WO2022171572A1 - Verfahren zur herstellung eines behälters aus fasermaterial und behälter aus fasermaterial - Google Patents

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Küros Schiffer
Thomas Clos
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M+C Schiffer Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a container made of fiber material and a container produced according to this method, in particular a packaging for a toothbrush or an interdental cleaning device.
  • Packaging for consumer items usually has to be produced in large quantities and as cost-effectively as possible.
  • Conventional packaging consists, for example, of a tray that is closed by sticking a film on it.
  • the shell is usually made of plastic.
  • Such a package is disclosed in EP 3 611 108 A1.
  • Such a shell is usually produced by thermal forming (thermoforming) of a plastic film.
  • thermal forming thermoforming
  • a flat blank of a plastic film is plasticized by heating and formed into a shell by means of a deep-drawing stamp and, if necessary, additionally with compressed air or by applying a vacuum. Similar to the deep-drawing of sheet metal, this process is often also referred to as deep-drawing.
  • Such a method is disclosed, for example, in EP 0 536 517 A1 and WO 2016/095892 A1.
  • the thickness of the film in the area of the side walls of the shell is reduced as a result of the thermal stress and the deformation of the plastic film during forming.
  • a film with a particularly large thickness is therefore often used as the starting material. This has the disadvantage that more material has to be used than is actually necessary, since in this way the wall thickness in the area of the bottom of the shell turns out to be greater than actually necessary.
  • EP 0 536 517 A1 proposes that the required amount of material can be reduced by using a plastic with closed pores.
  • plastic film has to be cut to the required size after forming. This often results in excess cutting that cannot be reused and thus unnecessarily increases material consumption.
  • plastic is largely made from fossil raw materials and its production thus contributes to the emission of carbon dioxide. In addition, very few plastics are biodegradable, so that the disposal of plastic products leads to significant environmental pollution.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a container which consists predominantly of renewable, easily recyclable and environmentally friendly raw materials.
  • the manufacturing process should be able to be carried out inexpensively.
  • the method should be distinguished by the economical use of materials.
  • the method should be suitable for the production of thin-walled and at the same time dimensionally stable containers, in particular packaging for consumer goods.
  • the invention relates to a method for producing a container comprising a shell and a lid, which comprises the following steps:
  • the invention also relates to a container that can be produced using the method according to the invention.
  • An essential element of the invention is the production of the shell by reshaping a fiber material.
  • Fiber material consists of renewable raw materials, such as wood fiber, and is therefore easily compostable or recyclable.
  • the tray By making the tray from this eco-friendly material, the amount of less eco-friendly plastic used can be significantly reduced compared to traditional containers.
  • a further advantage of the invention is that the tray produced by deep-drawing the fibrous material does not have folded edges or side openings, unlike conventional folded cardboard packaging. In addition, the time-consuming folding of a cardboard blank is no longer necessary.
  • the container that can be produced by the method has a shell made of fiber material and a lid attached thereto.
  • the container is particularly suitable as packaging for consumer goods.
  • the lid can completely or partially close the container.
  • the container is preferably completely closed, so that the goods in the container are shielded from external influences.
  • the container is therefore particularly suitable as packaging for foodstuffs or hygiene articles.
  • the container is the packaging of one or more dental cleaning implements, such as a toothbrush or dental floss holder.
  • the shell of the container is characterized by having a bottom, side walls and an opening.
  • the opening is usually on the opposite side of the tray from the bottom.
  • the opening is preferably bounded by a flange which encloses all or part of the opening and is at an angle to the side walls. This flange is used for better attachment of the cover.
  • the base of the shell can have, for example, a rectangular, oval, kidney-shaped or round base.
  • the shell is formed by reshaping a first sheet of material made of fibrous material.
  • a fiber material obtained from vegetable raw materials is referred to as fiber material.
  • the fibrous material preferably contains cellulose and preferably comprises wood pulp, semi-chemical pulp or chemical pulp. Mechanical pulp is produced by defibration of plant material, particularly wood, and includes lignocellulose. In semi-pulp, the lignin content is reduced compared to wood pulp. In pulp, the lignin content is almost completely reduced by chemical pulping processes.
  • the fiber material can be obtained, for example, from wood, in particular softwood or hardwood, straw, hemp, cotton, flax, bamboo, bagasse and/or kenaf.
  • the fiber material can preferably also include waste paper. In a preferred embodiment, the fiber material consists of waste paper.
  • the fiber material can include rags, ie vegetable fibers that are obtained from textile waste, for example from cotton or linen.
  • the fiber material preferably does not include any synthetic fibers.
  • the fiber material preferably consists entirely of vegetable raw materials.
  • the fiber material preferably consists of fully compostable components.
