CH721362A1 - Pressform zur Aufnahme eines faserbasierten Rohlings - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Pressform zur Aufnahme eines faserbasierten Rohlings, insbesondere eines Behälters oder eines faserbasierten Verschlusselements für einen Behälter, zur Verwendung in einer Mikrowellenkammer. Die Pressform ist mikrowellendurchlässig. Die Pressform ist mehrlagig aufgebaut ist und weist zumindest eine erste, kavitatsbegrenzende, poröse Lage (21) auf sowie eine zweite, dampfdichte Lage (22).

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pressform zur Aufnahme eines faserbasierten Rohlings, insbesondere zur Aufnahme eines Behälters oder eines faserbasierten Verschlusselementes, gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

[0002] Ein faserbasierter Rohling in der Form eines Behälters wurde in der WO 2012/139590 A1 offenbart. Zur Herstellung dieses Behälters wird sogenannte Pulpe in eine kopfüber angeordnete Form durch Einspritzen eingebracht und mit einem flexiblen Ballon in dieser Form an eine entsprechende Wandung gedrückt und entsprechend komprimiert. Dabei wird die Pulpe zusammengedrückt und auf eine Temperatur von rund 180°C aufgeheizt, um den Behälter zu trocknen. Ebenso ist es bekannt Verschlusselemente für Behälter aus Pulpe herzustellen.

[0003] Pulpe ist eine Mischung aus Fasern und Wasser, insbesondere Naturfasern wie Hanffasern, Zellulosefasern oder Flachsfasern oder einer Mischung davon. Gegebenenfalls weist die Pulpe Zusatzstoffe auf, die beispielsweise ein Aushärten der komprimierten Pulpe verbessern oder Einfluss auf das spätere Aussehen haben oder generell die Eigenschaften der Pulpe oder des späteren Behälters verändern.

[0004] Das vorgenannte Verfahren ist zeitaufwändig und energieintensiv. Es wurde daher schon vorgeschlagen, dieses zu verbessern. Mit der WO 2018/020219 A1 wurde ein weiteres Verfahren bekannt, um nasse, faserbasierte Rohlinge zu trocknen. Auch hier handelt es sich bei den Rohlingen um Behälter. Hierbei wird die nasse Pulpe innerhalb der Giessform ebenfalls mit einem flexiblen Ballon zusammengepresst. Im Anschluss wird der so vorbearbeitete Behälter gemeinsam mit dem sich darin befindlichen Ballon entformt und auf ein Förderband gestellt. Der Ballon wird aus dem kaltgeformten Behälter entfernt. Im Anschluss wird der Behälter mit Mikrowellen beaufschlagt, um diesen zu trocknen. Der Rohling ist vor dem Trocknen sehr empfindlich auf Krafteinwirkung und muss sehr sorgfältig behandelt werden. Während des Trocknungsvorgangs kann sich der Behälter verformen, beispielsweise durch ungleichmässige Trocknung oder hervorgerufen durch ein nicht uniforme Schichtdicke oder er kann durch äussere Einflüsse Schaden nehmen.

[0005] Es ist ebenfalls bereits vorgeschlagen worden ist, beispielsweise in der WO 2011/158000 A1, die zu trocknenden Behälter während des Beaufschlagens mit Mikrowellen innerhalb einer mikrowellendurchlässigen Pressform zu belassen. Dabei wir die mikrowellendurchlässige Pressform unmittelbar mit aufgeheizt. Dies macht das Verfahren träge und verursacht einen hohen energetischen Aufwand.

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen oder mehrere Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Insbesondere soll eine Pressform bereitgestellt werden, welche es ermöglicht, das Verfahren effizienter zu gestalten und/oder die Trocknungsleistung zu erhöhen.

[0007] Diese Aufgabe wir durch die in dem unabhängigen Anspruch definierte Vorrichtung gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0008] Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch eine Pressform zur Aufnahme eines faserbasierten Rohlings bereitgestellt. Bei dem faserbasierten Rohling kann es sich insbesondere um einen Behälter oder ein faserbasiertes Verschlusselement für einen Behälter handeln. Die Pressform ist zur Verwendung in einer Mikrowellenkammer vorgesehen. Dazu ist die Pressform mikrowellendurchlässig.

