EP4214362A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines fasergussprodukts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines fasergussprodukts

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EP4214362A1
EP4214362A1 EP21777403.3A EP21777403A EP4214362A1 EP 4214362 A1 EP4214362 A1 EP 4214362A1 EP 21777403 A EP21777403 A EP 21777403A EP 4214362 A1 EP4214362 A1 EP 4214362A1
Authority
EP
European Patent Office
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mold
core mold
cast
transfer
product
Prior art date
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Granted
Application number
EP21777403.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4214362C0 (de
EP4214362B1 (de
Inventor
Peter Paul Payr
Johannes PAYR
Hans Peter Arledter
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Payr Engineering GmbH
Original Assignee
Payr Engineering GmbH
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Publication date
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Priority to RS20250040A priority patent/RS66398B1/sr
Publication of EP4214362A1 publication Critical patent/EP4214362A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4214362C0 publication Critical patent/EP4214362C0/de
Publication of EP4214362B1 publication Critical patent/EP4214362B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D21J3/10—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds of hollow bodies
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J7/00—Manufacture of hollow articles from fibre suspensions or papier-mâché by deposition of fibres in or on a wire-net mould

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a cast fiber product comprising a three-dimensional core mold that can be immersed in a pulp or washed around by a pulp, which is mounted on a carrier plate, the core mold having openings to which a vacuum can be applied to suck in the pulp, a transfer mold , which corresponds to the negative mold of the core mold that has been expanded by the wall thickness of the cast fiber product before compacting, and to which a vacuum can be applied via openings in the transfer mold to take over the cast fiber product from the core mold, as well as drive means for moving the core mold and/or transfer mold in order to transfer it of the molded pulp product between the molds.
  • the invention also relates to a method for producing a molded fiber product using such a device, wherein the openings in the core mold have side walls protruding into the interior of the core mold, these side walls each being largely aligned at an acute angle to the direction of withdrawal of the molded fiber product when it is removed from the core mold are.
  • the mold is immersed in pulp and the pulp is applied to the mold by sucking off the solvent.
  • this sticking to the screen means that only very simple shapes can be produced, and the wall thicknesses must also have a certain thickness during the production process in order to avoid tearing of the fiber cast product when it is removed from the mold.
  • the removed fiber cast products are further dried by the action of heat according to the methods of the prior art, as a result of which the manufacturing process is slow and associated with increased energy costs.
  • the JP s5927440 B 2 shows a fiber casting mold with a core mold with conventional through openings arranged in the form of a sieve.
  • the inner side walls of these through-openings are in each case aligned normal to the respective surface and not in the pull-off direction of the fiber cast product.
  • An outer shape is also shown, which in some embodiments also has slit-shaped openings.
  • this outer mold does not serve to support the pulp during the suction process, but rather smoothes the outside of the cast fiber product by moving the outer mold relative to the core mold during the suction process.
  • the WHERE WO 2016/101976 A shows specific configurations of the inner sidewalls of the openings in a core mold.
  • a specific orientation in the drawing direction of the molded fiber product in a majority of the inner side walls of the openings in all sections of a core mold is not disclosed.
  • the GB 2456502 A , the WHERE WO 2020/150779 A , the EP 0466653 A as well as the EN 4424936 A show other core shapes with conventionally arranged screen-shaped openings, each provided with inner sidewalls oriented normal to the surface.
  • An object of the present invention is to significantly improve the fiber casting apparatus, particularly the casting mold.
  • the casting mold should be inexpensive to produce and also allow complex shapes of cast fiber products to be produced, even with very small wall thicknesses.
  • the initial dewatering during the manufacturing process is to be significantly improved, which will significantly reduce energy consumption during the drying process.
  • this object is achieved on the one hand by a device mentioned at the outset, in which at least some of the openings in the core mold are designed as gaps between lamellae aligned approximately parallel to one another, the gaps and thus also the lamellae being preferably arranged on those surfaces of the core mold which are oriented steepest to the pull-off direction of the molded fiber product with respect to the entire core mold.
  • a device mentioned at the outset, in which at least some of the openings in the core mold are designed as gaps between lamellae aligned approximately parallel to one another, the gaps and thus also the lamellae being preferably arranged on those surfaces of the core mold which are oriented steepest to the pull-off direction of the molded fiber product with respect to the entire core mold.
  • Such a shape can also be produced with more complex geometries, for example by 3D printing processes.
  • Any number of openings in the form of suction channels can be provided along the surface of the core mold. Due to the orientation of the inner side walls of the suction channels, the
  • the arrangement of the gaps on the steeper sections of the surface of the core mold has turned out to be a particularly effective shape for the suction openings.
  • a large number of lamellae arranged closely next to one another with gaps in between can be provided.
  • this shape of the openings has turned out to be particularly advantageous, especially in the area of very steeply inclined surface sections of the surface of the core mold, which are almost oriented in the direction of withdrawal.
  • the gaps allow negative pressure to be applied over a large part of the surface of the molded fiber product, resulting in effective suction.
  • the openings in the core mold are designed as bores distributed in a grid pattern over the surface of the core mold.
  • the suction openings can be provided as bores distributed in a grid pattern, particularly in those portions of the surface of the core mold which are oriented more normally to the direction in which the fiber cast product is drawn off. If openings are provided in the finished cast fiber product, then no suction openings can be provided on the corresponding sections on the surface of the core mold, which means that the fibers from the pulp do not rest in these areas.
  • connecting webs are provided between the lamellae in the gaps to stabilize the core mold, with the connecting webs being offset inwards in the gaps in steps relative to the surface of the core mold, so that a vacuum can also be applied in the area of the webs .
  • the slats are designed to be correspondingly longer, especially in the case of relatively steep surface sections. So that the gap width between the slats can be kept constant, it is necessary to provide connecting webs between the slats at regular intervals.