  • the fiber material can also contain fillers and/or binders. Chalk is preferably used as a filler.
  • Polylactides are preferably used as binders, in particular polylactides obtained from corn starch. The admixture of polylactide to the fiber material favors the forming.
  • the proportion of polylactide, based on the total weight of the fiber material, is preferably 1 to 50% by weight, preferably 2 to 30% by weight, particularly preferably 5 to 15% by weight.
  • the forming of the first flat material takes place in a forming device.
  • This preferably has a movable deep-drawing punch and a deep-drawing die.
  • the first flat material is first placed on the deep-drawing die and then pressed into the cavity of the die by the punch, thereby forming a shell.
  • the forming device also has one or more spring-loaded hold-down devices, so that the first flat material can be clamped between the deep-drawing die and the hold-down device. This prevents or controls the first flat material from slipping down into the recess of the deep-drawing die.
  • the first flat material is heated before and/or during the forming.
  • the forming device preferably comprises a heating device for heating the first flat material to be formed.
  • the first flat material is moistened before and/or during the forming.
  • the first flat material can be moistened on one or both sides.
  • the first flat material is preferably moistened on both sides.
  • the forming device preferably includes a moistening device.
  • the first flat material is both heated and moistened before and/or during the forming.
  • a foil or cardboard consisting of the fiber material can be used as the first flat material.
  • the sheet material can be rigid or flexible.
  • the thickness of the material can be the same over the entire surface or can vary.
  • the sheet material at those points that are particularly strongly deformed during forming, thickening. This allows the reduction in wall thickness of the material that occurs during forming to be compensated.
  • the thickenings are preferably arranged in the area of the flat material that forms the side walls of the shell during reshaping, since the strongest deformation and thus also the greatest reduction in wall thickness occurs in this area.
  • the sheet material is obtained by extruding granulated fibrous material into a web.
  • the web is then cut to the desired size, if necessary.
  • the size of the cut depends on the desired size of the bowl.
  • An advantage of this method is that the width of the web can be adjusted in the extrusion process, for example by suitably dimensioning the extrusion die.
  • the width of the web is preferably selected such that it corresponds to the width of the blank required for the reshaping, or to an integer multiple thereof. In this way it is possible to reduce to a minimum the amount of excess fibrous material produced during cutting, since the web either does not have to be cut widthwise at all or can be cut into precisely fitting pieces.
  • a particularly preferred embodiment of the method provides that the first flat material is produced by injection molding of the fiber material.
  • the first flat material is provided as a flat molded part, from which the shell is formed during the subsequent forming.
  • the particular advantage of this process is that the size and geometry of the flat molded part can be precisely adapted to the requirements of the forming process. This means that the flat molded part no longer has to be cut to size and there is no excess waste product. In this way, the amount of fiber material used is optimally utilized.
  • fiber material whose composition is not suitable for producing a film by a conventional extrusion process can also be processed by injection molding.
  • the injection molding takes place in an injection molding station.
  • This includes an injection mold, which usually has a movable mold.
  • the injection mold can be closed for the injection molding process and opened to remove the flat molded part.
  • the fibrous material is preferably provided in the form of granules for the injection molding process, which, in conjunction with the supply of heat, is metered into a mouldable, homogeneous mass and then injected into the closed injection mold.
  • the injection molding is carried out, for example, by spot gating, preferably perpendicular to the plane of the flat molded part, or by surface gating, preferably parallel to the plane of the flat molded part.
  • spot gating preferably perpendicular to the plane of the flat molded part
  • surface gating preferably parallel to the plane of the flat molded part.
  • the gating surface on the shell can also be seen in surface gating, but if surface gating takes place parallel to the plane of the molded part, the gating surface is in an edge area of the shell and is therefore less visible. For this reason, surface gating is preferable in order to achieve a uniform shell appearance.
  • injection molding of the fiber material is used in order to produce thickenings in the flat shaped part at those points that are particularly severely deformed during forming.
  • the reduction in the wall thickness of the material that occurs during forming can be compensated for in this way.
  • the particular advantage of injection molding lies in the fact that the shape and position of the thickenings can be adjusted with great accuracy by a suitable design of the injection mold. In this way, injection molding contributes to further material savings.
  • the reshaping of the first flat material by deep-drawing and the provision of the first flat material by injection molding proceed synchronously. This means that exactly one forming step is carried out per injection molding cycle.
  • the injection molding station has a movable mold for closing the injection mold, with the movement of the mold being coupled to the movement of the deep-drawing punch of the forming device.
  • the movable forming tool and the deep-drawing punch are preferably mechanically coupled to one another, so that both are moved at the same time.
  • the movable forming tool and the deep-drawing punch are driven by the same motor. This enables the injection molding and the forming to be carried out synchronously.
