind. Wie in Fig.2b gezeigt, taucht der Saugkopf zum Anfor men des Formteils lediglich ein klein wenig in die Pulpe 1 ein, damit im Innenraum 21 i des Saugkopfes eine abgeschlossene Kavität gebildet wird. In anderen Ausführungsfor men könnte der Saugkopf 21 auch vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht werden. Die während des Anformens 130 durch das Sieb 22 hindurchtretende flüssige Lösung der Pulpe 1 wird aus dem Saugwerkzeug 2 abgeführt, wozu der Saugkopf 21 an seiner der Pulpe 1 zugewandten Stirnseite 21p einen Sammelring 24 zur Aufnahme der abzuführenden flüssigen Lösung umfasst, an dem ein Abfuhrkanal 25 für die flüssige Lösung angeschlossen ist. Wie in Fig.2c gezeigt, wird dann das angeformte Formteil 10 (graue Innenschicht im Saugkopf 21) zum Vorpressen auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 mit einer Pressfläche 31a als Außenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 aufgesetzt.
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 21 mit Positivform für die Schritte Kontaktieren 120 und Anformen 130 sowie die Übergabe zum Vorpressen 140 im erfindungsgemäßen Verfahren 100. Der hier gezeigte Saugkopf 21 kann der einzige Saugkopf 21 im Saugwerkzeug 2 sein oder Teil eines Multiwerkzeugs mit einer Vielzahl an Saugköpfen 21 sein, wobei hier aus Übersichtsgründen exemplarisch nur ein Saugkopf 21 gezeigt wird. Bezüglich des Pulpe-Reservoirs 30 und der Eigenschaften der Pulpe 1 gilt auch hier das bereits für Fig.2 beschriebene. Die Saugkopf-Saugfläche 21p ist hier im Gegensatz zu Fig.2 als Positivform ausgeführt und bildet die Saugkopf- Außenseite 21a. Bezüglich des Aufbaus des Saugkopfes 21 mit Sieb 22 und Saugkanälen 23 gilt das bereits unter Fig.2 beschriebene. Zum Ansaugen der Pulpe 1 mit Fasermaterial 11 wird bei der Positivform der Saugkopf-Saugfläche 21p der Saugkopf 21 zum Kontaktieren 120 vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht. Wie in Fig.3c gezeigt, wird dann das angeformte Formteil 10 (graue Außenschicht auf dem Saugkopf 21) zum Vorpressen in das Vorpress- Unterwerkzeug 31 eingesetzt, das eine auf die Positivform des Saugkopfes 21 angepasste Form mit einer Pressfläche 31 als Innenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 besitzt.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der Vorpressstation 3 im seitlichen Schnitt der erfin- dungsgemäßen Faserformanlage 20. Zum Vorpressen 140 verbleibt das Formteil 10 im Saugwerkzeug 2, das damit die Funktion des Vorpress-Oberwerkzeugs übernimmt. Das Saugwerkzeug 2 ist hier als Saugkopf 21 mit einer Negativform dargestellt. Die Vorpressstation 3 umfasst ein Vorpress-Unterwerkzeug 31 , auf das das Saugwerkzeug 2 mit angeformtem Formteil 10 aufgesetzt wird, sodass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug 31 und Saugwerkzeug 2 angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug 2 mit dem Vorpressdruck VD auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 gepresst werden kann, damit die Feuchtigkeit aus dem Formteil entfernt und das Fasermaterial durch das Vorpressen formstabilisiert wird. Hierbei hat das Vorpress-Unterwerkzeug 31 eine dem Formteil 10 zugewandte Pressfläche 31 a, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb 22. Das Vorpress-Unterwerkzeug 31 kann dabei aus Metall oder zumindest zum Teil aus einem Elastomer, beispielsweise aus Silikon, gefertigt sein, wobei letzteres für Saugwerkzeuge ausgeführt als Multiwerkzeuge vorteilhaft ist. Das Vorpressen 140 wird bei einer Temperatur der Vorpressstation 3 kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgeführt, wobei der Vorpressdruck VD zwischen 0,2 N/mm2 und 0,3 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm2 und 0,27 N/mm2, beträgt. Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation 3 im seitlichen Schnitt mit einer Membran 32 als Vorpress-Unterwerkzeug 31 der erfmdungsgemäßen Faserformanlage 20 zur Durchführung des Vorpressens 140 als Membranpressen. Das Saugwerkzeug 2 ist hier mit einer Positivform als Saugkopf-Saugfläche 21 s in das entsprechend geformte Vorpress-Unterwerkzeug 31 eingesetzt. Für das Membranpressen 150 ist die Membran 32 als flexible Membran 32 ausgeführt. Der Vorpressdruck VD wird dabei als Gasdruck an die Membran 32 angelegt, die daraufhin auf die Außenkontur 10a das Formteils 10 gepresst wird. Dadurch kann auch auf Flächen des Formteils 10 Druck ausgeübt werden, der mittels hydraulischen Pressens nicht so nicht angelegt werden kann, da der Gasdruck die Membran richtungsunabhängig mit demselben Druck auf alle Flächen anlegt.
Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der Heißpressstation 4 im seitlichen Schnitt der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20. Nach erfolgtem Vorpressen 140 wird das vorgepresste Formteil 10 mittels des Saugwerkzeugs 2 an die Heißpressstation 4 übergeben 170, wobei dabei das Formteil 10 zum nachfolgenden Heißpressen 150 aus dem Saugwerkzeug 2 entfernt wird. Die Heißpressstation 4 umfasst ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit einer Heißpressseite 41a angepasst an eine Kontur lOi des Formteils 10 und ein Heißpress-Oberwerkzeug 42, wobei beim Übergeben 170 das Formteil 10 vom Saugwerkzeug 2 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 auf- oder eingesetzt wird (je nachdem ob wie hier eine Negativform vorhanden ist oder eine Positivform verwendet wird). Beim Heißpressen 150 wird dann das Heißpress-Oberwerkzeug 42 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit dem dazwischen angeordneten Formteil 10 gepresst. Hierbei kann das Heißpress-Unterwerkzeug 41 aus Metall gefertigt sein. Das Heißpress-Unterwerkzeug 41 umfasst zudem Kanäle 41k zu seiner Heißpressseite 41a, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen 150 zumindest teilweise abgeführt werden kann. Das Heißpress-Oberwerkzeug 42 ist zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite 42i an die Kontur 10a des Formteils 10 angepasst, vorzugsweise ist auch das Heißpress-Oberwerkzeug 42 aus Metall gefertigt. Beim Heißpress-Unterwerkzeug 41 und beim Heißpress-Oberwerkzeug 42 können beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen angewendet werden, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug 42 eine höhere Temperatur als das Heißpress- Unterwerkzeug 41, wobei sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C, unterscheiden. Das Heißpressen kann bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgeführt werden. Hierbei wird das Heißpressen 140 bei dem Heißpressdruck HD höher dem Vorpressdruck VD durchgeführt. Der Heißpressdruck HD kann dabei zwischen 0,5 N/mm2 und 1,5 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm2 und 1,2 N/mm2, betragen, wobei dieser für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt wird.
Fig.7 zeigt ein Beispiel eines Formteils 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 hergestellt mit den erfmdungsgemäßen Verfahren 100 auf einer erfmdungsge- mäßen Faserformanlage 20. Das Formteil 10 ist sehr formstabil und besitzt einen Flüs sigkeitsanteil im Fasermaterial 11 von weniger als 8%. Das Formteil ist umweltverträg lich abbaubar. Hierbei ist die Kontur des Formteils 10 so gestaltet, dass alle Flächen lOf des Formteils 10 einen Winkel a von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung PR beim Heiß pressen 150 besitzen. Das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 umfasst dabei keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Es besteht im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Auf das Form teil 10 können ein oder mehreren funktionalen Schichten 15 aufgebracht sein. Das Fasermaterial 11 des Formteils 10 kann in einer weiteren Ausführungsform auch Dotierungen oder Bestandteile, die sich aufgrund ihrer Konzentration, einer Anwendung des Formteils 10 und/oder Umweltbedingungen aus dem Fasermaterial 11 des Formteils 11 in ge wünschter Weise herauslösen, um eine für die Anwendung des Formteils 11 unterstüt zende Wirkung zu entfalten. Diese Dotierungen oder Bestandteile können über die Pulpe zum Beginn des Formprozesses in das Fasermaterial eingebracht werden oder Teil einer nachträglichen Beschichtung mit einer funktionalen Schicht sein, sofern der Faserform prozess eine frühere Zugabe nicht gestatten sollte. Solche Dotierungen können beispielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mineralstoffe, Emährungs- und Pflegezusätze etc. sein, die aufgrund der späteren Verwendung und der dann herrschenden Bedin- gungen aus dem Fasermaterial herausdiffundieren, herausgelöst werden oder beim umweltverträglichen Abbauen des Formteils Zurückbleiben. Die dies fördernden Umweltbedingungen können beispielsweise Konzentrationsunterschiede bestimmter Materialien, Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Lichteinstrahlung sein. Die unterstützende Weise könnten beispielsweise in der Pflege, Geschmacksmodifikation, Versorgung etc des Formteils 10 beziehungsweise der mit bzw. in dem Formteil 10 transportierten oder darin zumindest zeitweise verwahrten Gütern liegen.
Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation 3 mit Pulpe-Reservoir 30, Bewegungseinheit 40 und Pulpeaufbereitungs- und Nachliefereinheit 35 der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20. Das hiergezeigte Saugwerkzeug 2 ist ein Multiwerkzeug mit 20 Saugköpfen 21. Entsprechend umfasst das Vorpress-Unterwerkzeug 31 ebenfalls 20 Vorpress-Einheiten auf dem Vorpress-Unterwerkzeug 31 als Multiwerkzeug.
Fig.9 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 wie in Fig.1 gezeigt umfassend ein Reservoir 30 zur Bereitstellung 110 einer Pulpe 1 als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11, ein an einer Bewegungseinheit 40 angebrachtes Saugwerkzeug 2 mit einem Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21 i, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, wobei die Bewegungseinheit 30 dazu ausgestaltet ist, das Saugwerkzeug 2 mit der Pulpe 1 mittels Aufsetzen auf oder zumindest partielles Eintauchen in die Pulpe 1 zu kontaktieren 120. Die Bewegungseinheit 40 ist hier als Roboter ausgeführt. Ein Roboter kann auf engem Raum präzise und reproduzierbare Bewegungen durchführen und eignet sich daher besonders für die Führung des Saugwerkzeugs zwischen Pulpe-Reservoir 30 und Vorpressstation 3. Das Saugwerkzeug 2 ist dazu ausgestaltet, das Formteil 10 mittels Ansaugen des umwelt verträglich abbaubaren Fasermaterials 11 auf die Saugkopf-Saugseite 21 i mittels Unterdrück im Saugwerkzeug 2 anzuformen 130. Die Vorpressstation 3 ist zum Vorpressen 140 des angeformten Formteils 10 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 und zu dessen Formstabilisation vorgesehen. Die Heißpressstation 4 ist zum Heißpressen 150 des vorgepressten Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD und damit zur Endformung des Formteils 10 und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 vorgesehen. Die Ausgabeeinheit 50 gibt dann das endgeformten Formteils 10 aus. Zur Steuerung des ausgeführten Verfahrens umfasst die Faserformanlage 20 eine Steuereinheit 60, die mit den anderen Komponenten der Faserformanlage 20 auf geeignete Weise verbunden ist, um diese Komponenten zu steuern.
Fig.10 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser formanlage 20, wobei die Bereitstellung der Pulpe 1 sowie das Vorpressen in der Vorpressstation 3 wie bereits in Fig.9 gezeigt erfolgt. Nach dem Vorpressen werden in dieser Ausführungsform zwei separate Anlagenteile betrieben, die jeweils eine Heißpressstation 4, eine Beschichtungseinheit 70 zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil 10, eine Bedruckungseinheit 80 zur Bedruckung der Formteil und eine Stapeleinheit 90 zum Stapeln der endgeformten Formteile 10. Die Formteile werden zwischen diesen Stationen auf einem Transportband 95 transportiert. Gegebenenfalls könnte die Faserformmaschine auch eine Schneideeinheit zur Nachbearbeitung oder zur Trennung der Formteile umfassen. Die Aufteilung in zwei Teilanlagen nach dem Vorpressen ist möglich, da der Heißpressvorgang deutlich langsamer abläuft als das Anformen 130 und Vorpressen 140, die beide ca. einen Faktor 5 oder mehr schneller als das Heißpressen 150 durchgefuhrt werden können. Daher kann die Vorpressstation mindestens zwei Teilanlagen für die nachfolgenden Schritte versorgen, ohne dass das zu einem Zeitverlust beim Heißpressen 150 führt.