  • the connecting bars are offset into the gaps relative to the surface of the core mold, so that the vacuum applied can continue to act on the fiber cast product over the entire length of the gaps.
  • overpressure can be applied to the core mold to blow out the fiber cast product. This further facilitates the removal of the finished molded fiber product when transferring the product to a transfer mold.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to the invention for producing a cast fiber product with the aid of the device described above.
  • a procedure includes the following steps: -) Dipping the core mold into a pulp or flushing the core mold with a pulp and applying a vacuum to the openings in the core mold, whereby a layer of fibers is applied to the core mold while the solvent is sucked off through the openings, -) removing the core mold from the pulp while further sucking off the remaining solvent and merging the core mold and the transfer mold, -) Pressing the core mold and the transfer mold together, whereby further solvent is sucked out of the fiber product, optionally with vacuum and compressed air support.
  • -) Transferring the cast fiber product to the transfer mold by adhesion forces becoming effective and, if necessary, by applying a negative pressure to the openings in the transfer mold and, if necessary, an overpressure to the openings in the core mold.
  • the product is pressed between the transfer mold and another dry press mold for further mechanical dewatering, with a vacuum being applied either to the transfer mold or to the dry press mold to ensure a defined flow is applied to remove the pressed-out solvent, and after the pressing process the fiber cast product is transferred back to the transfer mold.
  • a vacuum being applied either to the transfer mold or to the dry press mold to ensure a defined flow is applied to remove the pressed-out solvent, and after the pressing process the fiber cast product is transferred back to the transfer mold.
  • an overpressure can also be applied alternately to support the desired direction of flow at the other mold.
  • a small proportion of the mechanical dewatering takes place by pressing the molds together during the transfer between core mold and transfer mold.
  • the main part of the mechanical dewatering is then carried out between the transfer mold and another dry press mold.
  • the dry press mold largely has the shape of the core mold.
  • the cast product produced is mechanically dewatered, as a result of which the dry content of the product is increased by at least 10-30%.
  • significantly less energy has to be used in the subsequent drying steps using heat treatment and the production times are significantly reduced.
  • the extensive outsourcing of the mechanical dewatering step with the help of an additional dry press mold has the advantage of significantly reducing the cycle times for the creation of the pulp product, since the core mold is free again immediately after the first transfer to the transfer mold to be dipped into the pulp during the mechanical pressing step is carried out using the dry press mold.
  • the molded fiber product is oriented so that the narrowest side or one of the narrowest sides of the molded fiber product faces downward. Surprisingly, it has been shown that the orientation of the cast fiber product during the pressing process has a decisive effect on increasing the dry content.
  • the position of the core mold ensures that the sucked-off water is guided away from the fiber fleece and that there is no rewetting due to capillary action.
  • the transfer to the transfer form takes place mainly through adhesion forces. This pressing process has little effect on the dry content. This was mainly achieved by the previous suction process on the way to the transfer form.
  • a vacuum is applied either to the transfer mold or to the dry press mold to ensure a defined flow for removing the pressed-out solvent.
  • the position of the molds ensures that there is no rewetting.
  • the solvent present in the still moist pulp will move to this area by gravity, causing the upward facing parts of the molded pulp product to have an increased dry content even before pressing. Similar to a funnel, the water converges in the narrowest part of the product. During the subsequent pressing process, during which suction continues to take place via the openings in the core mould, the solvent in the lower area can no longer escape and is effectively pressed out of the cast fiber product.
  • the molded fiber product is transferred to a heated mold for further drying and shape stabilization.
  • the stabilization of the shape of the fiber cast product can be further improved, particularly in the case of products with small wall thicknesses.
  • This step can either take place directly between the original transfer mold and the heated mold, or a transfer to the heated mold can take place and the heating and shaping step then takes place between the heated mold and another transfer mold, which can also be heated.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a possible embodiment of a core mold for a device according to the invention
  • 2 shows a schematic detailed sectional view through an embodiment of a core mold
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the underside of the core mold of FIG. 1
  • 4 is a perspective view of an embodiment of a transfer mold
  • 5 is a perspective view of one embodiment of a dry press mold.
  • the core mold 2 shown schematically in FIG. 1 is designed as an example for the production of a cup. However, much more complex shapes can be produced depending on the application. The only condition is that there must be no undercuts in the pull-off direction 7 of the cast fiber product 1 (see FIG. 2), which would prevent the cast fiber product 1 from being pulled off.
  • the core mold 2 has a carrier plate 3 . Openings in the form of bores 4 are provided in the flatter sections, which are oriented more normally to the drawing-off direction, and openings in the form of gaps 5 are arranged between lamellae 9 in the steep sections.
  • the lamellae 9 and gaps 5 are preferably aligned with the draw-off direction 7, so that the gaps run as perpendicularly as possible along the steep surfaces.
  • FIG. 2 shows a detailed section of the core mold 2 from FIG.
  • the core mold 2 can, for example, be glued or tightly screwed to the carrier plate 3 or be manufactured in one piece together with the carrier plate 3 . Vacuum can be applied to the openings 4.5 of the core mold 2.
  • the inner side walls 6 of both the bores 4 and the gaps 5 are largely aligned in the direction of the withdrawal direction 7, which is represented by an arrow.
  • the fibers of the cast fiber product 1 shown in dashed lines are therefore also aligned in the direction of the withdrawal direction 7 when they are placed in the area of the openings 4, 5, which makes it particularly easy to remove the cast fiber product 1, especially in the steep sections of the surface 8.
  • the novel core shape also allows pulps with a high solvent content and particularly short fibers to be used, which allows the production of more complex shapes and products with thin wall thicknesses.
  • FIG. 3 shows the core mold 2 from FIG. 1 in a view obliquely from below.