  • a transfer device is preferably provided, which removes the first flat material from the injection molding station and transfers it to the forming device.
  • the method also includes closing the tray by attaching a lid of a second sheet material.
  • the second flat material can consist of plastic or a fiber material, for example.
  • the second sheet material preferably consists of the fiber material described above.
  • the lid can in particular be in the form of a slide or a card.
  • the second sheet of material is substantially planar, it may have a peripheral edge that extends from the planar surface for attachment to the shell. In this way, the lid can close the shell in the manner of a clamping lid.
  • a lid secured in this manner is releasably secured to the tray so that the tray can be easily opened and reclosed.
  • the lid is glued to the tray.
  • the adhesive connection can be designed in such a way that it is irreversibly destroyed when the lid is opened, so that the shell cannot be closed again.
  • the tray is filled with the item to be packaged before the lid is attached to the tray.
  • the production of the shell and the attachment of the lid can take place with more or less great time and space distance from each other.
  • the shell can first be produced at a first location, then transported to a second location and filled with the goods to be packaged, and finally closed at a third location by fastening the lid.
  • FIG. 1 Schematic representation of the first sheet material
  • FIG. 2 schematic representation of the first sheet material
  • Forming device during forming
  • FIG. 5 schematic representation of an injection molding station.
  • Figures 1 and 2 show schematic representations of the first flat material 10 and the forming device 20.
  • Figure 1 shows the first flat material 10 before the beginning of the forming.
  • the first flat material 10 rests on the deep-drawing die 21 and is clamped by the hold-down devices 22 .
  • a movable deep-drawing punch 23 then presses the first flat material 10 into the recess of the deep-drawing die 21, the first flat material 10 being formed into a shell (FIG. 2).
  • the shell has a bottom 12, side walls 13 and a flange 14.
  • the side walls 13 are formed from the thickenings 11 of the first flat material 10 . In this way, a reduction in the wall thickness during forming is compensated for, so that the shell has essentially the same wall thickness in the area of the side walls 13 as in the area of the base 12.
  • the deep-drawing punch 23 is moved upwards again out of the depression in the deep-drawing die 21 .
  • the hold-down devices 22 are then released in order to remove the shell from the forming device 20 .
  • FIGS. 3A and 3B show schematic representations of a first sheet material 10 produced by injection molding.
  • FIG. 3A shows a plan view of the first sheet material 10
  • FIG. 3B shows a cross-sectional view.
  • the first flat material 10 has a circumferential thickening 11 which is arranged in the area which will later be formed into the side walls of the shell.
  • the first flat material 10 shown in this embodiment is produced by spot gating at the injection points 15 perpendicular to the plane of the first flat material.
  • FIGS. 4A and 4B show a further embodiment of a first sheet material 10 produced by injection molding.
  • the first sheet material 10 has a peripheral thickening 11 which forms the side walls of the shell during later reshaping.
  • the embodiment in FIG. 4A is produced by surface casting parallel to the plane of the first sheet material 10 .
  • the sprue channel 34 is shown schematically and opens into the two injection points 16 at the edge of the first flat material 10.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an injection molding station 30 for producing a first flat material.
  • the injection molding station 30 comprises a movable mold tool 32 and a stationary mold half 31.
  • the movable mold tool 32 and the mold half 31 together form a mold cavity 35 in which the first sheet material 10 can be produced.
  • the mold cavity 35 has bulges 36 to produce a peripheral thickening on the first flat material.
  • a sprue channel 33 for injecting the fiber material is provided in the mold half 31 .
  • the sprue channel 33 opens out perpendicularly to the plane of the first flat material and is designed here in the form of a nozzle for spot gating. In an alternative embodiment not illustrated here, the sprue channel 33 can also be formed in the movable mold 32 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters umfassend eine Schale und einen Deckel, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines ersten flächigen Materials bestehend aus Fasermaterial; (b) Umformen des ersten flächigen Materials zu einer Schale unter Einsatz eines Tiefziehverfahrens in einer Umformvorrichtung und unter Ausbildung von Seitenwänden der Schale; und (c) Verschließen der Schale durch Befestigen eines Deckels aus einem zweiten flächigen Material. Das erste flächige Material (10) wird insbesondere durch Spritzgießen des Fasermaterials in einer Spritzgießstation (30) bereitgestellt. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Behälter, insbesondere eine Verpackung für eines oder mehrere Zahnreinigungsgeräte.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus Fasermaterial und Behälter aus
Fasermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus Fasermaterial und einen nach diesem Verfahren hergestellten Behälter, insbesondere eine Verpackung für eine Zahnbürste oder ein Interdentalreinigungsgerät.
