WO2024074682A1 - Vorrichtung zur beschichtung von faserbasierten hohlkörpern - Google Patents

Vorrichtung zur beschichtung von faserbasierten hohlkörpern Download PDF

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WO2024074682A1
WO2024074682A1 PCT/EP2023/077716 EP2023077716W WO2024074682A1 WO 2024074682 A1 WO2024074682 A1 WO 2024074682A1 EP 2023077716 W EP2023077716 W EP 2023077716W WO 2024074682 A1 WO2024074682 A1 WO 2024074682A1
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mold
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fiber
electrically conductive
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Alexander Sohm
Christian ZMÖLNIG
Simon SEPPI
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Alpla Werke Alwin Lehner Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device for coating fiber-based hollow bodies according to the preamble of claim 1 and a fiber-based closure according to the preamble of claim 15.
  • fiber materials have taken on a new importance as packaging materials because they are particularly sustainable. Advances in wet forming technology for components with undercuts such as containers and bottles open up new fields of application. Other new technologies such as the dry forming of fiber mats enable new fiber-based bodies such as closures. These products compete with previously known products that are mainly made of plastic. A disadvantage of fiber-based materials is that they are not intrinsically protected against external media such as water or water vapor, as is known from plastics. Therefore, for many applications it is necessary to protect the formed fibers in a further process step and to provide the product with barrier properties.
  • Coatings for fiber-based containers are known from the state of the art, which have a powder coating on the inside of their shell.
  • the powder coating is applied to the shell using an electrostatic high-voltage process. This allows the shell to be equipped with a barrier layer.
  • fiber-based bodies have the peculiarity that they have relatively large manufacturing tolerances compared to plastic bodies. Therefore, fiber-based bodies with an electrostatic coating have the disadvantage that the charge area is not uniform and therefore the coating can have different thicknesses and even gaps.
  • the invention is preferably characterized in that an electrically conductive and compressible compensating element is arranged on the inside of the mold. Since the manufacturing tolerances of fiber-based hollow bodies are relatively high due to their manufacturing process, it is likely that the inside of the mold does not lie completely and exactly on the outside of the hollow body. This can interrupt the electrical charge, which leads to a patchy and uneven coating.
  • the electrically conductive and compressible compensating element ensures, through its flexibility, that the outer surfaces of the body, whose corresponding inner surfaces are to be coated, are in full contact with the compensating element. Defects and unevenness in the coating are therefore reliably prevented.
  • the compensating element is an electrically conductive foam and/or an electrically conductive 3D-printed filament body.
  • the foam is generally used together with an additional carrier element, while the filament body is simultaneously the carrier element and electrical conductor.
  • the foam is preferably a polyurethane foam which is coated with copper and nickel.
  • 3D printing enables an extremely precise surface and at the same time a high level of flexibility.
  • the filament body can only be produced using 3D printing, as it has to be built up in layers in order to hold the intertwined filaments together.
  • the intertwined filaments ensure the compressibility and flexibility of the filament body.
  • the filament body is intended for components where the contour of the mold does not allow the conductive foam to be glued on.
  • the mold consists of a plurality of electrically conductive segments, whereby the body to be coated can be enclosed by the segments.
  • the segments are preferably made of aluminum, since this metal has a high electrical conductivity.
  • the segments can also be free of the foam or the filament body. This is preferred for interfaces of the hollow body that have to transmit force and be screwed together.
  • compensating element and segments enables the hollow body to be completely enclosed by the mold and at the same time an electrical voltage is present on all surfaces that are to be coated. These features must work together for the device to function reliably.
  • the mold has a number of side segments, a base segment and a shoulder segment. This allows the hollow body to be easily inserted into the mold and is in full contact with the segments after the mold is closed.
  • the mold conveniently has a neck segment and a dividing segment, with the dividing segment adjoining the neck segment.
  • the neck segment and the dividing segment form the boundary edge between the coated and uncoated areas on the outer surface of the neck thread.
  • the neck segment is the contacting component and is therefore responsible for the potential equalization.
  • the dividing segment does not touch the outer surface of the bottle. This segment results in a "sharper" boundary edge of the coating.
  • the fiber-based hollow body can optionally also be coated on the outside on the front or sealing surface and on the thread. The coating usually ends directly behind the end of the thread.
  • the dividing segment and the neck segment are free of the compensation element.
  • the aluminum segment without compensation element is preferred because it is more conductive than foam and filament body and enables a coating that can withstand higher loads due to its improved adhesion. This means that the coating does not dissolve on Interfaces that transmit force as well as interfaces that need to be screwed together.
  • the coating area on the body can be limited by the dividing segment. This means that the coating has an exact demarcation from the non-coated part of the hollow body.
