DE102022111908A1 - MOLDING DEVICE FOR SHAPING PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL, FIBER FORMING SYSTEM, METHOD FOR SHAPING PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL AND PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL - Google Patents
MOLDING DEVICE FOR SHAPING PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL, FIBER FORMING SYSTEM, METHOD FOR SHAPING PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL AND PRODUCTS MADE OF FIBER-CONTAINING MATERIAL Download PDFInfo
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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.A molding device (600) for molding products (3004) from a fiber-containing material, a fiber molding system (1000) with at least one molding device (600) for molding products (3004) from a fiber-containing material, and a method (2000) for molding of products (3004) made of a fiber-containing material and a product (3004) made of a fiber-containing material, wherein first hot pressing and then hot pressing take place, the temperature during hot pressing being lower than during hot pressing and wherein a preform is sufficiently flexible after hot pressing for forming when closing a hot pressing tool.
Description
Technisches GebietTechnical area
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.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.
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.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.
Hintergrundbackground
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.The production of fiber-containing products or products from pulp usually takes place in several work steps. First, the pulp is provided in a pulp supply and a suction body with a suction tool, the geometry of which essentially corresponds to the product to be produced, is at least partially immersed in the pulp. During immersion, 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. During this pre-pressing process, the fibers are pressed into the preform and the water content of the preform is reduced.
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.In a subsequent step, the preform is usually pressed into the finished product in a hot press. Here, the preform is placed in a hot pressing tool, which has a lower tool half and an upper tool half, which are heated. In 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. For this purpose, for example, a suction device is provided that generates a vacuum.
Ein Heißpresswerkzeug und ein Herstellungsverfahren mit dem vorstehend beschriebenen Heißpressverfahren sind bspw. aus
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.When hot pressing, it is crucial to heat the preforms, which have a relatively high water content, sufficiently strongly and to press them for a sufficiently long time in order to achieve the desired residual moisture in the finished product/product and to press the fibers in order to produce a finished product with the desired properties geometries can be produced. The geometry or shape of the manufactured products is subject to restrictions because a relatively large deformation of a wet preform cannot be carried out without damage. In particular, the design of the edge of such products is subject to severe restrictions. For example, it is not possible to produce a U-shaped edge when forming a preform with a relatively high moisture content of, for example, 60% by weight during hot pressing. The reason for this is, among other things, that when the edge is formed using a corresponding molding tool, when the tool is closed, the wet preform is deformed too much and thus different thicknesses in the area of the edge and thus cracks. Due to the high residual moisture content, such moist preforms cannot be deformed to such an extent without causing irreparable damage to the preform.
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.Furthermore, such thinning in the area of the edge also results in this area not being dried evenly during hot pressing. This creates further defects, such as too dry, very thin-walled sections that give way easily and therefore cannot be used for the product to be manufactured.
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.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.
AufgabeTask
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.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. In addition, a solution is to be specified in which no movable mold surfaces are required for a tool.
LösungSolution
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.The above-mentioned object is achieved by 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.
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.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.
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.This is achieved by means of the molding device in that 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. For this purpose, the second pressing tools are designed accordingly for forming the edge.
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.In addition, 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 .
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.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. In further embodiments, 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. In further embodiments, 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.
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.In further embodiments, 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. For example, in a first step, 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. By applying heat, 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. What is crucial here is that 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.
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 Werkzeugplatte, auf/an welcher die Presswerkzeuge befestigt sind, erfolgen. In weiteren Ausführungen können Temperaturerfassungsmittel vorgesehen sein, welche die Temperatur der Presswerkzeuge und/oder der Werkzeugplatte erfassen, um nach Maßgabe der erfassten Werte die Temperatur der Presswerkzeuge zu regeln.For this purpose, the first pressing tools and/or the second pressing tools can be brought to the required temperatures for pressing via heating devices. Such heating devices can be, for example, electrical or hydraulic Be 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 pressing tools can be heated directly by heating the pressing tools or indirectly by heating a tool plate on which the pressing tools are attached. In further embodiments, 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.
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 further embodiments, 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 for forming a formed edge. For this purpose, 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. In further embodiments, 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.
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 further embodiments, 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.
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.In further embodiments, 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”. With the molding device described herein, complex geometries can be created in products made from a fiber-containing material. For example, a container with a rounded edge can be made, which is often desired especially for drinking cups etc.