[0009] Die Pressform ist mehrlagig aufgebaut und weist zumindest eine erste, kavitätsbegrenzende, poröse Lage auf sowie eine zweite, dampfdichte Lage.

[0010] Durch einen mehrlagigen Aufbau kann eine gewünschte Festigkeit der Pressform erreicht werden. Dabei kann durch die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Lagen, einerseits der porösen Lage und andererseits der dampfdichten Lage, eine Verteilung von Wasser oder Wasserdampf innerhalb der Pressform eingestellt werden.

[0011] Dadurch, dass die erste Lage kavitätsbegrenzend ist, stellt diese die finale Form des Rohlings bereit und der Rohling ist an diese Lage während des Trocknungsvorgangs anliegend. Bei der Kavität handelt es sich um die Negativform des finalen Produkts.

[0012] In einer porösen Pressform sammelt sich Wasser oder Wasserdampf bis zur Sättigung an. Dies führt dazu, dass zumindest ein Teil der Mikrowellenenergie ungewollt in die Pressform eingeleitet wird und so einerseits diese erwärmt und andererseits die Trocknungsleistung verringert. Ist die Pressform jedoch mehrlagig ausgebildet und lediglich eine erste Lage porös, so verringert sich das Volumen, in welchem sich Wasser und Wasserdampf ansammeln kann. Dies führt dazu, dass weniger Energie zur Trocknung eines Rohlings benötigt wird.

[0013] Die dampfdichte Lage verhindert, dass Wasser oder Wasserdampf tiefer in die Pressform eindringen kann.

[0014] Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die dampfdichte Lage die poröse Lage vollständig ummantelt. Dies führt dazu, dass das Blasformwerkzeug wie folgt aufgebaut ist. Eine dampfdichte Lage umschliesst eine poröse Lage und die poröse Lage bildet eine Kavität mit einem Negativ des zu formenden Rohlings. Eine vollständige Ummantelung bedeutet hier jedoch nicht, dass die poröse Lage gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossen ist, sondern dass beispielsweise im Bereich einer Behälteröffnung die poröse Lage nach aussen offen ist, sodass beispielsweise Wasserdampf entweichen kann.

[0015] Es ist nicht zwingend, dass die poröse Lage direkt an die dampfdichte Lage anschliesst oder mit dieser verbunden ist.

[0016] Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Pressform zumindest eine dritte Lage aufweist. Dabei ist die dritte Lage angrenzend an die erste Lage ausgebildet und weist Abführkanäle auf.

[0017] Eine derartige Anordnung ermöglicht es, dass Wasser oder Wasserdampf aus der porösen Lage von innen nach aussen diffundieren kann und durch die Abführkanäle abgeführt werden kann.

[0018] Insbesondere ist die dritte Lage zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnet und beabstandet diese zwei Lagen.

[0019] Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die dritte Lage ebenfalls dampfdicht ausgebildet ist. Das führt dazu, dass ein Wassereintrag in die dritte Lage verhindert ist und damit ebenfalls ein Energieeintrag verhindert oder zumindest reduziert ist.

[0020] Dampfdicht heisst vorliegend, dass die jeweilige Lage aus einem Material gefertigt ist oder einen strukturellen Aufbau aufweist, welches oder welcher Wasser und/oder Dampf nicht absorbieren kann.

[0021] Vorzugsweise sind die Abführkanäle derart angeordnet, dass diese in einen gemeinsamen Absaugkanal münden. Dies ermöglicht es, innerhalb der Abführkanäle beispielsweise eine gezielte Strömung zu erzwingen oder gegebenenfalls einen Unterdruck bereitzustellen, sodass Wasser und/oder Wasserdampf selbstständig oder unter Zwang aus der ersten porösen Lage abgeführt werden kann.

