EP4464841A2 - Verfahren zum ansaugen von fasern aus einer pulpe unter verwendung einer ansaugeinrichtung und ansaugeinrichtung - Google Patents

Verfahren zum ansaugen von fasern aus einer pulpe unter verwendung einer ansaugeinrichtung und ansaugeinrichtung Download PDF

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EP4464841A2
EP4464841A2 EP24175323.5A EP24175323A EP4464841A2 EP 4464841 A2 EP4464841 A2 EP 4464841A2 EP 24175323 A EP24175323 A EP 24175323A EP 4464841 A2 EP4464841 A2 EP 4464841A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
suction
cavities
pulp
fibers
tool
Prior art date
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Pending
Application number
EP24175323.5A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4464841A3 (de
Inventor
Thomas Auer
Hubert Rehrl
Josef REHRL
Heinz Neuhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kiefel GmbH
Original Assignee
Kiefel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Kiefel GmbH filed Critical Kiefel GmbH
Publication of EP4464841A2 publication Critical patent/EP4464841A2/de
Publication of EP4464841A3 publication Critical patent/EP4464841A3/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/48—Suction apparatus
    • 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

  • a method for sucking fibers from a pulp using a suction device with a suction tool and a suction device for sucking fibers from a pulp with a suction tool are described, which has a plurality of cavities for sucking fibers.
  • Fibrous materials are increasingly being used to produce packaging for food (e.g. bowls, capsules, boxes, etc.) and consumer goods (e.g. electronic devices, etc.) as well as beverage containers. Everyday objects such as disposable cutlery and tableware are also made from fibrous materials. Fibrous materials include natural fibers or artificial fibers. Recently, fibrous materials have been increasingly used that contain natural fibers or consist of fibers that can be obtained from renewable raw materials or waste paper, for example. The natural fibers are mixed in a so-called pulp with water and, if necessary, other additives such as starch. Additives can also have an effect on the color, barrier properties and mechanical properties. This pulp can contain natural fibers of, for example, 0.1 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.
  • a fiber processing facility has several stations or forming stations.
  • a forming station for example, fibers can be sucked into a cavity of a suction tool, whereby a preform is formed or formed.
  • the pulp is made available in a pulp supply and the suction tool with at least one suction cavity, the geometry of which essentially corresponds to the product to be manufactured, is at least partially immersed in the pulp.
  • suction takes place via openings in the suction cavity which are connected to a corresponding suction device, with fibers from the pulp collecting on the surface of the suction cavity.
  • the sucked-in fibers can then be brought via the suction tool into a pre-pressing tool, where a preform is pre-pressed.
  • a preform is pre-pressed.
  • elastic molded bodies can be used, for example, which are inflated for pressing and exert pressure on the preforms.
  • the fibers in the preform are pressed and the water content of the preform is reduced.
  • Preforms are then pressed in a hot press to form finished molded parts.
  • preforms are introduced into a hot-pressing tool, which has, for example, a lower tool half and an upper tool half that are heated.
  • the preforms are pressed in a cavity with heat input, whereby residual moisture is removed by the pressure and heat, so that the moisture content of the preforms is reduced from approx. 60% by weight before hot-pressing to, for example, 5-10% by weight after hot-pressing.
  • a suction tool and a manufacturing process using the methods described above are known, for example, from DE 10 2019 127 562 A1 known.
  • a so-called filter cake is preformed from the pulp (cellulose/water mixture) for further processing.
  • This preforming usually takes place by suctioning aqueous pulp (primary forms) using negative pressure.
  • the aqueous mixture adheres to a filter net, whereby the cellulose fibers in the mold insert (suction cavity) form the filter cake and the excess water in the mixture is transported through a net/membrane that forms the surface of the suction cavity and is thus separated from the pulp.
  • the remaining water bound in the filter cake is separated mechanically in further steps by pressing or evaporation.
  • the effective volume flow fluctuates greatly due to the statistically greater or less good access/distance to the pulp at a uniform suction negative pressure.
  • Mold cavities that are located on edge areas due to the shape of the suction box of a suction tool first clog their mold cavities at a constant negative pressure via a suction unit, whereby the entire volume flow is subsequently available to the inner mold cavities with "closed” outer cavities and then suddenly clogs with more material (fibers) and a higher relative volume flow.
  • the task is to provide a solution that provides for the suction of fibers from a pulp, whereby a uniform filter cake formation is achieved for the suction of fibers across several cavities, regardless of the position of the cavities, whereby a uniform weight/material distribution of sucked fibers is achieved for all cavities during a suction process.
  • the cycle time for sucking fibers should not be extended compared to classic suction processes.
  • the above object is achieved by a method for sucking fibers from a pulp using a suction device with a suction tool having a plurality of cavities, wherein the cavities have a surface with a plurality of openings which are connected via channels to a common suction line, wherein the suction power is changed during a suction process.
  • the suction volume flow can be influenced in such a way that the material distribution is even with a comparatively shorter cycle time.
  • outer mold cavities can still be the first to become clogged in the suction process in terms of time.
  • the volume flow and suction (negative) pressure can be switched, which means that, for example, middle cavities become clogged less or more evenly than the outer cavities.
  • switching between at least two states can take place, or the suction tool can be moved in relation to the pulp surface.
  • this allows uniform material distribution regardless of the position of the cavities on a suction tool without any loss of cycle time.
  • channels also includes spaces through which suction can take place, so that this does not imply any restriction to specific geometries or extensions.
  • a negative pressure can be generated in the cavities for suction, whereby the negative pressure for suction has at least two different states. This means that after reaching a definable state with regard to the clogging of the cavity surface or after a period of time, a switch can take place so that the suction effect on the already clogged cavities decreases due to the different pressure states and thus only little/no further material accumulates there, whereas the relatively free cavities have a sufficient suction effect.
  • the suction power can be changed continuously or in stages. This makes it possible to achieve a very precise distribution, as the clogging is adjusted either continuously or in stages.
  • the change in the suction power can be changed automatically or manually.
  • An automatic change can, for example, be specified according to previously determined suction times and pressures or based on measured information.
  • a manual change can be adjusted and/or changed, for example, by entering process or product information.
  • the change in suction power can be controlled or regulated according to the geometry of the cavities, the position of the cavities on the suction tool, the duration of suction, the pulp composition, properties and/or temperature, the weight of fibers already sucked in, the clogging of the cavities, etc.
  • the arrangement of the cavities can be taken into account - for example, cavities can be arranged in a circle around a central cavity, which results in a gradual change in suction power from the outside to the inside.
  • the suction power can be changed for each group/frame according to the distance to the center or the edge.
  • At least one of the above-mentioned states or properties can be monitored and, once limit values have been reached, a change in the intake power can be initiated via the control device.