  • the invention is also preferably characterized in that the segments can be transferred in the manner of a casting mold from an open position, in which the body can be placed in the mold, to a closed position, in which the body can be completely enclosed by the segments.
  • the surfaces of the segments which are covered with the compensating element or are free of it define a coating area in the closed position of the mold. This allows the entire interior to be coated particularly homogeneously, thinly and without gaps.
  • the side segments are covered with foam, as the foam can be glued to the contour of the side segment with an electrically conductive adhesive and thus adheres to the segment.
  • the foam has good conductivity and good compensation properties.
  • the base segment is covered with the filament body, as the foam does not stick to the base segment.
  • the base segment and the shoulder segment usually have a contour that cannot be reproduced using foam alone. Radii, edges and other 3D shapes can only be reproduced using very thin, elastic materials.
  • foam must generally be around 5 mm thick, as it has a balancing function and the copper-nickel coating is not elastic. Accordingly, the filament body is a suitable replacement for the foam on contours to which the foam does not stick.
  • the spray lance is designed in such a way that the polymer powder is electrically charged as it flows through the spray lance, with the segments being chargeable in the opposite direction to the polymer powder. This attracts the powder particles to the inside of the hollow body, where a potential equalization occurs.
  • the spray lance can be designed in the manner of a "corona gun".
  • the device is particularly suitable for fiber-based bottles and closures, as the compensating element can compensate for manufacturing tolerances and complex geometric shapes.
  • a further aspect of the invention relates to a fiber-based closure having a cover plate and a cylindrical casing with an internal thread connected to the cover plate.
  • the inside of the cover plate and the casing can be coated with a polymer powder in a particularly advantageous manner using the present device.
  • the barrier layer is applied over the entire surface and evenly.
  • the polymer coating increases the rigidity in this area. This can increase the maximum tightening torque of the closure.
  • the friction surfaces e.g. the thread, prevent fibers from being released from the surface as a result of the surfaces moving against one another, thus impairing the function of the closure when the closure is used several times.
  • Figure 1 a sectional view of a device for coating fiber-based hollow bodies with a mold, wherein the mold is open;
  • Figure 2 a sectional view of the device in a partially closed
  • Figure 3 a sectional view of the device in a closed position of the mold
  • Figure 4 a detailed view of the shape from Figure 3 and
  • Figure 5 a perspective view of the device with the mold and a spray lance
  • Figure 5 shows a device for coating fiber-based hollow bodies, which comprises an electrically conductive mold 13 and a spray lance 15 and is designated as a whole by the reference numeral 11.
  • the mold 13 functions in the manner of a casting mold, with mold segments being able to be moved between an open position ( Figure 1) and a closed position ( Figure 3).
  • a hollow body for example a fiber-based bottle 17, can be inserted into the mold 13.
  • a fiber-based hollow body is understood to mean that the hollow body is formed from compressed pulp, which forms a dimensionally stable shell and encloses an interior space.
  • Pulp is typically understood to be a mixture of water, fibers (in particular paper fibers) and a binding agent.
  • the mold 13 and the spray lance 15 have a first and a second electrical connection to which an electrical voltage can be applied. Since the mold 13 is made of an electrically conductive material, for example aluminum, the charge can act on the hollow body or the bottle 17, even though the fibers are non-conductive. The more precisely the mold 13 fits against the bottle, the more evenly the coating of the interior will be. To coat the inside of the bottle 17, an electrical voltage is applied to the first and second connection. A polymer powder blown through the spray lance 15 is, for example, positively charged. After the mold 13 is negatively charged, the powder particles attach themselves to the inside of the bottle 17. The bottle 17 is then removed from the mold 13 and in a subsequent step the powder is melted using thermal energy. The thermal energy can be introduced in the form of convective energy or radiation energy. The powder forms a homogeneous layer in the melt and solidifies in the subsequent cooling process.
  • the thermal energy can be introduced in the form of convective energy or radiation energy.
  • fiber-based hollow bodies have a relatively large manufacturing tolerance compared to plastic bodies.
  • the mold 13 must fit as precisely and as completely as possible against the hollow body in order to generate a charge field that maps the inside of the hollow body as precisely as possible.
  • an electrically conductive and compressible compensation element 19 is arranged on the inside of the mold 13. This compensation element 19 lies completely on the outer contour of the bottle 17, since it can be compressed more or less.
  • the coating is therefore particularly homogeneous and thin and adapts to the geometry of the hollow body on the inside. Even complex shapes such as the threads of a fiber-based twist cap can be coated precisely.
  • the mold 13 consists of a plurality of electrically conductive segments, whereby the body to be coated can be enclosed by the segments.
  • the mold 13 preferably has a plurality of side segments 21, a base segment 23 and a shoulder segment 25.
  • the segments can be lined with an electrically conductive foam 19a or with an electrically conductive 3D-printed filament body 19b.