  • the connecting webs 10 are also clearly visible here, which connect the individual slats 9 to one another at a distance from the surface 8 .
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment of a transfer mold 11 and a dry press mold 13.
  • the molds 11, 13 are used here to produce a shell-shaped cast fiber product 1.
  • the transfer mold 11 has openings 12 for applying a negative pressure or positive pressure.
  • the dry press mold 13 also has openings 14 distributed over the mold for applying a negative pressure or positive pressure.
  • the dry press mold 13 has essentially the same shape as the core mold 2 intended for this product, with the difference that the core mold has differently shaped openings. In the steep wall sections in particular, the openings in the core mold would be in the form of columns 5 .
  • the sequence of the method for producing a molded fiber product is described in more detail below.
  • the pulp is prepared by combining the fiber material with one or more solvents and optionally additives in a disperser.
  • fibers with a diameter of 1 to 10 ⁇ m are used in the pulp.
  • cellulose fibers, waste paper or other natural vegetable fibers can be used as fibers.
  • Water is usually used as the solvent.
  • Various adhesives, for example, or also substances for changing the pH value can be added as additives.
  • the core mold 2 mounted on a support plate 3 is dipped into the pulp.
  • the core mold 2 is fixed on the carrier plate 3 in such a way that both negative and positive pressure can be applied within the core mold.
  • the negative pressure applied is usually around 100 mbar or 10 kPa. In the case of coarser fibers, a somewhat higher pressure difference may be necessary in order to deposit the fibers quickly.
  • the core mold 2 is removed from the pulp and brought together with a transfer mold 11.
  • the transfer mold 11 corresponds to the negative mold of the core mold 2, but expanded by the wall thickness of the cast fiber product 1 before compression.
  • the very soft cast fiber product 1 is pressed out between the core mold 2 and the transfer mold 11 using mechanical pressure.
  • the core mold 2 continues to be suctioned off in order to quickly remove the excess solvent during the pressing process.
  • an overpressure may also be applied briefly via the suction openings 12 in the transfer mold 11 in order to further accelerate the mechanical removal of the solvent during the pressing process.
  • the core mold 2 is thus ready for the next casting. So that the cycle times can be kept short, the step of mechanical dewatering by pressing the cast fiber product 1 can also take place between the transfer mold 11 and another dry press mold 13 . As a result, the core mold 2 is free again immediately after the shaping step and the transfer to the transfer mold. It is advantageous if the molds are aligned during the mechanical dewatering step in such a way that the solvent still contained in the cast fiber mass collects at a narrow point of the cast fiber product due to gravity. As a result, it can be removed more effectively from the pulp mass during the pressing process, which makes the mechanical dewatering step even more efficient.
  • the cast fiber product 1 is transferred with the transfer mold 11 to another mold, similar to the core mold 1, and heated there in order to achieve further drying and shape stabilization. In about 10 to 30 seconds, enough water has evaporated so that the cast fiber product 1 becomes stable and no longer warps during subsequent drying in the air or during subsequent drying if there is still residual moisture.
  • the inner surface of the cast fiber product 1 is also smoothed by the heated mold, which in many cast fiber products 1 brings with it an increase in usability and quality.
  • production cycle times can be as little as one second.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) umfassend eine in eine Pulpe eintauchbare Kernform (2), welche auf einer Trägerplatte (3) montiert ist, welche Kernform (2) Öffnungen aufweist, an welche ein Unterdruck zum Ansaugen der Pulpe anlegbar ist, eine Transferform (11), welche der um die Wandstärke des Fasergussprodukts (1) vor dem Verdichten erweiterten Negativform der Kernform (2) entspricht, und an welche über Öffnungen in der Transferform ein Unterdruck zur Übernahme des Fasergussprodukts (1) von der Kernform (2) anlegbar ist sowie Antriebsmittel zur Bewegung der Kernform (2) und/oder Transferform, um eine Übergabe des Fasergussprodukts (1) zwischen den Formen zu ermöglichen. Die Öffnungen in der Kernform (2) weisen ins Innere der Kernform (2) hineinragende Seitenwände (6) auf, wobei diese Seitenwände (6) jeweils zum Großteil in einem spitzen Winkel zur Abzugsrichtung (7) des Fasergussprodukts (1) beim Abnehmen von der Kernform (2) ausgerichtet sind und wobei zumindest ein Anteil als Spalten ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung.

Description

    VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FASERGUSSPRODUKTS Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts umfassend eine in eine Pulpe eintauchbare bzw. von einer Pulpe umspülbare dreidimensionale Kernform, welche auf einer Trägerplatte montiert ist, wobei die Kernform Öffnungen aufweist, an welche ein Unterdruck zum Ansaugen der Pulpe anlegbar ist, eine Transferform, welche der um die Wandstärke des Fasergussprodukts vor dem Verdichten erweiterten Negativform der Kernform entspricht, und an welche über Öffnungen in der Transferform ein Unterdruck zur Übernahme des Fasergussprodukts von der Kernform anlegbar ist sowie Antriebsmittel zur Bewegung der Kernform und/oder Transferform, um eine Übergabe des Fasergussprodukts zwischen den Formen zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung, wobei die Öffnungen in der Kernform ins Innere der Kernform hineinragende Seitenwände aufweisen, wobei diese Seitenwände jeweils zum Großteil in einem spitzen Winkel zur Abzugsrichtung des Fasergussprodukts beim Abnehmen von der Kernform ausgerichtet sind.