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können. Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausfuhrungsbeispiel ledig lich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausfuhrungsbeispiel.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Pulpe
11 umweltverträgliches abbaubares Fasermaterial
2 Saugwerkzeug
21 Saugkopf
21 a Saugkopf- Außenseite
21 i Saugkopf-Innenseite
21p der Pulpe zugewandten Stirnseite des Saugkopfes 21s Saugkopf-Saugseite
22 poröses Sieb
22p der Pulpe zugewandten Seite (Pulpen-Seite) des Siebes
22s Seite des Siebes entgegengesetzt zur Pulpe-Seite (Saugkopf-Seite)
23 Saugkanäle
24 Sammelring
25 Abführkanal für die flüssige Lösung
3 Vorpressstation
31 Vorpress-Unterwerkzeug
31a Pressfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs
32 Membran als Vorpress-Unterwerkzeug
4 Heißpressstation
41 Heißpress-Unterwerkzeug der Heißpressstation
41a Heißpressseite des Heißpress-Unterwerkzeugs, z.B. Außenseite
41k Kanäle im Heißpress-Unterwerkzeug
42 Heißpress-Oberwerkzeug der Heißpressstation
42i dem Formteil zugwandten Seite (Innenseite) des Heißpress-Oberwerkzeugs
10 Formteil aus umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial lOi Innenkontur (Innenseite) des Formteils
10a Außenkontur (Außenseite) des Formteils lOf Fläche des Formteils
15 funktionale Schicht (eine oder mehrere)
20 Faser formanlage
30 Reservoir für die Pulpe
35 Pulpeaufbereitungs- und Nachlieferungseinheit
40 Bewegungseinheit
50 Ausgabeeinheit
60 Steuereinheit
70 Beschichtungseinheit
80 Bedruckungseinheit
90 Stapeleinheit
95 Transportband 100 Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial 110 Bereitstellen einer Pulpe
120 Kontaktieren eines Saugwerkzeugs mit der Pulpe
130 Anformen des Formteils mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials
140 Vorpressen des angeformten Formteils in einer Vorpressstation 150 Heißpressen des vorgepressten Formteils, z.B. Membranpressen 160 Ausgabe des endgeformten Formteils
170 Übergeben des vorgepressten Formteils an die Heißpressstation
180 Beschichtens des Formteils mit ein oder mehreren funktionalen Schichten
HD Heißpressdruck
PR Pressrichtung
VD Vorpressdruck

Claims

Patentansprüche:
1. Ein Verfahren (100) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage (20) umfassend nachfolgende Schritte:
Bereitstellen (110) einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11);
Kontaktieren (120) eines Saugwerkzeugs (2) mit der Pulpe (1) mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe (1), wobei das Saugwerkzeug (2) einen Saugkopf (21) mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite (21 i) umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils (10) angepasst ist;
Anformen (130) des Formteils (10) mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) auf die Säugkopf-Saugseite (21 i) mittels Unterdrück im Saugwerkzeug (2);
Vorpressen (140) des angeformten Formteils (10) in einer Vorpressstation (3) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10);
Heißpressen (150) des vorgepressten Formteils (10) mit einem Heißpressdruck (HD) zur Endformung des Formteils (10) und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10) in einer Heißpressstation (4); und
Ausgabe ( 160) des endgeformten Formteils (10).
2. Das Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei im Verfahren (100) eine Pulpe (1) mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial (11) kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1 ,0 %, verwendet wird.
3. Das Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pulpe (1) eine wässrige Lösung mit umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial (11) ist.
4. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Pulpe (1) keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder, umfasst.
5. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die um weltverträglich abbaubare Fasermaterial (11) im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm besteht.
6. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Pulpe (1) mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt wird.
7. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei der Saug kopf (21) zum Kontaktieren (120) vollständig in die Pulpe (1) eingetaucht wird.
8. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Saug kopf-Saugseite (21 i) des Saugkopfes (21) aus einem porösen Sieb (22) gebildet ist, auf dessen der Pulpe (1) zugewandten Pulpen-Seite (22p) die umweltverträglich abbaubare Faser (11) aufgrund des Ansaugens zum Anformen (130) des Formteils (10) anhaftet.
9. Das Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei während des Anformens (130) die durch das Sieb (22) hindurchtretende flüssige Lösung der Pulpe (1) aus dem Saugwerkzeug (2) abgeführt wird.
10. Das Verfahren ( 100) nach Anspruch 9, wobei der Saugkopf (21 ) an seiner der Pulpe (1) zugewandten Stirnseite (21p) einen Sammelring (24) zur Aufnahme der abzu führenden flüssigen Lösung umfasst, an dem ein Abfiihrkanal (25) für die flüssige Lösung angeschlossen ist.
