WO2023217540A1 - Formeinrichtung zum formen von erzeugnissen aus faserhaltigem material, faserformanlage, verfahren zum formen von erzeugnissen aus faserhaltigem material und erzeugnis aus faserhaltigem material - Google Patents

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WO2023217540A1
WO2023217540A1 PCT/EP2023/061074 EP2023061074W WO2023217540A1 WO 2023217540 A1 WO2023217540 A1 WO 2023217540A1 EP 2023061074 W EP2023061074 W EP 2023061074W WO 2023217540 A1 WO2023217540 A1 WO 2023217540A1
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pressing
preform
tool
fiber
molding
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PCT/EP2023/061074
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Peter Knoll
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Kiefel Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J7/00—Manufacture of hollow articles from fibre suspensions or papier-mâché by deposition of fibres in or on a wire-net mould
    • 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

  • a molding device for molding products from a fiber-containing material a fiber molding system with at least one molding device for molding products from a fiber-containing material, a method for molding products from a fiber-containing material and a product from a fiber-containing material are described.
  • Fiber-containing materials are increasingly being used to produce packaging for food (e.g. trays, capsules, boxes, etc.) and consumer goods (e.g. electronic devices, etc.) as well as beverage containers.
  • the fiber-containing materials usually contain natural fibers, which are obtained, for example, from renewable raw materials or waste paper.
  • the natural fibers are mixed in a so-called pulp with water and possibly other additives, such as starch. Additives can also have an impact on color, barrier properties and mechanical properties.
  • This pulp can have a proportion of natural fibers of, for example, 0.5 to 10% by weight. The proportion of natural fibers varies depending on the process used to produce packaging etc. and the product properties of the product to be manufactured.
  • the production of fiber-containing products or products from pulp usually takes place in several work steps.
  • the pulp is provided in a pulp supply and a suction body with a suction tool, the geometry of which is Essentially corresponds to the product to be produced, is at least partially immersed in the pulp.
  • suction takes place via openings in the suction tool, which is connected to a corresponding device, with fibers from the pulp collecting on the suction tool.
  • These fibers are brought into a pre-pressing tool via the suction tool, producing a preform.
  • the fibers are pressed into the preform and the water content of the preform is reduced.
  • the preform is usually pressed into the finished product in a hot press.
  • the preform is placed in a hot pressing tool, which has a lower tool half and an upper tool half, which are heated.
  • the hot pressing tool the preform is pressed in a cavity with heat input, whereby residual moisture is released by the pressure and heat, so that a preform with a residual moisture content of approx. 60% by weight after hot pressing only has a residual moisture content of, for example, 5 % by weight.
  • the water vapor created during hot pressing is extracted during hot pressing through openings in the cavities and channels in the hot pressing tool.
  • a suction device is provided that generates a vacuum.
  • a hot pressing tool and a manufacturing process using the hot pressing process described above are known, for example, from DE 10 2019 127 562 Al.
  • Molding tools for producing complex geometries from the prior art generally have movable molding surfaces. Such tools are expensive to purchase and prone to failure. In addition, additional control for the movable mold surfaces is required, which increases the effort for such a tool.
  • the task is therefore to provide a solution for the production of products made of fiber-containing material, whereby products with sophisticated geometries, such as with a U-edge, can be produced and the disadvantages of the prior art are eliminated, in particular also a uniform Wall thickness of a product can also be achieved in the area of a formed edge.
  • a solution is to be specified in which no movable mold surfaces are required for a tool.
  • a molding device for molding products from a fiber-containing material having at least a first pressing device and a second pressing device, the first pressing device having first pressing tools which are designed for shaping a product with an edge extending in a plane are, and wherein the second pressing device has second pressing tools which are designed to shape the edge.
  • the molding device offers the possibility of producing a product from a fibrous material, which is provided as a preform with a relatively high residual moisture content of at most 75% by weight, for example approximately 60% by weight, the product having a formed edge and has a substantially uniform wall thickness, without unwanted fluctuations in the wall thickness and defects, such as cracks, etc., being present.
  • a relatively moist preform is first pre-pressed in the area of the edge using the first pressing tools and then the edge is formed using the second pressing tools.
  • the two-stage pressing makes it possible to create complex geometries, especially in the area of the edge.
  • the second pressing tools are designed accordingly for forming the edge.
  • the molding device does not require complex pressing tools with movable molding surfaces or sliders, ejectors, etc.
  • the first pressing device and the second pressing device are constructed in such a way that they each have mutually movable pressing tools which, when closed, form a cavity into which preforms can be pressed.
  • the area of the edge for a preform is a special feature because the shaping areas in the first pressing device or in the first pressing tools and the shaping areas of the second pressing device or in the second pressing tools are designed differently in order to achieve the desired shape of the edge .
  • a flat or planar edge can, for example, extend essentially orthogonally to a vertical axis of the preform or product. However, this is not absolutely necessary.
  • such an edge, which is later formed can, for example, be designed essentially as an extension of a wall and thus extend in the direction of extension of the wall.
  • an edge can also be only slightly inclined towards the wall of a preform or product, but preferably not exclusively towards the outside. Compared to a wall that is, for example, inclined by 3 to 10 degrees relative to a vertical axis of the preform or product, an edge can be inclined by a further 1 to 10 degrees relative to the wall or by 3 to 25 degrees relative to the vertical axis after the first pressing.
  • the first pressing tools and/or the second pressing tools can be heated, so that the two-stage process for producing a product, such as a container, with an edge is further improved.
  • a preform of the product or container can be pre-pressed in the area of its main body and in the area of the edge in accordance with the later geometry using the first pressing tools.
  • the moisture content of the main body and the edge in the first pressing device can be reduced and the fibers can be bonded to one another.
  • the heating of the preform in the first pressing device is only carried out to a certain extent, so that the preform is still sufficiently flexible after pressing in the first pressing device to be in the second pressing device when closing the second pressing tools in the area of Edges can be deformed.
  • the final production by hot pressing in the second pressing device then takes place with the second pressing tools closed at a higher temperature than the heating in the first pressing device, whereby the water bound in the fibers evaporates and the preform is hot-pressed into the finished product or container.
  • the first pressing tools and/or the second pressing tools can be brought to the required temperatures for pressing via heating devices.
  • heating devices can be, for example, electrical or hydraulic heating devices and, for example, have heating elements.
  • Electrical heating elements can be, for example, heating cartridges, the temperature of which can be regulated in accordance with the supply current provided.
  • the pressing tools can be heated directly via the heating cartridges.
  • Hydraulic heating devices can, for example, have channels running through the pressing tools, with a tempered oil circulating in the channels.
  • the heating of the pressing tools can be done directly by heating the pressing tools or indirectly by heating a tool plate on which the pressing tools are attached.
  • temperature detection means can be provided which detect the temperature of the pressing tools and/or the tool plate in order to regulate the temperature of the pressing tools in accordance with the recorded values.
  • the first pressing tools can have a first shaping area for forming a flat edge and the second pressing tools can have a second shaping area to form a formed edge.
  • the first pressing device has pressing tools with a flat molding area, so that in the closed state a cavity with a flat molding area is provided in order to form a correspondingly flat edge in the preform.
  • the second pressing tools have corresponding second mold regions which are designed to form the formed edge and for this purpose have, for example, at least one groove in a second pressing tool and corresponding molded parts projecting into the at least one groove on a further second pressing tool. In the closed state, the molded parts of a second pressing tool protrude into the groove of the opposite second pressing tool.
  • the opposing second pressing tools can each have at least one groove and a protruding molding, the latter protruding into a groove of an opposing second molding tool when the two second molding tools are closed.
  • the size of the cavity in the first pressing device and the second pressing device can be different, taking into account the loss of the volume of the product or the preform between the first pressing in the first pressing device and the second pressing in the second pressing device.
  • the second shaping region can be designed to form a U-shaped edge.
  • the difficulty in forming a U-shaped edge is that there is a relatively high degree of deformation for the fibrous material, with the edge having steep flanks due to the legs of the "U".
  • complex geometries can be created in products a fiber-containing material can be produced. For example, a container with a rounded edge can be produced, which is often desired especially for drinking cups etc.
  • the above-mentioned object is also achieved by a fiber molding system for molding products from a fiber-containing material with at least one molding device according to one of the above embodiments.
  • the fiber molding system can also have a pre-pressing device in which the preforms are prepared for the later process in a molding device described above.
  • the fiber molding system has a suction tool which is immersed in a pulp basin can be used to suck in fibers from a fibrous pulp.
  • the suction tool has shaping suction bodies with openings, the suction bodies being designed according to the shape of the preforms to be provided.
  • the fibers are sucked out of the pulp during immersion via the openings and the sucked-in fibers are held on the surface of the absorbent bodies.
  • the absorbent bodies can be designed as suction molds and define the shape of the preforms.
  • pre-pressing water is mechanically pressed out of the fibers or the preforms in order to provide preforms whose structure is designed such that they can be transferred to subsequent processing stations and tools.
  • the preforms are not yet sufficiently stable, so that forming would cause irreparable damage.
  • the pre-pressed preforms are then transferred to the molding device, with two-stage pressing taking place in the molding device to form products with specially designed edges by forming.
  • the manufactured products can be fed to further processing steps, such as coating and/or filling.
  • the method enables the formation of special edges in a shaping process for products made of a fibrous material with a moisture content of a maximum of 75% by weight, without the products being damaged during production or without the need for special, complex tools, in particular tools with movable molded parts are.
  • At least one preform is provided.
  • the preform may, for example, have been subjected to pre-pressing to discharge water. However, preforming is not absolutely necessary.
  • the preform has a residual moisture content of a maximum of 75% by weight for the molding process.
  • the preform is then introduced into the first pressing device. For this purpose, the preform is placed or inserted onto a contact surface of the cavity of the first pressing devices.
  • the first pressing device is opened, with the two first pressing tools being displaced relative to one another. After the preform has been introduced, the first two pressing tools are displaced relative to one another until the first pressing device is closed and form a closed cavity for the preform.
  • a first pressing (“hot pressing”) is then carried out in the first pressing device at a relatively low temperature compared to the pressing in the second pressing device.
  • hot pressing the moisture content of the preform is reduced and the preform is preformed, with the edge as a flat flange on a main body is trained.
  • the first pressing device is opened by relative displacement of the two first pressing tools and the hot-pressed preform is removed from the first pressing device.
  • the hot-pressed preform with the flat edge is then introduced into the second pressing device.
  • the hot-pressed preform is placed or inserted onto a contact surface of the cavity of the second pressing device, analogous to the introduction into the first pressing device, with the second pressing device being opened and the two second pressing tools being displaced relative to one another.
  • the second pressing device is closed by relative displacement of the two second pressing tools.
  • At least one mold element protruding from one of the two second pressing tools in the molding area for the edge presses at least part of the hot-formed, flat edge of the preform into a corresponding groove in one Forming area for the edge of the opposite second pressing tool.
  • the hot-formed edge is continuously deformed in accordance with the formation of the shaping areas until it is finally deformed in the closed state.
  • the edge of the preform has taken on its final shape.
  • the preform is then pressed in the second pressing device at a higher temperature than in the first pressing device (“hot pressing”). After hot pressing, the second pressing device is opened by relative displacement of the second pressing tools and the hot-pressed product is removed.
  • the first pressing can be carried out in a temperature range of 70 to 120 ° C and/or the second pressing (hot pressing) can be carried out in a temperature range of 160 to 250 ° C.
  • hot pressing can be carried out, for example, at approximately 100 °C and hot pressing at approximately 220 °C.
  • the temperature range for hot pressing enables a reduction in the residual moisture of the preform and the formation of a relatively stable preform for further hot pressing while at the same time providing sufficient deformability, especially in the area of the edge of the preform.
  • the first pressing tool can be heated to 70 to 120 °C to provide the temperatures for hot pressing and/or the second pressing tool to provide the temperature for hot pressing to 160 to 250 °C.
  • the heating can take place directly or indirectly, and appropriate heating devices can be provided.
  • the moisture content of the preform can be reduced to 30 to 50% by weight, for example to 35 to 50% by weight, in particular to 40-50% by weight, in order to achieve this to achieve the required deformability with sufficient strength.
  • Strength refers to the nature of the preform, which affects the cohesion of the material used.
  • the individual fibers of the preform After hot pressing, the individual fibers of the preform have at least partially bonded, so that the material is essentially stable but still sufficiently deformable. This means that no “tearing” or the like can occur during deformation, especially when the edge is formed by forming.
  • the geometry of the The main body of a preform is already predetermined during hot pressing and hot pressing.
  • the flat design of the edge is already predetermined because the preform in this shape was sucked onto suction bodies of a suction tool, for example, with the suction bodies reflecting this geometry.
  • compression and/or stretching of the preform only occurs in the area of the edge. If the residual moisture in the preform is too high, deformation would not be possible because compression/stretching could then cause the fibers to "flow" or the material in the formed area to tear, which would damage the preform.
  • the process described above ensures a substantially constant wall or material thickness for fiber-containing products because the edge can “give” during forming.
  • the edge is formed, with the outer free end of the edge being pulled “inwards”.
  • the edge therefore has a small diameter after forming and hot pressing because the outer end of the edge is displaced by the deformation.
  • this ensures that the material thickness remains constant throughout the entire product. Accordingly, the method described here can only be used to a limited extent for forming in the area of the base and/or a side wall, provided that only small deformations occur so that the wall or material thickness remains essentially constant and the structure is preserved. In particular, only partial compression or stretching of the material leads to undesirable changes in the properties of a finished product.
  • Temperature control during hot pressing and hot pressing makes it possible to take into account different fibers, pulp compositions, geometries of the products to be manufactured and wall thicknesses, etc. and to provide the corresponding required temperatures. For example, a different hot pressing temperature may be required for different fibers in order to achieve the desired formability. Furthermore, a different hot pressing temperature may be required, particularly when the wall thickness of a preform is greater than when the wall thickness is thinner.
  • the pressing force and pressing time during hot pressing and hot pressing can also be adjusted in accordance with The material used (pulp, fibers, etc.) and the geometry and dimensions of a preform or product may be different and/or adjusted.
  • the moisture content of the preform can be reduced to 1 to 10% by weight during the second pressing (hot pressing).
  • the final process step can therefore take place, whereby the preform is, for example, “dry-baked”.
  • the first and second pressing tools can be heated to different degrees at different points for the preform. For example, it can be achieved that during hot pressing a main body of the preform is heated more than in the area of the edge, so that during subsequent hot pressing the edge is still sufficiently flexible for forming, but the main body is already correspondingly strongly shaped or at least more strongly shaped , like the edge.
  • coating, filling and/or closing of the product or container can take place in subsequent process steps, for example with a lid also made of a fiber-containing material and also with an edge shaped analogously to the container.
  • the above-mentioned object is also achieved by a product made from a fiber-containing material which is produced by one of the methods described above.
  • the products manufactured using the above-mentioned processes can be, for example, packaging for food (e.g. bowls, capsules, boxes, lids, etc.) and packaging for consumer goods (e.g. electronic devices, hygiene products, tools, cutlery, etc.). ) as well as beverage containers and lids for this purpose. They can also be containers for holding plants (e.g. flower pots, etc.) and decorative elements.
  • the technical teaching described herein makes it possible to provide a product in which hot pressing is carried out first and then hot pressing is carried out, the temperature during hot pressing being lower than during hot pressing, and where a After hot pressing, the preform is sufficiently flexible for forming when closing a hot pressing tool.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a fiber molding system for producing products from a fiber material
  • FIG. 2 is a schematic representation of a molding device for pressing preforms made of a fiber-containing material
  • 3a-m show different states of the molding device of FIG. 2 in the production of products from a fiber-containing material
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further molding device for pressing preforms in the production of products from a fiber-containing material
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a method for pressing preforms in the production of products from a fiber-containing material
  • 6a-j show a schematic representation of the process when pressing preforms made of a fiber-containing material
  • Fig. 7 is a schematic representation of a fiber-containing product.
  • the figures show exemplary embodiments of a fiber molding system 1000, of molding devices 600, of processes 2000 for the production and pressing of products 3004 and of a product 3004.
  • the exemplary embodiments shown do not represent any restrictions with regard to further developments and modifications of the embodiments described.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a fiber molding system 1000 for producing products 3004 from a fiber material.
  • the fiber material for the production of products is provided by a fiber processing system and made available to the fiber molding system 1000.
  • the provision and making available can take place, for example, via supply lines in which liquid pulp is fed from a fiber processing plant to a storage container or a pulp basin 200 of the fiber molding plant 1000, for example continuously or discontinuously.
  • pulp can be processed in a pulp basin 200 of the fiber molding plant 200.
  • water and fibers and, if necessary, additives can be introduced into a pulp basin 200 via a liquid supply and the pulp in the pulp basin 200 can be processed by mixing the individual components with heat and aids, such as a stirrer.