    • Stand der Technik
  • Mittels Faserguss werden schon lange unterschiedliche Produkte hergestellt. Weit verbreitet sind beispielsweise Kartons für die Lagerung und den Transport von Eiern, für den Transport von Kleingeräten oder Ersatzteilen für Maschinen und Fahrzeuge. Der gegenwärtige Stand der Technik beim Faserguss besteht darin, eine Aluminiumform beispielsweise durch Fräsen herzustellen, in welche dann ein metallisches Sieb geformt wird, sodass das Wasser aus der Pulpe über das Sieb sowie über einige in der Form eingebohrte Absaugöffnungen abgesaugt werden kann. Das Sieb wird mittels verschiedener Techniken an der Form befestigt, z. B. durch Löten, Schweißen und Kleben.
  • Beim Gussvorgang wird die Form in Pulpe getaucht und durch Absaugen des Lösungsmittels der Faserbrei an die Form angelegt. Dabei kommt es zur Verunreinigung des Siebes durch Faserfeinstoffe und Verklebungen der Fasern innerhalb der Siebstruktur, weshalb dieses öfter gereinigt oder getauscht werden muss. Außerdem sind durch dieses Ankleben am Sieb nur sehr einfache Formen herstellbar und auch die Wandstärken müssen im Herstellungsprozess eine gewisse Dicke aufweisen, um ein Zerreißen des Fasergussprodukts beim Abnehmen aus der Form zu vermeiden.
  • Anschließend an den Gussvorgang werden die entnommenen Fasergussprodukte gemäß den Verfahren des Standes der Technik mittels Hitzeeinwirkung weiter getrocknet, wodurch der Herstellungsprozess langsam und mit erhöhten Energiekosten verbunden ist.
  • Die JP s5927440 B 2 zeigt eine Fasergussform mit einer Kernform mit herkömmlichen siebförmig angeordneten Durchtrittsöffnungen. Die inneren Seitenwände dieser Durchtrittsöffnungen sind jeweils normal zur jeweiligen Oberfläche und nicht in Abzugsrichtung des Fasergussprodukts ausgerichtet. Es ist ferner eine äußere Form gezeigt, welche in manchen Ausführungsformen auch schlitzförmige Öffnungen aufweist. Diese äußere Form dient jedoch nicht zur Anlage der Pulpe beim Saugvorgang sondern glättet die Außenseite des Fasergussprodukts durch Relativbewegung der äußeren Form gegenüber der Kernform beim Saugvorgang.
  • Die WO WO 2016/101976 A zeigt spezielle Ausgestaltungen der inneren Seitenwände der Öffnungen in einer Kernform. Eine konkrete Ausrichtung in Abzugsrichtung des Fasergussprodukts bei einer Mehrheit der inneren Seitenwände der Öffnungen in allen Abschnitten einer Kernform wird nicht offenbart.
  • Die GB 2456502 A , die WO WO 2020/150779 A , die EP 0466653 A sowie die DE 4424936 A zeigen weitere Kernformen mit in herkömmlicher Weise angeordneten siebförmigen Öffnungen, welche jeweils mit normal zur Oberfläche ausgerichteten inneren Seitenwänden versehen sind.
    • Darstellung der Erfindung
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Fasergussvorrichtung, insbesondere die Gussform, deutlich zu verbessern. Die Gussform soll dabei günstig herzustellen sein und es erlauben, auch komplexe Formen von Fasergussprodukten auch mit sehr geringen Wandstärken zu fertigen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, das gesamte Gussverfahren dahingehend zu optimieren, dass der Herstellungsprozess beschleunigt und der Energieeinsatz reduziert wird. Insbesondere die initiale Entwässerung beim Herstellungsprozess soll deutlich verbessert werden, wodurch der Energieverbrauch beim Trockenvorgang signifikant reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch eine eingangs genannte Vorrichtung gelöst, bei welcher zumindest ein Anteil der Öffnungen in der Kernform als Spalten zwischen annähernd parallel zueinander ausgerichteten Lamellen ausgebildet ist, wobei die Spalten und damit auch die Lamellen vorzugsweise an jenen Oberflächen der Kernform angeordnet sind, welche mit Bezug auf die gesamte Kernform gesehen am steilsten zur Abzugsrichtung des Fasergussprodukts ausgerichtet sind. Eine derartige Form kann beispielsweise durch 3D-Druckverfahren auch mit komplexeren Geometrien gefertigt werden. Dabei können beliebig viele Öffnungen in Form von Absaugkanälen entlang der Oberfläche der Kernform vorgesehen werden. Durch die Ausrichtung der inneren Seitenwände der Absaugkanäle lagern sich die Fasern um die Öffnungen herum in einer Ausrichtung an, welche ein Abnehmen des fertigen Fasergussprodukts erleichtert. Selbst sehr weiche dünnwandige Fasergussprodukte lassen sich so ohne Verkleben oder Einreißen problemlos abnehmen.
  • Auf überraschende Weise hat sich die Anordnung der Spalten auf den steiler liegenden Abschnitten der Oberfläche der Kernform als eine besonders effektive Form für die Absaugöffnungen herausgestellt. Insbesondere bei einer Fertigung aus 3D-Druck kann eine Vielzahl eng nebeneinander angeordneter Lamellen mit dazwischenliegenden Spalten vorgesehen sein. Gerade im Bereich von sehr steil geneigten Flächenabschnitten der Oberfläche der Kernform, welche beinahe in Abzugsrichtung ausgerichtet sind, hat sich diese Form der Öffnungen in überraschender Weise als besonders vorteilhaft herausgestellt. Durch die Spalten kann über einen Großteil der Fläche des Fasergussprodukts Unterdruck angelegt werden, wodurch es zu einer effektiven Absaugung kommt. Gleichzeitig wird gerade in diesen steilen Bereichen auch die Mehrheit der Fasern in Abzugsrichtung ausgerichtet, was ein Verkleben mit der Kernform effektiv verhindert.
  • Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist es dabei vorgesehen, dass zumindest ein Anteil der Öffnungen in der Kernform als rasterförmig über die Oberfläche der Kernform verteilte Bohrungen ausgebildet ist. Vor allem bei jenen Anteilen der Oberfläche der Kernform, welche eher normal zur Abzugsrichtung des Fasergussprodukts ausgerichtet sind, können die Absaugöffnungen als rasterförmig verteilte Bohrungen vorgesehen sein. Sofern im fertigen Fasergussprodukt Öffnungen vorgesehen sind, so können an den entsprechenden Abschnitten auf der Oberfläche der Kernform keine Absaugöffnungen vorgesehen sein, wodurch es zu keiner Anlage der Fasern aus der Pulpe in diesen Bereichen kommt.
  • Dabei ist es ein besonders vorteilhaftes Merkmal, dass zwischen den Lamellen in den Spalten Verbindungsstege zur Stabilisierung der Kernform vorgesehen sind, wobei die Verbindungsstege gegenüber der Oberfläche der Kernform stufig in den Spalten nach innen versetzt sind, sodass auch im Bereich der Stege ein Unterdruck anlegbar ist. Gerade bei größeren steilen Flächenabschnitten sind die Lamellen entsprechend länger ausgebildet. Damit die Spaltbreite zwischen den Lamellen konstant gehalten werden kann, ist es notwendig, zwischen den Lamellen in regelmäßigen Abständen Verbindungsstege vorzusehen. Um sicherzustellen, dass auch im Bereich der Verbindungsstege eine ausreichende Absaugung und Ausrichtung der Fasern stattfindet, sind die Verbindungsstege gegenüber der Oberfläche der Kernform in die Spalten hineinversetzt, sodass der angelegte Unterdruck weiterhin über die gesamte Länge der Spalten auf das Fasergussprodukt wirken kann.
  • Es ist ferner ein bevorzugtes Merkmal, dass an der Kernform ein Überdruck zum Ausblasen des Fasergussprodukts anlegbar ist. Dies erleichtert zusätzlich die Abnahme des fertigen Fasergussprodukts beim Übergeben des Produkts auf eine Transferform.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird andererseits auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung gelöst. Ein derartiges Verfahren umfasst folgende Schritte:
    -) Eintauchen der Kernform in eine Pulpe bzw. Umspülen der Kernform mit einer Pulpe sowie Anlegen eines Unterdrucks an den Öffnungen in der Kernform, wodurch sich eine Faserschicht an der Kernform anlegt, während das Lösungsmittel über die Öffnungen abgesaugt wird,
    -) Entfernen der Kernform aus der Pulpe unter weiterem Absaugen des verbleibenden Lösungsmittels sowie Zusammenführen der Kernform und der Transferform,
    -) Aufeinanderpressen der Kernform und der Transferform, wodurch weiteres Lösungsmittel aus dem Faserprodukt gegebenenfalls mit Vakuum- und Druckluftunterstützung gesaugt wird.
    -) Überführen des Fasergussprodukts auf die Transferform durch Wirksamwerden von Adhäsionskräften und gegebenenfalls durch Anlegen eines Unterdrucks an den Öffnungen in der Transferform sowie gegebenenfalls eines Überdrucks an den Öffnungen in der Kernform.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass anschließend an die Übergabe des Fasergussprodukts an die Transferform das Produkt zwischen der Transferform und einer weiteren Trockenpressform zur weiteren mechanischen Entwässerung gepresst wird, wobei entweder an der Transferform oder an der Trockenpressform ein Unterdruck zur Sicherstellung einer definierte Strömung zur Abführung des ausgepressten Lösungsmittels angelegt wird, und anschließend an den Pressvorgang das Fasergussprodukt wieder an die Transferform übergeben wird. Je nach Erfordernis kann wechselseitig auch ein Überdruck zur Unterstützung der jeweils gewünschten Strömungsrichtung an der jeweils anderen Form angelegt werden.
  • Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens findet ein geringer Anteil der mechanischen Entwässerung durch Aufeinanderpressen der Formen bei der Übergabe zwischen Kernform und Transferform statt. Der Hauptteil der mechanischen Entwässerung wird dann zwischen der Transferform und einer weiteren Trockenpressform durchgeführt. Die Trockenpressform weist dabei weitgehend die Form der Kernform auf. Insbesondere durch das Aufeinanderpressen der Trockenpressform und der Transferform wird das hergestellte Fassergussprodukt mechanisch entwässert, wodurch der Trockengehalt des Produkts um zumindest 10-30% erhöht wird. Dadurch muss bei nachfolgenden Trocknungsschritten mittels Wärmebehandlung deutlich weniger Energie aufgewendet werden und die Herstellungszeiten sind deutlich verkürzt.
  • Das weitgehende Auslagern des mechanischen Entwässerungsschritts mit Hilfe einer zusätzlichen Trockenpressform hat den Vorteil, die Zykluszeiten für die Erstellung des Fasergussprodukts deutlich zu reduzieren, da die Kernform unmittelbar nach der ersten Übergabe an die Transferform wieder frei ist um in die Pulpe getaucht zu werden, während der mechanische Pressschritt mit Hilfe der Trockenpressform durchgeführt wird.
  • Dabei ist es ein zusätzliches vorteilhaftes Merkmal, dass unmittelbar vor dem Schritt des Pressens des Fasergussprodukts zwischen der Transferform und der Trockenpressform das Fasergussprodukt so ausgerichtet wird, dass die schmälste Seite bzw. eine der schmälsten Seiten des Fasergussprodukts nach unten weist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich die Ausrichtung des Fasergussprodukts während des Pressvorgangs entscheidend auf die Steigerung des Trockengehalts auswirkt.