  • Sensor units can be provided for this purpose, which, for example, determine a change in the volume flow during an intake process when clogging and initiate a change depending on the value.
  • a suction device for sucking fibers from a pulp with a suction tool which has a plurality of cavities for sucking fibers, wherein the cavities have a surface with a plurality of openings which are connected via channels to a common suction line, comprising a control device via which the suction power can be changed during a suction process.
  • a uniform weight/material distribution can be achieved in the individual cavities in a wet fiber process. This ensures that a uniform product quality of molded parts made of a fiber-containing material is achieved in a subsequent hot pressing process.
  • the drying time is determined according to the cavity with the greatest material weight (filter cake; preform). so that there are no differences in the results of hot-pressed/dried molded parts with the same material weight.
  • control device can have at least one valve that is designed to change the cross-section of the common intake line to change the intake power.
  • switching between pressure levels can be carried out both by throttling (pressure elimination) in a bypass, and with several basic pressures or leakage air via a bypass.
  • a bypass valve can be arranged in the common intake line, which can throttle the effective volume flow during intake via the adjustable cross-section.
  • the suction device can have at least one sensor unit for monitoring at least the suction pressure in the channels and/or the suction line, the suction duration, the pulp composition, properties and/or temperature, the weight of fibers already sucked in, the clogging of the cavities, wherein the at least one sensor unit is connected to the control device, which is designed to carry out a change in the suction power in accordance with the feedback provided by the at least one sensor unit.
  • the switching or change in the suction power can thus take place depending on the actual suction state, so that the product quality of the molded parts to be produced is further improved.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a fiber processing device 1000 for producing three-dimensional molded parts from a fiber-containing material.
  • the fiber-containing material for producing molded parts is prepared in a pulp tank 200 of the fiber processing device 1000.
  • water and fiber materials, as well as additives if necessary can be introduced into a pulp tank 200 via a liquid supply and the pulp can be prepared in the pulp tank 200 by mixing the individual components with heat input and aids, such as a stirrer.
  • Pulp is an aqueous solution that contains fibers, whereby the fiber content of the aqueous solution can be in a range of 0.1 to 10% by weight.
  • additives such as starch, chemical additives, wax, etc. can be included.
  • the fibers can be, for example, natural fibers such as cellulose fibers or fibers from a fiber-containing source material (e.g. waste paper).
  • a fiber processing plant offers the possibility of processing pulp in large quantities and making it available to several fiber processing facilities 1000.
  • the fiber processing device 1000 can be used to produce, for example, biodegradable cups 3000, capsules, bowls, plates and other shaped and/or packaging parts (e.g. as holder/support structures for electronic devices). Since a fibrous pulp with natural fibers is used as the starting material for the products, the products produced in this way can themselves be used as starting material for the production of such products after their use or can be composted because they can generally be completely decomposed and do not contain any harmful, environmentally hazardous substances.
  • the fiber processing device 1000 shown has a frame 100 that can be surrounded by a casing.
  • the supply units 300 of the fiber processing device 1000 comprise, for example, interfaces for the supply of media (e.g. water, pulp, compressed air, gas, etc.) and energy (power supply), a central control unit 310, at least one suction device 320, line systems for the various media, pumps, valves, lines, sensors, measuring devices, a BUS system, etc. as well as interfaces for bidirectional communication via a wired and/or wireless data connection.
  • media e.g. water, pulp, compressed air, gas, etc.
  • energy (power supply) energy (power supply)
  • a central control unit 310 at least one suction device 320
  • line systems for the various media, pumps, valves, lines, sensors, measuring devices, a BUS system, etc. as well as interfaces for bidirectional communication via a wired and/or wireless data connection.
  • a data connection via a fiber optic cable can also exist.
  • the data connection can exist, for example, between the control unit 310 and a central control for several fiber processing devices 1000, to a fiber processing plant, to a service point and/or other facilities.
  • the fiber processing device 1000 can also be controlled via a bidirectional data connection using a mobile device, such as a smartphone, tablet computer or the like.
  • the control unit 310 is in bidirectional communication with an HMI panel 700 via a BUS system or a data connection.
  • the HMI (Human-Machine Interface) panel 700 has a display which shows operating data and states of the fiber processing device 1000 for selectable components or the entire fiber processing device 1000.
  • the display can be designed as a touch display so that settings can be made manually by an operator of the Fiber processing device 1000 can be made. Additionally or alternatively, further input means such as a keyboard, a joystick, a keypad, etc. can be provided on the HMI panel 700 for operator inputs. Settings can be changed and the operation of the fiber processing device 1000 can be influenced using these.
  • the fiber processing device 1000 has a robot 500.
  • the robot 500 is designed as a so-called 6-axis robot and is thus able to pick up parts, rotate them and move them in all spatial directions within its radius of action.
  • other handling devices can also be provided which are designed to pick up and twist products or to rotate them and move them in the various spatial directions.
  • such a handling device can also be designed differently, whereby the arrangement of the corresponding stations of the fiber processing device 1000 can deviate from the embodiment shown.
  • a suction tool 520 is arranged on the robot 500.
  • the suction tool 520 has cavities designed as a negative of the three-dimensional molded parts to be formed, such as cups 3000, as suction cavities.
  • the cavities can, for example, have a net-like surface to which fibers from the pulp attach during suction. Behind the net-like surfaces, the cavities are connected to a suction device via channels in the suction tool 520.
  • the suction device can be implemented, for example, by a suction device 320. Pulp can be sucked in via the suction device if the suction tool 520 is located within the pulp basin 200 in such a way that the cavities 522 are at least partially located in the aqueous fiber solution, the pulp.
  • a vacuum or a negative pressure for sucking in fibers when the suction tool 520 is in the pulp tank 200 and the pulp can be provided via the suction device 320.
  • the fiber processing device 1000 has corresponding means in the supply units 300.
  • the suction tool 520 has lines for providing the vacuum/negative pressure from the suction device 320 in the supply units 300 to the suction tool 520 and the openings in the cavities 522. Valves are arranged in the lines, which can be controlled via the control unit 310 and thus regulate the suction of the fibers.
  • the suction device 320 can also "blow out", for which purpose the suction device 320 is switched to a different operating mode depending on its design.
  • the suction tool 520 When producing molded parts from a fiber material, the suction tool 520 is immersed in the pulp and a negative pressure/vacuum is applied to the openings of the cavities 522 so that fibers are sucked out of the pulp and, for example, attach themselves to the network of cavities 522 of the suction tool 520.
  • the robot 500 then lifts the suction tool 520 out of the pulp tank 200 and moves it with the fibers adhering to the cavities 522, which still have a relatively high moisture content of, for example, more than 80% by weight of water, to the pre-pressing station 400 of the fiber processing device 1000, wherein the negative pressure in the cavities 522 is maintained for the transfer.