  • the filaments are intertwined plastic fibers which are compressible or flexible and are electrically conductive.
  • the use of the filament body 19b is advantageous for components to which the contour does not allow the conductive foam to be glued.
  • the filament body 19b can be manufactured with the highest manufacturing tolerance and in complex shapes using the 3D printing process.
  • Segments for example the side segments 21, can be lined with an electrically conductive foam 19a.
  • the conductivity and the compensation behavior are higher with the conductive foam than with the filament body.
  • the foam is used on all segments where it can be glued to the contour.
  • the fiber-based bottle 17 is inserted with its shoulder 27 into the shoulder segment 25 ( Figure 1).
  • Figure 2 shows the fixing of the bottle 17 between the shoulder and the base segment 25, 23.
  • the fixing of the bottle 17 takes place by moving the base segment 23 vertically onto the base 29.
  • the side segments 21 are closed, whereby the bottle is completely surrounded by segments.
  • four side segments 21 are provided, which are first moved in a vertical and then in a radial direction in order to cover the jacket of the bottle 31.
  • the inner surfaces of the side segments 21 are covered with the electrically conductive foam 19a.
  • the surfaces of the segments, which are covered with the compensation element 19, define a coating area in the closed position of the mold 13 ( Figure 3). This means that all surfaces of the bottle 17 which are connected to the compensating element 19 (foam 19a or filament body 19b) can be coated over the entire surface, evenly and without gaps with the electrically charged polymer powder.
  • the mold 13 has a neck segment 33.
  • the neck segment 33 and an adjoining dividing segment 35 are closed by means of two pneumatic grippers.
  • the neck segment is the contacting component which is responsible for the potential equalization.
  • the dividing segment 35 is provided after the neck segment 33.
  • the neck segment 33 ensures a coating at the transition between the shoulder 27 and the neck 33.
  • the dividing segment 35 enables a clean separation or a "sharper boundary edge" on the neck of the bottle 37 between the coating zone and the outer mouth area, which is not coated.
  • Neither the neck segment 33 nor the dividing segment 35 have a compensating element for the production of the interfaces. These two segments are made of aluminum and therefore have good conductivity.
  • Figure 5 shows the spray lance 15 before it is inserted through the shoulder segment 25 into the interior of the bottle 17.
  • the spray lance can be designed as a "corona gun".
  • the polymer powder is charged with the countercharge of the electrically conductive compensation element 19. This allows the powder to adhere to the inner surfaces of the bottle that are to be coated.
  • the 3D-printed filament body 19b and in particular the foam 19a allow geometrically complex shapes to be coated with a thin polymer layer with a uniform layer thickness.
  • the polymer layer is completely closed in order to create a reliable barrier layer.
  • the device 11 is therefore also suitable for coating the inside of a fiber-based screw cap.
  • the internal thread of the cap is also completely coated.
  • the rigidity in this area is also increased. This can increase the maximum tightening torque of the cap.
  • the friction surfaces e.g. the thread, prevent fibers from being released from the surface when the surfaces move against each other, thus impairing the function of the cap when the cap is used several times.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern (17) mit einer Barriereschicht umfassend eine elektrisch leitfähige Form (13) mit einem ersten Anschluss zur Aufnahme des Körpers (17) und eine Sprühlanze (15) mit einem zweiten Anschluss, welche Sprühlanze (15) in den Körper (17) einbringbar ist. An dem ersten und zweiten Anschluss ist eine Stromquelle anschliessbar, wodurch eine elektrische Spannung zwischen der Form (13) und der Sprühlanze (15) realisierbar ist. An der Innenseite der Form ist ein elektrisch leitendes und komprimierbares Ausgleichelement (19) angeordnet.

Description

Vorrichtung zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen faserbasierten Verschluss gemäss Oberbegriff des Anspruchs 15.
Stand der Technik
Fasermaterialien bekommen als Verpackungsmaterial in den letzten Jahren einen neuen Stellenwert, da sie besonders nachhaltig sind. Fortschritte in der Nassumformungstechnologie für Bauteile mit Hinterschneidungen wie Container und Flaschen ermöglichen neue Einsatzfelder. Weitere neue Technologien wie die Trockenumformung von Fasermatten ermöglichen neue faserbasierte Körper wie Verschlüsse. Diese Produkte stehen in Konkurrenz zu bisher bekannten Produkten die vorwiegend aus Kunststoff hergestellt werden. Ein Nachteil von faserbasierten Werkstoffen ist, dass diese nicht intrinsisch gegen äußere Medien wie z.B. Wasser oder Wasserdampf geschützt sind, wie dies von Kunststoffen bekannt ist. Daher ist es für viele Anwendungen notwendig die umgeformten Fasern in einem weiteren Prozessschritt zu schützen und das Produkt mit Barriereeigenschaften zu versehen. Es gibt mehrere technische Lösungen, um eine solche Barriere aufzubringen, wobei unterschieden werden muss vor welchem Medium die Barriere den faserbasierten Körper schützen soll und ob dabei das Füllgut geschützt werden soll oder die Form des faserbasierten Körpers. Ein Schutz nach außen kann über das Einbringen von chemischen Additiven erwirkt werden, z.B. durch das in der Faserindustrie bekannte AKD (alkyl ketene dimer), das Faseroberflächen hydrophob einstellt. Jedoch bietet dieses Additiv keine Barriere für Wasserdampf oder andere Gase und lässt diese ungehindert durchdringen und schützt somit das Füllgut nicht ausreichend.