STAND DER TECHNIK
Verpackungen für Konsumartikel, beispielsweise für Lebensmittel oder Hygieneartikel wie Zahnbürsten oder dergleichen, müssen üblicherweise in großer Stückzahl und möglichst kostengünstig hergestellt werden. Herkömmliche Verpackungen bestehen beispielsweise aus einer Schale, die durch Aufkleben einer Folie verschlossen wird. Die Schale besteht üblicherweise aus Kunststoff. Eine derartige Verpackung ist in EP 3 611 108 A1 offenbart.
Die Herstellung einer solchen Schale erfolgt üblicherweise durch thermische Umformung (Thermoformen) einer Kunststofffolie. Dabei wird ein flach liegender Zuschnitt einer Kunststofffolie durch Erwärmen plastifiziert und mittels eines Tiefziehstempels und ggf. zusätzlich mit Druckluft oder Anlegen eines Unterdrucks zu einer Schale umgeformt. Analog zum Tiefziehen von Metallblechen wird dieser Prozess häufig auch als Tiefziehen bezeichnet. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in EP 0 536 517 A1 und WO 2016/095892 A1 offenbart.
Durch die thermische Belastung und die Verformung der Kunststofffolie beim Umformen verringert sich die Dicke der Folie im Bereich der Seitenwände der Schale. Um die Verringerung der Foliendicke auszugleichen und die für die Formstabilität erforderliche Wandstärke zu gewährleisten, wird deshalb häufig eine Folie mit besonders großer Dicke als Ausgangsmaterial verwendet. Dies hat den Nachteil, dass mehr Material eingesetzt werden muss als eigentlich nötig, da auf diese Weise die Wandstärke im Bereich des Bodens der Schale größer ausfällt als eigentlich erforderlich. Zur Lösung dieses Problems schlägt die EP 0 536 517 A1 vor, dass durch Verwendung eines Kunststoffes mit geschlossenen Poren die erforderliche Materialmenge reduziert werden kann.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Herstellungsverfahren besteht darin, dass die Kunststofffolie nach dem Umformen auf die nötige Größe zugeschnitten werden muss. Dabei fällt häufig überschüssiger Zuschnitt an, der nicht weiterverwendet werden kann und somit den Materialverbrauch unnötig erhöht. Ein weiterer Nachteil an den bekannten Verfahren besteht in der Verwendung von Kunststoff als Verpackungsmaterial. Kunststoff wird zum Großteil aus fossilen Rohstoffen gewonnen und seine Herstellung trägt somit zum Ausstoß von Kohlendioxid bei. Zudem sind die wenigsten Kunststoffe biologisch abbaubar, so dass die Entsorgung von Kunststoffprodukten zu einer erheblichen Umweltbelastung führt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters, welches zum überwiegenden Teil aus nachwachsenden, leicht wiederverwertbaren und umweltfreundlichen Rohstoffen besteht, bereitzustellen. Das Herstellungsverfahren soll kostengünstig durchzuführen sein. Insbesondere soll sich das Verfahren durch einen sparsamen Materialeinsatz auszeichnen. Außerdem soll sich das Verfahren zur Herstellung dünnwandiger und gleichzeitig formstabiler Behälter, insbesondere von Verpackungen für Konsumgüter, eignen.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren zur Herstellung eines Behälters und den Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters umfassend eine Schale und einen Deckel, welches die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines ersten flächigen Materials bestehend aus Fasermaterial;
(b) Umformen des ersten flächigen Materials zu einer Schale unter Einsatz eines Tiefziehverfahrens in einer Umformvorrichtung und unter Ausbildung von Seitenwänden der Schale;
(c) Verschließen der Schale durch Befestigen eines Deckels aus einem zweiten flächigen Material.
Die Erfindung betrifft außerdem einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Behälter.
Ein wesentliches Element der Erfindung ist die Herstellung der Schale durch Umformen eines Fasermaterials. Fasermaterial besteht aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise aus Holzfaser, und ist damit leicht kompostierbar bzw. wiederverwertbar. Dadurch, dass die Schale aus diesem umweltfreundlichen Material hergestellt wird, kann die eingesetzte Menge von weniger umweltfreundlichem Kunststoff im Vergleich zu herkömmlichen Behältern deutlich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die durch Tiefziehen des Fasermaterials hergestellte Schale anders als herkömmliche Verpackungen aus gefaltetem Karton keine Falzkanten oder seitliche Öffnungen aufweist. Zudem entfällt das aufwändige Falten eines Kartonzuschnitts.
Nachfolgend werden einzelne Merkmale der Erfindung näher erläutert.