  • Pulp is an aqueous solution that has fibers, the fiber content of the aqueous solution being in a range of 0.5 to 10% by weight.
  • additives such as starch, chemical additives, wax, etc. may be included.
  • the fibers can be, for example, natural fibers, such as cellulose fibers or fibers from a fiber-containing original material (e.g. waste paper).
  • a fiber processing plant offers the possibility of processing pulp in large quantities and making it available to several fiber molding plants 1000.
  • biodegradable products 3004 such as cups, capsules, bowls, plates and other molded and/or packaging parts (e.g. as holder/support structures for electronic devices) can be produced via the fiber molding system 1000 .
  • a fibrous pulp with natural fibers is used as the starting material for the products, the products produced in this way can themselves serve as starting material for the production of such products after use or can be composted because they can usually be completely decomposed and do not pose any problems , contain substances that are hazardous to the environment.
  • the fiber molding system 1000 shown in FIG. 1 has a frame 100, which can be surrounded by a panel.
  • a panel can have transparent side walls through which stations and units of the fiber molding system 1000 are visible and the manufacturing process of products can be optically monitored.
  • a cladding serves to protect against moving and sometimes very heated parts of the fiber molding system 1000 as well as against fiber material from the pulp and the pulp itself, which can "splash around" during the manufacturing process.
  • Access to supply units 300 of the fiber molding system 1000 can be provided via a door
  • the long side shown in Fig. 1 can have a panel that can be moved or rotated, so that all stations of the fiber molding system 1000 can be serviced.
  • the supply units 300 of the fiber molding system 1000 include, for example, interfaces for the supply of media (e.g. water, pulp, compressed air, gas, etc.) and energy (power supply), a central control unit 310, at least one suction device 320, line systems for the various media , pumps, valves, lines, sensors, measuring devices, a BUS system, etc. as well as interfaces for bidirectional communication via a wired and/or wireless data connection.
  • a wired data connection there can also be a data connection via a fiber optic cable.
  • the data connection can exist, for example, between the control unit 310 and a central control for several fiber molding systems 1000, to a fiber processing system, to a service point and/or other facilities.
  • the fiber molding system can also be controlled via a bidirectional data connection 1000 via a mobile device, such as a smartphone, tablet computer or the like.
  • the control unit 310 is in bidirectional communication with an HMI (Human Machine Interface) panel 700 via a BUS system or a data connection.
  • the HMI panel 700 has a display which displays operating data and states of the fiber molding system 1000 for selectable components or the entire fiber molding system 1000.
  • the display can be designed as a touch display so that settings can be made manually by an operator of the fiber molding system 1000.
  • additional input means such as a keyboard, a joystick, a keypad, etc., can be provided on the HMI panel 700 for operator input. This can be used to change settings and influence the operation of the fiber molding system 1000.
  • the fiber molding system 1000 has a robot 500.
  • the robot 500 is designed as a so-called 6-axis robot and is therefore able to pick up, rotate and move parts in all spatial directions within its radius of action.
  • other handling devices can also be provided, which are designed to pick up preforms 3000 and/or products 3004 and twist or rotate them and move them in the different spatial directions.
  • such a handling device can also be designed differently, in which case the arrangement of the corresponding stations of the fiber molding system 1000 can differ from the exemplary embodiment shown.
  • a suction tool is arranged on the robot 500.
  • the suction tool has suction molds designed as negatives of the products 3004 or preforms 3000 to be formed. These suction forms can, for example, have a net-like structure on which fibers from the pulp are attached.
  • the suction molds also have openings through which pulp can be sucked in using a vacuum if the suction tool is located within the pulp basin 200 in such a way that the suction molds are at least partially in the aqueous fiber solution, the pulp.
  • a vacuum for sucking fibers when the suction tool is in the pulp basin 200 and the pulp can be provided via the suction device 320.
  • the fiber molding system 1000 has appropriate means Supply units 300.
  • the suction tool has lines for providing the vacuum/negative pressure from the suction device 320 in the supply units 300 to the suction tool and the openings in the suction molds. Valves are arranged in the lines, which can be controlled via the control unit 310 and thus regulate the suction of the fibers.
  • the suction device 320 can also “blow out” instead of suction, for which the suction device 320 is switched to a different operating mode according to its design.
  • the suction tool When producing products from a fiber material, the suction tool is dipped into the pulp and a negative pressure/vacuum is applied to the openings of the suction molds, so that fibers are sucked out of the pulp and attach themselves to the suction molds of the suction tool.
  • the robot 500 then moves the suction tool with the fibers adhering to the suction molds, which still have a relatively high moisture content of, for example, over 80% by weight of water, to a pre-pressing station 400 of the fiber molding system 1000.
  • the negative pressure on the suction molds is maintained .
  • the pre-pressing station 400 has a pre-pressing tool with pre-pressing molds.
  • the pre-press molds can, for example, be designed as positives of the products to be molded and have an appropriate size with regard to the shape of the products to accommodate the fibers adhering to the suction molds.
  • the suction tool with the fibers adhering to the suction molds is moved to the pre-pressing station 400 in such a way that the fibers are pressed into the pre-pressing molds.
  • the fibers are pressed together on the suction molds, so that a stronger connection is created between the fibers.
  • the moisture content of the preforms 3000 formed thereby is reduced, so that the preforms 3000 formed after pre-pressing have a moisture content of at most 75% by weight.
  • pre-pressing liquid or pulp can be sucked out and returned via the suction tool and/or via further openings in the pre-pressing molds.
  • the liquid or pulp emerging during suction via the suction tool and/or during pre-pressing in the pre-pressing station 400 can be returned to the pulp basin 200.
  • the preforms 3000 produced in this way are moved on the suction tool via the robot 500 to a molding station with a molding device 600.
  • the negative pressure on the suction tool is maintained so that the preforms 3000 remain on or in the suction molds.
  • the preforms 3000 are transferred via the suction tool to a first, lower pressing tool 616, which can be moved on a movable tool plate 608 along the production line from the molding device 600 (see, for example, FIG. 3a). If the tool plate 608 is in the extended position, the suction tool is moved to the tool plate 608 so that a preform 3000 can be placed on a first lower pressing tool 616. An excess pressure is then generated via the openings in the suction tool, so that preforms 3000 are actively deposited from the suction molds, or the suction is stopped, so that preforms 3000 remain on a first lower pressing tool 616 due to gravity. By providing excess pressure at the openings of the suction molds, pre-pressed preforms 3000 that rest/adhere to the suction molds can be released and released.
  • the tool plate 608 is connected to a drive.
  • the drive can be controlled via the control unit 310.
  • the drive for the tool plate 608 can be, for example, mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic.
  • a spindle drive or a rack can be provided, wherein the rack can be designed as part of the tool plate 608 and is moved via a pinion that engages in the rack and is driven by an electric motor.
  • the suction tool is moved away via the robot 500 and the suction tool is immersed in the pulp basin 200 to suck in further fibers for the production of fiber-containing products.
  • preforms 3000 are then pressed into products 3004 using heat, whereby the final shape is also determined.
  • the forming and pressing takes place in a two-stage process, as explained in detail below. Not only is a preform 3000 “hot-pressed,” as was previously the case, but the edge of preforms 3000 is also deformed.
  • the tool plate 608 is moved along the fiber molding system 1000 in the production direction and the product 3004 is removed from a lower second pressing tool 636.
  • a transfer to a conveyor belt of a conveyor device 800 or another delivery means can also take place via an upper second pressing tool 638, for which purpose the upper second pressing tool 638 is moved out of the molding device 600 in the production direction.
  • the second upper pressing tool 638 can be moved downwards in order to deposit the finished product 3004.
  • the products 3004 are deposited on a conveyor belt of a conveyor device 800.
  • the manufactured products 3004 made of fiber-containing material can be placed on the conveyor belt after the final shaping and pressing in the molding station 600 and removed from the fiber molding system 1000.
  • further processing can take place, such as printing, filling and/or stacking the products 3004.
  • the stacking can be done, for example, via an additional robot or another device take place.
  • Such a device can, for example, have at least one gripper 910, which grabs the products 3004 placed on the conveyor belt and stacks them in a box or similar.
  • the at least one gripper 910 can work with an optical device, such as a camera, to record the position and orientation of products, with the images captured using the camera being evaluated via software, which then issues control commands for the device based on the evaluated images outputs at least one gripper.
  • an optical device such as a camera
  • the fiber molding system 1000 has a stacking device 900 downstream of the molding station 600 in the production direction.
  • the stacking device 900 has two gripper devices arranged one behind the other, each with a gripper 910.
  • individual products 3004 can be gripped after forming and pressing and, for example, stacked, as shown schematically in FIG. 1.
  • a camera 810 is arranged in front of the stacking device 900, which records the position and orientation of the products 3004 arranged on a conveyor belt of a conveyor device 800.
  • the captured images are evaluated by the control, which generates control commands for the grippers 910 to pick up the products 3004.
  • a fiber molding system 1000 can have a crane for changing tools from the pre-pressing station 400 and/or the molding device 600 for converting the fiber molding system 1000 to other products or for maintaining the tools.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a forming station 600 for pressing and forming products 3004 made of a fiber-containing material.
  • the molding device 600 of the fiber molding system 1000 from FIG. 1 can, for example, be designed in accordance with the molding station 600 from FIG. 2.
  • the forming station 600 has a tool table 602 with a tool plate 608 mounted thereon so that it can be moved in the production direction.
  • a lower first pressing tool 616 and a lower second pressing tool 636 are arranged on the tool plate 608.
  • the arrangement of the lower first and second pressing tools 616, 636 is selected so that they are located one behind the other in the production direction, so that they can be assigned to a respective area of the forming station 600.
  • the lower first pressing tool 616 is assigned to a first pressing device 610 and the lower second pressing tool 636 is assigned to a second pressing device 630.
  • the first pressing device 610 and the second pressing device 630 are indicated schematically by the dashed lines.
  • the first pressing device 610 is used for "hot pressing” of preforms 3000 and the second pressing device 630 is used for "hot pressing" of hot-pressed preforms 3002, wherein during the hot pressing an additional reshaping of a hot-pressed edge 3032 of hot-pressed preforms 3002 takes place.
  • preforms 3000 are first hot pressed and then hot pressed with simultaneous deformation of the edge 3032. After hot pressing, hot-pressed preforms or finished products 3004 are present.
  • the forming station 600 has columns 604 that hold a support yoke 606.
  • a first pressing unit 614 and a second pressing unit 634 are arranged on the support yoke 606.
  • the first pressing unit 614 and the second pressing unit 634 are connected to a first tool plate 612 and a second tool plate 632, respectively, and serve to form the first To move tool plate 612 and the second tool plate 632 downward from the position shown in FIG. 2 (see, for example, FIG. 3c, f, i, m).
  • the tool plates 612, 632 can also be moved together or only one common tool plate can be provided, on which at least a first upper pressing tool 618 and a second upper pressing tool 638 are arranged.
  • thermal insulation can be provided between a first upper pressing tool 618 and a second upper pressing tool 638.
  • the first pressing unit 614 and the second pressing unit 634 can each be designed as a toggle press, for example. Instead of being designed as a toggle press, in a further embodiment the first pressing unit 614 and the second pressing unit 634 can be implemented by a linearly movable pressing device. Pressing devices can, for example, be driven pneumatically, hydraulically and/or electrically via appropriate devices and carry out the relative displacement of the first tool plate 612 and the second tool plate 632. According to a control unit, such as the control unit 310 of the fiber molding system 1000, the first pressing unit 614 and the second pressing unit 634 can relocate the tool plates 612, 632.
  • An upper first pressing tool 618 is arranged on the tool plate 612.
  • An upper second pressing tool 638 is arranged on the tool plate 632.
  • the upper first pressing tool 618 lies opposite the lower first pressing tool 616 and the upper second pressing tool 638 lies opposite the lower second pressing tool 636.
  • the lower pressing tools 616, 636 form a positive of the preform 3000, 3002 to be pressed and the upper pressing tools 618, 638 form a negative of the preform 3000, 3002 to be pressed.
  • the pressing tools In the closed state of the first pressing device 610 and the second pressing device 630, the pressing tools form one cavity each for a preform 3000, 3002 to be pressed.
  • the lower first pressing tool 616 has a lower forming surface 620.
  • the upper first pressing tool 618 has an upper forming surface 624.
  • the upper mold surface 624 and the lower mold surface 620 each have a flat, flat edge mold surface 622, 626 (see FIG. 6).
  • the mold surfaces 620, 624 form the contact surfaces for a preform 3000 and define the shape of the preform 3000 during hot pressing in the first pressing device 610.
  • the lower second pressing tool 636 has a shaping surface 640.
  • the upper second pressing tool 638 has a shaping surface 650.
  • the shaping surfaces of the first pressing tool and the second pressing tool differ essentially in the formation of the edge for the preform 3000, 3002.
  • the shaping surface 640 of the second pressing tool 636 has a U-shaped edge shaping surface 646 with a circumferential groove 644.
  • the molding surface 650 of the second upper pressing tool 638 has a molded part 642 that can be designed, for example, as a circumferential molding edge 652, which in the closed position of the second molding device (see, for example, Fig. 3i; 6i), the previously hot-formed edge 3032 of the presses the thermoformed preform 3002 into the groove 644, so that a product 3004 with a U-shaped edge 3034 can be manufactured.
  • the molding surfaces of the pressing tools and the cavities of the first pressing device 610 and the second pressing device 630 can also take into account a certain amount of shrinkage during pressing and due to heat input, so that, for example, the cavity of the second pressing device 630 is smaller than the cavity of the first pressing device 610.
  • the two-stage process with hot pressing and subsequent hot pressing, with a U-shaped edge 3034 being produced during the closing of the second molding device 630, offers the possibility of providing products 3004 made of a fibrous material with a strongly deformed edge, without it being wet
  • the original material is damaged or destroyed during pressing, or parts of it are damaged.
  • the first pressing tools (lower first pressing tool 616, upper first pressing tool 618) and second pressing tools (lower second pressing tool 636, upper second pressing tool 638) preferably consist of a material with very good thermal conductivity properties. Metals are preferably used.
  • the first pressing tools and the second pressing tools can be made of aluminum, for example.
  • heating of the first pressing tools and the second pressing tools is required.
  • the first pressing tools and the second pressing tools can be heated directly or indirectly. With indirect heating, heating elements can be included in the tool plates 608, 612, 632.
  • the tool plates 608, 612, 632 are made of a material with very good heat-conducting properties (e.g. aluminum) and give off the heat introduced to the pressing tools. Since a lower temperature level should prevail in the first pressing device 610 than in the second pressing device 630, the respective heating elements are regulated accordingly. There can be thermal insulation in the tool plate 608 between the lower first pressing tool 616 and the lower second pressing tool 636 so that the different temperatures do not negatively influence each other. Thermal insulation can be achieved, for example, by a two-part design of the tool plate 608. There can also be a thermal insulator between the tool plate 608 and the tool table 602 so that no heat exchange can take place.
  • a material with very good heat-conducting properties e.g. aluminum
  • Heating elements for direct or indirect heating can be, for example, heating cartridges that can be regulated via the electrical energy provided.
  • the heating cartridges or other heating elements can be controlled via the control unit 310, for example.
  • the first pressing tools and the second pressing tools can, for example, be connected interchangeably to the tool plate 608 as well as the first tool plate 612 and the second tool plate 632.
  • the first pressing tools and the second pressing tools can also be designed as an integral part of the tool plate 608 as well as the first tool plate 612 and the second tool plate 632.
  • 3a-m show different states of the molding device 600 of FIG. 2 during the production of products 3004 from a fiber-containing material.
  • a preform 3000 is supplied, for example via a suction tool, by a robot 500 (not shown in FIG. 3a).
  • the preform 3000 can, for example, be preformed Pre-pressing in a pre-pressing station 400 is subjected.
  • the preform 3000 has, for example, a residual moisture content of at most 75% by weight, for example about 70% by weight.
  • the tool plate 608 is first moved out to the left in the direction of the drawing, as indicated by the arrow in FIG. 3a.
  • the tool plate 608 moves out of the molding device 600 in the opposite direction to the processing direction (to the right in FIG. 1).
  • the lower first pressing tool 616 is outside the molding area and is accessible.
  • at least one preform 3000 is placed onto the corresponding lower first pressing tool 616 via the robot 500.
  • the tool plate 608 then moves again to the right into the molding device 600 with the preform 3000 placed on the lower first pressing tool 616, as indicated by the arrow in FIG. 3b.
  • the first lower pressing tool 616 with the preform 3000 placed on the mold surface 620 is then located below the upper first pressing tool 618.
  • the upper first pressing tool 618 is then moved down over the first pressing unit 614 together with the tool plate 612, as shown in Fig. 3c and indicated by the arrow.