Aus dem Stand der Technik sind Beschichtungen für faserbasierte Behälter bekannt, welche an der Innenseite ihrer Hülle eine Pulverbeschichtung aufweisen. Die Pulverschichtung ist durch ein elektrostatisches Hochspannungsverfahren auf die Hülle aufgebracht. Dadurch lässt sich die Hülle mit einer Barriereschicht ausstatten. Faserbasierte Körper weisen jedoch die Eigenheit auf, dass diese verhältnismässig große Fertigungstoleranzen im Vergleich zu Kunststoffkörpern aufweisen. Deshalb haben faserbasierte Körper mit einer elektrostatischen Beschichtung den Nachteil, dass der Ladungsbereich nicht gleichmässig ist und dementsprechend die Beschichtung unterschiedliche Dicken und sogar Lücken aufweisen kann.
Aufgabe der Erfindung
Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe eine Vorrichtung zu schaffen, welche das oben beschriebene Beschichtungsverfahren verbessert.
Beschreibung
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Vorrichtung zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern mit einer Barriereschicht durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass an der Innenseite der Form ein elektrisch leitendes und komprimierbares Ausgleichselement angeordnet ist. Nachdem die Fertigungstoleranzen von faserbasierten Hohlkörpern wegen ihrem Herstellverfahren relativ hoch sind, ist es wahrscheinlich, dass die Innenseite der Form nicht vollflächig und exakt an der Aussenseite des Hohlkörpers anliegt. Dadurch kann die elektrische Ladung unterbrochen sein, was zu einer lückenhaften und ungleichmässigen Beschichtung führt. Das elektrisch leitende und komprimierbare Ausgleichselement stellt durch seine Flexibilität sicher, dass die Aussenflächen des Körpers, deren entsprechende Innenflächen beschichtet werden sollen, vollflächig mit dem Ausgleichselement in Kontakt stehen. Fehlstellen und Ungleichmässigkeiten an der Beschichtung sind daher zuverlässig verhindert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgleichselement ein elektrisch leitender Schaumstoff und/oder ein elektrisch leitender 3D-gedruck- ter Filamentkörper. Der Schaumstoff wird in der Regel zusammen mit einem zusätzlichen Trägerelement verwendet, während der Filamentkörper gleichzeitig Trägerelement und elektrischer Leiter ist. Der Schaumstoff ist bevorzugt ein Polyurethan-Schaumstoff, welcher mit Kupfer und Nickel beschichtet ist.
Der 3D-Druck ermöglicht eine äusserst präzise Oberfläche und gleichzeitig eine hohe Flexibilität. Der Filamentkörper lässt sich ausschliesslich im 3D-Druck herstellen, da er in Schichten aufgebaut werden muss, um die ineinander verschlungenen Filamente zu realisieren. Die verschlungenen Filamente gewährleisten die Komprimierbarkeit bzw. die Flexibilität des Filamentkörpers. Der Filamentkörper ist für Bauteile vorgesehen, an denen die Kontur der Form kein Aufkleben des leitenden Schaumstoffes zulässt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Form aus einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Segmenten, wodurch der zu beschichtende Körper von den Segmenten umschliessbar ist. Dadurch kann an allen Oberflächen des Hohlkörpers eine elektrische Ladung vorhanden sein, welche gleichmässig und lückenlos beschichtet werden sollen. Bevorzugt sind die Segmente aus Aluminium hergestellt, da dieses Metall eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Die Segmente können auch frei von dem Schaumstoff oder dem Filamentkörper sein. Diese ist bevorzugt für Schnittstellen des Hohlkörpers, die Kraft übertragen sowie verschraubt werden müssen.
Die Kombination aus Ausgleichselement und Segmente ermöglicht es, dass der Hohlkörper vollflächig von der Form umschlossen ist und gleichzeitig an allen Flächen, die beschichtet werden sollen, eine elektrische Spannung vorhanden ist. Für die zuverlässige Funktion der Vorrichtung müssen diese Merkmale Zusammenwirken.
Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Form eine Mehrzahl von Seitensegmenten, ein Bodensegment und ein Schultersegment aufweist. Dadurch lässt sich der Hohlkörper ohne Aufwand in die Form einlegen und steht nach dem Schliessen der Form vollumfänglich mit den Segmenten in Berührung.
Zweckmässigerweise weist die Form ein Halssegment und ein Teilungssegment auf, wobei das Teilungssegment an das Halssegment anschliesst. Das Halssegment und das Teilungssegment bilden die Grenzkante zwischen dem beschichteten und dem nicht beschichtet Bereich an der Aussenfläche des Halsgewindes. Das Halssegment ist das berührende Bauteil und ist dementsprechend für den Potentialausgleich verantwortlich. Das Teilungssegment berührt die Aussenfläche der Flasche nicht. Mit diesem Segment ergibt sich eine „schärfere“ Grenzkante der Beschichtung. Der faserbasierte Hohlkörper kann optional auch Außen an der Stirn- bzw. Dichtfläche sowie am Gewinde beschichtet werden. In der Regel endet die Beschichtung direkt hinter dem Gewindeende.
Vorteilhaft ist es, wenn das Teilungssegment und das Halssegment frei von dem Ausgleichselement sind. An dieser Stelle des Hohlkörpers ist das Aluminiumsegment ohne Ausgleichselement bevorzugt, weil dieses im Vergleich zu Schaumstoff und Filamentkörper besser leitfähig ist und eine Beschichtung ermöglicht, welche durch ihre verbesserte Haftung höhere Belastungen erträgt. Dadurch löst sich die Beschichtung nicht an Schnittstellen die Kraft übertragen sowie Schnittstellen, welche verschraubt werden müssen.
Wie weiter oben bereits ausgeführt ist es von Vorteil, wenn durch das Teilungssegment der Beschichtungsbereich an dem Körper begrenzbar ist. Dadurch besitzt die Beschichtung eine exakte Abgrenzung zum nicht beschichteten Teil des Hohlkörpers.
Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass die Segmente in der Art einer Gussform aus einer Offen position, in welcher der Körper in die Form einlegbar ist, in eine Verschlussposition überführbar sind, in welcher der Körper von den Segmenten vollständig umschliessbar ist. Dadurch ist die Vorrichtung für die Serienproduktion von faserbasierten Hohlkörpern in idealer Weise einsetzbar. Die erhöhten Fertigungstoleranzen der Hohlkörper einer Produktionsserie werden durch das Ausgleichselement kompensiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung definieren die Flächen der Segmente, welche mit dem Ausgleichselement verkleidet sind oder frei von diesem sind, in der Verschlussposition der Form einen Beschichtungsbereich. Dadurch lässt sich der gesamte Innenraum besonders homogen, dünn und lückenlos beschichten.
Bevorzugt ist es, wenn die Seitensegmente mit Schaumstoff verkleidet sind, da der Schaumstoff auf die Kontur der Seitensegment mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff aufgeklebt werden kann und so am Segment haftet. Der Schaumstoff besitzt eine gute Leitfähigkeit und ein gutes Ausgleichsverhalten.
Bevorzugt ist es, wenn das Bodensegment mit dem Filamentkörper verkleidet ist, da der Schaumstoff an dem Bodensegment nicht klebt. Dies ist deshalb der Fall, weil das Bodensegment und auch das Schultersegment in der Regel immer eine Kontur besitzen, die nur mit Schaumstoff nicht abgebildet werden kann. Radien, Kanten und sonstige 3D- Formen können nämlich nur mit sehr dünnen elastischen Materialien nachgebildet werden. Schaumstoff muss aber in der der Regel ca. 5 mm dick ausgeführt werden, weil er einerseits eine ausgleichende Funktion hat und andererseits die Kupfer-Nickel Beschichtung nicht elastisch ist. Dementsprechend ist der Filamentkörper an Konturen, an denen der Schaumstoff nicht klebt, ein geeigneter Ersatz für den Schaumstoff.
Zweckmässigerweise ist die Sprühlanze durch das Schultersegment in die Form einführbar, da sich dort auch die Einfüll- bzw. Ausgiessöffnung des faserbasierten Hohlkörpers befindet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sprühlanze derart ausgebildet, dass das Polymerpulver beim Durchströmen der Sprühlanze elektrisch geladen wird, wobei die Segmente entgegengesetzt wie das Polymerpulver aufladbar sind. Dadurch werden die Pulverpartikel an die Innenseite des Hohlkörpers angezogen, wo es zu einem Potentialausgleich kommt. Die Sprühlanze kann in der Art einer «Corona- Pistole» ausgeführt sein.