  • the pre-pressing station 400 has a pre-pressing tool with pre-pressing molds.
  • the pre-pressing molds can, for example, be designed as a positive of the molded parts to be produced and have an appropriate size with regard to the shape of the molded parts in order to accommodate the fibers adhering in the cavities 522.
  • the suction tool 520 with the fibers adhering to the cavities is moved to the pre-pressing station 400 so that the fibers are pressed into the cavities 522.
  • the fibers in the cavities are pressed together, creating a stronger bond between the fibers.
  • the moisture content of the preforms formed from the sucked-in fibers is reduced, so that the preforms formed after pre-pressing only have a moisture content of, for example, 60% by weight.
  • Flexible pre-pressing molds can be used to press out water, which are inflated using compressed air (process air), for example, and press the fibers against the wall of a cavity of another suction tool part. By “blowing up,” water is both squeezed out and the thickness of the sucked-in fiber layer is reduced.
  • liquid or pulp can be sucked out and returned via the suction tool 520 and/or via further openings in pre-pressing molds or tool parts (cavities).
  • the liquid or pulp generated during suction via the suction tool 520 and/or during Pre-pressing liquid or pulp emerging from the pre-pressing station 400 can be returned to the pulp basin 200.
  • the preforms produced in this way are moved on the suction tool 520 via the robot 500 to a hot-pressing station 600.
  • the negative pressure is maintained on the suction tool 520 so that the preforms remain in the cavities 522.
  • the preforms are transferred via the suction tool 520 to a lower tool body, which can be moved along the production line from the hot-pressing device 610. If the lower tool body is in its extended position, the suction tool 520 is moved to the lower tool body so that the preforms can be placed on the molding devices of the lower tool body.
  • An overpressure is then generated via the openings in the suction tool 520 so that the preforms are actively deposited from the cavities 522, or the suction is stopped so that the preforms remain on the molding devices of the lower tool body due to gravity.
  • the suction tool 520 is moved away from the robot 500 and the suction tool 520 is immersed into the pulp tank 200 to suck in further fibers for producing molded parts from fibrous material.
  • the lower tool body moves after the transfer of the preforms to the hot pressing station 600.
  • the preforms are pressed into finished molded parts under heat input and high pressure, for which purpose an upper tool body is brought onto the lower tool body via a press.
  • the upper tool body has cavities corresponding to the molding devices.
  • the lower tool body and the upper tool body are moved away from each other relatively and the upper tool body is moved along the fiber processing device 1000 in the direction of production, whereby after the hot pressing the finished molded parts are sucked in via the upper tool body and thus remain within the cavities.
  • the finished molded parts are thus removed from the hot pressing station 600 and deposited via the upper tool body after the process on a conveyor belt of a conveyor device 800.
  • the suction via the upper tool body is stopped and the molded parts remain on the conveyor belt.
  • the upper tool body returns to the hot-pressing station 600 and another hot-pressing process can be carried out.
  • the fiber processing device 1000 also has a conveyor device 800 with a conveyor belt.
  • the molded parts made of fiber-containing material can be placed on the conveyor belt after the final molding and hot pressing in the hot pressing station 600 and removed from the fiber processing device 1000.
  • further processing can take place, such as filling and/or stacking the products. Stacking can be done, for example, using an additional robot or another device.
  • the fiber processing device 1000 from Fig. 1 shows a possible embodiment.
  • a fiber processing device according to the technical teaching described herein can also have only one forming station with an exchangeable tool, for example a suction tool 520 or a hot-pressing tool in which fiber-containing material can be processed, wherein different tools for producing different three-dimensional molded parts can be accommodated in the at least one forming station.
  • the other for the fiber processing device 1000 of Fig. 1 The stations and devices shown are not absolutely necessary for the implementation of the technical teaching.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a suction process with a suction device 320.
  • the suction device 320 has a suction tool 340 with a plurality of cavities 350.
  • the arrangement of the cavities 350 on the underside of the suction tool 340 can, as in Fig. 3 shown schematically for different tool designs.
  • cavities 350 can be round, oval or polygonal instead of having a rectangular cross-section when viewed towards the underside of the suction tool 340.
  • cavities of suction tools 340 can be arranged in a circular or polygonal manner.
  • the cavities 350 have a net-like structure on the inner intake surface. Channels extend from the net-like structure within the suction tool 340, which converge in a common suction line for all channels of the cavities 350. A negative pressure for sucking in fibers is applied via the common suction line when the suction tool 340 is located in the pulp 210 in such a way that the fibers can be sucked in via the inner surface of the cavities 350.
  • the suction line is connected to a control device 360, which in the embodiment shown has a throttle valve.
  • the cross-section of the suction line can be changed via the throttle valve, so that in the schematically shown example two different pressure states P1 and P2 can be set for sucking in fibers from the pulp 210.
  • the intake negative pressure P2 can, for example, be between 0.7 and 0.9 bar absolute pressure. In other versions, the pressure can be changed gradually or continuously, for example by changing the free cross-section in the intake line.
  • the intake negative pressure can be determined according to the information from at least one sensor unit, which, for example, records the volume or mass flow in the intake line and passes it on to the control device 360. As soon as the volume or mass flow exceeds at least one limit value, the intake pressure can be switched to at least one other pressure level or the intake negative pressure can be changed continuously.
  • a change in the suction pressure can additionally or alternatively be achieved by moving the suction tool 320 relative to the pulp surface in the pulp tank 200. It is essential that the cavities 350 lie in one plane and that the suction tool 320 with the cavities 350 is moved parallel to the surface so that the resulting change in pressure has the same effect for all cavities 350. This also applies to suction in the pulp tank 200 in general, whereby a suction pressure only can act evenly if the pressure situation in the cavities 350 is the same (ie, for example, no inclined immersion of the suction tool 320, etc.).
  • the pressure change by a displacement of the suction tool 320 during the suction process can, for example, take place continuously or in stages, whereby at least two stages can be provided.
  • the pulp 210 can be present, for example, as an aqueous fiber mixture in concentrations of 0.2%-1.5% by weight of fibers in a pulp tank 200, from which the suction tool 320 sucks in the required amount of pulp 210 or fibers, as in Fig. 2 shown schematically via the arrows.
  • the resulting intake volume flow depends essentially on the shape and arrangement of the cavities 350 of the intake tool 320.
  • the outer cavities 350 become clogged first. This is due, on the one hand, to the fact that more fiber material can be fed into the outer area over the entire lower surface of the suction tool 320.
  • the amount of fiber material sucked in is lower in the inner cavities 350 because there are other cavities 350 in the immediate vicinity that also suck in fiber material.
  • the inner cavities 350 would suddenly suck in more fiber material if the initial suction negative pressure is maintained, so that they would ultimately contain the most material. Therefore, after a period of time that can be determined in advance or, as stated above, by measuring parameters, at least a switch is carried out so that the suction negative pressure is reduced. This ensures that the inner cavities 350 do not become clogged excessively. As a result, all cavities 350 are evenly clogged.