  • the preform 3000 is hot pressed at a temperature in the range from 90 to 120 ° C, preferably at around 100 ° C.
  • the first pressing tool is brought to the required temperature via heating elements in the first pressing device 610 before pressing.
  • Hot pressing reduces the moisture content of the preform 3000.
  • water is pressed out of the preform 3000 until it has a moisture content of approximately 40 to 50% by weight, for example 30 to 45% by weight.
  • the hot pressing is controlled in such a way that there is a moisture content of approximately 40% by weight in the preform after the hot pressing.
  • the control can be carried out in accordance with parameters that were determined in advance for various preforms 3000, 3002 and products 3004.
  • an optimal temperature range and pressure for hot pressing in order to achieve the required residual moisture in the hot-pressed preform 3002 can be determined and set.
  • an optimal time for hot pressing can be determined and set.
  • a preform 3002 with a substantially flat edge 3032 is created over the flat edge forming surfaces 622, 626. Due to the moisture content of the hot-pressed preform 3002, it is still sufficiently flexible for further deformation after hot pressing. If a preform 3000 with a moisture content of, for example, 70% by weight were to be formed directly, undesirable changes in the material would occur, at least in the area of the formed sections, such as thinning, the formation of cracks, etc.
  • Thermoforming provides a preform 3002 that has a stronger connection of the fibers. This makes forming or deformation possible without any change in the material thickness and/or damage.
  • the tool plate 612 and the first upper pressing tool 618 are moved upwards via the first pressing unit 614 together with the hot-pressed preform 3002, as indicated by the arrow in FIG. 3d.
  • the preform 3002 is sucked in via openings in the mold surface 624.
  • the openings in the mold surface 624 serve to suck out any moisture that escapes during hot pressing.
  • Such openings can also be provided in the mold surface 620 of the first lower pressing tool 616.
  • the openings are connected to a device for suction and/or blowing out via channels in the tools.
  • the suction and blowing out can be regulated via valves and/or other control elements, for example via the control unit 310.
  • suction via the first lower pressing tool 616 can be interrupted.
  • lifting can also be supported by blowing out a gas or gas mixture (e.g. air).
  • a gas or gas mixture e.g. air
  • the lower tool plate 608 is moved to the left until the second lower pressing tool 636 is located under the preform 3002 and the first upper pressing tool 618 (FIG. 3e).
  • another preform 3000 can be placed back onto the molding surface 620 of the first lower pressing tool 616, as shown in FIGS. 3e and f.
  • the first upper pressing tool 618 with the previously hot-pressed preform 3002 is then moved downwards in order to deposit the preform 3002 on the mold surface 640, as shown in FIG. 3f.
  • At least the suction via the openings in the mold surface 624 is then interrupted, so that the preform 3002 rests on the mold surface 640 due to gravity.
  • the first upper pressing tool 618 and the tool plate 612 are then moved up over the first pressing unit 614, as shown in Fig. 3g and indicated by the arrow.
  • the tool plate 608 is then moved again to the right into the molding device 600 in the direction of the arrow shown in FIG Pressing tool 638 is located.
  • both the upper pressing tool 618 is moved downwards in order to hot-press the new preform 3000
  • the upper pressing tool 638 is moved downwards over the second pressing unit 634 in order to hot-press the previously hot-pressed preform 3002 and during the closing of the second pressing tools in the area of the edge 3032.
  • the process for the preform 3000 corresponds to the process described above, so this will not be discussed further.
  • the molded part 642 protruding downward from the upper pressing tool 638 for example a molding edge 652 continuously presses the edge 3032 into the groove 644 of the lower pressing tool 636 with the closing movement.
  • the upper pressing tool 638 has reached its lower end position , the previously hot-formed edge 3032 is deformed in the desired manner and lies in the groove 644 and on the molding 642, so that during hot pressing in the second molding device 630 the entire preform is exposed to a corresponding heat and essentially the same pressure.
  • Hot pressing takes place via heating elements in the second pressing device 630 or the second pressing tools in a temperature range of 170 to 280 ° C, preferably in a temperature range of 210 to 240 ° C (for example at approximately 220 ° C). Due to the high temperature, the remaining water is almost completely removed Fibers evaporate, whereby a strong bond between the fibers is achieved, which is crucial for the properties of the finished product. Escaping water vapor can be removed via openings in the mold surfaces 640, 650. As for hot pressing, an optimal pressure, an optimal temperature, an optimal duration and an optimal closing speed, in particular for non-destructively forming the edge 3032, can be determined and set in advance. The regulation can take place via the control unit 310.
  • the preform 3004 After hot pressing, the preform 3004 has the desired residual moisture of approximately 1 to 10% by weight and the final shape with a formed edge 3034, for example U-shaped edge 3034.
  • the pressing tools are moved up, as shown in Fig. 3j.
  • the tool plate 608 is then moved to the right, as shown in Fig. 3k.
  • the hot-pressed preform 3004 with the formed edge 3034 is then removed from the mold surface 640 by a handling device or an operator.
  • the tool plate 608 then moves back into the pressing device 600, as shown in FIG. 31, and continues to move into the position shown in FIG. 3m, which corresponds to the position shown in FIG. 3e, with the sequence described from FIG. 3e running through again becomes.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a further molding device 600 for pressing preforms 3000, 3002 in the production of products 3004 from a fiber-containing material.
  • several first pressing tools and several second pressing tools are provided, so that several preforms 3000 can be pressed and deformed into products 3004 at the same time.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a method 2000 for pressing preforms 3000 in the production of products 3004 from a fiber-containing material.
  • individual steps may be omitted or performed in a different sequence in further embodiments, provided that the achievement of the goals and advantages described herein is still ensured.
  • preforms 3000 are provided in a first method step 2010.
  • the provision may include further procedural steps. This can include providing pulp via a pulp basin 200 of a fiber molding system 1000 (see FIG. 1) or a separate fiber processing system, with pulp with a fiber content of 0.5 to 10% by weight being provided in an aqueous solution.
  • the pulp can, for example, either already be in a pulp basin 200 or is fed to the fiber molding system 1000 via appropriate interfaces and lines to the pulp basin 200.
  • control unit 310 can regulate the supply of pulp from a remote fiber processing system in accordance with the fill level of the pulp basin 200.
  • the composition of the pulp can also be monitored continuously or at definable time intervals using appropriate sensors.
  • This information is transmitted to the control unit 310, which stores the information in a memory and/or uses it to control various stations and the hot pressing device 600.
  • the information obtained can also be used to determine residual moisture content at various stages of the process.
  • the pressing tools are also heated before production.
  • a suction tool is immersed in the pulp in accordance with the products to be manufactured. Fiber material is then sucked out of the pulp via, for example, a suction device 320, which is regulated accordingly by the control unit 310.
  • valves in at least one supply line between the suction device 320 and the suction forms of the suction tool can be regulated via the control unit 310.
  • the provision of preforms 3000 can involve moving the suction tool to a pre-pressing station 400 and pre-pressing the fiber material in the suction molds and the pre-pressing molds. After pre-pressing, preforms 3000 can then be available for further processing.
  • a method step 2012 after provision, the tool plate 608 is moved out of the molding device 600, so that at least a lower first pressing tool 616 is accessible. Subsequently, in a method step 2014, at least one preform 3000 is placed on the molding surface 620 of a lower first pressing tool 616. Thereafter, in a method step 2016, the tool plate 608 is moved back with the preform 3000 placed on the lower molding surface 620. In a method step 2018, hot pressing takes place, with an upper first pressing tool 618 being moved downwards until the upper mold surface 624 also comes into contact with the preform 3000. The moisture content in the preform 3000 is then reduced by a pressure introduced via the upper pressing tool 618 by means of the first pressing unit 614.
  • heat input in the manner described above supports the discharge of water and the solidification of the material of the preform 3000 accommodated in the cavity between the first upper pressing tool 618 and the first lower pressing tool 616.
  • a flat edge is simply hot-pressed in accordance with the shape provided.
  • a preform 3000 is dewatered and heated only in its shape as it is provided. No deformation occurs.
  • the design of the cavity in the first pressing tools takes place in accordance with the shape of the preforms 3000 provided.
  • the first cavity, formed by the first pressing tools is opened in a method step 2020.
  • the hot-pressed preform 3002 remains on the molding surface 624 of the first upper pressing tool 618 (for example by suction), as shown in FIG. 3d.
  • the tool plate 608 is then moved in a method step 2022 (see FIG. 3e) until a corresponding lower second pressing tool 636 is located below the first upper pressing tool 618 with the preform 3002.
  • a new preform 3000 can simultaneously be placed on the free mold surface 620 of the first lower pressing tool 616.
  • thermoformed preform 3002 is transferred from the upper first pressing tool 618 to the molding surface 640 of the second lower pressing tool 636 located underneath, as shown, for example, in FIG. 3f.
  • the tool plate 608 is moved back into the starting position shown in FIG. 3h within the molding device 600.
  • the hot-pressed preform 3002 is hot-pressed in a second cavity formed between the molding surface 640 of the lower pressing tool 636 and the molding surface 650 of the upper pressing tool 638 (see FIG. 3i).
  • the thermoformed edge 3032 is continuously over Molded parts 642 and at least one corresponding groove 644 are deformed.
  • the outer free end of the edge 32 is displaced "inwards" towards the main body of the preform 3002, which rests directly on the mold surface 640, which is surrounded by the groove 644.
  • hot pressing can be carried out simultaneously with hot pressing using the first pressing tools for a new preform 3000 in a method step 2032.
  • a method step 2034 at least the second cavity is opened and, in a method step 2036, the tool plate 608 is moved out of the molding device 600 in the processing direction (see FIG. 3k).
  • a method step 2038 the hot-pressed preforms with a formed edge 2034 are removed.
  • the tool plate 608 is then moved back again, so that a new preform 3000 can be placed on the molding surface 620 of a first lower pressing tool 616 and, if necessary, a hot-formed preform can be placed 3002 can be done on the molding surface 640 of a second lower pressing tool 636.
  • the process can then be run through again with step 2016.
  • suction and/or termination of suction or even blowing out can take place via openings in the mold surfaces 620, 624, 640, 650.
  • the provision of negative and/or positive pressure is regulated accordingly.
  • a suction device 320 can be used to suction out escaping liquid and/or water vapor during hot pressing and/or hot pressing, which arises from evaporation of the escaping liquid on the warm and hot contact surfaces of the mold surfaces 620, 624, 640, 650.
  • the finished products 3004 or hot-pressed preforms can be placed on a conveyor belt of the conveyor device 800.
  • a control unit 310 before/during/after the production of products 3004 from fiber material in the individual process steps, the pressures provided, the temperatures, closing speeds and pressing times can be determined in accordance with recorded parameters of the molding device 600, a fiber molding system 1000 and/or preforms 3000, 3002 and products 3004 can be changed and controlled.
  • 6a-j show a further schematic representation of the process when pressing preforms 3000 made of a fiber-containing material, with reference being made to the above statements.
  • the first pressing device 610 After placing a preform 3000 with a flat edge 3030 onto a mold surface 620 with a flat edge mold surface 622, as shown in Fig. 6a, the first pressing device 610 is closed (Fig. 6b). Thereafter, the first pressing device 610 is opened by relative displacement of the first lower pressing tool 616 and the first upper pressing tool 618, and the thermoformed preform 3002 remains in the first upper pressing tool 618, as shown in FIG. 6c. For this purpose, for example, suction can take place. Subsequently, a second lower pressing tool 636 is brought under the first upper pressing tool 618 with the thermoformed preform 3002 held therein (see FIG.
  • the second lower pressing tool 636 being separated from the first lower pressing tool 616 by forming a substantially U-shaped Slot 644 differs.
  • the first upper pressing tool 618 with the preform 3002 is then moved downwards and the preform 3002 is transferred to the second lower pressing tool 636 (FIG. 6e).
  • the flat edge shape area 626 prevents deformation from occurring during transfer.
  • the first second pressing tool 618 is lifted off and any negative pressure provided is ended, so that the preform 3002 remains on the molding surface 640 of the second lower pressing tool 636 (FIG. 6f).
  • the second lower pressing tool 636 is then moved together with the preform 3002 into a position below a second upper pressing tool 638 (FIG. 6g). Thereafter, the second upper and lower press tools 636, 638 are closed, as shown in Figs. 6h and i.
  • the second upper pressing tool 638 has a molding edge 652, which, as soon as it comes into contact with the edge 3032 of the preform 3002, continuously shifts the edge 3032 into the groove 644 of the second lower one underneath Pressing tool 636 presses.
  • FIG. 6i shows the state after the second pressing tools have assumed their final position. Pressure continues to be exerted on the preform 3002 with heat input, so that the preform 3002 is finally hot-pressed and can take on its final shape. After hot pressing, the second upper pressing tool 638 is displaced relative to the lower pressing tool 636 and the hot-pressed preform with the U-shaped edge 3034 and the finished product 3004, respectively, so that the product 3004 can be removed (Fig. 6j).
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a fiber-containing product 3004 after processing in a molding device 600.
  • the product 3004 first underwent a hot pressing process and then a hot pressing process with forming.
  • the product 3004 is designed as a cup and is upside down in Fig. 7.
  • the product 3004 has a base 3010 with a circumferential side wall 3020 projecting laterally therefrom.
  • the bottom 3010 and the side wall 3020 form a main body on which a laterally projecting edge 3030 is arranged.
  • the product 3004 has an edge 3030, which is designed as a U-shaped edge 3034.
  • a wavy edge can also be produced, for which purpose, for example, several grooves 644 and shaped edges 652 or shaped rings can be provided in the second pressing tools for the hot pressing process.
  • the main advantage of the designs described here is that forming can take place without damaging or changing the properties of the material and the finished product. This is achieved, among other things, by pre-solidifying the material during hot pressing and by carrying out the forming with sufficient flexibility of the preform before the preform is hot-pressed under pressure. This is achieved by the fact that the forming has already been implemented before the second pressing tools are completely closed. This eliminates the risk of the material and in particular the surface becoming excessively shaped or hardened.

Landscapes

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Abstract

Es werden eine Formeinrichtung (600) zum Formen von Erzeugnissen (3004) aus einem faserhaltigen Material, eine Faserformanlage (1000) mit mindestens einer Formeinrichtung (600) zum Formen von Erzeugnissen (3004) aus einem faserhaltigen Material, ein Verfahren (2000) zum Formen von Erzeugnissen (3004) aus einem faserhaltigen Material und ein Erzeugnis (3004) aus einem faserhaltigen Material beschrieben, wobei zunächst ein Warmpressen und anschließend ein Heißpressen erfolgt, wobei die Temperatur beim Warmpressen geringer ist wie beim Heißpressen und wobei ein Vorformling nach dem Warmpressen ausreichend flexibel für ein Umformen beim Schließen eines Heißpresswerkzeugs ist.

Description

FORMEINRICHTUNG ZUM FORMEN VON ERZEUGNISSEN AUS FASERHALTIGEM MATERIAL, FASERFORMANLAGE, VERFAHREN ZUM FORMEN VON ERZEUGNISSEN AUS FASERHALTIGEM MATERIAL UND ERZEUGNIS AUS FASERHALTIGEM MATERIAL
Beschreibung
Technisches Gebiet
Es werden eine Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, eine Faserformanlage mit mindestens einer Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material und ein Erzeugnis aus einem faserhaltigen Material beschrieben.
Faserhaltige Materialen werden vermehrt eingesetzt, um bspw. Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, etc.) und Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte etc.) sowie Getränkebehälter herzustellen. Die faserhaltigen Materialien weisen dabei in der Regel Naturfasern auf, die bspw. aus nachwachsenden Rohstoffen oder Altpapier gewonnen werden. Die Naturfasern werden in einer sogenannten Pulpe mit Wasser und ggf. weiteren Zusätzen, wie z.B. Stärke, vermischt. Zusätze können zudem Auswirkungen auf die Farbe, die Barriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften haben. Diese Pulpe kann einen Anteil von Naturfasern von bspw. 0,5 bis 10 Gew.-% aufweisen. Der Anteil an Naturfasern variiert in Abhängigkeit des Verfahrens, welches zur Herstellung von Verpackungen etc. angewandt wird, und der Produkteigenschaften des herzustellenden Produkts.
Hintergrund
Üblicherweise erfolgt die Herstellung von faserhaltigen Produkten bzw. Erzeugnissen aus einer Pulpe in mehreren Arbeitsschritten. Zunächst wird die Pulpe in einem Pulpe-Vorrat bereitgestellt und ein Ansaugkörper mit einem Ansaugwerkzeug, dessen Geometrie im Wesentlichen dem herzustellenden Produkt entspricht, wird zumindest teilweise in die Pulpe getaucht. Während des Eintauchens erfolgt ein Ansaugen über Öffnungen im Ansaugwerkzeug, das mit einer entsprechenden Einrichtung in Verbindung steht, wobei sich Fasern aus der Pulpe an dem Ansaugwerkzeug ansammeln. Diese Fasern werden über das Ansaugwerkzeug in ein Vorpresswerkzeug gebracht, wobei ein Vorformling erzeugt wird. Während dieses Vorpressvorgangs werden die Fasern zum Vorformling verpresst und der Wassergehalt des Vorformlings reduziert.