[0022] Die Pressform kann eine weitere Lage aufweisen, um die Pressform mit einer Schnittstelle zur Anbindung in einer entsprechenden Maschine zu versehen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Lage handeln, die einen entsprechenden Flansch oder Anschlagflächen aufweist, die mit einem entsprechenden Gegenstück, beispielsweise einer Formaufnahmeplatte, zusammenwirken und mit dieser verschraubbar sind.

[0023] Die Pressform kann mehrteilig ausgebildet sein. Dabei weist sie insbesondere eine erste Pressformhälfte und eine zweite Pressformhälfte auf und vorzugsweise eine Pressformboden.

[0024] Durch die Mehrteiligkeit der Pressform ist ein Bestücken der Pressform sowie ein Entformen des getrockneten Rohlings einfach möglich.

[0025] Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass im Pressformboden sämtliche Abführkanäle münden und innerhalb des Pressformbodens in einen gemeinsamen Absaugkanal münden.

[0026] Die Pressform kann beispielsweise aus Polyetherimid, amorphem Polyimid (PEI) oder Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) gefertigt sein. Dies sind mikrowellendurchlässige Stoffe die eine gute Eignung beim Formenbau aufweisen.

[0027] Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest die erste Lage und die zweite Lage gemeinsam in einem 3-D Druckverfahren gefertigt sind und damit einstückig ausgebildet sind. Dies führt zu einer hohen Stabilität, da diese Lagen durch das 3-D Druckverfahren fest miteinander verbunden sind.

[0028] Damit eine erste Lage als eine poröse Lage ausgebildet werden kann und eine zweite Lage als eine dampfdichte Lage können die entsprechenden Parameter für das Druckverfahren angepasst werden. Dabei wird beispielsweise ein Kunststofffilament im Bereich der porösen Lage derart verarbeitet, dass beispielsweise mit einer Filleinstellung, also einer Druckdichte, von lediglich 80 % gearbeitet wird und im Bereich der dampfdichten Lage mit einer Filleinstellung von 100 %.

[0029] Alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest die erste Lage, die zweite Lage und die dritte Lage gemeinsam in einem 3-D Druckverfahren gefertigt sind und damit einstückig ausgebildet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Pressform vollständig in einem 3-D Druckverfahren gefertigt ist und damit einstückig ausgebildet ist.

[0030] Dies ermöglicht einerseits, dass eine erhöhte Festigkeit erreicht wird, da einzelne Lagen nicht mehr physisch voneinander getrennt sind, andererseits kann sehr spezifisch ausgearbeitet werden, in welchen Bereichen die Pressform porös ist und in welchen nicht. Zudem ermöglicht es eine derartige Fertigung ebenfalls, die Pressform auch für kompliziertere Geometrien kostengünstig zu fertigen und insbesondere beispielsweise Abführkanäle in bevorzugten Lagen und beispielsweise auch im Raum gekrümmt anzuordnen.

[0031] Anhand von schematischen Figuren wird der Aufbau einer Pressform erläutert. Es zeigt: Figur 1: Eine Pressform mit teilweise ausgeblendeten Elementen; Figur 2: eine perspektivische Schnittansicht einer Pressformhälfte; Figur 3: eine perspektivische Ansicht eines Pressformbodens; Figur 4: eine perspektivische Darstellung einer Schnittansicht aus der Figur 3.

[0032] Die Figur 1 zeigt eine Pressform 20 mit teilweise ausgeblendeten Elementen. Die Pressform 20 umfasst eine erste Pressformhälfte 20A und eine zweite Pressformhälfte 20B sowie einen Pressformboden 20C. Die Pressformhälfte 20B ist vorliegend ausgeblendet, sodass das Innere der Pressform 20, also die Kavität, sichtbar ist.