Durch die oben ausgeführten Vorteile eignet sich die Vorrichtung besonders gut für faserbasierte Flaschen und Verschlüsse, da das Ausgleichselement Fertigungstoleranzen und aufwendige geometrische Formen ausgleichen kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen faserbasierten Verschluss aufweisend eine Deckplatte und einen an die Deckplatte anschliessenden zylinderförmigen Mantel mit einem Innengewinde. Die Innenseite der Deckplatte und des Mantels lassen sich mit der vorliegenden Vorrichtung besonders vorteilhaft mit einem Polymerpulver beschichten. Zum einen wird die Barriereschicht flächendeckend und gleichmässig aufgetragen. Zum anderen wird in diesem Bereich durch die Polymerbeschichtung die Steifigkeit erhöht. Dies kann das maximale Anzugsmoment des Verschlusses erhöhen. Zusätzlich wird an den Reibflächen, z.B. dem Gewindegang, verhindert, dass durch das Aneinanderbewegen der Flächen Fasern aus der Oberfläche gelöst werden und somit die Funktion des Verschlusses bei mehrmaliger Verwendung des Verschlusses verschlechtert wird.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 : eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern mit einer Form, wobei die Form geöffnet ist;
Figur 2: eine Schnittdarstellung der Vorrichtung in einer teilgeschlossenen
Position der Form;
Figur 3: eine Schnittdarstellung der Vorrichtung in einer geschlossenen Position der Form; Figur 4: eine Detailansicht der Form aus Figur 3 und
Figur 5: eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit der Form und einer Sprühlanze
In der Figur 5 ist eine Vorrichtung zur Beschichtung von faserbasierten Hohlkörpern, gezeigt, welche eine elektrisch leitfähige Form 13 und eine Sprühlanze 15 umfasst und gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Form 13 funktioniert in der Art einer Gussform, wobei Formsegmente sich zwischen einer Offenposition (Figur 1 ) und einer Verschlussposition (Figur 3) verschieben lassen. In der Offenposition lässt sich ein Hohlkörper, beispielsweise eine faserbasierte Flasche 17, in die Form 13 einlegen. Unter einem faserbasierten Hohlkörper ist im Rahmen dieser Anmeldung zu verstehen, dass der Hohlkörper aus komprimierter Pulpe ausgeformt ist, welche eine formstabile Hülle bildet und einen Innenraum umschliesst. Als Pulpe wird typischerweise ein Gemisch aus Wasser, Fasern (insbesondere Papierfasern) und einem Bindemittel verstanden.
Die Form 13 und die Sprühlanze 15 besitzen einen ersten bzw. einen zweiten elektrischen Anschluss, an welchen eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Da die Form 13 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium hergestellt ist, kann die Ladung auf den Hohlkörper bzw. die Flasche 17 wirken, obwohl die Fasern nichtleitend sind. Je exakter die Form 13 an der Flasche anliegt, umso gleichmässiger fällt die Beschichtung des Innenraumes aus. Zur Beschichtung der Innenseite der Flasche 17 wird an dem ersten und zweiten Anschluss eine elektrische Spannung angelegt. Ein durch die Sprühlanze 15 geblasenes Polymerpulver wird beispielsweise positiv geladen. Nachdem die Form 13 negativ geladen ist, legen sich die Pulverpartikel an der Innenseite der Flasche 17 an. Anschließend wird die Flasche 17 aus der Form 13 entnommen und in einem Nachfolgeschritt wird das Pulver durch thermische Energie geschmolzen. Die thermische Energie kann dabei in Form von konvektiver Energie oder Strahlungsenergie eingebracht werden. Das Pulver bildet in der Schmelze eine homogene Schicht aus, und erstarrt im nachfolgenden Abkühlprozess.
Typischerweise weisen faserbasierte Hohlkörper eine relativ grosse Fertigungstoleranz im Vergleich zu Kunststoffkörpern auf. Andererseits muss die Form 13 möglichst exakt und vollflächig an dem Hohlkörper anliegen, um ein Ladungsfeld zu erzeugen, welches die Innenseite des Hohlkörpers möglichst exakt abbildet. Zur Erreichung dieses exakten Anliegens der Form 13 an Flaschen 17, welche materialbedingt in ihren Abmessungen voneinander abweichen, ist an der Innenseite der Form 13 ein elektrisch leitendes und komprimierbares Ausgleichselement 19 angeordnet. Dieses Ausgleichselement 19 liegt vollflächig an der Aussenkontur der Flasche 17 an, da es sich mehr oder weniger komprimieren lässt. Die Beschichtung ist daher besonders homogen und dünn und passt sich der Geometrie des Hohlkörpers an der Innenseite an. Auch komplexe Formen wie beispielsweise die Gewindegänge eines faserbasierten Dreh Verschlusses lassen sich exakt beschichten.