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.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. Here, the fiber molding system has a suction tool which can be immersed in a pulp basin in order to suck in fibers from a fiber-containing pulp. For this purpose, the suction tool has shaping suction bodies with openings, the suction bodies being designed according to the shape of the preforms to be provided. On the one hand, 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. In addition, water is sucked out of the sucked-in fibers through the openings in the absorbent bodies during pre-pressing. The absorbent bodies can be designed as suction molds and define the shape of the preforms. During 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. However, after pre-pressing, the preforms are not yet sufficiently stable, so that forming would cause irreparable damage. After pre-pressing, 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.
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.In the fiber molding system, after the two-stage pressing in the molding device, the manufactured products can be fed to further processing steps, such as coating and/or filling.
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,
- - die während des zweiten Verpressens eingebrachte Temperatur höher ist als die während des ersten Verpressens eingebrachte Temperatur.
- - Providing a preform made of a fibrous material, the preform has a moisture content of at most 75% by weight,
- - first pressing of the preform with simultaneous heat input in a first pressing device with first pressing tools, whereby a preform with a flat edge is produced, and
- - second pressing of the preform with simultaneous heat input in a second pressing device with second pressing tools, whereby the flat edge is formed,
- - the temperature introduced during the second pressing is higher than the temperature introduced during the first pressing.
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.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.
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.First, 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 (“warm 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 reduces the moisture content of the preform and preforms the preform, forming the edge as a flat flange on a main body.
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.After the preform has been hot pressed, 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. For this purpose, 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. After the hot-pressed preform has been introduced, the second pressing device is closed by relative displacement of the two second pressing tools. When closing, at least one mold element protruding from one of the two second pressing tools in the molding region for the edge presses at least part of the hot-formed, flat edge of the preform into a corresponding groove in a molding region for the edge of the opposite second pressing tool. When closing, 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. After the second pressing device has been closed, 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.
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 further embodiments, the first pressing (hot 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. In further embodiments, 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.
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 further embodiments, 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.
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.In further embodiments, during the first pressing (hot pressing), 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 chen. Strength refers to the nature of the preform, which affects the cohesion of the material used. 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 main body of a preform is already predetermined during hot pressing and hot pressing. Likewise, 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. During production, 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.
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.The process described above ensures an essentially constant wall or material thickness for fiber-containing products because the edge can “give” during forming. This means that the preform for hot pressing has a larger diameter, especially in the area of the edge. During the subsequent reshaping of the edge while closing the second pressing device, the edge is reshaped, 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. However, 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.
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.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 different and/or adjusted depending on the material used (pulp, fibers, etc.) and the geometry and dimensions of a preform or product.
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 further embodiments, 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 during hot pressing, whereby the preform is, for example, “dry-baked”.
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.In further embodiments, not only different temperatures can be used during hot pressing and hot pressing, but 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.
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.After hot pressing, in further embodiments, 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.
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.Finally, 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.
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.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 sen, and wherein a preform after hot pressing is sufficiently flexible for forming when closing a hot pressing tool.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.Further features, refinements and advantages result from the following presentation of exemplary embodiments with reference to the figures.
Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters
In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Faserformanlage zur Herstellung von Erzeugnissen aus einem Fasermaterial; -
2 eine schematische Darstellung einer Formeinrichtung zum Verpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material; -
3a-m verschiedene Zustände der Formeinrichtung von2 bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material; -
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Formeinrichtung zum Verpressen von Vorformlingen bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material; -
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verpressen von Vorformlingen bei der Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material; -
6a-j eine schematische Darstellung des Ablaufs beim Verpressen von Vorformlingen aus einem faserhaltigen Material; und -
7 eine schematische Darstellung eines faserhaltigen Erzeugnisses.
-
1 a schematic representation of a fiber molding system for producing products from a fiber material; -
2 a schematic representation of a molding device for pressing preforms made of a fiber-containing material; -
3a-m different states of the molding device2 in the manufacture of products from a fibrous material; -
4 a schematic representation of a further molding device for pressing preforms in the production of products from a fiber-containing material; -
5 a schematic representation of a method for pressing preforms in the production of products from a fibrous material; -
6a-j a schematic representation of the process when pressing preforms made of a fiber-containing material; and -
7 a schematic representation of a fiber-containing product.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments
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“.Exemplary embodiments of the technical teaching described herein are presented below with reference to the figures. The same reference numbers are used in the description of the figures for the same components, parts and processes. Components, parts and processes that are not essential to the technical teaching disclosed herein or are obvious to a person skilled in the art are not explicitly reproduced. Features specified in the singular are also included in the plural unless explicitly stated otherwise. This particularly applies to information such as “a” or “an”.