Der durch das Verfahren herstellbare Behälter weist eine Schale aus Fasermaterial und einen daran befestigten Deckel auf. Der Behälter eignet sich insbesondere als Verpackung für Konsumgüter. Der Deckel kann den Behälter vollständig oder teilweise schließen. Vorzugsweise ist der Behälter vollständig geschlossen, so dass das sich in dem Behälter befindliche Gut von Außeneinflüssen abgeschirmt wird. Der Behälter eignet sich damit insbesondere als Verpackung für Lebensmittel oder Hygieneartikel. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Behälter um die Verpackung eines oder mehrerer Zahnreinigungsgeräte, wie beispielsweise einer Zahnbürste oder eines Zahnseidehalters.
Die Schale des Behälters ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Boden, Seitenwände und eine Öffnung aufweist. Die Öffnung liegt üblicherweise auf der dem Boden gegenüberliegenden Seite der Schale. Die Öffnung ist vorzugsweise von einem Flansch begrenzt, der die Öffnung ganz oder teilweise umschließt und in einem Winkel zu den Seitenwänden steht. Dieser Flansch dient zur besseren Befestigung des Deckels. Der Boden der Schale kann beispielsweise eine rechteckige, ovale, nierenförmige oder runde Grundfläche aufweisen.
Die Schale wird durch Umformen eines ersten flächigen Materials gebildet, welches aus Fasermaterial besteht. Als Fasermaterial wird im Rahmen dieser Erfindung ein aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnenes Fasermaterial bezeichnet. Das Fasermaterial enthält vorzugsweise Cellulose und umfasst vorzugsweise Holzstoff, Halbzellstoff oder Zellstoff. Holzstoff wird durch Zerfaserung aus Pflanzenmaterial, insbesondere Holz, hergestellt und umfasst Lignocellulose. Bei Halbzellstoff ist der Ligninanteil gegenüber Holzstoff reduziert. In Zellstoff ist der Ligninanteil durch chemische Aufschlussverfahren fast vollständig reduziert. Das Fasermaterial kann beispielsweise aus Holz, insbesondere Nadelholz oder Laubholz, Stroh, Hanf, Baumwolle, Flachs, Bambus, Bagasse und/oder Kenaf gewonnen werden. Das Fasermaterial kann vorzugsweise auch Altpapier umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Fasermaterial aus Altpapier. Des Weiteren kann das Fasermaterial Hadernstoffe umfassen, also pflanzliche Faserstoffe, die aus textilen Abfällen gewonnen werden, beispielsweise aus Baumwolle oder Leinen. Das Fasermaterial umfasst vorzugsweise keine synthetischen Fasern.
Das Fasermaterial besteht vorzugsweise vollständig aus pflanzlichen Rohstoffen. Vorzugsweise besteht das Fasermaterial aus vollständig kompostierbaren Bestandteilen.
Das Fasermaterial kann zusätzlich Füllstoffe und/oder Bindemittel enthalten. Als Füllstoff wird vorzugsweise Kreide eingesetzt. Als Bindemittel werden vorzugsweise Polylactide eingesetzt, insbesondere aus Maisstärke gewonnene Polylactide. Die Beimischung von Polylactid zu dem Fasermaterial begünstigt das Umformen. Der Anteil von Polylactid bezogen auf das Gesamtgewicht des Fasermaterials beträgt vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%.
Das Umformen des ersten flächigen Materials findet in einer Umformvorrichtung statt. Diese weist vorzugsweise einen beweglichen Tiefziehstempel und eine Tiefziehmatrize auf. Zum Umformen wird das erste flächige Material zunächst auf die Tiefziehmatrize gelegt und anschließend durch den Stempel in die Vertiefung der Matrize hineingedrückt und dabei zu einer Schale geformt. Vorzugsweise weist die Umformvorrichtung außerdem einen oder mehrere federbelastete Niederhalter auf, so dass das erste flächige Material zwischen Tiefziehmatrize und Niederhalter eingespannt werden kann. Dies verhindert bzw. steuert das Nachrutschen des ersten flächigen Materials in die Vertiefung der Tiefziehmatrize.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste flächige Material vor und/oder während des Umformens erwärmt. Zu diesem Zweck umfasst die Umformvorrichtung vorzugsweise eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des umzuformenden ersten flächigen Materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste flächige Material vor und/oder während des Umformens befeuchtet. Das erste flächige Material kann ein- oder beidseitig befeuchtet werden. Vorzugsweise wird das erste flächige Material beidseitig befeuchtet. Zu diesem Zweck umfasst die Umformvorrichtung vorzugsweise eine Befeuchtungseinrichtung.
Für den Umformprozess ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste flächige Material vor und/oder während des Umformens sowohl erwärmt als auch befeuchtet wird.
Als erstes flächiges Material können beispielsweise eine Folie oder ein Karton bestehend aus dem Fasermaterial eingesetzt werden. Das flächige Material kann starr oder flexibel sein.