  • Nach dem Herausfahren der Kernform aus der Pulpe ist die Entwässerung durch Saugen umso wirksamer, je weniger Rückbefeuchtung es gibt. Hier wird durch die Lage der Kernform sichergestellt, dass das abgesaugte Wasser von dem Faserflies weggeleitet wird und es nicht zur Rückbefeuchtung durch Kapillarwirkung kommt.
  • Die Übergabe an die Transferform erfolgt zum überwiegenden Teil durch Adhäsionskräfte. Dieser Pressvorgang hat geringe Auswirkung auf den Trockengehalt. Dieser ist vorwiegend durch den vorangegangen Saugprozess am Weg zur Transferform erreicht worden.
  • Beim Pressvorgang zwischen Transferform und Trockenpressform wird entweder an der Transferform oder an der Trockenpressform ein Unterdruck zur Sicherstellung einer definierten Strömung zur Abführung des ausgepressten Lösungsmittels angelegt. Auch hier wird durch die Lage der Pressformen sichergestellt, dass es zu keiner Rückbefeuchtung kommt.
  • Wenn die schmälste Seite des Fasergussprodukts nach unten ausgerichtet wird, so bewegt sich das in der noch feuchten Fasermasse vorhandene Lösungsmittel durch die Schwerkraft in diesen Bereich, wodurch die nach oben gerichteten Anteile des Fasergussprodukts bereits vor dem Pressen einen erhöhten Trockenanteil aufweisen. Ähnlich wie bei einem Trichter läuft das Wasser so im Bereich der schmälsten Stelle im Produkt zusammen. Beim anschließenden Pressvorgang, bei dem auch weiterhin über die Öffnungen in der Kernform abgesaugt wird, kann das Lösungsmittel im nun unten liegenden Bereich nicht mehr ausweichen und wird effektiv aus dem Fasergussprodukt herausgepresst.
  • Schließlich ist es ein weiteres vorteilhaftes Merkmal, dass nach dem letztmaligen Überführen des Fasergussprodukts auf die Transferform das Fasergussprodukt auf eine beheizte Form zur weiteren Trocknung und Formstabilisierung übergeführt wird. Dadurch kann die Stabilisierung der Form des Fasergussprodukts, insbesondere bei Produkten mit geringen Wandstärken weiter verbessert werden. Dieser Schritt kann dabei entweder direkt zwischen der ursprünglichen Transferform und der beheizten Form erfolgen oder es kann eine Übergabe an die beheizte Form erfolgen und der Erwärmungs- und Formungsschritt erfolgt dann zwischen der beheizten Form und einer weiteren Transferform, welche ebenfalls beheizt sein kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nun in größerem Detail anhand eines Ausführungsbeispiels sowie mit Hilfe der beiliegenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen
    Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht auf eine mögliche Ausführungsform einer Kernform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
    Fig. 2 eine schematische Detailschnittansicht durch eine Ausführungsform einer Kernform,
    Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht der Unterseite der Kernform aus Fig. 1;
    Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Transferform und
    Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Trockenpressform.
    • Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
  • Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Kernform 2 ist als Beispiel zur Herstellung eines Bechers ausgebildet. Es sind aber durchaus sehr viel komplexere Formen je nach Anwendung herstellbar. Einzige Bedingung ist dabei, dass es in Abzugsrichtung 7 des Fasergussprodukts 1 (siehe Fig. 2) keine Hinterschneidungen geben darf, welche ein Abziehen des Fasergussprodukts 1 verhindern. Die Kernform 2 weist eine Trägerplatte 3 auf. In den flacheren eher normal zur Abzugsrichtung ausgerichteten Abschnitten sind Öffnungen in Form von Bohrungen 4 vorgesehen und in den steilen Abschnitten sind Öffnungen in Form von Spalten 5 zwischen Lamellen 9 angeordnet. Die Lamellen 9 und Spalten 5 sind dabei in den besonders steilen Abschnitten der Oberfläche 8 der Kernform 2 bevorzugt zur Abzugsrichtung 7 ausgerichtet, sodass die Spalten möglichst senkrecht entlang der steilen Flächen verlaufen. Zwischen den Lamellen 9 befinden sich Verbindungsstege 10 (siehe Fig. 2 und 3), welche gegenüber der Oberfläche 8 nach innen versetzt sind.
  • In der Fig. 2 ist ein Detailschnitt der Kernform 2 aus Fig. 1 dargestellt. Die Kernform 2 kann auf der Trägerplatte 3 beispielsweise aufgeklebt oder dicht verschraubt sein oder aber einstückig gemeinsam mit der Trägerplatte 3 gefertigt sein. An den Öffnungen 4,5 der Kernform 2 kann Unterdruck angelegt werden. Wie im Schnitt ersichtlich ist, sind die inneren Seitenwände 6 sowohl der Bohrungen 4 als auch der Spalten 5 zum Großteil in Richtung der Abzugsrichtung 7 ausgerichtet, welche mittels eines Pfeils dargestellt ist. Die Fasern des strichliert eingezeichneten Fasergussprodukts 1 richten sich folglich beim Anlegen im Bereich der Öffnungen 4,5 ebenfalls in Richtung der Abzugsrichtung 7 an, wodurch eine Abnahme des Fasergussprodukts 1 insbesondere bei den steilen Abschnitten der Oberfläche 8 besonders einfach ist. Durch die neuartige Kernform können auch Pulpen mit hohem Lösungsmittelanteil und besonders kurzen Fasern verwendet werden, was die Herstellung komplexerer Formen sowie von Produkten mit dünnen Wandstärken erlaubt.