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.The figures show exemplary embodiments of a
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.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. In addition, 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).
Eine Faseraufbereitungsanlage bietet die Möglichkeit, Pulpe in großer Menge aufzubereiten und mehreren Faserformanlagen 1000 zur Verfügung zu stellen.A fiber processing plant offers the possibility of processing pulp in large quantities and making it available to several
Über die Faserformanlage 1000 lassen sich bspw. biologisch abbaubare Erzeugnisse 3004 (siehe
Die in
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.The
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.The
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.The
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 Unterdruck 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.A suction tool is arranged on the
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 Unterdruck 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.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
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.When producing products, the suction tool with the fibers adhering to the suction molds is moved to the
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. During 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
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 Unterdruck 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.
Die Werkzeugplatte 608 ist mit einem Antrieb verbunden. Der Antrieb kann über die Steuereinheit 310 geregelt werden. Der Antrieb für die Werkzeugplatte 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.The
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.Thereafter, the suction tool is moved away via the
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. In the forming
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.After the pressing process in the
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel von
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
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.In further embodiments, a
Die Formstation 600 weist einen Werkzeugtisch 602 mit einer darauf in Fertigungsrichtung verschiebbar gelagerten Werkzeugplatte 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
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 Werkzeugplatte 632 verbunden und dienen dazu, die erste Werkzeugplatte 612 und die zweite Werkzeugplatte 632 aus der in
Die erste Presseinheit 614 und die zweite Presseinheit 634 können bspw. jeweils als Kniehebelpresse ausgebildet sein. Anstelle einer Ausführung als Kniehebelpresse 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 Werkzeugplatte 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 Werkzeugplatten 612, 632 verlagern.The first
An der Werkzeugplatte 612 ist ein oberes erstes Presswerkzeug 618 angeordnet. An der Werkzeugplatte 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.An upper first
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
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.
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.The molding surfaces of the pressing tools and the cavities of the first
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.The two-stage process with hot pressing and subsequent hot pressing, with a
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.The first pressing tools (lower first
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 Werkzeugplatten 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 Werkzeugplatte 608 erreicht werden. Es kann zudem ein thermischer Isolator zwischen der Werkzeugplatte 608 und dem Werkzeugtisch 602 vorliegen, damit hierüber kein Wärmeaustausch erfolgen kann.For the hot pressing in the first molding device and for the hot pressing in the second molding device, heating of the first pressing tools and the second pressing tools is required. For this purpose, the first pressing tools and the second pressing tools can be heated directly or indirectly. With indirect heating, heating elements can be accommodated in the
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.Heating elements for direct or indirect heating can be, for example, heating cartridges that can be regulated via the electrical energy provided. For this purpose, the heating cartridges or other heating elements can be controlled via the
Die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge können bspw. austauschbar mit der Werkzeugplatte 608 sowie der ersten Werkzeugplatte 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 Werkzeugplatte 632 ausgebildet sein.The first pressing tools and the second pressing tools can, for example, be connected interchangeably to the
Die
Zunächst wird ein Vorformling 3000 bspw. über ein Saugwerkzeug von einem Roboter 500 (in
Zur Verarbeitung des Vorformlings 3000 wird zunächst die Werkzeugplatte 608 in Zeichnungsrichtung nach links herausgefahren, wie durch den Pfeil in
Anschließend fährt die Werkzeugplatte 608 mit dem auf das untere erste Presswerkzeug 616 aufgesetzten Vorformling 3000 wieder nach rechts in die Formeinrichtung 600, wie in
Das obere erste Presswerkzeug 618 wird dann über die erste Presseinheit 614 zusammen mit der Werkzeugplatte 612 nach unten gefahren, wie in