  • Fig. 3 the undersides of suction tools 320 with multiple cavities 350 are shown.
  • the suction tool 320 has two inner cavities 350 and ten outer cavities 350.
  • the dashed line surrounds the inner cavities 350 and illustrates the two different cavity groups.
  • two different suction pressures cf. P1 and P2 are sufficient here.
  • a suction tool 320 which has three groups I., II., III. of cavities 350.
  • a step-by-step switchover can be carried out for each of the groups I., II., III.
  • the switchover can be carried out time-dependently or after exceeding or falling below limit values, which are compared with parameters which are recorded by at least one sensor unit and transmitted to the control device 360.
  • the control direction 360 can, as a result of the transmitted information or by a specification, change, for example, the opening cross-section of a common suction line via a valve or another device.
  • the cavities 350 of the first group are first filled.
  • the initial suction negative pressure is changed after a first time interval.
  • the clogging of the second group of cavities 350 then increases, so that after a second time interval the changed suction negative pressure is changed again, whereby the cavities 350 of the third group in the middle of the suction tool 320 finally become filled and the sucked-in fiber material in the cavities 350 has the final weight or amount of fibers.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe (210) unter Verwendung einer Ansaugeinrichtung (320) mit einem Ansaugwerkzeug (340) und eine Ansaugeinrichtung (320) zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe (210) mit einem Ansaugwerkzeug (340) beschrieben, das eine Vielzahl an Kavitäten (350) zum Ansaugen von Fasern aufweist, wobei die Kavitäten (350) eine Oberfläche mit einer Vielzahl an Öffnungen aufweisen, die über Kanäle mit einer gemeinsamen Ansaugleitung verbunden sind, und wobei die Ansaugleistung während eines Ansaugvorgangs verändert wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Es werden ein Verfahren zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe unter Verwendung einer Ansaugeinrichtung mit einem Ansaugwerkzeug und eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe mit einem Ansaugwerkzeug beschrieben, das eine Vielzahl an Kavitäten zum Ansaugen von Fasern aufweist.
  • Faserhaltige Materialen werden vermehrt eingesetzt, um bspw. Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, etc.) und Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte etc.) sowie Getränkebehälter herzustellen. Es werden auch Alltagsgegenstände, wie bspw. Einwegbesteck und -geschirr, aus faserhaltigem Material hergestellt. Faserhaltige Materialien umfassen natürliche Fasern oder künstliche Fasern. In letzter Zeit wird vermehrt faserhaltiges Material eingesetzt, welches Naturfasern aufweist oder aus solchen besteht, die bspw. aus nachwachsenden Rohstoffen oder Altpapier gewonnen werden können. 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. 0,1 bis 10 Gew.-% aufweisen. Der Anteil an Naturfasern variiert in Abhängigkeit des Verfahrens, welches zur Herstellung von Verpackungen etc. angewandt wird, und der Produkteigenschaften des herzustellenden Produkts.
    • Hintergrund
  • Die Herstellung von faserhaltigen Produkten aus einer Pulpe erfolgt in der Regel in mehreren Arbeitsschritten. Hierzu weist eine Faserverarbeitungseinrichtung mehrere Stationen bzw. Formstationen auf. In einer Formstation kann bspw. ein Ansaugen von Fasern in einer Kavität eines Ansaugwerkzeugs erfolgen, wodurch ein Vorformling geformt bzw. gebildet wird. Dazu wird die Pulpe in einem Pulpe-Vorrat bereitgestellt und das Ansaugwerkzeug mit mindestens einer Ansaugkavität, dessen Geometrie im Wesentlichen dem herzustellenden Produkt entspricht, zumindest teilweise in die Pulpe getaucht. Während des Eintauchens erfolgt ein Ansaugen über Öffnungen in der Ansaugkavität, die mit einer entsprechenden Saug-Einrichtung in Verbindung stehen, wobei sich Fasern aus der Pulpe an der Oberfläche der Ansaugkavität ansammeln. Die angesaugten Fasern (Filterkuchen) können anschließend über das Ansaugwerkzeug in ein Vorpresswerkzeug gebracht werden, wobei ein Vorformling vorgepresst wird. Hierzu können bspw. elastische Formkörper zum Einsatz kommen, die zum Verpressen aufgeblasen werden und dabei einen Druck auf die Vorformlinge ausüben. Während dieses Vorpressvorgangs werden die Fasern im Vorformling verpresst und der Wassergehalt des Vorformlings reduziert. Danach werden Vorformlinge in einer Heißpresse zu fertigen Formteilen verpresst. Hierbei werden Vorformlinge in ein Heißpresswerkzeug eingebracht, welches bspw. eine untere Werkzeughälfte und eine obere Werkzeughälfte aufweist, die beheizt werden. In dem Heißpresswerkzeug werden die Vorformlinge in einer Kavität unter Wärmeeintrag verpresst, wobei durch den Druck und die Wärme Restfeuchte ausgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Vorformlinge von ca. 60 Gew.-% vor dem Heißpressen auf bspw. 5-10 Gew.-% nach dem Heißpressen reduziert wird.
  • Ein Ansaugwerkzeug und ein Herstellungsverfahren mit den vorstehend beschriebenen Verfahren sind bspw. aus DE 10 2019 127 562 A1 bekannt.
  • Für den sogenannten Wet-Fiber-Prozess wird aus der Pulpe (Zellstoff/Wasser-Gemisch) ein sog. Filterkuchen zur weiteren Verarbeitung vorgeformt. Dieses Vorformen geschieht üblicherweise durch Ansaugen durch Unterdruck aus wässriger Pulpe (Urformen). Das wässrige Gemisch legt sich während des Ansaugens an ein Filternetz an, wobei die Zellstofffasern im Formeinsatz (Ansaugkavität) den Filterkuchen bilden und das überschüssige Wasser des Gemischs durch ein Netz/Membrane, welche die Oberfläche der Ansaugkavität bilden, hindurch transportiert und so vom Zellstoff separiert wird. Das restliche im Filterkuchen gebundene Wasser wird in weiteren Schritten mechanisch durch Pressen oder Verdampfen getrennt. Um den Zyklus des weiteren Bearbeitens bzgl. der Qualität und bei mehreren Formeinsätzen gleichmäßig zu gestalten0 ist eine gleichmäßige Materialverteilung in den Kavitäten eines Ansaugwerkzeugs schon beim Ansaugen von großer Bedeutung.