In einem darauffolgenden Arbeitsschritt wird der Vorformling in einer Heißpresse in der Regel zum fertigen Produkt verpresst. Hierbei wird der Vorformling in ein Heißpresswerkzeug eingebracht, welches eine untere Werkzeughälfte und eine obere Werkzeughälfte aufweist, welche beheizt werden. In dem Heißpresswerkzeug wird der Vorformling in einer Kavität unter Wärmeeintrag verpresst, wobei durch den Druck und die Wärme Restfeuchte ausgebracht wird, so dass ein Vorformling mit einem Restfeuchtegehalt von ca. 60 Gew.-% nach dem Heißpressen nur noch einen Restfeuchtegehalt von bspw. 5 Gew.-% aufweist. Der beim Heißpressen entstehende Wasserdampf wird während des Heißpressens über Öffnungen in den Kavitäten und Kanäle im Heißpresswerkzeug abgesaugt. Hierzu ist bspw. eine Absaugeinrichtung vorgesehen, die ein Vakuum erzeugt.
Ein Heißpresswerkzeug und ein Herstellungsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Heißpressverfahren sind bspw. aus DE 10 2019 127 562 Al bekannt.
Beim Heißpressen ist es entscheidend, die Vorformlinge, welche einen relativ hohen Wassergehalt aufweisen, ausreichend stark zu erwärmen und ausreichend lange zu verpressen, um die gewünschte Restfeuchte im fertigen Produkt/Erzeugnis zu erzielen und die Fasern zu verpressen, damit ein fertiges Erzeugnis mit den gewünschten Geometrien hergestellt werden kann. Die Geometrie bzw. Form der hergestellten Erzeugnisse unterliegt dabei Einschränkungen, weil eine verhältnismäßig große Verformung eines feuchten Vorformlings nicht ohne Beschädigung durchgeführt werden kann. Insbesondere die Ausbildung des Rands von solchen Erzeugnissen unterliegt dabei starken Einschränkungen. Es ist bspw. nicht möglich einen U-förmigen Rand beim Formen eines Vorformlings mit einem verhältnismäßig hohen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. 60 Gew.-% während des Heißpressens zu erzeugen. Grund hierfür ist unter anderem, dass es bei der Ausbildung des Rands durch ein entsprechenden Formwerkzeug beim Schließen des Werkzeugs zu einer zu starken Verformung des feuchten Vorformlings und damit zu unterschiedlichen Dicken im Bereich des Rands und somit zu Rissen kommt. Derartig feuchte Vorformling können aufgrund des hohen Restfeuchtegehalts nicht so weit verformt werden, ohne den Vorformling irreparabel zu beschädigen.
Weiterhin führt eine solche Verdünnung im Bereich des Rands auch dazu, dass dieser Bereich nicht gleichmäßig beim Heißpressen getrocknet wird. Dadurch entstehen weitere Fehlerstellen, wie bspw. zu trockene, sehr dünnwandige Abschnitte, die leicht nachgeben und damit nicht für das herzustellende Erzeugnis verwendet werden können.
Formwerkzeuge zum Erzeugen von komplexen Geometrien aus dem Stand der Technik weisen in der Regel bewegliche Formflächen auf. Solche Werkzeuge sind teuer in der Anschaffung und störanfällig. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Steuerung für die beweglichen Formflächen erforderlich, was den Aufwand für ein solches Werkzeug erhöht.
Aufgabe
Es besteht daher die Aufgabe darin eine Lösung zur Herstellung von Erzeugnissen aus faserhaltigem Material anzugeben, wobei Erzeugnisse mit anspruchsvollen Geometrien, wie bspw. mit einem U-Rand, hergestellt werden können und die Nachteile des Stands der Technik behoben werden, wobei insbesondere auch eine gleichmäßige Wandstärke eines Erzeugnisses auch im Bereich eines umgeformten Rands erreicht werden kann. Darüber hinaus soll eine Lösung angegeben werden, bei der keine beweglichen Formflächen für ein Werkzeug erforderlich sind.
Lösung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gelöst, mindestens aufweisend eine erste Presseinrichtung und eine zweite Presseinrichtung, wobei die erste Presseinrichtung erste Presswerkzeuge aufweist, die zum Formen eines Erzeugnisses mit einem sich in einer Ebene erstreckenden Rand ausgebildet sind, und wobei die zweite Presseinrichtung zweite Presswerkzeuge aufweist, die zum Umformen des Rands ausgebildet sind. Die Formeinrichtung bietet die Möglichkeit ein Erzeugnis aus einem faserhaltigen Material herzustellen, das als Vorformling mit einem relativ hohen Restfeuchtegehalt von höchstens 75 Gew.-%, bspw. ca. 60 Gew.-%, bereitgestellt wird, wobei das Erzeugnis einen umgeformten Rand aufweist und dabei eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist, ohne dass ungewollte Schwankungen in der Wandstärke und Fehlstellen, wie bspw. Risse etc., vorliegen.
Dies wird mittels der Formeinrichtung dadurch erreicht, dass über die ersten Presswerkzeuge ein relativ feuchter Vorformling im Bereich des Rands erst vorgepresst und danach über die zweiten Presswerkzeuge der Rand umgeformt wird. Das zweistufige Verpressen ermöglicht es dabei komplexe Geometrien, insbesondere im Bereich des Rands zu erzeugen. Hierzu sind die zweiten Presswerkzeuge für die Ausbildung des Rands entsprechend ausgebildet.
Bei der Formeinrichtung sind zudem keine komplexen Presswerkzeuge mit beweglichen Formflächen oder Schiebern, Auswerfern etc. erforderlich. Die erste Presseinrichtung und die zweite Presseinrichtung sind so aufgebaut, dass diese jeweils zueinander bewegliche Presswerkzeuge aufweisen, die im geschlossenen Zustand eine Kavität ausbilden, in welchen Vorformlinge verpresst werden können. Eine Besonderheit stellt dabei der Bereich des Rands für einen Vorformling dar, weil die Formbereiche in der ersten Presseinrichtung bzw. in den ersten Presswerkzeugen und die Formbereiche der zweiten Presseinrichtung bzw. in den zweiten Presswerkzeugen unterschiedlich ausgebildet sind, um die gewünschte Form des Rands zu erreichen.
Ein flacher oder ebener Rand kann sich bspw. im Wesentlichen orthogonal zu einer Hochachse des Vorformlings oder Erzeugnisses erstrecken. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. In weiteren Ausführungen kann ein solcher Rand, der später umgeformt wird, bspw. im Wesentlichen als Verlängerung einer Wand ausgebildet sein und sich somit in der Erstreckungsrichtung der Wand erstrecken. So kann in weiteren Ausführungen ein Rand auch nur leicht geneigt zur Wand eines Vorformlings oder Erzeugnisses sein, vorzugsweise aber nicht ausschließlich nach außen. Gegenüber einer Wand, die bspw. gegenüber einer Hochachse des Vorformlings oder Erzeugnisses um 3 bis 10 Grad geneigt ist, kann ein Rand nach dem ersten Verpressen um weitere 1 bis 10 Grad gegenüber der Wand oder um 3 bis 25 Grad gegenüber der Hochachse geneigt sein. In weiteren Ausführungen können die ersten Presswerkzeuge und/oder die zweiten Presswerkzeuge beheizbar sein, so dass der zweistufige Prozess zur Herstellung eines Erzeugnisses, wie bspw. eines Behälters, mit einem Rand zusätzlich verbessert wird. Dabei kann bspw. in einem ersten Schritt über die ersten Presswerkzeuge ein Vorformling des Erzeugnisses bzw. Behälters entsprechend der späteren Geometrie im Bereich seines Hauptkörpers und im Bereich des Rands vorgepresst werden. Durch einen Wärmeeintrag kann der Feuchtigkeitsgehalt des Hauptkörpers und des Rands in der ersten Presseinrichtung bereits reduziert und eine Bindung der Fasern untereinander erreicht werden. Entscheidend ist hierbei, dass das Erwärmen des Vorformlings in der ersten Presseinrichtung nur bis zu einem gewissen Maß ausgeführt wird, damit der Vorformling nach dem Verpressen in der ersten Presseinrichtung noch ausreichend flexibel ist, um in der zweiten Presseinrichtung beim Schließen der zweiten Presswerkzeuge im Bereich des Rands verformt werden zu können. Die finale Herstellung durch Heißpressen in der zweiten Presseinrichtung erfolgt dann bei geschlossenen zweiten Presswerkzeugen mit einer höheren Temperatur gegenüber der Erwärmung in der ersten Presseinrichtung, wobei das in den Fasern gebundene Wasser verdampft und der Vorformling zum fertigen Erzeugnis bzw. Behälter heißverpresst wird.
Hierzu können die ersten Presswerkzeuge und/oder die zweiten Presswerkzeuge über Heizeinrichtungen auf die erforderlichen Temperaturen zum Verpressen gebracht werden. Solche Heizeinrichtungen können bspw. elektrische oder hydraulische Heizeinrichtungen sein und bspw. Heizelemente aufweisen. Elektrische Heizelemente können bspw. Heizpatronen sein, deren Temperatur nach Maßgabe des bereitgestellten Versorgungsstroms geregelt werden kann. Über die Heizpatronen können die Presswerkzeuge damit direkt beheizt werden. Hydraulische Heizeinrichtungen können beispielsweise durch die Presswerkzeuge verlaufende Kanäle aufweisen, wobei in den Kanälen ein temperiertes Öl zirkuliert. Das Erwärmen der Presswerkzeuge kann dabei direkt durch ein Erwärmen der Presswerkzeuge oder indirekt durch ein Erwärmen einer Werkzeug platte, auf/an welcher die Presswerkzeuge befestigt sind, erfolgen. In weiteren Ausführungen können Temperaturerfassungsmittel vorgesehen sein, welche die Temperatur der Presswerkzeuge und/oder der Werkzeug platte erfassen, um nach Maßgabe der erfassten Werte die Temperatur der Presswerkzeuge zu regeln.
In weiteren Ausführungen können die ersten Presswerkzeuge einen ersten Formbereich zur Ausbildung eines flachen Rands und die zweiten Presswerkzeuge einen zweiten Formbereich zur Ausbildung eines umgeformten Rands aufweisen. Die erste Presseinrichtung weist hierzu Presswerkzeuge mit einem ebenen Formbereich auf, sodass im geschlossenen Zustand eine Kavität mit einem flachen Formbereich bereitgestellt wird, um einen entsprechend ebenen Rand im Vorformling auszubilden. Die zweiten Presswerkzeuge weisen entsprechend zweite Formbereiche auf, die zur Ausbildung des umgeformten Rands ausgebildet sind und hierzu bspw. mindestens eine Nut in einem zweiten Presswerkzeug und korrespondierende in die mindestens eine Nut ragende Formteile an einem weiteren zweiten Presswerkzeug aufweist. Dabei ragen die Formteile des einen zweiten Presswerkzeugs im geschlossenen Zustand in die Nut des gegenüberliegenden zweiten Presswerkzeugs. In weiteren Ausführungen können die gegenüberliegenden zweiten Presswerkzeuge jeweils mindestens eine Nut und ein abstehendes Formteil aufweisen, wobei letzteres im geschlossenen Zustand der beiden zweiten Formwerkzeuge in eine Nut eines gegenüberliegenden zweiten Formwerkzeugs ragt.
In weiteren Ausführungen kann die Größe der Kavität in der ersten Presseinrichtung und der zweiten Presseinrichtung unterschiedlich sein, wobei dem Schwund des Volumens des Erzeugnisses bzw. des Vorformlings zwischen dem ersten Verpressen in der ersten Presseinrichtung und dem zweiten Verpressen in der zweiten Presseinrichtung Rechnung getragen wird.
In weiteren Ausführungen kann der zweite Formbereich zur Ausbildung eines U-förmigen Rands ausgebildet sein. Die Schwierigkeit bei der Ausbildung eines U-förmigen Rands besteht darin, dass ein verhältnismäßig hoher Verformungsgrad für das faserhaltige Material vorliegt, wobei der Rand steile Flanken aufgrund der Schenkel des „U"s aufweist. Mit der hierin beschriebenen Formeinrichtung können komplexe Geometrien bei Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material erzeugt werden. Bspw. kann damit ein Behältnis mit einer abgerundeten Kante gefertigt werden, was bspw. speziell für Trinkbecher etc. häufig gewünscht ist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine Faserformanlage zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material mit mindestens einer Formeinrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungen gelöst. Die Faserformanlage kann ferner eine Vorpresseinrichtung aufweisen, in welcher die Vorformlinge für den späteren Prozess in einer vorstehend beschriebenen Formeinrichtung bereitgestellt werden. Hierbei weist die Faserformanlage ein Saugwerkzeug auf, welches in ein Pulpebecken eingetaucht werden kann, um Fasern aus einer faserhaltigen Pulpe anzusaugen. Hierzu weist das Saugwerkzeug formgebende Saugkörper mit Öffnungen auf, wobei die Saugkörper entsprechend der Gestalt der bereitzustellenden Vorformlinge ausgebildet sind. Über die Öffnungen werden einerseits die Fasern aus der Pulpe während des Eintauchens angesaugt als auch die angesaugten Fasern an der Oberfläche der Saugkörper gehalten. Zudem wird über die Öffnungen in den Saugkörpern beim Vorpressen Wasser aus den angesaugten Fasern abgesaugt. Die Saugkörper können als Saugformen ausgebildet sein und definieren die Form der Vorformlinge. Beim Vorpressen erfolgt ein mechanisches Auspressen von Wasser aus den Fasern bzw. den Vorformlingen, um Vorformlinge bereitzustellen, die in ihrer Struktur so ausgebildet sind, dass sie an nachfolgende Bearbeitungsstationen und Werkzeuge übergeben werden können. Nach dem Vorpressen sind die Vorformlinge jedoch noch nicht ausreichend stabil, so dass ein Umformen irreparable Schäden hervorrufen würde. Nach dem Vorpressen werden dann die vorgepressten Vorformlinge der Formeinrichtung übergeben, wobei in der Formeinrichtung ein zweistufiges Verpressen zur Ausbildung von Erzeugnissen mit speziell ausgebildeten Rändern durch Umformen erfolgt.
In der Faserformanlage können nach dem zweistufigen Verpressen in der Formeinrichtung die gefertigten Erzeugnisse weiteren Bearbeitungsschritten, wie bspw. einem Beschichten und/oder Befüllen zugeführt werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gelöst, mindestens aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Vorformlings aus einem faserhaltigen Material, wobei der Vorformling einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 75 Gew.-% aufweist, erstes Verpressen des Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer ersten Presseinrichtung mit ersten Presswerkzeugen, wobei ein Vorformling mit einem ebenen Rand erzeugt wird, und zweites Verpressen des Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer zweiten Presseinrichtung mit zweiten Presswerkzeugen, wobei der ebene Rand umgeformt wird, wobei die während des zweiten Verpressens eingebrachte Temperatur höher ist als die während des ersten Verpressens eingebrachte Temperatur. Das Verfahren ermöglicht die Ausbildung von speziellen Rändern in einem Formgebungsprozess für Erzeugnisse aus einem faserhaltigen Material mit einem Feuchtigkeitsgehalt von maximal 75 Gew.-%, ohne dass die Erzeugnisse bei der Herstellung beschädigt werden oder spezielle, aufwendige Werkzeuge, insbesondere Werkzeuge mit beweglichen Formteilen, erforderlich sind.
Zunächst wird mindestens ein Vorformling bereitgestellt. Der Vorformling kann bspw. vorab einem Vorpressen zum Ausbringen von Wasser unterworfen worden sein. Ein Vorformen ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Vorformling weist für den Formprozess einen Restfeuchtegehalt von maximal 75 Gew.-% auf. Der Vorformling wird dann in die erste Presseinrichtung eingebracht. Dazu wird der Vorformling auf eine Anlagefläche der Kavität der ersten Presseinrichtungen auf- oder eingesetzt. Die erste Presseinrichtung ist dabei geöffnet, wobei die beiden ersten Presswerkzeuge relativ zueinander verlagert sind. Nach dem Einbringen des Vorformlings werden die beiden ersten Presswerkzeuge relativ zueinander verlagert, bis die erste Presseinrichtung geschlossen ist und eine geschlossene Kavität für den Vorformling ausbilden. In der ersten Presseinrichtung wird dann ein erstes Verpressen („Warmpressen") mit einer relativ geringen Temperatur gegenüber dem Verpressen in der zweiten Presseinrichtung durchgeführt. Beim Warmpressen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings reduziert und der Vorformling vorgeformt, wobei der Rand als ebener Flansch an einem Hauptkörper ausgebildet wird.