Die Form 13 besteht aus einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Segmenten, wodurch der zu beschichtende Körper von den Segmenten umschliessbar ist. Bevorzugt weist die Form 13 eine Mehrzahl von Seitensegmenten 21 , ein Bodensegment 23 und ein Schultersegment 25 auf. Die Segmente können mit einem elektrisch leitenden Schaumstoff 19a oder mit einem elektrisch leitenden 3D-gedruckten Filamentkörper 19b ausgekleidet sein. Die Filamente sind in sich verschlungene Kunststofffasern, welche komprimierbar bzw. flexibel sind und elektrisch leitend sind. Für Bauteile, an denen die Kontur kein Aufkleben des leitenden Schaumstoffes zulassen, ist die Anwendung des Filamentkörpers 19b von Vorteil. Im 3D-Druckverfahren lässt sich der Filamentkörper 19b mit höchster Fertigungstoleranz und in komplexen Formen herstellen.
Segmente, beispielsweise die Seitensegmente 21 , können mit einem elektrisch leitenden Schaumstoff 19a ausgekleidet sein. Die Leifähigkeit und das Ausgleichsverhalten sind beim leitenden Schaumstoff höher als beim Filamentkörper. Der Schaumstoff wird an allen Segmenten verwendet, wo er an der Kontur aufgeklebt werden kann.
Die faserbasierte Flasche 17 wird mit ihrer Schulter 27 in das Schultersegment 25 eingesetzt (Figur 1 ). Die Figur 2 zeigt die Fixierung der Flasche 17 zwischen dem Schulter- und dem Bodensegment 25,23. Die Fixierung der Flasche 17 erfolgt, indem das Bodensegment 23 in vertikaler Richtung auf den Boden 29 aufgefahren wird. Nach Schliessen des Bodensegments 23 werden die Seitensegmente 21 geschlossen, wodurch die Flasche vollständig von Segmenten umgeben ist. Bevorzugt sind vier Seitensegmente 21 vorgesehen, welche zuerst in vertikaler und dann in radialer Richtung verfahren werden, um den Mantel der Flasche 31 abzudecken. Die Innenflächen der Seitensegmente 21 sind mit dem elektrisch leitenden Schaumstoff 19a verkleidet. Nach Schliessen der Segmente definieren die Flächen der Segmente, welche mit dem Ausgleichselement 19 verkleidet sind, in der Verschlussposition der Form 13 einen Beschichtungsbereich (Figur 3). D.h. alle Flächen der Flasche 17, welche mit dem Ausgleichselement 19 (Schaumstoff 19a oder Filamentkörper 19b) können vollflächig, gleichmässig und lückenlos mit dem elektrisch geladenen Polymerpulver beschichtet werden.
Im Anschluss an das Schultersegment 25 weist die Form 13 ein Halssegment 33 auf. Das Halssegment 33 und ein daran anschliessendes Teilungssegment 35 werden mittels zwei pneumatischer Greifer geschlossen. Das Halssegment ist das berührende Bauteil, welches für den Potentialausgleich verantwortlich ist.
Im Anschluss an das Halssegment 33 ist das Teilungssegment 35 vorgesehen. Das Halssegment 33 stellt eine Beschichtung am Übergang zwischen der Schulter 27 und dem Hals 33 sicher. Das Teilungssegment 35 ermöglicht eine saubere Trennung bzw. eine «schärfere Grenzkante» an dem Hals der Flasche 37 zwischen der Beschichtungszone und dem äusseren Mündungsbereich, der nicht beschichtet ist. Für die Herstellung der Schnittstellen weisen weder das Halssegment 33 noch das Teilungssegment 35 ein Ausgleichselement auf. Diese beiden Segmente sind aus Aluminium gefertigt und besitzen daher eine gute Leitfähigkeit.
Die Figur 5 zeigt die Sprühlanze 15, bevor diese durch das Schultersegment 25 in den Innenraum der Flasche 17 eingefahren wird. Die Sprühlanze kann als eine «Corona- Pistole» ausgebildet sein. Beim Verlassen der Sprühlanze 15 ist das Polymerpulver mit der Gegenladung des elektrisch leitenden Ausgleichselementes 19 geladen. Dadurch kann das Pulver an den Innenflächen der Flasche haften, welche beschichtet werden sollen.