  • Bei Formwerkzeugen mit mehr als einem Formeinsatz und Formnesten auf gleicher Ebene parallel zur Pulp-Oberfläche eines Pulpe-Behälters schwankt der effektive Volumenstrom bedingt durch den statistischen größeren oder weniger guten Zugang/Abstand zur Pulpe bei einem gleichmäßigen Ansaug-Unterdruck stark. Formnester, die durch die Form des Saugkastens eines Ansaugwerkzeugs an Randbereichen liegen, setzen ihr Formest bei gleichbleibendem Unterdruck über eine Saugeinheit zuerst zu, wobei in weiterer Folge der gesamte Volumenstrom bei "verschlossenen" äußeren Nestern den inneren Formnestern zur Verfügung steht und dann mit mehr Material (Fasern) und höherem relativen Volumenstrom schlagartig mit mehr Material zusetzt. Erst mit großer Wartezeit unter Pulpniveau kann dieser Unterschied ausgeglichen werden, wobei dabei die Zykluszeit für den Prozessschritt enorm zunimmt, was sich negativ auf die Herstellungszeit von Formteilen aus faserhaltigem Material auswirkt. Die Gewichtsverteilung der einzelnen Filterkuchen in den Ansaugwerkzeugen variiert daher am Ende eines Ansaugvorgangs sehr stark.
    • Aufgabe
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe darin, eine Lösung anzugeben, welche ein Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe bereitstellt, wobei zum Ansaugen von Fasern über mehrere Kavitäten unabhängig von der Position der Kavitäten eine gleichmäßige Filterkuchenausbildung erreicht wird, wobei eine gleichmäßige Gewichts/Materialverteilung an angesaugten Fasern für alle Kavitäten während eines Ansaugvorgangs erreicht wird. Zudem soll die Zykluszeit zum Ansaugen von Fasern hierfür gegenüber klassischen Ansaugvorgängen nicht verlängert werden.
    • Lösung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe unter Verwendung einer Ansaugeinrichtung mit einem Ansaugwerkzeug gelöst, das eine Vielzahl an Kavitäten aufweist, wobei die Kavitäten eine Oberfläche mit einer Vielzahl an Öffnungen aufweisen, die über Kanäle mit einer gemeinsamen Ansaugleitung verbunden sind, wobei die Ansaugleistung während eines Ansaugvorgangs verändert wird.
  • Durch gezieltes Verändern der Ansaugleistung, Veränderung von Druckniveaus und Volumenströmen und/oder Positionieren der Kavitäten auf unterschiedlichen Niveaus zur Pulp-Oberfläche, kann der Saug-Volumenstrom derart beeinflusst werden, dass sich die Materialverteilung bei vergleichsweise kürzerer Zykluszeit gleichmäßig gestaltet. Dabei können äußere Formnester (Kavitäten) im Ansaugvorgang nach wie vor zeitlich betrachtet zuerst zusetzen. Sobald sich der effektive Volumenstrom und das Ansetzen von Material dann auf die inneren Formnester (Kavitäten) verlagert, können der Volumenstrom und ein Saug(unter)druck umgeschaltet werden, wodurch bspw. mittlere Kavitäten weniger stark bzw. gleichmäßig zu den äußeren Kavitäten zusetzen.
  • Hierbei kann bspw. ein Umschalten zwischen mindestens zwei Zuständen erfolgen, oder das Ansaugwerkzeug wird in Bezug auf die Pulp-Oberfläche verlagert. Vorteilhafterweise kann so ohne Einbußen bei der Zykluszeit eine gleichmäßige Materialverteilung unabhängig von der Position der Kavitäten an einem Ansaugwerkzeug erfolgen.
  • Der Ausdruck "Kanäle" umfasst auch Räume, über welche ein Ansaugen erfolgen kann, so dass hierüber keine Einschränkung auf bestimmte Geometrien oder Erstreckungen zu verstehen sind.
  • In weiteren Ausführungen kann zum Ansaugen ein Unterdruck in den Kavitäten erzeugt werden, wobei der Unterdruck zum Ansaugen mindestens zwei unterschiedliche Zustände aufweist. D.h. es kann nach dem Erreichen eines bestimmbaren Zustands im Hinblick auf die Zusetzung der Kavitätenoberfläche oder nach einem Zeitabschnitt, ein Umschalten erfolgen, so dass durch die unterschiedlichen Druckzustände die Sogwirkung an den bereits zugesetzten Kavitäten abnimmt und damit dort nur noch wenig/kein weiteres Material anlagert, wohingegen die relativ freien Kavitäten eine ausreichende Sogwirkung aufweisen.
  • In weiteren Ausführungen kann die Ansaugleistung kontinuierlich oder stufenweise verändert werden. Hierdurch kann insbesondere eine sehr genaue Verteilung erreicht werden, da die Zusetzung entweder kontinuierlich oder stufenweise angepasst wird.
  • In weiteren Ausführungen kann die Veränderung der Ansaugleistung automatisch oder manuell verändert werden. Eine automatische Veränderung kann bspw. nach Maßgabe von vorab ermittelten Ansaugzeiten und Drücken vorgegeben oder anhand von gemessenen Informationen vorgenommen werden. Eine manuelle Veränderung kann bspw. durch Eingeben von Prozess- oder Produktinformationen angepasst und/oder verändert werden.
  • In weiteren Ausführungen kann die Veränderung der Ansaugleistung nach Maßgabe der Geometrie der Kavitäten, der Position der Kavitäten am Ansaugwerkzeug, der Ansaugdauer, der Pulpe-Zusammensetzung, -Eigenschaften und/oder -Temperatur, des Gewichts an bereits angesaugten Fasern, der Zusetzung der Kavitäten, etc. gesteuert oder geregelt werden. Dabei kann berücksichtig werden, wie die Anordnung der Kavitäten ist- Bspw. können Kavitäten kreisförmig um eine mittlere Kavität herum angeordnet sein, wodurch von außen nach innen eine stufenweise Veränderung der Ansaugleistung erfolgt. Gleiches gilt bspw. auch für ein Ansaugwerkzeug mit mehreren Kavitäten, wobei diese rechteckige Gruppen bilden, die bspw. einen inneren Kavitätenkern rahmenartig umgeben. Eine Veränderung der Ansaugleistung kann dabei je Gruppe/Rahmen nach Maßgabe des Abstands zur Mitte bzw. des Rands erfolgen.
  • In weiteren Ausführungen kann mindestens eine(r) der vorstehend genannten Zustände oder Eigenschaften überwacht und nach Erreichen von Grenzwerten, eine Veränderung der Ansaugleistung über die Regeleinrichtung veranlasst werden. Hierzu können Sensoreinheiten vorgesehen sein, welche bspw. einen veränderten Volumenstrom während eines Ansaugvorgangs beim Zusetzen ermitteln und je nach Wert, eine Veränderung veranlassen.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe mit einem Ansaugwerkzeug gelöst, das eine Vielzahl an Kavitäten zum Ansaugen von Fasern aufweist, wobei die Kavitäten eine Oberfläche mit einer Vielzahl an Öffnungen aufweisen, die über Kanäle mit einer gemeinsamen Ansaugleitung verbunden sind, aufweisend eine Regeleinrichtung, über welche die Ansaugleistung während eines Ansaugvorgangs veränderbar ist.