Nach dem Warmpressen des Vorformlings wird die erste Presseinrichtung durch relative Verlagerung der beiden ersten Presswerkzeuge geöffnet und der warmgepresste Vorformling wird der ersten Presseinrichtung entnommen. Der warmgepresste Vorformling mit dem ebenen Rand wird dann in die zweite Presseinrichtung eingebracht. Dazu wird der warmgepresste Vorformling analog zu dem Einbringen in die erste Presseinrichtung auf eine Anlagefläche der Kavität der zweiten Presseinrichtung auf- oder eingesetzt, wobei die zweite Presseinrichtung geöffnet ist und die beiden zweiten Presswerkzeuge relativ zueinander verlagert sind. Nach dem Einbringen des warmgepressten Vorformlings wird die zweite Presseinrichtung durch relative Verlagerung der beiden zweiten Presswerkzeuge geschlossen. Beim Schließen drückt mindestens ein von einem der beiden zweiten Presswerkzeuge im Formbereich für den Rand abstehendes Formelement mindestens einen Teil des warmgeformten, ebenen Rands des Vorformlings in eine korrespondierende Nut in einem Formbereich für den Rand des gegenüberliegenden zweiten Presswerkzeugs. Beim Schließen wird dabei der warmgeformte Rand entsprechend der Ausbildung der Formbereiche kontinuierlich bis zur endgültigen Verformung im geschlossenen Zustand verformt. Nachdem die zweite Presseinrichtung geschlossen wurde, hat der Rand des Vorformlings seine endgültige Form angenommen. In der zweiten Presseinrichtung erfolgt dann mit einer höheren Temperatur wie in der ersten Presseinrichtung ein Verpressen des Vorformlings („Heißpressen"). Nach dem Heißpressen wird die zweite Presseinrichtung durch relative Verlagerung der zweiten Presswerkzeuge geöffnet und das heißgepresste Erzeugnis entnommen.
In weiteren Ausführungen können das erste Verpressen (Warmpressen) in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C und/oder das zweite Verpressen (Heißpressen) in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C durchgeführt werden. In weiteren Ausführungen kann das Warmpressen bspw. bei etwa 100 °C und das Heißpressen bei etwa 220 °C durchgeführt werden. Der Temperaturbereich für das Warmpressen ermöglicht eine Reduzierung der Restfeuchte des Vorformlings und die Ausbildung eines verhältnismäßig stabilen Vorformlings für das weitere Heißpressen bei gleichzeitig ausreichender Verformbarkeit, insbesondere im Bereich des Rands des Vorformlings.
In weiteren Ausführungen können das erste Presswerkzeug zum Bereitstellen der Temperaturen für das Warmpressen auf 70 bis 120 °C und/oder das zweite Presswerkzeug zum Bereitstellen der Temperatur für das Heißpressen auf 160 bis 250 °C erwärmt werden. Die Erwärmung kann dabei direkt oder indirekt erfolgen, wobei entsprechende Heizeinrichtungen vorgesehen sein können.
In weiteren Ausführungen kann während des ersten Verpressens (Warmpressen) der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 30 bis 50 Gew.-%, bspw. auf 35 bis 50 Gew.-%, insbesondere auf 40 -50 Gew.-%, reduziert werden, um die erforderliche Verformbarkeit bei ausreichender Festigkeit zu erreichen. Mit Festigkeit ist die Beschaffenheit des Vorformlings gemeint, welche den Zusammenhalt des verwendeten Materials betrifft. Hierbei ist nach dem Warmpressen eine Verbindung der einzelnen Fasern des Vorformlings mindestens teilweise eingetreten, so dass das Material im Wesentlichen stabil aber noch ausreichend verformbar ist. Es kann damit nicht zu einem „Einreißen" oder dergleichen beim Verformen, insbesondere bei der Ausbildung des Rands durch Umformen, kommen. Die Geometrie des Hauptkörpers eines Vorformlings ist beim Warmpressen und beim Heißpressen bereits vorgegeben. Ebenso ist die flache Ausbildung des Rands schon vorgegeben, weil der Vorformling in dieser Form bspw. an Saugkörpern eines Saugwerkzeugs angesaugt wurde, wobei die Saugkörper diese Geometrie widerspiegeln. Ein Stauchen und/oder Dehnen des Vorformlings tritt bei der Herstellung nur im Bereich des Rands auf. Eine zu hohe Restfeuchtigkeit des Vorformlings würde eine Verformung nicht zulassen, weil es dann beim Stauchen/Dehnen zu einem „Fließen" der Fasern oder einem Reißen des Materials im umgeformten Bereich kommen kann, wodurch der Vorformling beschädigt wird.
Der vorstehend beschriebene Prozess gewährleistet eine im Wesentlichen konstante Wand- bzw. Materialstärke bei faserhaltigen Erzeugnissen, weil der Rand beim Umformen „nachgeben" kann. Das bedeutet, dass der Vorformling für das Warmpressen einen größeren Durchmesser vor allem im Bereich des Rands aufweist. Beim anschließenden Umformen des Rands während des Schließens der zweiten Presseinrichtung wird der Rand umgeformt, wobei das äußere freie Ende des Rands nach „innen" gezogen wird. Damit weist der Rand nach dem Umformen und dem Heißpressen einen geringen Durchmesser auf, weil das äußere Ende des Rands durch das Verformen verschoben wird. Dabei wird jedoch sichergestellt, dass die Materialstärke über das gesamte Erzeugnis hinweg konstant bleibt. Dementsprechend kann das hierin beschriebene Verfahren für ein Umformen im Bereich des Bodens und/oder einer Seitenwand nur bedingt eingesetzt werden, sofern nur geringe Verformungen eintreten, damit die Wand- bzw. Materialstärke im Wesentlichen konstant bleibt und die Struktur erhalten bleibt. Vor allem ein nur partielles Stauchen oder Dehnen des Materials führt zu ungewünschten Veränderungen der Eigenschaften eines fertigen Erzeugnisses.
Eine Temperaturregelung beim Warmpressen und Heißpressen ermöglicht es auf unterschiedliche Fasern, Pulpezusammensetzungen, Geometrien der herzustellenden Erzeugnisse und Wandstärken etc. Rücksicht zu nehmen und die entsprechenden benötigten Temperaturen bereitzustellen. So kann bspw. für verschiedene Fasern eine andere Warmpresstemperatur erforderlich sein, um die gewünschte Verformbarkeit zu erreichen. Ferner kann insbesondere bei höheren Wandstärken eines Vorformlings eine andere Warmpresstemperatur erforderlich sein als bei dünneren Wandstärken. Auch die Presskraft und Pressdauer während des Warmpressens und des Heißpressens kann nach Maßgabe des verwendeten Materials (Pulpe, Fasern, etc.) und der Geometrie und den Dimensionen eines Vorformlings oder Erzeugnisses unterschiedlich sein und/oder angepasst werden.
In weiteren Ausführungen kann während des zweiten Verpressens (Heißpressen) der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 1 bis 10 Gew.-% reduziert werden. Beim Heißpressen kann somit der finale Prozessschritt erfolgen, wobei der Vorformling bspw. „trockengebacken" wird.
In weiteren Ausführungen können beim Warmpressen und beim Heißpressen nicht nur unterschiedliche Temperaturen gefahren werden, sondern die ersten und zweiten Presswerkzeuge können an verschiedenen Stellen für den Vorformling unterschiedlich stark beheizbar sein. Bspw. kann damit erreicht werden, dass beim Warmpressen ein Hauptkörper des Vorformlings stärker erwärmt wird als im Bereich des Rands, so dass beim nachgelagerten Heißpressen der Rand noch ausreichend flexibel für ein Umformen ist, aber der Hauptkörper bereits entsprechend stark ausgeformt oder zumindest stärker ausgeformt ist, wie der Rand.
Nach dem Heißpressen kann in weiteren Ausführungen in nachgelagerten Prozessschritten ein Beschichten, ein Befüllen und/oder ein Schließen des Erzeugnisses bzw. Behältnisses, bspw. mit einem ebenfalls aus einem faserhaltigen Material hergestellten Deckel mit ferner einem analog zum Behältnis umgeformten Rand erfolgen.
Schließlich wird die vorstehend genannte Aufgabe auch durch ein Erzeugnis aus einem faserhaltigen Material gelöst, das nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Bei dem nach den vorstehend genannten Verfahren hergestellten Erzeugnissen kann es sich bspw. um Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, Deckel, etc.) und Verpackungen für Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte, Hygieneartikel, Werkzeuge, Besteck, etc.) sowie Getränkebehälter und Deckel hierfür handeln. Ferner kann es sich um Behälter zur Aufnahme von Pflanzen (z.B. Blumentöpfe, etc.) und dekorative Elemente handeln.
Es wird mit der hierin beschriebenen technischen Lehre ermöglicht ein Erzeugnis bereitzustellen, wobei zunächst ein Warmpressen und anschließend ein Heißpressen erfolgt, wobei die Temperatur beim Warmpressen geringer ist als beim Heißpressen, und wobei ein Vorformling nach dem Warmpressen ausreichend flexibel für ein Umformen beim Schließen eines Heißpresswerkzeugs ist.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
Kurzbeschreibunq der Figuren
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Faserformanlage zur Herstellung von Erzeugnissen aus einem Fasermaterial;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Formeinrichtung zum Verpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material;
Fig. 3a-m verschiedene Zustände der Formeinrichtung von Fig. 2 bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Formeinrichtung zum Verpressen von Vorformlingen bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verpressen von Vorformlingen bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material;
Fig. 6a-j eine schematische Darstellung des Ablaufs beim Verpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines faserhaltigen Erzeugnisses.
Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsbeispielen Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen technischen Lehre dargestellt. Für gleiche Komponenten, Teile und Abläufe werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet. Für die hierin offenbarte technische Lehre unwesentliche oder für einen Fachmann sich erschließende Komponenten, Teile und Abläufe werden nicht explizit wiedergegeben. Im Singular angegebene Merkmale sind auch im Plural mitumfasst, sofern nicht explizit etwas anderes ausgeführt ist. Dies betrifft insbesondere Angaben wie „ein" oder „eine".
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele einer Faserformanlage 1000, von Formeinrichtungen 600, von Verfahren 2000 zur Herstellung und zum Verpressen von Erzeugnissen 3004 sowie eines Erzeugnisses 3004. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen hierbei keine Einschränkung im Hinblick auf weitere Ausbildungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungen dar.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Faserformanlage 1000 zur Herstellung von Erzeugnissen 3004 aus einem Fasermaterial. Das Fasermaterial für die Herstellung von Erzeugnissen wird im gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Faseraufbereitungsanlage bereitgestellt und der Faserformanlage 1000 zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung und das zur Verfügungstellen kann bspw. über Versorgungsleitungen erfolgen, in welchen flüssige Pulpe aus einer Faseraufbereitungsanlage zu einem Vorratsbehälter oder einem Pulpebecken 200 der Faserformanlage 1000 bspw. kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird. Alternativ kann Pulpe in einem Pulpebecken 200 der Faserformanlage 200 aufbereitet werden. Hierzu können über eine Flüssigkeitszufuhr bspw. Wasser und Faserstoffe sowie ggf. Zusätze in ein Pulpebecken 200 eingebracht und die Pulpe in dem Pulpebecken 200 durch Vermischen der einzelnen Komponenten unter Wärmeeintrag und von Hilfsmitteln, wie bspw. eines Rührers, aufbereitet werden.
Als Pulpe wird eine wässrige Lösung bezeichnet, die Fasern aufweist, wobei der Fasergehalt an der wässrigen Lösung in einem Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% vorliegen kann. Zusätzlich können Zusätze, wie bspw. Stärke, chemische Zusätze, Wachs, etc. enthalten sein. Bei den Fasern kann es sich bspw. um natürliche Fasern, wie Cellulosefasern oder Fasern aus einem faserhaltigen Ursprungsmaterial (z.B. Altpapier) handeln. Eine Faseraufbereitungsanlage bietet die Möglichkeit, Pulpe in großer Menge aufzubereiten und mehreren Faserformanlagen 1000 zur Verfügung zu stellen.
Über die Faserformanlage 1000 lassen sich bspw. biologisch abbaubare Erzeugnisse 3004 (siehe Fig. 7), wie bspw. Becher, Kapseln, Schalen, Teller und weitere Form- und/oder Verpackungsteile (bspw. als Halter-/Stützstrukturen für elektronische Geräte) herstellen. Da als Ausgangsmaterial für die Erzeugnisse eine faserhaltige Pulpe mit natürlichen Fasern verwendet wird, können die so hergestellten Erzeugnisse nach ihrer Verwendung selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von derartigen Erzeugnissen dienen oder kompostiert werden, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten.
Die in Fig. 1 gezeigte Faserformanlage 1000 weist einen Rahmen 100 auf, der von einer Verkleidung umgeben sein kann. Eine Verkleidung kann transparente Seitenwände aufweisen, über welche Stationen und Einheiten der Faserformanlage 1000 sichtbar sind und der Herstellungsprozess von Erzeugnissen optisch überwacht werden kann. Eine Verkleidung dient zum Schutz vor beweglichen und mitunter stark erwärmten Teilen der Faserformanlage 1000 sowie vor Fasermaterial aus der Pulpe und der Pulpe selbst, welche beim Herstellungsprozess „herumspritzen" können. Über eine Tür kann ein Zugang zu Versorgungseinheiten 300 der Faserformanlage 1000 bereitgestellt werden. An der in Fig. 1 dargestellten Längsseite kann eine Verkleidung verschiebbare oder drehbare Türen aufweisen, so dass sämtliche Stationen der Faserformanlage 1000 gewartet werden können.
Die Versorgungseinheiten 300 der Faserformanlage 1000 umfassen bspw. Schnittstellen für die Zufuhr von Medien (bspw. Wasser, Pulpe, Druckluft, Gas, etc.) und Energie (Stromversorgung), eine zentrale Steuereinheit 310, mindestens eine Absaugeinrichtung 320, Leitungssysteme für die verschiedenen Medien, Pumpen, Ventile, Leitungen, Sensoren, Messeinrichtungen, ein BUS-System, etc. sowie Schnittstellen für eine bidirektionale Kommunikation über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Datenverbindung. Anstelle einer drahtgebundenen Datenverbindung kann auch eine Datenverbindung über eine Glasfaserleitung bestehen. Die Datenverbindung kann bspw. zwischen der Steuereinheit 310 und einer zentralen Steuerung für mehrere Faserformanlagen 1000, zu einer Faseraufbereitungsanlage, zu einer Service-Stelle und/oder weiteren Einrichtungen bestehen. Es kann über eine bidirektionale Datenverbindung auch eine Steuerung der Faserformanlage 1000 über eine mobile Einrichtung, wie bspw. ein Smartphone, Tablet-Computer oder dergleichen erfolgen.
Die Steuereinheit 310 steht über ein BUS-System oder eine Datenverbindung mit einem HMI(Human-Machine-Interface)-Panel 700 in bidirektionaler Kommunikation. Das HMI-Panel 700 weist ein Display auf, welches Betriebsdaten und Zustände der Faserformanlage 1000 für auswählbare Bestandteile oder die gesamte Faserformanlage 1000 anzeigt. Das Display kann als Touch-Display ausgebildet sein, so dass hierüber Einstellungen per Hand von einem Operator der Faserformanlage 1000 vorgenommen werden können. Zusätzlich oder alternativ können an dem HMI-Panel 700 weitere Eingabemittel, wie bspw. eine Tastatur, ein Joystick, ein Tastenfeld etc. für Operatoreingaben vorgesehen sein. Hierüber können Einstellungen verändert und Einfluss auf den Betrieb der Faserformanlage 1000 vorgenommen werden.
Die Faserformanlage 1000 weist einen Roboter 500 auf. Der Roboter 500 ist als sogenannter 6-Achs Roboter ausgebildet und damit in der Lage innerhalb seines Aktionsradius Teile aufzunehmen, zu rotieren und in sämtliche Raumrichtungen zu bewegen. Anstelle des in den Figuren gezeigten Roboters 500 können auch andere Handling-Einrichtungen vorgesehen sein, die dazu ausgebildet sind, Vorformlinge 3000 und/oder Erzeugnisse 3004 aufzunehmen und zu verdrehen beziehungsweise zu rotieren und in die verschiedenen Raumrichtungen zu bewegen. Darüber hinaus kann eine derartige Handling-Einrichtung auch anderweitig ausgebildet sein, wobei hierzu die Anordnung der entsprechenden Stationen der Faserformanlage 1000 von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen kann.