11. Das Verfahren (100) nach Anspruch 8 bis 10, wobei das Saugwerkzeug (2) eine um das Sieb (22) auf dessen der Pulpe-Seite (22p) entgegengesetzten Seite (22s) herum verteilte Vielzahl an Saugkanälen (23) umfasst.
12. Das Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei die Saugkanäle (23) so um das Sieb (22) verteilt und angeordnet sind und eine Struktur des Siebes (22) so gestaltet ist, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen der Pulpe-Seite (22p) des Siebes (22) anliegt.
13. Das Verfahren (100) nach Anspruch 12, wobei die Saugkanäle (23) dazu eine un gleichmäßige Verteilung unterhalb des Siebes (23) aufweisen, wobei im Bereich von Kanten im Formteil (10) weniger Saugkanäle (23) pro Flächeneinheit angeordnet sind.
14. Das Verfahren ( 100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Saugwerkzeug (2) ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen (21) ist.
15. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Saugkopf-Saugfläche (21p) entweder als Negativform die Saugkopf-Innenseite (21 i) o- der als Positivform die Saugkopf- Außenseite (21a) ausgefuhrt ist.
16. Das Verfahren ( 100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Form teil (10) zum Vorpressen am Saugwerkzeug (2) verbleibt.
17. Das Verfahren (100) nach Anspruch 16, wobei die Vorpressstation (3) ein Vor- press-Unterwerkzeug (31) umfasst, an das das Saugwerkzeug (2) mit angeformtem Formteil (10) angesetzt wird, sodass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug (31) und Saugwerkzeug (2) angeordnet ist und das Saugwerkzeug (2) mit dem Vorpress druck (VD) auf das Vorpress-Unterwerkzeug (31) gepresst wird.
18. Das Verfahren ( 100) nach Anspruch 17, wobei das Saugwerkzeug (2) mit Negativform als Saugkopf-Saugfläche (21s) auf das Vorpress-Unterwerkzeug (31) aufgesetzt oder mit Positivform als Saugkopf-Saugfläche (21s) in das Vorpress-Unterwerkzeug (31) eingesetzt wird.
19. Das Verfahren (100) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Vorpress-Unterwerkzeug (31) eine dem Formteil (10) zugewandte Pressfläche (31a) hat, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb (22).
20. Das Verfahren (100) nach Anspruch 17 bis 19, wobei das Vorpress-Unterwerkzeug (31) aus Metall oder zumindest zum Teil aus einem Elastomer, vorzugsweise Silikon, gefertigt ist.
21. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Vorpressen (140) als Membranpressen ausgeführt wird.
22. Das Verfahren (100) nach Anspruch 21, wobei für das Membranpressen (150) das Vorpress-Unterwerkzeug (31) als flexible Membran (32) ausgeführt ist und der Vorpressdruck (VD) als Gasdruck an die Membran (32) angelegt wird, die daraufhin auf die Außenkontur (10a) das Formteils (10) gepresst wird.
23. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Vorpressen (140) bei einer Temperatur der Vorpressstation (3) kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgefuhrt wird.
24. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Vorpressen (140) bei dem Vorpressdruck (VD) zwischen 0,2 N/mm2 und 0,3 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm2 und 0,27 N/mm2, durchgeführt wird.
25. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Verfahren nach erfolgtem Vorpressen (150) den Schritt des Übergebens (170) des vorgepressten Formteils (10) mittels des Saugwerkzeugs (2) an die Heißpressstation (4) umfasst, wobei dabei das Formteil (10) zum nachfolgenden Heißpressen (150) aus dem Saugwerkzeug (2) entfernt wird.
26. Das Verfahren (100) nach Anspruch 25, wobei die Heißpressstation (4) ein Heiß- press-Unterwerkzeug (41) mit einer Heißpressseite (41a) angepasst an eine Kontur (lOi) des Formteils (10) und ein Heißpress-Oberwerkzeug (42) umfasst, wobei beim Übergeben (170) das Formteil (10) vom Saugwerkzeug (2) auf das Heißpress-Un- terwerkzeug (41) auf- oder eingesetzt wird und beim Heißpressen (150) das Heißpress-Oberwerkzeug (42) auf das Heißpress-Unterwerkzeug (41) mit dem dazwischen angeordneten Formteil (10) gepresst wird.
27. Das Verfahren (100) nach Anspruch 26, wobei das Heißpress-Unterwerkzeug (41) aus Metall gefertigt ist.
28. Das Verfahren (100) nach Anspruch 26 oder 27, wobei das Heißpress-Unterwerkzeug (41) Kanäle (41k) zu seiner Heißpressseite (41a) umfasst, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen (150) zumindest teilweise abgeführt werden kann.
29. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei das Heißpress- Oberwerkzeug (42) zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite (42i) an die Kontur (10a) des Formteils (10) angepasst ist, vorzugsweise ist das Heißpress- Oberwerkzeug (42) aus Metall gefertigt.
30. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei Heißpress-Unter werkzeug (41) und Heißpress-Oberwerkzeug (42) beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen besitzen, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug (42) eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug (41).
31. Das Verfahren (100) nach Anspruch 30, wobei sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C, unterscheiden.
32. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Heißpressen bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgefuhrt wird.
33. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei das Heißpressen (140) bei dem Heißpressdruck (HD) höher dem Vorpressdruck (VD) durchgeführt wird.
34. Das Verfahren (100) nach Anspruch 33, wobei der Heißpressdruck (HD) zwischen 0,5 N/mm2 und 1,5 N/mm2, vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm2 und 1,2 N/mm2, durchgeführt wird.
35. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei der Heißpressdruck (HD) für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt wird.
36. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Kontur des Formteils (10) so gestaltet ist, dass alle Flächen (lOf) des Formteils (10) einen Winkel (a) von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung (PR) beim Heißpressen (150) besitzen.
37. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei die Ausgabe des endgeformten Formteils (10) an weiterverarbeitende Stationen der Faserformanlage (20) erfolgt.
38. Das Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüchen, umfassend den zusätzlichen Schritt des Beschichtens (180) des Formteils (10), vorzugsweise des endgeformten Formteils (10), mit ein oder mehreren funktionalen Schichten (15).
39. Eine Faser formanlage (20) zur Herstellung von Formteilen (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) mittels eines Verfahrens (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche umfassend
Ein Reservoir (30) zur Bereitstellung (110) einer Pulpe (1) als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11);
Ein an einer Bewegungseinheit (40) angebrachtes Saugwerkzeug (2) mit ei nem Saugkopf (21) mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite (21 i), die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils ( 10) angepasst ist, wobei die Bewegungseinheit (30) dazu ausgestaltet ist, das Saugwerkzeug (2) mit der Pulpe (1) mittels Aufsetzen auf oder zumindest partielles Eintau chen in die Pulpe (1) zu kontaktieren (120); wobei das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet ist, das Formteil (10) mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials (11) auf die Saugkopf-Saugseite (21 i) mittels Unterdrück im Saugwerkzeug (2) anzuformen (130); eine Vorpressstation (3) zum Vorpressen (140) des angeformten Formteils (10) mit einem Vorpressdruck (VD) zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10); und eine Heißpressstation (4) zum Heißpressen (150) des vorgepressten Formteils (10) mit einem Heißpressdruck (HD) zur Endformung des Formteils (10) und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil (10); und einer Ausgabeeinheit (50) zur Ausgabe (160) des endgeformten Formteils
(10).
40. Die Faser formanlage (20) nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserformanlage (20) eine Steuereinheit (60) zur Steuerung des ausgeführ- ten Verfahrens umfasst.
41. Die Faserformanlage (20) nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser formanlage (20) zusätzlich eine Beschichtungseinheit (70) zum Aufbringen einer oder mehrerer fimktionaler Schichten auf das Formteil (10) umfasst.
42. Formteil (10) aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38 oder hergestellt mit einer Fa serformanlage nach einem der Ansprüche 39 bis 41.
43. Das Formteil nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (10) eine Kontur besitzt, bei der alle Flächen (lOf) des Formteils (10) einen Winkel (a) von mindestens 3 Grad zu einer Pressrichtung (PR) beim Heißpressen (150) besitzen.
44. Das Formteil nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial (11) keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder, umfasst.
45. Das Formteil nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial (11) im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faser länge kleiner als 5 mm besteht.
46. Das Formteil nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (10) ein oder mehreren funktionalen Schichten (15) aufgebracht auf dem umweltverträglich abbaubaren Fasermaterial (11) umfasst.
47. Das Formteil nach einem der Ansprüche 42 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (11) des Formteils (10) Dotierungen oder Bestandteile umfasst, die sich aufgrund ihrer Konzentration, einer Anwendung des Formteils (10) und/oder Umweltbedingungen aus dem Fasermaterial (11) des Formteils (11) in gewünschter Weise herauslösen, um eine für die Anwendung des Formteils (11) unterstützende Wirkung zu entfalten.
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