  • Mithilfe der Ansaugeinrichtung kann eine gleichmäßige Gewichts-/Materialverteilung an den einzelnen Kavitäten in einem Wet-Fiber-Prozess erreicht werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine gleichmäßige Produktqualität von Formteilen aus einem faserhaltigen Material bei einem nachfolgenden Heißpressprozess erreicht wird. Die Trocknungszeit wird nach Maßgabe der Kavität mit dem größtem Materialgewicht (Filterkuchen; Vorformling) bestimmt, so dass es bei gleichem Materialgewicht zu keinen Unterschieden im Ergebnis von heißgepressten/getrockneten Formteilen kommt.
  • Dabei werden eine Reduzierung von Ausschuss und eine Reduzierung der Zykluszeit erreicht, weil es zu keinen (großen) Materialschwankungen der Filterkuchen/Vorformlinge kommt. Im Betrieb einer Faserverarbeitungseinrichtung mit einer Ansaugeinrichtung wird die Trocknungszeit entsprechend der Kavität mit größtem Materialgewicht bestimmt, wobei geringere Unterschiede folglich einen gleichmäßigeren Lauf und eine deutlich verbesserte Qualität der hergestellten Formteile bewirken.
  • In weiteren Ausführungen kann die Regeleinrichtung mindestens ein Ventil aufweisen, das dazu ausgebildet ist, den Querschnitt der gemeinsamen Ansaugleitung zur Veränderung der Ansaugleistung zu verändern. Bspw. kann in weiteren Ausführungen eine Umschaltung zwischen Druckniveaus sowohl durch Drosselung (Druckvernichtung) in einem Bypass, als auch mit mehreren Grunddrücken oder Leckageluft via Bypass erfolgen.
  • Bspw. kann in der gemeinsamen Ansaugleitung ein Bypass-Ventil angeordnet sein, das über den stellbaren Querschnitt den effektiven Volumenstrom beim Ansaugen drosseln kann.
  • In weiteren Ausführungen kann die Ansaugeinrichtung mindestens eine Sensoreinheit zur Überwachung mindestens des Ansaugdrucks in den Kanälen und/oder der Ansaugleitung, der Ansaugdauer, der Pulpe-Zusammensetzung, -Eigenschaften und/oder -Temperatur, des Gewichts an bereits angesaugten Fasern, der Zusetzung der Kavitäten aufweisen, wobei die mindestens eine Sensoreinheit mit der Regeleinrichtung in Verbindung steht, welche dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe der von der mindestens einen Sensoreinheit abgegebenen Rückmeldung eine Veränderung der Ansaugleistung durchzuführen. Somit kann die Umschaltung oder Veränderung der Saugleistung je nach tatsächlichem Ansaugzustand erfolgen, so dass die Produktqualität der herzustellenden Formteile weiter verbessert wird.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines Ansaugvorgangs mit einer Ansaugeinrichtung; und
    Fig. 3
    schematische Darstellung der Anordnung von Kavitäten.
    Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 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".
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung 1000 zur Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus einem faserhaltigen Material. Das faserhaltige Material für die Herstellung von Formteilen wird im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Pulpebecken 200 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 aufbereitet. Hierzu können über eine Flüssigkeitszufuhr bspw. Wasser und Faserstoffe sowie ggf. Zusätze in ein Pulpebecken 200 eingebracht und die Pulpe in dem Pulpebecken 200 durch Vermischen der einzelnen Komponenten unter Wärmeeintrag und von Hilfsmitteln, wie bspw. eines Rührers, aufbereitet werden.
  • Als Pulpe wird eine wässrige Lösung bezeichnet, die Fasern aufweist, wobei der Fasergehalt an der wässrigen Lösung in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% vorliegen kann. Zusätzlich können Zusätze, wie bspw. Stärke, chemische Zusätze, Wachs, etc. enthalten sein. Bei den Fasern kann es sich bspw. um natürliche Fasern, wie Cellulosefasern, oder Fasern aus einem faserhaltigen Ursprungsmaterial (z.B. Altpapier) handeln. Eine Faseraufbereitungsanlage bietet die Möglichkeit, Pulpe in großer Menge aufzubereiten und mehreren Faserverarbeitungseinrichtungen 1000 zur Verfügung zu stellen.
  • Über die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 lassen sich bspw. biologisch abbaubare Becher 3000, Kapseln, Schalen, Teller und weitere Form- und/oder Verpackungsteile (bspw. als Halter-/Stützstrukturen für elektronische Geräte) herstellen. Da als Ausgangsmaterial für die Produkte eine faserhaltige Pulpe mit natürlichen Fasern verwendet wird, können die so hergestellten Produkte nach ihrer Verwendung selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von derartigen Produkten dienen oder kompostiert werden, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Faserverarbeitungseinrichtung 1000 weist einen Rahmen 100 auf, der von einer Verkleidung umgeben sein kann. Die Versorgungseinheiten 300 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 umfassen bspw. Schnittstellen für die Zufuhr von Medien (bspw. Wasser, Pulpe, Druckluft, Gas, etc.) und Energie (Stromversorgung), eine zentrale Steuereinheit 310, mindestens eine Ansaugeinrichtung 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 Faserverarbeitungseinrichtungen 1000, zu einer Faseraufbereitungsanlage, zu einer Service-Stelle und/oder weiteren Einrichtungen bestehen. Es kann über eine bidirektionale Datenverbindung auch eine Steuerung der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 über eine mobile Einrichtung, wie bspw. ein Smartphone, Tablet-Computer oder dergleichen erfolgen.
  • Die Steuereinheit 310 steht über ein BUS-System oder eine Datenverbindung mit einem HMI-Panel 700 in bidirektionaler Kommunikation. Das HMI (Human-Machine-Interface)-Panel 700 weist ein Display auf, welches Betriebsdaten und Zustände der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 für auswählbare Bestandteile oder die gesamte Faserverarbeitungseinrichtung 1000 anzeigt. Das Display kann als Touch-Display ausgebildet sein, so dass hierüber Einstellungen per Hand von einem Operator der Faserverarbeitungseinrichtung 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 Faserverarbeitungseinrichtung 1000 vorgenommen werden.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 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, Produkte 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 Faserverarbeitungseinrichtung 1000 von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen kann.