  • In der Fig. 3 ist die Kernform 2 aus Fig. 1 in einer Ansicht von schräg unten dargestellt. Hier sind ebenfalls die Verbindungsstege 10 gut ersichtlich, welche beabstandet zur Oberfläche 8 die einzelnen Lamellen 9 miteinander verbinden.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform einer Transferform 11 und einer Trockenpressform 13. Die Formen 11,13 dienen hier zur Herstellung eines schalenförmigen Fasergussprodukts 1. Die Transferform 11 weist Öffnungen 12 zum Anlegen eines Unterdrucks bzw. Überdrucks auf. Auch die Trockenpressform 13 weist über die Form verteilte Öffnungen 14 zum Anlegen eines Unterdrucks bzw. Überdrucks auf. Die Trockenpressform 13 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die für dieses Produkt vorgesehene Kernform 2, mit dem Unterschied, dass die Kernform anders ausgebildete Öffnungen aufweist. Insbesondere in den steilen Wandabschnitten wären die Öffnungen in der Kernform als Spalten 5 ausgebildet.
  • Im Folgenden wird der Ablauf des Verfahrens zur Herstellung eines Fasergussprodukts näher beschrieben. Die Pulpe wird durch Zusammenführen des Fasermaterials mit einem oder mehreren Lösungsmitteln und gegebenenfalls Zuschlagstoffen in einem Dispergierer vorbereitet. Beispielsweise werden Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 10 µm in der Pulpe verwendet. Als Fasern können beispielsweise Zellulosefasern, Altpapier oder andere natürliche pflanzliche Fasern eingesetzt werden. Als Lösungsmittel wird für gewöhnlich Wasser eingesetzt. Als Zuschlagstoffe können beispielsweise unterschiedliche Klebstoffe oder auch Stoffe zur Veränderung des pH-Werts zugesetzt werden.
  • Im ersten Schritt des Fasergussverfahrens wird die auf einer Trägerplatte 3 montierte Kernform 2 in die Pulpe getaucht. Die Kernform 2 wird auf der Trägerplatte 3 so fixiert, dass sowohl Unter- als auch Überdruck innerhalb der Kernform angelegt werden können. Für einige Aufgaben ist es auch günstiger, die Kernform in Einbaulage zu fixieren und den Gussbereich mit der Pulpe zu umspülen bzw. zu fluten. Der angelegte Unterdruck beträgt üblicherweise etwa 100 mbar bzw. 10 kPa. Bei gröberen Fasern kann eine etwas höhere Druckdifferenz notwendig sein, um die Fasern zügig anzulagern.
  • Sobald der Faserguss nach einigen Sekunden abgeschlossen ist, wird die Kernform 2 aus der Pulpe entnommen und mit einer Transferform 11 zusammengeführt. Die Transferform 11 entspricht der Negativform der Kernform 2, jedoch um die Wandstärke des Fasergussprodukts 1 vor der Verdichtung erweitert. Beim Zusammenführen wird das sehr weiche Fasergussprodukt 1 mit mechanischem Druck zwischen der Kernform 2 und der Transferform 11 ausgepresst. Dabei wird weiterhin über die Kernform 2 abgesaugt, um das überschüssige Lösungsmittel beim Pressvorgang rasch zu entfernen. Eventuell kann bei manchen Anwendungen über die Absaugöffnungen 12 in der Transferform 11 auch kurzfristig ein Überdruck angelegt werden, um das mechanische Entfernen des Lösungsmittels während des Pressvorgangs weiter zu beschleunigen.
  • Nach dem Auspressen wird zum Übertragen des Fasergussprodukts 1 Luft mit einem Überdruck von ca. 100 bis 300 mbar (10 bis 30 kPa) an der Kernform 2 angelegt, wodurch sich das Fasergussprodukt 1 von der Kernform 2 löst und durch Anlegen von Unterdruck in der Transferform 11 an diese übergeben wird. Die jetzt freie Kernform 2 fährt zurück zur Pulpe und das abgesaugte, reine Lösungsmittel wird zum Reinigen der Kernform 2 durch die Bohrungen 4 und Spalten 5 rückgespült.
  • Die Kernform 2 ist somit bereit für den nächsten Guss. Damit die Taktzeiten kurz gehalten werden können, kann der Schritt der mechanischen Entwässerung durch Pressen des Fasergussprodukts 1 auch zwischen der Transferform 11 und einer weiteren Trockenpressform 13 erfolgen. Dadurch wird die Kernform 2 unmittelbar nach dem Formungsschritt und der Übergabe an die Transferform wieder frei. Es ist vorteilhaft, wenn die Formen beim mechanischen Entwässerungsschritt so ausgerichtet werden, dass sich das noch in der Fasergussmasse enthaltene Lösungsmittel aufgrund der Schwerkraft an einer Schmalstelle des Fasergussprodukts sammelt. Dadurch kann es beim Pressvorgang effektiver aus der Fasergussmasse entfernt werden, was den mechanischen Entwässerungsschritt noch effizienter macht.