An dem Roboter 500 ist ein Saugwerkzeug angeordnet. Das Saugwerkzeug weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Negativ der zu formenden Erzeugnisse 3004 bzw. Vorformlinge 3000 ausgebildete Saugformen auf. Diese Saugformen können bspw. eine netzartige Struktur aufweisen, an der sich Fasern aus der Pulpe anlagern. Die Saugformen weisen weiter Öffnungen auf, über welche mittels eines Vakuums Pulpe angesaugt werden kann, wenn sich das Saugwerkzeug so innerhalb des Pulpebeckens 200 befindet, dass sich die Saugformen zumindest partiell in der wässrigen Faserlösung, der Pulpe, befinden. Ein Vakuum bzw. ein Unterdrück zum Ansaugen von Fasern, wenn sich das Saugwerkzeug in dem Pulpebecken 200 und der Pulpe befindet, können über die Absaugeinrichtung 320 bereitgestellt werden. Hierzu weist die Faserformanlage 1000 entsprechende Mittel bei den Versorgungseinheiten 300 auf. Das Saugwerkzeug weist Leitungen zur Bereitstellung des Vakuums/Unterdrucks von der Absaugeinrichtung 320 bei den Versorgungseinheiten 300 zu dem Saugwerkzeug und den Öffnungen in den Saugformen auf. In den Leitungen sind Ventile angeordnet, die über die Steuereinheit 310 angesteuert werden können und damit das Ansaugen der Fasern regeln. Es kann durch die Absaugeinrichtung 320 anstelle eines Ansaugens auch ein „Ausblasen" erfolgen, wozu die Absaugeinrichtung 320 entsprechend ihrer Ausgestaltung in einen anderen Betriebsmodus geschaltet wird.
Bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem Fasermaterial wird das Saugwerkzeug in die Pulpe getaucht und ein Unterdruck/Vakuum an den Öffnungen der Saugformen angelegt, so dass Fasern aus der Pulpe angesaugt werden und sich an den Saugformen des Saugwerkzeugs anlagern. Anschließend bewegt der Roboter 500 das Saugwerkzeug mit den an den Saugformen anhaftenden Fasern, die noch einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. über 80 Gew.-% an Wasser aufweisen, an eine Vorpressstation 400 der Faserformanlage 1000. Dabei wird der Unterdrück an den Saugformen aufrechterhalten. Die Vorpressstation 400 weist ein Vorpresswerkzeug mit Vorpressformen auf. Die Vorpressformen können bspw. als Positiv der zu formenden Erzeugnisse ausgebildet sein und zur Aufnahme der an den Saugformen anhaftenden Fasern eine entsprechende Größe im Hinblick auf die Gestalt der Erzeugnisse aufweisen.
Bei der Herstellung von Erzeugnissen wird das Saugwerkzeug mit den an den Saugformen anhaftenden Fasern so zu der Vorpressstation 400 bewegt, dass die Fasern in die Vorpressformen gedrückt werden. Dabei werden die Fasern an den Saugformen miteinander verpresst, so dass hierüber eine stärkere Verbindung zwischen den Fasern erzeugt wird. Zudem wird dabei der Feuchtigkeitsgehalt der dadurch gebildeten Vorformlinge 3000 reduziert, so dass die nach dem Vorpressen gebildeten Vorformlinge3000 einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 75 Gew.-% aufweisen.
Während des Vorpressens kann Flüssigkeit bzw. Pulpe über das Saugwerkzeug und/oder über weitere Öffnungen in den Vorpressformen abgesaugt und zurückgeführt werden. Die beim Ansaugen über das Saugwerkzeug und/oder beim Vorpressen in der Vorpressstation 400 austretende Flüssigkeit bzw. Pulpe kann in das Pulpebecken 200 zurückgeführt werden. Nach dem Vorpressen in der Vorpressstation 400 werden die so erzeugten Vorformlinge 3000 an dem Saugwerkzeug über den Roboter 500 zu einer Formstation mit einer Formeinrichtung 600 bewegt. Hierzu wird der Unterdrück am Saugwerkzeug aufrechterhalten, damit die Vorformlinge 3000 an oder in den Saugformen verbleiben. Die Vorformlinge 3000 werden über das Saugwerkzeug auf ein erstes, unteres Presswerkzeug 616 übergeben, welches auf einer verfahrbaren Werkzeugplatte 608 entlang der Fertigungslinie aus der Formeinrichtung 600 verfahrbar ist (siehe bspw. Fig. 3a). Befindet sich die Werkzeug platte 608 in der ausgefahrenen Position, wird das Saugwerkzeug so zu der Werkzeugplatte 608 bewegt, dass ein Vorformling 3000 auf ein erstes unteres Presswerkzeug 616 aufgesetzt werden kann. Anschließend wird über die Öffnungen im Saugwerkzeug ein Überdruck erzeugt, so dass Vorformlinge 3000 aktiv von den Saugformen abgelegt werden, oder das Ansaugen wird beendet, sodass Vorformlinge 3000 schwerkraftbedingt auf einem ersten unteren Presswerkzeug 616 verbleiben. Durch eine Bereitstellung von Überdruck an den Öffnungen der Saugformen können vorgepresste Vorformlinge 3000, die an den Saugformen anliegen/anhaften, gelöst und abgegeben werden.
Die Werkzeug platte 608 ist mit einem Antrieb verbunden. Der Antrieb kann über die Steuereinheit 310 geregelt werden. Der Antrieb für die Werkzeug platte 608 kann bspw. mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen und ausgebildet sein. Bspw. kann ein Spindelantrieb oder eine Zahnstange vorgesehen sein, wobei die Zahnstange als Teil der Werkzeugplatte 608 ausgebildet sein kann über ein in die Zahnstange eingreifendes Ritzel bewegt wird, welches von einem Elektromotor angetrieben wird.
Danach wird das Saugwerkzeug über den Roboter 500 weg bewegt und das Saugwerkzeug wird in das Pulpebecken 200 getaucht, um weitere Fasern zur Herstellung von faserhaltigen Erzeugnissen anzusaugen.
In der Formstation 600 erfolgt dann unter Wärmeeintrag ein Verpressen von Vorformlingen 3000 zu Erzeugnissen 3004, wobei zusätzlich die finale Form festgelegt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Formen und Verpressen in einem zweistufigen Verfahren, wie nachfolgend im Detail erläutert. Dabei wird nicht nur ein Vorformling 3000 „heißgepresst", wie bisher üblich, sondern auch der Rand von Vorformlingen 3000 verformt. Nach dem Pressvorgang in der Formeinrichtung 600 wird die Werkzeugplatte 608 entlang der Faserformanlage 1000 in Fertigungsrichtung bewegt und das Erzeugnis 3004 von einem unteren zweiten Presswerkzeug 636 entnommen. In alternativen Ausführungen kann auch über ein oberes zweites Presswerkzeug 638 eine Übergabe auf ein Transportband einer Fördereinrichtung 800 oder ein anderes Ausbringungsmittel erfolgen, wozu das obere zweite Presswerkzeug 638 aus der Formeinrichtung 600 in Fertigungsrichtung herausbewegt wird. Zusätzlich kann dabei das zweite obere Presswerkzeug 638 nach unten verlagert werden, um das gefertigte Erzeugnis 3004 abzulegen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 werden die Erzeugnisse 3004 auf einem Transportband einer Fördereinrichtung 800 abgelegt. Auf das Transportband können die gefertigten Erzeugnisse 3004 aus faserhaltigen Material nach dem finalen Formen und dem Verpressen in der Formstation 600 abgelegt und aus der Faserformanlage 1000 ausgebracht werden. In weiteren Ausführungen kann nach dem Ablegen der Produkte auf das Transportband der Fördereinrichtung 800 eine weitere Bearbeitung erfolgen, wie bspw. ein Bedrucken, ein Befüllen und/oder ein Stapeln der Erzeugnisse 3004. Das Stapeln kann bspw. über einen zusätzlichen Roboter oder eine andere Einrichtung erfolgen. Eine solche Einrichtung kann bspw. mindestens einen Greifer 910 aufweisen, der die auf dem Transportband abgelegten Erzeugnisse 3004 greift und in einer Kiste oder ähnlichem stapelt. Der mindestens eine Greifer 910 kann zur Erfassung der Position und Ausrichtung von Produkten mit einer optischen Einrichtung, wie bspw. einer Kamera, Zusammenarbeiten, wobei die anhand der Kamera erfassten Bilder über eine Software ausgewertet werden, die dann auf Basis der ausgewerteten Bilder Steuerbefehle für den mindestens einen Greifer ausgibt.
Zudem weist die Faserformanlage 1000 eine in Fertigungsrichtung der Formstation 600 nachgelagerte Stapeleinrichtung 900 auf. Die Stapeleinrichtung 900 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei hintereinander angeordnete Greifereinrichtungen mit jeweils einem Greifer 910 auf. Über die Greifer 910 können einzelne Erzeugnisse 3004 nach dem Formen und Verpressen gegriffen und bspw. gestapelt werden, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt. Vor der Stapeleinrichtung 900 ist eine Kamera 810 angeordnet, welche die Position und Ausrichtung der auf einem Transportband einer Fördereinrichtung 800 angeordneten Erzeugnisse 3004 erfasst. Die erfassten Bilder werden von der Steuerung ausgewertet, welche daraus Steuerbefehle für die Greifer 910 zum Aufnehmen der Erzeugnisse 3004 generiert.
In weiteren Ausführungen kann eine Faserformanlage 1000 einen Kran zum Wechseln von Werkzeugen aus der Vorpressstation 400 und/oder der Formeinrichtung 600 für ein Umrüsten der Faserformanlage 1000 auf andere Erzeugnisse oder zur Wartung der Werkzeuge aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Formstation 600 zum Verpressen und Formen von Erzeugnissen 3004 aus einem faserhaltigen Material. Die Formeinrichtung 600 der Faserformanlage 1000 von Fig. 1 kann bspw. entsprechend der Formstation 600 aus Fig. 2 ausgebildet sein.
Die Formstation 600 weist einen Werkzeugtisch 602 mit einer darauf in Fertigungsrichtung verschiebbar gelagerten Werkzeug platte 608 auf. Auf der Werkzeugplatte 608 sind ein unteres erstes Presswerkzeug 616 und ein unteres zweites Presswerkzeug 636 angeordnet. Die Anordnung der unteren ersten und zweiten Presswerkzeuge 616, 636 ist so gewählt, dass sich diese in Fertigungsrichtung hintereinander befinden, so dass diese einem jeweiligen Bereich der Formstation 600 zugeordnet werden können. In Fig. 2 ist das untere erste Presswerkzeug 616 einer ersten Presseinrichtung 610 und das untere zweite Presswerkzeug 636 einer zweiten Presseinrichtung 630 zugeordnet. Die erste Presseinrichtung 610 und die zweite Presseinrichtung 630 sind schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die erste Presseinrichtung 610 dient zum „Warmpressen" von Vorformlingen 3000 und die zweite Presseinrichtung 630 dient zum „Heißpressen" von warmgepressten Vorformlingen 3002, wobei während des Heißpressens zusätzlich ein Umformen eines warmgepressten Rands 3032 von warmgepressten Vorformlingen 3002 erfolgt. In Fertigungsrichtung erfolgt somit zuerst ein Warmpressen von Vorformlingen 3000 und danach ein Heißpressen mit gleichzeitiger Verformung des Rands 3032. Nach dem Heißpressen liegen heißgepresste Vorformlinge bzw. fertige Erzeugnisse 3004 vor.
Die Formstation 600 weist Säulen 604 auf, die ein Tragjoch 606 halten. An dem Tragjoch 606 sind eine erste Presseinheit 614 und eine zweite Presseinheit 634 angeordnet. Die erste Presseinheit 614 und die zweite Presseinheit 634 sind mit einer ersten Werkzeugplatte 612 bzw. einer zweiten Werkzeug platte 632 verbunden und dienen dazu, die erste Werkzeugplatte 612 und die zweite Werkzeugplatte 632 aus der in Fig. 2 gezeigten Position nach unten (siehe bspw. Fig. 3c, f, i, m) zu bewegen. Es ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, die Werkzeugplatten 612, 632 unabhängig voneinander zu bewegen. In weiteren Ausführungen können die Werkzeugplatten 612, 632 auch gemeinsam verlagert werden oder es kann auch nur eine gemeinsame Werkzeugplatte vorgesehen sein, an welcher mindestens ein erstes oberes Presswerkzeug 618 und ein zweites oberes Presswerkzeug 638 angeordnet sind. Hierzu kann eine thermische Isolation zwischen einem ersten oberen Presswerkzeug 618 und einem zweiten oberen Presswerkzeug 638 vorgesehen sein.
Die erste Presseinheit 614 und die zweite Presseinheit 634 können bspw. jeweils als Kniehebelpresse ausgebildet sein. Anstelle einer Ausführung als Kniehebel presse können in einer weiteren Ausführung die erste Presseinheit 614 und die zweite Presseinheit 634 durch eine linear verfahrbare Presseinrichtung realisiert sein. Presseinrichtungen können bspw. pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch über entsprechende Einrichtungen angetrieben werden und die relative Verlagerung der ersten Werkzeugplatte 612 und der zweiten Werkzeug platte 632 ausführen. Nach Maßgabe einer Steuereinheit, wie bspw. der Steuereinheit 310 der Faserformanlage 1000, können die erste Presseinheit 614 und die zweite Presseinheit 634 die Werkzeug platten 612, 632 verlagern.
An der Werkzeugplatte 612 ist ein oberes erstes Presswerkzeug 618 angeordnet. An der Werkzeug platte 632 ist ein oberes zweites Presswerkzeug 638 angeordnet. Das obere erste Presswerkzeug 618 liegt dem unteren ersten Presswerkzeug 616 und das obere zweite Presswerkzeug 638 liegt dem unteren zweiten Presswerkzeug 636 gegenüber. Dabei bilden die unteren Presswerkzeuge 616, 636 ein Positiv des zu verpressenden Vorformlings 3000, 3002 und die oberen Presswerkzeuge 618, 638 bilden ein Negativ des zu verpressenden Vorformlings 3000, 3002. Im geschlossenen Zustand der ersten Presseinrichtung 610 und der zweiten Presseinrichtung 630 bilden die Presswerkzeuge jeweils eine Kavität für einen zu verpressenden Vorformling 3000, 3002 aus.
Das untere erste Presswerkzeug 616 weist eine untere Formfläche 620 auf. Das obere erste Presswerkzeug 618 weist eine obere Formfläche 624 auf. Die obere Formfläche 624 und die untere Formfläche 620 weisen jeweils eine ebene, flache Randformfläche 622, 626 (siehe Fig. 6) auf. Die Formflächen 620, 624 bilden die Anlageflächen für einen Vorformling 3000 und definieren die Form des Vorformlings 3000 beim Warmpressen in der ersten Presseinrichtung 610.
Das untere zweite Presswerkzeug 636 weist eine Formfläche 640 auf. Das obere zweite Presswerkzeug 638 weist eine Formfläche 650 auf. Dabei unterscheiden sich die Formflächen des ersten Presswerkzeugs und des zweiten Presswerkzeugs im Wesentlichen durch die Ausbildung im Rand für den Vorformling 3000, 3002. Die Formfläche 640 des zweiten Presswerkzeugs 636 weist eine U-förmige Randformfläche 646 mit einer umlaufenden Nut 644 auf. Die Formfläche 650 des zweiten oberen Presswerkzeugs 638 weist ein Formteil 642 auf, dass bspw. als umlaufender Formrand 652 ausgebildet sein kann, der in der geschlossenen Stellung der zweiten Formeinrichtung (siehe bspw. Fig. 3i; 6i), den zuvor warmgeformten Rand 3032 des warmgeformten Vorformlings 3002 in die Nut 644 drückt, so dass ein Erzeugnis 3004 mit einem U-förmigen Rand 3034 gefertigt werden kann.
Die Formflächen der Presswerkzeuge und die Kavitäten der ersten Presseinrichtung 610 und der zweiten Presseinrichtung 630 können zudem einen gewissen Schwund beim Verpressen und durch Wärmeeintrag berücksichtigen, so dass bspw. die Kavität der zweiten Presseinrichtung 630 kleiner ist wie die Kavität der ersten Presseinrichtung 610.
Das zweistufige Verfahren mit einem Warmpressen und einem nachgelagerten Heißpressen, wobei während des Schließens der zweiten Formeinrichtung 630 ein U-förmiger Rand 3034 erzeugt wird, bietet die Möglichkeit Erzeugnisse 3004 aus einem faserhaltigen Material mit einem stark verformten Rand bereitzustellen, ohne dass es aufgrund des feuchten Ursprungsmaterials beim Verpressen zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Erzeugnisses oder Bereichen davon kommt.