  • An dem Roboter 500 ist ein Saugwerkzeug 520 angeordnet. Das Saugwerkzeug 520 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Negativ der zu formenden dreidimensionalen Formteile, wie bspw. von Bechern 3000, ausgebildete Kavitäten als Ansaugkavitäten auf. Die Kavitäten können bspw. eine netzartige Oberfläche aufweisen, an der sich Fasern aus der Pulpe während des Ansaugens anlagern. Hinter den netzartigen Oberflächen stehen die Kavitäten über Kanäle im Saugwerkzeug 520 mit einer Saugeinrichtung in Verbindung. Die Saugeinrichtung kann bspw. durch eine Ansaugeinrichtung 320 realisiert werden. Über die Saugeinrichtung kann Pulpe angesaugt werden, wenn sich das Saugwerkzeug 520 so innerhalb des Pulpebeckens 200 befindet, dass sich die Kavitäten 522 zumindest partiell in der wässrigen Faserlösung, der Pulpe, befinden. Ein Vakuum bzw. ein Unterdruck zum Ansaugen von Fasern, wenn sich das Saugwerkzeug 520 in dem Pulpebecken 200 und der Pulpe befindet, können über die Ansaugeinrichtung 320 bereitgestellt werden. Hierzu weist die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 entsprechende Mittel bei den Versorgungseinheiten 300 auf. Das Saugwerkzeug 520 weist Leitungen zur Bereitstellung des Vakuums/Unterdrucks von der Ansaugeinrichtung 320 bei den Versorgungseinheiten 300 zu dem Saugwerkzeug 520 und den Öffnungen in den Kavitäten 522 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 Ansaugeinrichtung 320 anstelle eines Ansaugens auch ein "Ausblasen" erfolgen, wozu die Ansaugeinrichtung 320 entsprechend ihrer Ausgestaltung in einen anderen Betriebsmodus geschaltet wird.
  • Bei der Herstellung von Formteilen aus einem Fasermaterial wird das Saugwerkzeug 520 in die Pulpe getaucht und ein Unterdruck/Vakuum an den Öffnungen der Kavitäten 522 angelegt, so dass Fasern aus der Pulpe angesaugt werden und sich bspw. an dem Netz der Kavitäten 522 des Saugwerkzeugs 520 anlagern.
  • Danach hebt der Roboter 500 das Saugwerkzeug 520 aus dem Pulpebecken 200 und bewegt es mit den an den Kavitäten 522 anhaftenden Fasern, die noch einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. über 80 Gew.-% an Wasser aufweisen, an die Vorpressstation 400 der Faserverarbeitungseinrichtung 1000, wobei zur Übergabe der Unterdruck in den Kavitäten 522 aufrechterhalten wird. Die Vorpressstation 400 weist ein Vorpresswerkzeug mit Vorpressformen auf. Die Vorpressformen können bspw. als Positiv der zu fertigenden Formteile ausgebildet sein und zur Aufnahme der in den Kavitäten 522 anhaftenden Fasern eine entsprechende Größe im Hinblick auf die Gestalt der Formteile aufweisen.
  • Bei der Herstellung von Formteilen wird das Saugwerkzeug 520 mit den in den Kavitäten anhaftenden Fasern so zu der Vorpressstation 400 bewegt, dass die Fasern in die Kavitäten 522 gedrückt werden. Dabei werden die Fasern in den Kavitäten miteinander verpresst, so dass hierüber eine stärkere Verbindung zwischen den Fasern erzeugt wird. Zudem wird dabei der Feuchtigkeitsgehalt der aus den angesaugten Fasern gebildeten Vorformlinge reduziert, so dass die nach dem Vorpressen gebildeten Vorformlinge nur noch einen Feuchtigkeitsgehalt von bspw. 60 Gew.-% aufweisen. Zum Auspressen von Wasser können flexible Vorpressformen zum Einsatz kommen, die bspw. mittels Druckluft (Prozessluft) aufgebläht werden und dabei die Fasern gegen die Wand einer Kavität eines weiteren Saugwerkzeugteils drücken. Durch das "Aufblasen" wird sowohl Wasser ausgepresst als auch die Dicke der angesaugten Faserschicht reduziert.
  • Während des Vorpressens kann Flüssigkeit bzw. Pulpe über das Saugwerkzeug 520 und/oder über weitere Öffnungen in Vorpressformen bzw. -werkzeugteilen (Kavitäten) abgesaugt und zurückgeführt werden. Die beim Ansaugen über das Saugwerkzeug 520 und/oder beim Vorpressen in der Vorpressstation 400 austretende Flüssigkeit bzw. Pulpe kann in das Pulpebecken 200 zurückgeführt werden.
  • Nach dem Vorpressen in der Vorpressstation 400 werden die so erzeugten Vorformlinge an dem Saugwerkzeug 520 über den Roboter 500 zu einer Heißpressstation 600 bewegt. Hierzu wird der Unterdruck am Saugwerkzeug 520 aufrechterhalten, damit die Vorformlinge in den Kavitäten 522 verbleiben. Die Vorformlinge werden über das Saugwerkzeug 520 auf einen unteren Werkzeugkörper übergeben, welcher entlang der Fertigungslinie aus der Heißpresseinrichtung 610 verfahrbar ist. Befindet sich der untere Werkzeugkörper in seiner ausgefahrenen Position, wird das Saugwerkzeug 520 so zu dem unteren Werkzeugkörper bewegt, dass die Vorformlinge auf Formeinrichtungen des unteren Werkzeugkörpers aufgesetzt werden können. Anschließend wird über die Öffnungen im Saugwerkzeug 520 ein Überdruck erzeugt, so dass die Vorformlinge aktiv von den Kavitäten 522 abgelegt werden, oder das Ansaugen wird beendet, sodass die Vorformlinge schwerkraftbedingt auf den Formeinrichtungen des unteren Werkzeugkörpers verbleiben. Durch eine Bereitstellung von Überdruck an den Öffnungen der Kavitäten 522 können vorgepresste Vorformlinge, die in den Kavitäten 522 anliegen/anhaften, gelöst und abgegeben werden.
  • Danach wird das Saugwerkzeug 520 über den Roboter 500 wegbewegt und das Saugwerkzeug 520 wird in das Pulpebecken 200 getaucht, um weitere Fasern zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material anzusaugen.