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.During hot pressing, a
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.Thermoforming, on the other hand, provides a
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
Nach dem Abheben wird die untere Werkzeugplatte 608 nach links verfahren, bis das zweite untere Presswerkzeug 636 sich unter dem Vorformling 3002 und dem ersten oberen Presswerkzeug 618 befindet (
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
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 Werkzeugplatte 612 über die erste Presseinheit 614 nach oben gefahren, wie in
Danach wird die Werkzeugplatte 608 wieder in Richtung des in
Es werden dann, wie in
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.During the closing of the second pressing tools, the molded
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.After hot pressing, the
Nach dem Warm- und Heißpressen werden die Presswerkzeuge nach oben gefahren, wie in
Danach fährt die Werkzeugplatte 608 wieder in die Presseinrichtung 600, wie in
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
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 a further possible method step for providing
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 a
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.In a
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
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
In weiteren Ausführungen kann gleichzeitig zum Heißpressen ein Warmpressen über die ersten Presswerkzeuge für einen neuen Vorformling 3000 in einem Verfahrensschritt 2032 durchgeführt werden.In further embodiments, hot pressing can be carried out simultaneously with hot pressing using the first pressing tools for a
Danach werden in einem Verfahrensschritt 2034 zumindest die zweite Kavität geöffnet und in einem Verfahrensschritt 2036 die Werkzeugplatte 608 aus der Formeinrichtung 600 in Verarbeitungsrichtung (siehe
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.To place, hold and transfer
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.A
In weiteren Verfahrensschritten kann nach der Entnahme von fertigen Erzeugnissen 3004 bzw. heißgepressten Vorformlingen ein Ablegen auf ein Transportband der Fördereinrichtung 800 erfolgen.In further process steps, after the
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.Via a
Die
Nach dem Aufsetzen eines Vorformlings 3000 mit einem ebenen Rand 3030 auf eine Formfläche 620 mit einer flachen Randformfläche 622, wie in
Nach der Übergabe wird das erste zweite Presswerkzeug 618 abgehoben und ein ggf. bereitgestellter Unterdruck beendet, so dass der Vorformling 3002 auf der Formfläche 640 des zweiten unteren Presswerkzeugs 636 verbleibt (
Das Erzeugnis 3004 ist als Becher ausgebildet und steht in
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.In further embodiments, instead of a
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.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.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- RahmenFrame
- 200200
- Pulpebeckenpulp pool
- 300300
- VersorgungseinheitenSupply units
- 310310
- SteuereinheitControl unit
- 320320
- AbsaugeinrichtungSuction device
- 400400
- VorpressstationPre-press station
- 500500
- Roboterrobot
- 600600
- FormeinrichtungMold facility
- 602602
- WerkzeugtischTool table
- 604604
- Säulepillar
- 606606
- Tragjochyoke
- 608608
- Werkzeugplattetool plate
- 610610
- erste Presseinrichtungfirst pressing device
- 612612
- erste Werkzeugplattefirst tool plate
- 614614
- erste Presseinheitfirst press unit
- 616616
- unteres erstes Presswerkzeuglower first pressing tool
- 618618
- oberes erstes Presswerkzeugupper first pressing tool
- 620620
- untere Formflächelower mold surface
- 622622
- untere flache Randformflächelower flat edge molding surface
- 624624
- obere Formflächeupper mold surface
- 626626
- obere flache Randformflächeupper flat edge molding surface
- 630630
- zweite Presseinrichtungsecond pressing device
- 632632
- zweite Werkzeugplattesecond tool plate
- 634634
- zweite Presseinheitsecond press unit
- 636636
- unteres zweites Presswerkzeuglower second pressing tool
- 638638
- oberes zweites Presswerkzeugupper second pressing tool
- 640640
- untere Formflächelower mold surface
- 642642
- Formteilmolding
- 644644
- NutNut
- 646646
- untere U-förmige Randformflächelower U-shaped edge molding surface
- 650650
- obere Formflächeupper mold surface
- 652652
- FormrandForm edge
- 700700
- HMI-PanelHMI panel
- 800800
- Fördereinrichtungfunding facility
- 810810
- Kameracamera
- 900900
- StapeleinrichtungStacking facility
- 910910
- GreiferGrabber
- 10001000
- FaserformanlageFiber molding plant
- 10021002
- RichtungDirection
- 20002000
- VerfahrenProceedings
- 2010-20402010-2040
- VerfahrensschrittProcedural step
- 30003000
- Vorformlingpreform
- 30023002
- warmgepresster Vorformlinghot-pressed preform
- 30043004
- Erzeugnisproduct
- 30103010
- BodenFloor
- 30203020
- SeitenwandSide wall
- 30303030
- Randedge
- 30323032
- warmgepresster Randhot pressed edge
- 30343034
- heißgepresster U-Randhot pressed U-edge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019127562 A1 [0005]DE 102019127562 A1 [0005]
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