Der 3D-gedruckter Filamentkörper 19b und insbesondere der Schaumstoff 19a ermöglichen, dass geometrisch komplexe Formen mit einer dünnen und eine gleichmässigen Schichtdicke aufweisende Polymerschicht beschichtet werden können. Zudem ist die Polymerschicht vollständig geschlossen, um eine zuverlässige Barriereschicht zu erzeugen. Deshalb ist die Vorrichtung 11 auch dazu geeignet die Innenseite eines faserbasierten Drehverschlusses zu beschichten. Dabei wird auch das Innengewinde des Verschlusses vollständig beschichtet. Durch den Einsatz eines Polymerpulvers, welches sich flächig an die geometrischen Ausformungen anlegt, wird in diesem Bereich ebenfalls die Steifigkeit erhöht. Dies kann das maximale Anzugsmoment des Verschlusses erhöhen. Zusätzlich wird an den Reibflächen, z.B. dem Gewindegang, verhindert, dass durch das Aneinanderbewegen der Flächen Fasern aus der Oberfläche gelöst werden und somit die Funktion des Verschlusses bei mehrmaliger Verwendung des Verschlusses verschlechtert wird. Legende:
11 Vorrichtung
13 Form
15 Sprühlanze
17 Faserbasierte Flasche, faserbasierter Hohlkörper
19 Ausgleichselement
19a elektrisch leitender Schaumstoff
19b elektrisch leitender 3D-gedruckter Filamentkörper
21 Seitensegmente
23 Bodensegment
25 Schultersegment
27 Schulter der Flasche
29 Boden der Flasche
31 Mantel der Flasche
33 Halssegment
35 Teilungssegment
37 Hals der Flasche

Claims
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Vorrichtung (11 ) zur Beschichtung von faserbasierten Körpern (17) mit einer Barriereschicht umfassend
- eine elektrisch leitfähige Form (13) mit einem ersten Anschluss zur Aufnahme des Körpers (17),
- eine Sprühlanze (15) zur Abgabe eines Polymerpulvers mit einem zweiten Anschluss, welche Sprühlanze (15) in einem Abstand zum Körper (17) platzierbar ist, wobei
- an dem ersten und zweiten Anschluss eine Stromquelle anschliessbar ist, wodurch eine elektrische Spannung zwischen der Form (13) und der Sprühlanze (15) realisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Form ein elektrisch leitendes und komprimierbares Ausgleichselement (19) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement ein elektrisch leitender Schaumstoff (19a) und/oder ein elektrisch leitender 3D-gedruckter Filamentkörper (19b) ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (13) aus einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Segmenten (21 ,23,25,33,35) besteht, wodurch der zu beschichtende Körper (17) von den Segmenten
(21 ,23,25,33,35) umschliessbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine Mehrzahl von Seitensegmenten (21 ), ein Bodensegment (23) und ein Schultersegment (25) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form ein Halssegment (33) und ein Teilungssegment (35) aufweist, wobei das Teilungssegment (35) an das Halssegment (33) anschliesst. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Teilungssegment (35) und das Halssegment (33) frei von dem Ausgleichselement (19) sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Teilungssegment (35) der Beschichtungsbereich an dem Körper (17) begrenzbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (21 ,23,25,33,35) in der Art einer Gussform aus einer Offenposition, in welcher der Körper (17) in die Form einlegbar ist, in eine Verschlussposition überführbar sind, in welcher der Körper (17) von den Segmenten
(21 ,23,25,33,35) vollständig umschliessbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Segmente (21 ,23,25,33,35), welche mit dem Ausgleichselement verkleidet sind oder frei von diesem sind, in der Verschlussposition der Form (13) einen Beschichtungsbereich definieren.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitensegmente (21 ) mit Schaumstoff (19a) verkleidet sind.
11 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodensegment (23) mit dem Filamentkörper (19b) verkleidet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühlanze (15) durch das Schultersegment (25) in die Form (13) einführbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühlanze (15) derart ausgebildet ist, dass das Polymerpulver beim Durchströmen der Sprühlanze (15) elektrisch geladen wird, wobei die Segmente (21 ,23,25,33,35) entgegengesetzt wie das Polymerpulver aufladbar sind.
14. Verwendung der Vorrichtung (11) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche zur Beschichtung von faserbasierten Behältern, insbesondere faserbasierten Flaschen (17) und faserbasierten Verschlüssen.
15. Faserbasierter Verschluss aufweisend
- eine Deckplatte und
- einen an die Deckplatte anschliessenden zylinderförmigen Mantel mit einem Innengewinde, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenseite der Deckplatte und des Mantels mit einer Vorrichtung (11) gemäss der Ansprüche 1 bis 13 beschichtet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114056744A (zh) * 2020-08-06 2022-02-18 萨克米伊莫拉机械合作社合作公司 用于容器的盖和相关生产方法
EP4067572A1 (de) * 2021-03-31 2022-10-05 BillerudKorsnäs AB Verfahren zur bereitstellung einer ungleichmässigen sperrbeschichtung auf einem hohlen behälter mit geformter pulpe
EP4067571A1 (de) * 2021-03-31 2022-10-05 BillerudKorsnäs AB Verfahren zum beschichten eines hohlen behälters mit geformter pulpe

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