Die Dicke des Materials kann über die gesamte Fläche gleich sein oder variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das flächige Material allerdings an denjenigen Stellen, die beim Umformen besonders stark verformt werden, Verdickungen auf. Damit lässt sich die beim Umformen auftretende Verringerung der Wandstärke des Materials ausgleichen. Die Verdickungen sind vorzugsweise in dem Bereich des flächigen Materials angeordnet, der beim Umformen die Seitenwände der Schale ausbildet, da in diesem Bereich die stärkste Verformung und damit auch die größte Reduktion der Wandstärke auftritt.
In einer Ausführungsform wird das flächige Material durch Extrusion von granuliertem Fasermaterial zu einer Bahn gewonnen. Die Bahn wird anschließend gegebenenfalls auf die gewünschte Größe zugeschnitten. Die Größe des Zuschnitts richtet sich nach der gewünschten Größe der Schale. Ein Vorteil an diesem Verfahren ist, dass die Breite der Bahn im Extrusionsprozess eingestellt werden kann, beispielsweise durch eine geeignete Dimensionierung der Extrusionsdüse. Vorzugsweise wird die Breite der Bahn so gewählt, dass sie der Breite des für das Umformen benötigten Zuschnitts entspricht, bzw. einem ganzzahligen Vielfachen davon. Auf diese Weise ist es möglich, die Menge des beim Zuschneiden anfallenden überschüssigen Fasermaterials auf ein Minimum zu reduzieren, da die Bahn in der Breite entweder gar nicht zerschnitten werden muss oder in genau passende Stücke zerschnitten werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das erste flächige Material durch Spritzgießen des Fasermaterials hergestellt wird. Auf diese Weise wird das erste flächige Material als flächiges Formteil bereitgestellt, aus dem beim anschließenden Umformen die Schale gebildet wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht insbesondere darin, dass die Größe und Geometrie des flächigen Formteils exakt an die Erfordernisse des Umformens angepasst werden können. Somit muss das flächige Formteil nicht mehr zugeschnitten werden und es entsteht kein überschüssiges Abfallprodukt. Auf diese Weise wird die eingesetzte Menge an Fasermaterial optimal ausgenutzt. Des Weiteren kann durch Spritzgießen auch Fasermaterial verarbeitet werden, dessen Zusammensetzung sich nicht zur Herstellung einer Folie durch einen herkömmlichen Extrusionsprozess eignet.
Das Spritzgießen findet in einer Spritzgießstation statt. Diese umfasst eine Spritzgießform, welche üblicherweise ein bewegliches Formwerkzeug aufweist. Mittels des beweglichen Formwerkzeugs kann die Spritzgießform für den Spritzgießvorgang geschlossen und zur Entnahme des flächigen Formteils geöffnet werden.
Das Fasermaterial wird für das Spritzgießen vorzugsweise in Form von Granulat bereitgestellt, welches in Verbindung mit Wärmezufuhr zu einer formbaren homogenen Masse dosiert und anschließend in die geschlossene Spritzgießform gespritzt wird. Das Spritzgießen erfolgt beispielsweise durch Punktanguss, vorzugsweise senkrecht zur Ebene des flächigen Formteils, oder durch Flächenanguss, vorzugsweise parallel zur Ebene des flächigen Formteils. Bei dem Einsatz von Punktanguss verbleibt ein sichtbarer Anspritzpunkt an dem Formteil, der auch an der Schale erkennbar bleibt. Auch im Flächenanguss kann die Anspritzfläche an der Schale erkennbar sein, allerdings befindet sich die Anspritzfläche, sofern der Flächenanguss parallel zur Ebene des Formteils stattfindet, in einem Randbereich der Schale und ist somit weniger gut sichtbar. Aus diesem Grund ist der Flächenanguss zu bevorzugen, um ein einheitliches Äußeres der Schale zu erzielen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Spritzgießen des Fasermaterials eingesetzt, um in dem flächigen Formteil Verdickungen an denjenigen Stellen zu erzeugen, die beim Umformen besonders stark verformt werden. Wie oben beschrieben, lässt sich hierdurch die beim Umformen auftretende Verringerung der Wandstärke des Materials ausgleichen. Der besondere Vorteil des Spritzgießens liegt darin, dass die Form und Position der Verdickungen durch eine geeignete Ausgestaltung der Spritzgießform mit hoher Genauigkeit einzustellen sind. Auf diese Weise trägt das Spritzgießen zu einer weiteren Materialeinsparung bei.