Die ersten Presswerkzeuge (unteres erstes Presswerkzeug 616, oberes erstes Presswerkzeug 618) und zweiten Presswerkzeuge (unteres zweites Presswerkzeug 636, oberes zweites Presswerkzeug 638) bestehen vorzugsweise aus einem Material mit sehr guten Wärmeleiteigenschaften. Es werden dabei bevorzugt Metalle eingesetzt. In den gezeigten Ausführungsformen können die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge bspw. aus Aluminium bestehen. Für das Warmpressen in der ersten Formeinrichtung sowie für das Heißpressen in der zweiten Formeinrichtung ist ein Erwärmen der ersten Presswerkzeuge und der zweiten Presswerkzeuge erforderlich. Hierzu können die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge direkt oder indirekt beheizbar sein. Bei einer indirekten Beheizung können in den Werkzeug platten 608, 612, 632 Heizelemente aufgenommen sein. Die Werkzeugplatten 608, 612, 632 bestehen in diesen Ausführungen aus einem Material mit sehr guten Wärmeleiteigenschaften (bspw. Aluminium) und geben die eingebrachte Wärme an die Presswerkzeuge ab. Da in der ersten Presseinrichtung 610 ein geringeres Temperaturniveau vorherrschen soll wie in der zweiten Presseinrichtung 630 werden die jeweiligen Heizelemente entsprechend geregelt. Dabei kann in der Werkzeugplatte 608 zwischen dem unteren ersten Presswerkzeug 616 und dem unteren zweiten Presswerkzeug 636 eine thermische Isolation vorliegen, damit sich die unterschiedlichen Temperaturen nicht gegenseitig negativ beeinflussen. Eine thermische Isolation kann bspw. durch eine zweiteilige Ausführung der Werkzeug platte 608 erreicht werden. Es kann zudem ein thermischer Isolator zwischen der Werkzeug platte 608 und dem Werkzeugtisch 602 vorliegen, damit hierüber kein Wärmeaustausch erfolgen kann.
Heizelemente für eine direkte oder indirekte Beheizung können bspw. Heizpatronen sein, die über die bereitgestellte elektrische Energie geregelt werden können. Hierzu kann bspw. über die Steuereinheit 310 die Regelung der Heizpatronen oder anderer Heizelemente erfolgen.
Die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge können bspw. austauschbar mit der Werkzeugplatte 608 sowie der ersten Werkzeug platte 612 und der zweiten Werkzeugplatte 632 verbunden sein. In weiteren Ausführungen können die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge auch als integraler Bestandteil der Werkzeugplatte 608 sowie der ersten Werkzeugplatte 612 und der zweiten Werkzeug platte 632 ausgebildet sein.
Die Fig. 3a-m zeigen verschiedene Zustände der Formeinrichtung 600 von Fig. 2 bei der Herstellung von Erzeugnissen 3004 aus einem faserhaltigen Material.
Zunächst wird ein Vorformling 3000 bspw. über ein Saugwerkzeug von einem Roboter 500 (in Fig. 3a nicht dargestellt) zugeführt. Der Vorformling 3000 kann bspw. vorab einem Vorpressen in einer Vorpressstation 400 unterzogen werden. Der Vorformling 3000 weist bspw. einen Restfeuchtegehalt von höchstens 75 Gew.-%, bspw. etwa 70 Gew.-% auf.
Zur Verarbeitung des Vorformlings 3000 wird zunächst die Werkzeugplatte 608 in Zeichnungsrichtung nach links herausgefahren, wie durch den Pfeil in Fig. 3a angedeutet. Die Werkzeugplatte 608 fährt entgegen der Verarbeitungsrichtung aus der Formeinrichtung 600 heraus (in Fig. 1 nach rechts). Somit befindet sich das untere erste Presswerkzeug 616 außerhalb des Formbereichs und ist zugänglich. Nun wird bspw. über den Roboter 500 mindestens ein Vorformling 3000 auf das entsprechende untere erste Presswerkzeug 616 aufgesetzt.
Anschließend fährt die Werkzeug platte 608 mit dem auf das untere erste Presswerkzeug 616 aufgesetzten Vorformling 3000 wieder nach rechts in die Formeinrichtung 600, wie in Fig. 3b durch den Pfeil angedeutet. Das erste untere Presswerkzeug 616 mit dem auf die Formfläche 620 aufgesetzten Vorformling 3000 befindet sich dann unterhalb des oberen ersten Presswerkzeugs 618.
Das obere erste Presswerkzeug 618 wird dann über die erste Presseinheit 614 zusammen mit der Werkzeugplatte 612 nach unten gefahren, wie in Fig. 3c gezeigt und durch den Pfeil angedeutet. Dabei erfolgt ein Warmpressen des Vorformlings 3000 bei einer Temperatur im Bereich von 90 bis 120 °C, vorzugsweise bei etwa 100 °C. Hierzu wird das erste Presswerkzeug bereits vor dem Verpressen über Heizelemente in der ersten Presseinrichtung 610 auf die erforderliche Temperatur gebracht. Durch das Warmpressen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings 3000 reduziert. Dabei wird unter dem verhältnismäßig geringen Wärmeeintrag gegenüber dem Heißpressen Wasser aus dem Vorformling 3000 ausgepresst, bis dieser einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 40 bis 5o Gew.-%, bspw. 30 bis 45 Gew.-% aufweist. Vorzugsweise wird das Warmpressen derart geregelt, dass ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 40 Gew.-% im Vorformling nach dem Warmpressen vorliegt. Die Regelung kann nach Maßgabe von Parametern erfolgen, die vorab für verschiedene Vorformlinge 3000, 3002 und Erzeugnisse 3004 ermittelt wurden. Es können dabei insbesondere ein optimaler Temperaturbereich und Druck für das Warmpressen zum Erreichen der erforderlichen Restfeuchte im warmgepressten Vorformling 3002 ermittelt und eingestellt werden. Zudem kann eine optimale Zeit für das Warmpressen ermittelt und eingestellt werden. Beim Warmpressen wird ein Vorformling 3002 mit einem im Wesentlichen ebenen Rand 3032 über die flachen Randformflächen 622, 626 erzeugt. Aufgrund des Feuchtegehalts des warmgepressten Vorformlings 3002 ist dieser nach dem Warmpressen noch ausreichend flexibel für eine weitere Verformung. Würde ein Vorformling 3000 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von bspw. 70 Gew.-% direkt verformt werden, käme es mindestens im Bereich der umgeformten Abschnitte zu unerwünschten Veränderungen im Material, wie bspw. einer Verdünnung, der Bildung von Rissen, etc.
Das Warmformen stellt demgegenüber einen Vorformling 3002 bereit, der eine festere Verbindung der Fasern aufweist. Damit ist ein Umformen bzw. Verformen möglich, ohne das es zu einer Veränderung der Materialstärke und/oder Beschädigung kommt.
Nach dem Warmformen werden die Werkzeugplatte 612 und das erste obere Presswerkzeug 618 über die erste Presseinheit 614 zusammen mit dem warmgepressten Vorformling 3002 nach oben gefahren, wie in Fig. 3d durch den Pfeil angedeutet. Hierzu wird der Vorformling 3002 über Öffnungen in der Formfläche 624 angesaugt. Die Öffnungen in der Formfläche 624 dienen dazu, beim Warmpressen austretende Feuchtigkeit abzusaugen. Es können zudem auch solche Öffnungen in der Formfläche 620 des ersten unteren Presswerkzeugs 616 vorgesehen sein. Die Öffnungen sind über Kanäle in den Werkzeugen mit einer Einrichtung zum Absaugen und/oder Ausblasen verbunden. Über Ventile und/oder andere Regelelemente kann bspw. über die Steuereinheit 310 das Absaugen und Ausblasen geregelt werden. Für das Abheben des Vorformlings 3002 von der Formfläche 620 kann ein Absaugen über das erste untere Presswerkzeug 616 unterbrochen werden. Zusätzlich kann auch ein Abheben durch Ausblasen eines Gases oder Gasgemischs (z.B. Luft) unterstützt werden. Zum Abheben wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorformling 3002 über die Öffnungen in der Formfläche 624 angesaugt.
Nach dem Abheben wird die untere Werkzeug platte 608 nach links verfahren, bis das zweite untere Presswerkzeug 636 sich unter dem Vorformling 3002 und dem ersten oberen Presswerkzeug 618 befindet (Fig. 3e). Dabei kann ein weiterer Vorformling 3000 wieder auf die Formfläche 620 des ersten unteren Presswerkzeugs 616 aufgesetzt werden, wie in Fig. 3e und f gezeigt. Anschließend wird das erste obere Presswerkzeug 618 mit dem zuvor warmgepressten Vorformling 3002 nach unten gefahren, um den Vorformling 3002 auf der Formfläche 640 abzusetzen, wie in Fig. 3f gezeigt.
Es wird dann zumindest das Ansaugen über die Öffnungen in der Formfläche 624 unterbrochen, so dass der Vorformling 3002 schwerkraftbedingt auf der Formfläche 640 aufliegt. Anschließend werden das erste obere Presswerkzeug 618 und die Werkzeug platte 612 über die erste Presseinheit 614 nach oben gefahren, wie in Fig. 3g gezeigt und durch den Pfeil angedeutet.
Danach wird die Werkzeugplatte 608 wieder in Richtung des in Fig. 3h gezeigten Pfeils nach rechts in die Formeinrichtung 600 verfahren, bis sich der Vorformling 3000 und das untere Presswerkzeug 616 unterhalb des oberen Presswerkzeugs 618 sowie der Vorformling 3002 und das untere Presswerkzeug 636 unterhalb des oberen Presswerkzeugs 638 befinden.
Es werden dann, wie in Fig. 3i gezeigt, sowohl das obere Presswerkzeug 618 nach unten verfahren, um den neuen Vorformling 3000 warmzupressen, als auch das obere Presswerkzeug 638 nach unten über die zweite Presseinheit 634 verfahren, um den zuvor warmgepressten Vorformling 3002 heißzupressen und während des Schließens der zweiten Presswerkzeuge im Bereich des Rands 3032 umzuformen. Der Ablauf für den Vorformling 3000 entspricht dem zuvor beschriebenen Ablauf, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird.
Während des Schließens der zweiten Presswerkzeuge drückt das nach unten vom oberen Presswerkzeug 638 abstehende Formteil 642, bspw. ein Formrand 652, den Rand 3032 kontinuierlich mit der Schließbewegung in die Nut 644 des unteren Presswerkzeugs 636. Wenn das obere Presswerkzeug 638 seine untere Endstellung erreicht hat, ist der zuvor warmgeformte Rand 3032 in der gewünschten Weise verformt und liegt in der Nut 644 und an dem Formteil 642 an, so dass während des Heißpressens in der zweiten Formeinrichtung 630 der gesamte Vorformling einer entsprechenden Wärmeeinwirkung und im Wesentlichen dem gleichen Druck ausgesetzt ist. Über Heizelemente in der zweiten Presseinrichtung 630 bzw. den zweiten Presswerkzeugen erfolgt ein Heißpressen in einem Temperaturbereich von 170 bis 280 °C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 210 bis 240 °C (bspw. bei etwa 220 °C). Durch die hohe Temperatur wird das restliche Wasser fast vollständig aus den Fasern verdampft, wobei eine starke Bindung der Fasern untereinander erreicht wird, die maßgeblich für die Eigenschaften des fertigen Erzeugnisses sind. Über Öffnungen in den Formflächen 640, 650 kann austretender Wasserdampf abgeführt werden. Wie für das Warmpressen kann ein optimaler Druck, eine optimale Temperatur, eine optimale Dauer und eine optimale Schließgeschwindigkeit, insbesondere zum zerstörungsfreien Umformen des Rands 3032, vorab ermittelt und eingestellt werden. Die Regelung kann über die Steuereinheit 310 erfolgen.
Nach dem Heißpressen weist der Vorformling 3004 die gewünschte Restfeuchte von etwa 1 bis 10 Gew.-% und die finale Form mit einem umgeformten Rand 3034, bspw. U-förmiger Rand 3034, auf.
Nach dem Warm- und Heißpressen werden die Presswerkzeuge nach oben gefahren, wie in Fig. 3j gezeigt. Anschließend wird die Werkzeug platte 608 nach rechts verfahren, wie in Fig. 3k gezeigt. Der heißgepresste Vorformling 3004 mit dem umgeformten Rand 3034 wird dann von einer Handlingeinrichtung oder einem Operator von der Formfläche 640 entnommen.
Danach fährt die Werkzeugplatte 608 wieder in die Presseinrichtung 600, wie in Fig. 31 gezeigt, und fährt weiter in die in Fig. 3m gezeigte Position, die der in Fig. 3e gezeigten Position entspricht, wobei der ab Fig. 3e beschriebene Ablauf wieder durchlaufen wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Formeinrichtung 600 zum Verpressen von Vorformlingen 3000, 3002 bei der Herstellung von Erzeugnissen 3004 aus einem faserhaltigen Material. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere erste Presswerkzeuge und mehrere zweite Presswerkzeuge vorgesehen, so dass gleichzeitig mehrere Vorformlinge 3000 zu Erzeugnissen 3004 verpresst und verformt werden können.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 2000 zum Verpressen von Vorformlingen 3000 bei der Herstellung von Erzeugnissen 3004 aus einem faserhaltigen Material. Bei dem Verfahren 2000 können in weiteren Ausführungen einzelne Schritte ausgelassen oder in einer anderen Abfolge durchgeführt werden, sofern das Erreichen der hierin beschriebenen Ziele und Vorteile weiterhin sichergestellt wird. In einem ersten Verfahrensschritt 2010 werden Vorformlinge 3000 bereitgestellt. Die Bereitstellung kann weitere Verfahrensschritte umfassen. So kann eine Bereitstellung von Pulpe über ein Pulpebecken 200 einer Faserformanlage 1000 (siehe Fig. 1) oder eine separate Faseraufbereitungsanlage umfassen, wobei Pulpe mit einem Faseranteil von 0,5 bis 10 Gew.-% in einer wässrigen Lösung bereitgestellt wird. Die Pulpe kann sich bspw. entweder bereits in einem Pulpebecken 200 befinden oder wird der Faserformanlage 1000 über entsprechende Schnittstellen und Leitungen dem Pulpebecken 200 zugeführt. Hierzu kann die Steuereinheit 310 nach Maßgabe des Füllstands des Pulpebeckens 200 die Zufuhr von Pulpe von einer entfernten Faseraufbereitungsanlage regeln. Es kann weiterhin über eine entsprechende Sensorik kontinuierlich oder in festlegbaren Zeitintervallen die Zusammensetzung der Pulpe überwacht werden. Diese Informationen werden der Steuereinheit 310 übermittelt, welche die Informationen in einen Speicher hinterlegt und/oder zur Regelung verschiedenen Stationen sowie der Heißpresseinrichtung 600 verwendet. Die gewonnenen Informationen können auch zur Bestimmung eines Restfeuchtegehalts in verschiedenen Verfahrensständen herangezogen werden. Es erfolgt zudem ein Aufheizen der Presswerkzeuge vor der Fertigung.
In einem weiteren möglichen Verfahrensschritt zur Bereitstellung von Vorformlingen 3000 erfolgt ein Eintauchen eines Saugwerkzeugs in die Pulpe nach Maßgabe der zu fertigenden Produkte. Es wird dann Fasermaterial aus der Pulpe über bspw. eine Ansaugeinrichtung 320 angesaugt, welche von der Steuereinheit 310 entsprechend geregelt wird. Zusätzlich können Ventile in mindestens einer Versorgungsleitung zwischen der Ansaugeinrichtung 320 und den Saugformen des Saugwerkzeugs über die Steuereinheit 310 geregelt werden. Weiterhin kann die Bereitstellung von Vorformlingen 3000 ein Bewegen des Saugwerkzeugs zu einer Vorpressstation 400 und ein Vorpressen des Fasermaterials in den Saugformen und den Vorpressformen stattfinden. Nach dem Vorpressen können dann Vorformlinge 3000 für die weitere Verarbeitung vorliegen.