[0033] Die Figur 2 zeigt eine spezifische Schnittansicht einer Pressformhälfte 20A. Wie ersichtlich ist, ist die Pressformhälfte 20A und damit ebenfalls die Pressform 20, mehrlagig aufgebaut. Die innerste erste Lage 21 begrenzt eine Kavität und ist porös. Eine zweite Lage 22 ummantelt die erste Lage 21 vollständig. Zwischen der ersten Lage 21 und der zweiten Lage 22 ist eine dritte Lage 23 angeordnet. Die dritte Lage 23 stellt Abführkanäle 231 bereit. Die dritte Lage 23 grenzt an die erste Lage 21 und an die zweite Lage 22 an. Mit anderen Worten sind die Abführkanäle 231 zwischen der ersten Lage 21 und der zweiten Lage 22 ausgebildet. Diese drei Lagen 21 bis 23 sind von einer weiteren Lage 24 ummantelt. Die Lage 24 stellt eine Schnittstelle zu einer entsprechenden Aufnahme einer Maschine bereit und dient zusätzlich zur Verstärkung und Unterstützung der anderen Lagen. Sämtliche Lagen sind mikrowellendurchlässig und bestehen aus dem gleichen Werkstoff. Die Lagen sind insbesondere einstückig in einem 3-D Druckverfahren gefertigt. Dabei ist die erste Lage 21 porös und die zweite Lage 22 sowie die dritte Lage 23 dampfdicht. Die weitere Lage 24 ist vorliegend ebenfalls dampfdicht, dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, da durch die zweite Lage 22 ein Eindringen von Wasser und/oder Wasserdampf in die weitere Lage 24 verhindert ist.

[0034] Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Pressformbodens 20C. Wie ersichtlich ist münden sämtliche Abführkanäle 231 aus den Pressformhälften 20A und 20B in entsprechenden Abführkanale 231 innerhalb des Pressformbodens 20C.

[0035] Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Schnittansicht aus der Figur 3. Wie ersichtlich ist, schmiegen sich die Abführkanale 231 entlang der inneren Kontur des Pressformbodens 20C an und münden sämtliche in einem gemeinsamen Absaugkanal 30 der beispielsweise während des Trocknungsverfahrens mit Unterdruck beaufschlagt werden kann, sodass Feuchtigkeit aus der ersten Lage 21 über die Abführkanale 231 und entsprechend den Absaugkanal 30 abgeführt werden kann.

Claims (11)

1. Pressform (20) zur Aufnahme eines faserbasierten Rohlings, insbesondere eines Behälters (100, 100', 100'') oder eines faserbasierten Verschlusselements (300) für einen Behälter (100), zur Verwendung in einer Mikrowellenkammer, wobei die Pressform (20) mikrowellendurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (20) mehrlagig aufgebaut ist und zumindest eine erste, kavitätsbegrenzende, poröse Lage (21) aufweist sowie eine zweite, dampfdichte Lage (22).

2. Pressform (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfdichte Lage (22) die poröse Lage (21) vollständig ummantelt.

3. Pressform (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (20) zumindest eine dritte Lage (23) aufweist, wobei die dritte Lage (23) angrenzend an die erste Lage (21) ausgebildet ist und Abführkanäle (231) aufweist.

4. Pressform (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lage ebenfalls dampfdicht ausgebildet ist.

5. Pressform (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführkanäle (231) in einen gemeinsamen Absaugkanal (30) münden.

6. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine weitere Lage (24) aufweist um die Pressform mit einer Schnittstelle zur Anbindung in einer entsprechenden Maschine zu versehen.

7. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrteilig ausgebildet ist und ein erste Pressformhälfte (20A), eine zweite Pressformhälfte (20B) und einen Pressformboden (20C) aufweist.

8. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Polyetherimid, amorphem Polyimid (PEI) oder Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) gefertigt ist.

9. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Lage (21) und die zweite Lage (22) gemeinsam in einem 3D-Druckverfahren gefertigt sind und damit einstückig ausgebildet sind.

10. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (21) und die zweite Lage (22) und die dritte Lage (23) gemeinsam in einem 3D-Druckverfahren gefertigt sind und damit einstückig ausgebildet sind.

11. Pressform (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (20) vollständig in einem 3D-Druckverfahren gefertigt ist und damit einstückig ausgebildet ist.