In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen das Umformen des ersten flächigen Materials durch Tiefziehen und das Bereitstellen des ersten flächigen Materials durch Spritzgießen synchron. Damit ist gemeint, dass pro Spritzgießzyklus genau ein Umformschritt durchgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Spritzgießstation ein bewegliches Formwerkzeug zum Schließen der Spritzgießform auf, wobei die Bewegung des Formwerkzeuges an die Bewegung des Tiefziehstempels der Umformvorrichtung gekoppelt ist. Vorzugsweise sind das bewegliche Formwerkzeug und der Tiefziehstempel mechanisch aneinander gekoppelt, so dass beide gleichzeitig bewegt werden. Vorzugsweise werden das bewegliche Formwerkzeug und der Tiefziehstempel von demselben Motor angetrieben. Dies ermöglicht eine synchrone Durchführung des Spritzgießens und des Umformens.
Vorzugsweise ist eine Umsetzvorrichtung vorgesehen, welche das erste flächige Material aus der Spritzgießstation entnimmt und in die Umformvorrichtung umsetzt.
Das Verfahren umfasst außerdem das Verschließen der Schale durch Befestigen eines Deckels aus einem zweiten flächigen Material. Das zweite flächige Material kann beispielsweise aus Kunststoff oder aus einem Fasermaterial bestehen. Vorzugsweise besteht das zweite flächige Material aus dem oben beschriebenen Fasermaterial. Der Deckel kann insbesondere die Form einer Folie oder einer Karte haben. Obwohl das zweite flächige Material im Wesentlichen eben ist, kann es beispielsweise einen umlaufenden Rand aufweisen, der von der Ebene absteht und zur Befestigung an der Schale dient. Auf diese Weise kann der Deckel die Schale nach Art eines Klemmdeckels verschließen. Ein auf diese Art befestigter Deckel ist lösbar an der Schale befestigt, sodass die Schale leicht geöffnet und wieder verschlossen werden kann. In einer alternativen Ausführungsform ist der Deckel mit der Schale verklebt. Die Klebeverbindung kann dabei so ausgelegt sein, dass sie beim Öffnen des Deckels irreversibel zerstört wird, so dass die Schale nicht erneut verschlossen werden kann. Im Falle eines durch Verkleben befestigten Deckels, wird die Schale mit dem jeweils zu verpackenden Gut befüllt, bevor der Deckel an der Schale befestigt wird.
Die Herstellung der Schale und das Befestigen des Deckels können mit mehr oder weniger großem zeitlichen und räumlichen Abstand voneinander stattfinden. So kann beispielsweise zunächst die Schale an einem ersten Ort hergestellt werden, dann an einen zweiten Ort transportiert und mit dem zu verpackenden Gut befüllt werden und schließlich an einem dritten Ort durch Befestigen des Deckels verschlossen werden.
Weitere Ausführungsformen sind zum besseren Verständnis der Erfindung in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Diese zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung des ersten flächigen Materials und der
Umformvorrichtung vor dem Umformen;
Fig. 2 schematische Darstellung des ersten flächigen Materials und der
Umformvorrichtung während des Umformens;
Fig. 3 A Draufsicht auf ein durch Spritzgießen hergestelltes erstes flächige Material gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 B Querschnittsansicht eines durch Spritzgießen hergestellten ersten flächigen Materials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 A Draufsicht auf ein durch Spritzgießen hergestelltes erstes flächige Material gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 B Querschnittsansicht eines durch Spritzgießen hergestellten ersten flächigen Materials gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 5 schematische Darstellung einer Spritzgießstation. Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen des ersten flächigen Materials 10 und der Umformvorrichtung 20. Figur 1 zeigt das erste flächige Material 10 vor dem Beginn des Umformens. Das erste flächige Material 10 liegt hierbei auf der Tiefziehmatrize 21 auf und wird von den Niederhaltern 22 eingeklemmt. Ein beweglicher Tiefziehstempel 23 drückt dann das erste flächige Material 10 in die Vertiefung der Tiefziehmatrize 21 , wobei das erste flächige Material 10 zu einer Schale umgeformt wird (Figur 2).
Die Schale weist einen Boden 12, Seitenwände 13 und einen Flansch 14 auf. Während des Umformens werden die Seitenwände 13 aus den Verdickungen 11 des ersten flächigen Materials 10 gebildet. Auf diese Weise wird eine Reduktion der Wandstärke beim Umformen ausgeglichen, sodass die Schale im Bereich der Seitenwände 13 im Wesentlichen die gleiche Wandstärke hat wie im Bereich des Bodens 12.
Nach dem Umformen wird der Tiefziehstempel 23 wieder nach oben aus der Vertiefung der Tiefziehmatrize 21 herausbewegt. Anschließend werden die Niederhalter 22 gelöst, um die Schale aus der Umformvorrichtung 20 zu entnehmen.