  • Anschließend an den mechanischen Entwässerungsschritt wird das Fasergussprodukt 1 mit der Transferform 11 an eine weitere Form, ähnlich der Kernform 1, übergeben und dort erhitzt, um eine weitere Trocknung und Formstabilisierung zu erreichen. In ca. 10 bis 30 Sekunden ist genügend Wasser verdampft, sodass das Fasergussprodukt 1 standfest wird und sich beim nachträglichen Trocknen an der Luft oder in einer nachfolgenden Trocknung, falls noch Restfeuchte enthalten ist, nicht mehr verzieht. Durch die beheizte Form wird auch die innere Oberfläche des Fasergussprodukts 1 geglättet, was bei vielen Fasergussprodukten 1 eine Steigerung der Verwendbarkeit sowie der Qualität mit sich bringt. Abhängig von der Wandstärke des gewünschten Fasergussprodukts 1 können Zykluszeiten für die Fertigung ab einer Sekunde erreicht werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) umfassend eine in eine Pulpe eintauchbare bzw. von einer Pulpe umspülbare dreidimensionale Kernform (2), welche auf einer Trägerplatte (3) montiert ist, wobei die Kernform (2) Öffnungen aufweist, an welche ein Unterdruck zum Ansaugen der Pulpe anlegbar ist, eine Transferform (11), welche der um die Wandstärke des Fasergussprodukts (1) vor dem Verdichten erweiterten Negativform der Kernform (2) entspricht, und an welche über Öffnungen (12) in der Transferform (11) ein Unterdruck zur Übernahme des Fasergussprodukts (1) von der Kernform (2) anlegbar ist, sowie Antriebsmittel zur Bewegung der Kernform (2) und/oder Transferform (11), um eine Übergabe des Fasergussprodukts (1) zwischen den Formen (2,11) zu ermöglichen, wobei die Öffnungen in der Kernform (2) ins Innere der Kernform (2) hineinragende Seitenwände (6) aufweisen, und wobei diese Seitenwände (6) jeweils zum Großteil in einem spitzen Winkel zur Abzugsrichtung (7) des Fasergussprodukts (1) beim Abnehmen von der Kernform (2) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der Öffnungen in der Kernform (2) als Spalten (5) zwischen annähernd parallel zueinander ausgerichteten Lamellen (9) ausgebildet ist, wobei die Spalten (5) und damit auch die Lamellen (9) vorzugsweise an jenen Oberflächenabschnitten der Kernform (2) angeordnet sind, welche mit Bezug auf die gesamte Kernform (2) gesehen am steilsten zur Abzugsrichtung (7) des Fasergussprodukts (1) ausgerichtet sind.
  2. Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der Öffnungen in der Kernform (2) als rasterförmig über die Oberfläche (8) der Kernform (2) verteilte Bohrungen (4) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lamellen (9) in den Spalten (5) Verbindungsstege (10) zur Stabilisierung der Kernform (2) vorgesehen sind, wobei die Verbindungsstege (10) gegenüber der Oberfläche (8) der Kernform (2) stufig in den Spalten (5) nach innen versetzt sind, sodass auch im Bereich der Stege (10) ein Unterdruck anlegbar ist.
  4. Vorrichtung zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kernform (2) ein Überdruck zum Ausblasen des Fasergussprodukts (1) anlegbar ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) mit Hilfe einer Vorrichtung umfassend eine in eine Pulpe eintauchbare bzw. von einer Pulpe umspülbare dreidimensionale Kernform (2), welche auf einer Trägerplatte (3) montiert ist, wobei die Kernform (2) Öffnungen zur Anlegung eines Unterdrucks aufweist, die ins Innere der Kernform (2) hineinragende Seitenwände (6) aufweisen, und wobei die Seitenwände (6) jeweils zum Großteil in einem spitzen Winkel zur Abzugsrichtung (7) des Fasergussprodukts (1) ausgerichtet sind, und wobei zumindest ein Anteil der Öffnungen in der Kernform (2) als Spalten (5) zwischen annähernd parallel zueinander ausgerichteten Lamellen (9) ausgebildet ist, und wobei ferner die Spalten (5) und die Lamellen (9) vorzugsweise an jenen Oberflächenabschnitten der Kernform (2) angeordnet sind, welche mit Bezug auf die gesamte Kernform (2) gesehen am steilsten zur Abzugsrichtung (7) des Fasergussprodukts (1) ausgerichtet sind, eine Transferform (11), welche der um die Wandstärke des Fasergussprodukts (1) vor dem Verdichten erweiterten Negativform der Kernform (2) entspricht, und welche Öffnungen (12) zur Anlegung eines Unterdrucks aufweist, sowie Antriebsmittel zur Bewegung der Kernform (2) und/oder der Transferform (11), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    -) Eintauchen der Kernform (2) in eine Pulpe bzw. Umspülen der Kernform (2) mit einer Pulpe sowie Anlegen eines Unterdrucks an den Öffnungen in der Kernform (2), wodurch sich eine Faserschicht an der Kernform (2) anlegt, während das Lösungsmittel über die Öffnungen abgesaugt wird,
    -) Entfernen der Kernform (2) aus der Pulpe unter weiterem Absaugen des verbleibenden Lösungsmittels sowie Zusammenführen der Kernform (2) und der Transferform (11),
    -) Aufeinanderpressen der Kernform (2) und der Transferform (11), wodurch weiteres Lösungsmittel aus dem Fasergussprodukt (1) gegebenenfalls mit Vakuum- und Druckluftunterstützung gepresst wird.
    -) Überführen des Fasergussprodukts (1) auf die Transferform (11) durch Wirksamwerden von Adhäsionskräften und gegebenenfalls durch Anlegen eines Unterdrucks an den Öffnungen in der Transferform (11) sowie gegebenenfalls eines Überdrucks an den Öffnungen in der Kernform (2).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an die Übergabe des Fasergussprodukts (1) an die Transferform (11) das Produkt zwischen der Transferform (11) und einer weiteren Trockenpressform (13) zur weiteren mechanischen Entwässerung gepresst wird, wobei entweder an der Transferform (11) oder an der Trockenpressform (13) ein Unterdruck zur Sicherstellung einer definierten Strömung zur Abführung des ausgepressten Lösungsmittels angelegt wird, und anschließend an den Pressvorgang das Fasergussprodukt (1) wieder an die Transferform (11) übergeben wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Schritt des Pressens des Fasergussprodukts (1) zwischen der Transferform (11) und der Trockenpressform (13) das Fasergussprodukt (1) so ausgerichtet wird, dass die schmälste Seite bzw. eine der schmälsten Seiten des Fasergussprodukts (1) nach unten weist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Fasergussprodukts (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem letztmaligen Überführen des Fasergussprodukts (1) auf die Transferform (11) das Fasergussprodukt (1) auf eine beheizte Form zur weiteren Trocknung und Formstabilisierung übergeführt wird.
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