In einem Verfahrensschritt 2012 erfolgt nach der Bereitstellung ein Herausfahren der Werkzeugplatte 608 aus der Formeinrichtung 600, so dass mindestens ein unteres erstes Presswerkzeug 616 zugänglich ist. Anschließend erfolgt in einem Verfahrensschritt 2014 das Aufsetzen mindestens eines Vorformlings 3000 auf die Formfläche 620 eines unteren ersten Presswerkzeugs 616. Danach erfolgt in einem Verfahrensschritt 2016 ein Zurückfahren der Werkzeugplatte 608 mit dem auf die untere Formfläche 620 aufgesetzten Vorformlings 3000. In einem Verfahrensschritt 2018 erfolgt ein Warmpressen, wobei ein oberes erstes Presswerkzeug 618 nach unten gefahren wird, bis die obere Formfläche 624 auch in Anlage mit dem Vorformling 3000 kommt. In dem Vorformling 3000 wird dann durch einen über das obere Presswerkzeug 618 eingebrachten Druck mittels der ersten Presseinheit 614 der Feuchtigkeitsgehalt reduziert. Zugleich unterstützt ein Wärmeeintrag in der vorstehend beschriebenen Weise das Ausbringen von Wasser und die Verfestigung des Materials des in der Kavität zwischen ersten oberen Presswerkzeug 618 und ersten unterem Presswerkzeug 616 aufgenommenen Vorformlings 3000. Beim Warmpressen wird ein ebener Rand entsprechend der bereitgestellten Form lediglich warmgepresst. In der Kavität von ersten Presswerkzeugen wird ein Vorformling 3000 lediglich in seiner Gestalt, wie er bereitgestellt wird, entwässert und erwärmt. Eine Verformung tritt dabei nicht auf. Die Gestaltung der Kavität in den ersten Presswerkzeugen erfolgt dabei nach Maßgabe der Gestalt der bereitgestellten Vorformlinge 3000.
Nach dem Warmpressen wird in einem Verfahrensschritt 2020 die erste Kavität, gebildet durch die ersten Presswerkzeuge, geöffnet. Dabei verbleibt der warmgepresste Vorformling 3002, wie in Fig. 3d gezeigt, an der Formfläche 624 des ersten oberen Presswerkzeugs 618 (bspw. durch Ansaugen). Anschließend wird die Werkzeug platte 608 in einem Verfahrensschritt 2022 so verfahren (vgl. Fig. 3e), bis sich ein korrespondierendes unteres zweites Presswerkzeug 636 unterhalb des ersten oberen Presswerkzeugs 618 mit dem Vorformling 3002 befindet. In weiteren Ausführungen kann in einem Verfahrensschritt 2024 gleichzeitig ein neuer Vorformling 3000 auf die freie Formfläche 620 des ersten unteren Presswerkzeugs 616 aufgesetzt werden.
In einem Verfahrensschritt 2026 erfolgt ein Übergeben des warmgeformten Vorformlings 3002 von dem oberen ersten Presswerkzeug 618 auf die Formfläche 640 des darunter befindlichen zweiten unteren Presswerkzeugs 636, wie bspw. in Fig. 3f gezeigt. Nach der Übergabe wird in einem Verfahrensschritt 2028 die Werkzeugplatte 608 zurück in die in Fig. 3h gezeigte Ausgangsstellung innerhalb der Formeinrichtung 600 verfahren. Danach erfolgt in einem Verfahrensschritt 2030 ein Heißpressen des warmgepressten Vorformlings 3002 in einer zwischen der Formfläche 640 des unteren Presswerkzeugs 636 und der Formfläche 650 des oberen Presswerkzeugs 638 gebildeten zweiten Kavität (vgl. Fig. 3i). Während des Schließens der zweiten Kavität wird der warmgeformte Rand 3032 kontinuierlich über Formteile 642 und mindestens eine entsprechende Nut 644 verformt. Während der Umformung des Rands 2032 wird das äußere freie Ende des Rands 32 nach „innen" in Richtung des Hauptkörpers des Vorformlings 3002, welcher direkt auf der Formfläche 640 aufliegt, die von der Nut 644 umgeben ist, verlagert.
In weiteren Ausführungen kann gleichzeitig zum Heißpressen ein Warmpressen über die ersten Presswerkzeuge für einen neuen Vorformling 3000 in einem Verfahrensschritt 2032 durchgeführt werden.
Danach werden in einem Verfahrensschritt 2034 zumindest die zweite Kavität geöffnet und in einem Verfahrensschritt 2036 die Werkzeug platte 608 aus der Formeinrichtung 600 in Verarbeitungsrichtung (siehe Fig. 3k) herausgefahren. In einem Verfahrensschritt 2038 erfolgt ein Entnehmen der heißgepressten Vorformlinge mit einem umgeformten Rand 2034. Anschließend wird die Werkzeug platte 608 wieder zurückgefahren, so dass ein Aufsetzen eines neuen Vorformlings 3000 auf die Formfläche 620 eines ersten unteren Presswerkzeugs 616 und ggf. ein Aufsetzen eines warmgeformten Vorformlings 3002 auf die Formfläche 640 eines zweiten unteren Presswerkzeugs 636 erfolgen kann. Danach kann der Ablauf mit Verfahrensschritt 2016 erneut durchlaufen werden.
Zum Aufsetzen, Halten und Übergeben von Vorformlingen 3000, 3002, 3004 kann über Öffnungen in den Formflächen 620, 624, 640, 650 ein Ansaugen und/oder ein Beenden des Ansaugens oder sogar ein Ausblasen erfolgen. Hierzu wird die Bereitstellung eines Unter- und/oder Überdrucks entsprechend geregelt.
Über eine Absaugeinrichtung 320 kann während des Warmpressens und/oder des Heißpressens ein Absaugen von austretender Flüssigkeit und/oder von Wasserdampf erfolgen, der durch Verdampfen der austretenden Flüssigkeit an den warmen und heißen Anlageflächen der Formflächen 620, 624, 640, 650 entsteht.
In weiteren Verfahrensschritten kann nach der Entnahme von fertigen Erzeugnissen 3004 bzw. heißgepressten Vorformlingen ein Ablegen auf ein Transportband der Fördereinrichtung 800 erfolgen. Über eine Steuereinheit 310 können vor/während/nach der Herstellung von Erzeugnissen 3004 aus Fasermaterial bei den einzelnen Verfahrensschritten die bereitgestellten Drücke, die Temperaturen, Schließgeschwindigkeiten und Presszeiten nach Maßgabe von erfassten Parametern der Formeinrichtung 600, einer Faserformanlage 1000 und/oder von Vorformlingen 3000, 3002 und Erzeugnissen 3004 verändert und gesteuert werden.
Die Fig. 6a-j zeigen eine weitere schematische Darstellung des Ablaufs beim Verpressen von Vorformlingen 3000 aus einem faserhaltigen Material, wobei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Nach dem Aufsetzen eines Vorformlings 3000 mit einem ebenen Rand 3030 auf eine Formfläche 620 mit einer flachen Randformfläche 622, wie in Fig. 6a gezeigt, wird die erste Presseinrichtung 610 geschlossen (Fig. 6b). Danach wird die erste Presseinrichtung 610 durch relative Verlagerung des ersten unteren Presswerkzeugs 616 und des ersten oberen Presswerkzeugs 618 geöffnet und der warmgeformte Vorformling 3002 verbleibt im ersten oberen Presswerkzeug 618, wie in Fig. 6c gezeigt. Hierzu kann bspw. ein Ansaugen erfolgen. Anschließend wird ein zweites unteres Presswerkzeug 636 unter das erste obere Presswerkzeug 618 mit dem darin gehaltenen warmgeformten Vorformling 3002 gebracht (siehe Fig. 6d), wobei sich das zweite untere Presswerkzeug 636 von dem ersten unteren Presswerkzeug 616 durch die Ausbildung einer im Wesentlichen U-förmigen Nut 644 unterscheidet. Es wird dann das erste obere Presswerkzeug 618 mit dem Vorformling 3002 nach unten verlagert und der Vorformling 3002 auf das zweite untere Presswerkzeug 636 übergeben (Fig. 6e). Der flache Randformbereich 626 verhindert dabei, dass es bei der Übergabe zu einer Verformung kommt.
Nach der Übergabe wird das erste zweite Presswerkzeug 618 abgehoben und ein ggf. bereitgestellter Unterdrück beendet, so dass der Vorformling 3002 auf der Formfläche 640 des zweiten unteren Presswerkzeugs 636 verbleibt (Fig. 6f). Das zweite untere Presswerkzeug 636 wird dann zusammen mit dem Vorformling 3002 in eine Position unterhalb eines zweiten oberen Presswerkzeugs 638 verbracht (Fig. 6g). Danach werden das zweite obere und untere Presswerkzeug 636, 638 geschlossen, wie in den Fig. 6h und i gezeigt. Das zweite obere Presswerkzeug 638 weist einen Formrand 652 auf, der, sobald dieser in Anlage mit dem Rand 3032 des Vorformlings 3002 kommt, den Rand 3032 mit weiterer Verlagerung kontinuierlich in die darunter befindliche Nut 644 des zweiten unteren Presswerkzeugs 636 drückt. Fig. 6i zeigt den Zustand, nachdem die zweiten Presswerkzeuge ihre Endposition eingenommen haben. Nun wird weiterhin Druck auf den Vorformling 3002 unter Wärmeeintrag ausgeübt, so dass der Vorformling 3002 schließlich final heißgepresst wird und seine endgültige Form einnehmen kann. Nach dem Heißpressen wird das zweite obere Presswerkzeug 638 relativ zum unteren Presswerkzeug 636 und dem heißgepressten Vorformling mit dem U-förmigen Rand 3034 bzw. dem fertigen Erzeugnis 3004 verlagert, so dass das Erzeugnis 3004 entnommen werden kann (Fig. 6j).
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines faserhaltigen Erzeugnisses 3004 nach einer Verarbeitung in einer Formeinrichtung 600. Das Erzeugnis 3004 hat dabei zunächst einen Warm pressvorgang und danach einen Heißpressvorgang mit Umformung durchlaufen.
Das Erzeugnis 3004 ist als Becher ausgebildet und steht in Fig. 7 auf dem Kopf. Das Erzeugnis 3004 weist einen Boden 3010 mit einer seitlich davon abstehenden umlaufenden Seitenwand 3020 auf. Der Boden 3010 und die Seitenwand 3020 bilden einen Hauptkörper, an dem ein seitlich abstehender Rand 3030 angeordnet ist. Im Bereich des freien Endes der Seitenwand 3020 besitzt das Erzeugnis 3004 einen Rand 3030, der als U-förmiger Rand 3034 ausgebildet ist.
In weiteren Ausführungen kann anstelle eines U-förmigen Rands 3034 auch ein wellenförmiger Rand gefertigt werden, wozu hier bspw. mehrere Nuten 644 und Formränder 652 oder Formringe bei den zweiten Presswerkzeugen für den Heißpressvorgang vorgesehen sein können.
Wesentlicher Vorteil bei den hierin beschriebenen Ausführungen ist, dass ohne Beschädigung und Veränderungen der Eigenschaften des Materials und des fertigen Erzeugnisses ein Umformen erfolgen kann. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass ein Vorverfestigen des Materials beim Warmpressen erfolgt, und dass das Umformen bei ausreichender Flexibilität des Vorformlings durchgeführt wird, bevor der Vorformling mit Druck heißverpresst wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Umformen vor dem vollständigen Schließen der zweiten Presswerkzeuge bereits umgesetzt ist. Damit ist die Gefahr einer zu starken Ausformung bzw. Verhärtung des Materials und insbesondere der Oberfläche ausgeschlossen. Bezuqszeichenliste
100 Rahmen
200 Pulpebecken
300 Versorgungseinheiten
310 Steuereinheit
320 Absaugeinrichtung
400 Vorpressstation
500 Roboter
600 Formeinrichtung
602 Werkzeugtisch
604 Säule
606 Tragjoch
608 Werkzeug platte
610 erste Presseinrichtung
612 erste Werkzeug platte
614 erste Presseinheit
616 unteres erstes Presswerkzeug
618 oberes erstes Presswerkzeug
620 untere Formfläche
622 untere flache Randformfläche
624 obere Formfläche
626 obere flache Randformfläche
630 zweite Presseinrichtung
632 zweite Werkzeugplatte
634 zweite Presseinheit
636 unteres zweites Presswerkzeug
638 oberes zweites Presswerkzeug
640 untere Formfläche
642 Formteil
644 Nut
646 untere U-förmige Randformfläche
650 obere Formfläche
652 Formrand 700 HMI-Panel
800 Fördereinrichtung
810 Kamera
900 Stapeleinrichtung 910 Greifer
1000 Faserformanlage
1002 Richtung
2000 Verfahren
2010-2040 Verfahrensschritt 3000 Vorformling
3002 warmgepresster Vorformling
3004 Erzeugnis
3010 Boden
3020 Seitenwand 3030 Rand
3032 warmgepresster Rand
3034 heißgepresster U-Rand

Claims

Patentansprüche
1. Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen (3004) aus einem faserhaltigen Material, mindestens aufweisend eine erste Presseinrichtung (610) und eine zweite Presseinrichtung (610), wobei die erste Presseinrichtung (610) erste Presswerkzeuge (616, 618) aufweist, die zum Formen eines Erzeugnisses mit einem sich in einer Ebene erstreckenden Rand ausgebildet sind, und wobei die zweite Presseinrichtung (630) zweite Presswerkzeuge (636, 638) aufweist, die zum Umformen des Rands ausgebildet sind.
2. Formeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Presswerkzeuge (616, 618) und/oder die zweiten Presswerkzeuge (636, 638) beheizbar sind.
3. Formeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten Presswerkzeuge (616, 618) einen ersten Formbereich zur Ausbildung eines flachen Rands und die zweiten Presswerkzeuge (636, 638) einen zweiten Formbereich zur Ausbildung eines umgeformten Rands aufweisen.
4. Formeinrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Formbereich zur Ausbildung eines U-förmigen Rands ausgebildet ist.
5. Faserformanlage zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material mit mindestens einer Formeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Verfahren zum Formen von Erzeugnissen (3004) aus einem faserhaltigen Material, mindestens aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Vorformlings (3000) aus einem faserhaltigen Material, wobei der Vorformling (3000) einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 75 Gew.-% aufweist, erstes Verpressen des Vorformlings (3000) unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer ersten Presseinrichtung (610) mit ersten Presswerkzeugen (616, 618), wobei ein Vorformling (3002) mit einem ebenen Rand (3032) erzeugt wird, und zweites Verpressen des Vorformlings (3002) unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer zweiten Presseinrichtung (630) mit zweiten Presswerkzeugen (636, 638), wobei der ebene Rand (3032) umgeformt wird, wobei die während des zweiten Verpressens eingebrachte Temperatur höher ist als die während des ersten Verpressens eingebrachte Temperatur.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Verpressen in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C und/oder das zweite Verpressen in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das erste Presswerkzeug auf 70 bis 120 °C und/oder das zweite Presswerkzeug auf 160 bis 250 °C erwärmt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei während des ersten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 30 bis 50 Gew.-% reduziert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei während des zweiten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 1 bis 10 Gew.-% reduziert wird.
11. Erzeugnis aus faserhaltigem Material, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 6 bis 10.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230243107A1 (en) * 2019-10-14 2023-08-03 Kiefel Gmbh Fibre moulding plant for producing moulded parts from environmentally degradable fibre material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2338650A1 (de) * 1973-07-30 1975-02-20 Pres Tock Gmbh & Co Entwicklun Verfahren und vorrichtung zum herstellen von vorformkoerpern aus ebenen fasermatten
DE3028242A1 (de) * 1980-07-24 1982-02-11 Lignotock Verfahrenstechnik Gmbh, 1000 Berlin Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formteilen aus ebenen wirrfaservlieszuschnitten, vorzugsweise aus mit bindemittel versehenen zellulose- oder lignozellulosefasern
EP1384569A1 (de) * 2001-04-06 2004-01-28 Kao Corporation Verfahren zur herstellung eines mit flanschen versehenen formteils
US20130064998A1 (en) * 2011-09-09 2013-03-14 Patrick H. Wnek Tool For Forming A Three Dimensional Article Or Container
DE102019127562A1 (de) 2019-10-14 2021-04-15 Kiefel Gmbh Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100294448A1 (en) 2009-04-24 2010-11-25 David Pierce Processes for molding pulp paper containers and lids

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2338650A1 (de) * 1973-07-30 1975-02-20 Pres Tock Gmbh & Co Entwicklun Verfahren und vorrichtung zum herstellen von vorformkoerpern aus ebenen fasermatten
DE3028242A1 (de) * 1980-07-24 1982-02-11 Lignotock Verfahrenstechnik Gmbh, 1000 Berlin Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formteilen aus ebenen wirrfaservlieszuschnitten, vorzugsweise aus mit bindemittel versehenen zellulose- oder lignozellulosefasern
EP1384569A1 (de) * 2001-04-06 2004-01-28 Kao Corporation Verfahren zur herstellung eines mit flanschen versehenen formteils
US20130064998A1 (en) * 2011-09-09 2013-03-14 Patrick H. Wnek Tool For Forming A Three Dimensional Article Or Container
DE102019127562A1 (de) 2019-10-14 2021-04-15 Kiefel Gmbh Faserformanlage zur herstellung von formteilen aus umweltverträglich abbaubarem fasermaterial

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230243107A1 (en) * 2019-10-14 2023-08-03 Kiefel Gmbh Fibre moulding plant for producing moulded parts from environmentally degradable fibre material

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