Die Figuren 3A und 3B zeigen schematische Darstellungen eines durch Spritzgießen hergestellten ersten flächigen Materials 10. Figur 3A zeigt eine Draufsicht auf das erste flächige Material 10, Figur 3B zeigt eine Querschnittsansicht. Das erste flächige Material 10 weist eine umlaufende Verdickung 11 auf, die in dem Bereich angeordnet ist, der später zu den Seitenwänden der Schale umgeformt wird. Das in dieser Ausführungsform gezeigte erste flächige Material 10 wird durch Punktanguss an den Anspritzpunkten 15 senkrecht zur Ebene des ersten flächigen Materials hergestellt.
Die Figuren 4A und 4B zeigen eine weitere Ausführungsform eines durch Spritzgießen hergestellten ersten flächigen Materials 10. Auch in dieser Ausführungsform weist das erste flächige Material 10 eine umlaufende Verdickung 11 auf, die beim späteren Umformen die Seitenwände der Schale bildet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß der Figur 3A wird die Ausführungsform in Figur 4A durch Flächenanguss parallel zur Ebene des ersten flächigen Materials 10 hergestellt. Der Angusskanal 34 ist schematisch eingezeichnet und mündet in die beiden Anspritzpunkte 16 am Rand des ersten flächigen Materials 10.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Spritzgießstation 30 zur Herstellung eines ersten flächigen Materials. Die Spritzgießstation 30 umfasst ein bewegliches Formwerkzeug 32 und eine unbewegliche Formhälfte 31. Das bewegliche Formwerkzeug 32 und die Formhälfte 31 bilden zusammen ein Formnest 35 aus, in welchem das erste flächige Material 10 hergestellt werden kann. Das Formnest 35 weist Ausbuchtungen 36 zur Herstellung einer umlaufenden Verdickung an dem ersten flächigen Material auf. In der Formhälfte 31 ist ein Angusskanal 33 zum Einspritzen des Fasermaterials vorgesehen. Der Angusskanal 33 mündet senkrecht zur Ebene des ersten flächigen Materials und ist hier in Form einer Düse zum Punktanguss ausgebildet. In einer alternativen, hier nicht illustrierten Ausführungsform kann der Angusskanal 33 auch in dem beweglichen Formwerkzeug 32 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste Erstes flächiges Material Verdickung Boden Seitenwände Flansch Anspritzpunkte zum Punktanguss Anspritzpunkte zum Flächenanguss Umformvorrichtung Tiefziehmatrize Niederhalter Tiefziehstempel Spritzgießstation Formhälfte bewegliches Formwerkzeug Angusskanal Angusskanal Formnest Ausbuchtungen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Behälters umfassend eine Schale und einen Deckel, umfassend die Schritte:
(a) Bereitstellen eines ersten flächigen Materials (10) bestehend aus Fasermaterial;
(b) Umformen des ersten flächigen Materials (10) zu einer Schale unter Einsatz eines Tiefziehverfahrens in einer Umformvorrichtung (20) und unter Ausbildung von Seitenwänden (13) der Schale;
(c) Verschließen der Schale durch Befestigen eines Deckels aus einem zweiten flächigen Material.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste flächige Material (10) Verdickungen (11) an den Bereichen aufweist, die beim Umformen die Seitenwände (13) der Schale bilden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste flächige Material (10) durch Spritzgießen des Fasermaterials in einer Spritzgießstation (30) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießen durch Punktanguss oder durch Flächenanguss erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformvorrichtung (20) einen beweglichen Tiefziehstempel (23) zum Umformen des ersten flächigen Materials (10) und die Spritzgießstation (20) ein bewegliches Formwerkzeug (32) zum Schließen der Spritzgießstation (20) aufweisen, wobei die Bewegung des Tiefziehstempels (23) an die Bewegung des Formwerkzeuges (32) gekoppelt ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformvorrichtung (20) eine Tiefziehmatrize (21) und einen oder mehrere federbelastete Niederhalter (22) aufweist und das erste flächige Material (10) zwischen Tiefziehmatrize (21) und Niederhalter (22) eingespannt werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Holzstoff, Halbzellstoff oder Zellstoff umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Polylactid umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste flächige Material (10) während des Umformens erwärmt und/oder befeuchtet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale an ihrer Öffnung einen Flansch (14) zur Befestigung des Deckels aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite flächige Material aus Fasermaterial besteht.
12. Behälter umfassend eine Schale und einen Deckel, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale aus einem Fasermaterial besteht, herstellbar durch das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
13. Behälter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Behälter um eine Verpackung für eines oder mehrere Zahnreinigungsgeräte, insbesondere für Zahnbürsten oder Zahnseidenhalter, handelt.
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