  • Der untere Werkzeugkörper verfährt nach der Übergabe der Vorformlinge in die Heißpressstation 600. In der Heißpressstation 600 erfolgt unter Wärmeeintrag und hohem Druck ein Verpressen der Vorformlinge zu fertigen Formteilen, wozu ein oberer Werkzeugkörper über eine Presse auf den unteren Werkzeugkörper gebracht wird. Der obere Werkzeugkörper weist zu den Formeinrichtungen korrespondierende Kavitäten auf. Nach dem Heißpressvorgang werden der untere Werkzeugkörpers und der obere Werkzeugkörper relativ voneinander wegbewegt und der obere Werkzeugkörper entlang der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 in Fertigungsrichtung bewegt, wobei nach dem Heißpressen die gefertigten Formteile über den oberen Werkzeugkörper angesaugt werden und damit innerhalb der Kavitäten verbleiben. Somit werden die gefertigten Formteile aus der Heißpressstation 600 verbracht und über den oberen Werkzeugkörper nach dem Verfahren auf einem Transportband einer Fördereinrichtung 800 abgelegt. Nach dem Ablegen wird das Ansaugen über den oberen Werkzeugkörper beendet und die Formteile verbleiben auf dem Transportband. Der obere Werkzeugkörper fährt zurück in die Heißpressstation 600 und ein weiterer Heißpressvorgang kann durchgeführt werden.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 weist weiterhin eine Fördereinrichtung 800 mit einem Transportband auf. Auf das Transportband können die gefertigten Formteile aus faserhaltigen Material nach dem finalen Formen und dem Heißpressen in der Heißpressstation 600 abgelegt und aus der Faserverarbeitungseinrichtung 1000 ausgebracht werden. In weiteren Ausführungen kann nach dem Ablegen der Formteile auf das Transportband der Fördereinrichtung 800 eine weitere Bearbeitung erfolgen, wie bspw. ein Befüllen und/oder ein Stapeln der Produkte. Das Stapeln kann bspw. über einen zusätzlichen Roboter oder eine andere Einrichtung erfolgen.
  • Die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 aus Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform. Es kann eine Faserverarbeitungseinrichtung gemäß der hierin beschriebenen technischen Lehre auch nur eine Formstation mit einem auswechselbaren Werkzeug, bspw. ein Saugwerkzeug 520 oder ein Heißpresswerkzeug, in dem faserhaltiges Material verarbeitbar ist, wobei verschiedene Werkzeuge zur Herstellung unterschiedlicher dreidimensionaler Formteile in der mindestens einen Formstation aufnehmbar sind, aufweisen. Die weiteren für die Faserverarbeitungseinrichtung 1000 von Fig. 1 gezeigten Stationen und Vorrichtungen sind zur Umsetzung der technischen Lehre nicht zwingend erforderlich.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ansaugvorgangs mit einer Ansaugeinrichtung 320. Die Ansaugeinrichtung 320 weist ein Ansaugwerkzeug 340 mit einer Vielzahl an Kavitäten 350 auf. Die Anordnung der Kavitäten 350 an der Unterseite des Ansaugwerkzeugs 340 kann, wie in Fig. 3 schematisch für verschiedene Werkzeugausbildungen schematisch gezeigt, erfolgen. In weiteren Ausführungen können Kavitäten 350 anstelle einer in Blickrichtung auf die Unterseite des Ansaugwerkzeugs 340 anstelle eines rechteckigen Querschnitts auch rund, oval oder polygonal sein. In noch weiteren Ausführungen können Kavitäten von Ansaugwerkzeugen 340 kreisförmig oder polygonal angeordnet sein.
  • Die Kavitäten 350 weisen in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine netzartige Struktur an der inneren Ansaugoberfläche auf. Von der netzartigen Struktur erstrecken sich Kanäle innerhalb des Ansaugwerkzeugs 340, die in einer gemeinsamen Ansaugleitung für sämtliche Kanäle der Kavitäten 350 zusammenlaufen. Über die gemeinsame Ansaugleitung wird ein Unterdruck zum Ansaugen von Fasern angelegt, wenn sich das Ansaugwerkzeug 340 so in der Pulpe 210 befindet, dass die Fasern über die innere Oberfläche der Kavitäten 350 angesaugt werden können.
  • Die Ansaugleitung ist mit einer Regeleinrichtung 360 verbunden, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Drosselventil aufweist. Über das Drosselventil ist der Querschnitt der Ansaugleitung veränderbar, so dass sich in dem schematisch gezeigten Beispiel zwei unterschiedliche Druckzustände P1 und P2 zum Ansaugen von Fasern aus der Pulpe 210 einstellen können. Zum Ansaugen wird ein Unterdruck über die gemeinsame Ansaugleitung und die Regeleinrichtung bereitgestellt, der bspw. in einem Initialzustand, d.h. zu Beginn des Ansaugvorgangs, bei P1 = 0,3 bis 0,6 bar Absolutdruck liegen kann. Nach einem festlegbaren Zeitintervall, wenn die äußeren Kavitäten 350 relativ stark zugesetzt sind, d.h. dass sich bereits eine verhältnismäßig große Menge an Fasern an der Kavitätenoberfläche abgesetzt hat, wird über die Regeleinrichtung 360 das Drosselventil betätigt, so dass der Querschnitt der Ansaugleitung verändert wird. Dadurch verändert sich der Ansaugdruck, der dann im Ausführungsbeispiel P2 beträgt. Der Ansaugunterdruck P2 kann bspw. bei 0,7 bis 0,9 bar Absolutdruck liegen. In noch weiteren Ausführungen kann der Druck stufenweise oder kontinuierlich, bspw. durch eine Änderung des freien Querschnitts in der Ansaugleitung verändert werden. Neben einer zeitlichen Vorgabe zum Umschalten zwischen den Druckzuständen P1 und P2 kann der Ansaugunterdruck nach Maßgabe der Information von mindestens einer Sensoreinheit erfolgen, die bspw. den Volumen- oder Massestrom in der Ansaugleitung erfasst und an die Regeleinrichtung 360 weitergibt. Sobald der Volumen- oder Massestrom mindestens einen Grenzwert überschreitet, kann ein Umschalten auf mindestens ein anderes Druckniveau des Ansaugdrucks erfolgen oder der Ansaugunterdruck kontinuierlich verändert werden.
  • In noch weiteren Ausführungen kann eine Veränderung des Ansaugdrucks zusätzlich oder alternativ durch eine Verlagerung des Ansaugwerkzeugs 320 relativ zur Pulpeoberfläche im Pulpebecken 200 erfolgen. Dabei ist es wesentlich, dass die Kavitäten 350 in einer Ebene liegen und das Ansaugwerkzeug 320 mit den Kavitäten 350 parallel zur Oberfläche verlagert wird, damit die dadurch veränderte Drucksituation für alle Kavitäten 350 gleich wirkt. Dies gilt auch für ein Ansaugen im Pulpebecken 200 allgemein, wobei ein Ansaugdruck nur dann gleichmäßig wirken kann, wenn die Drucksituation in den Kavitäten 350 gleich ist (d.h. bspw. kein geneigtes Eintauchen des Saugwerkzeugs 320 etc.).
  • Die Druckveränderung durch eine Verlagerung des Ansaugwerkzeugs 320 während des Ansaugvorgans kann bspw. kontinuierlich oder stufenweise erfolgen, wobei mindestens zwei Stufen vorgesehen sein können.
  • Die Pulpe 210 kann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bspw. als wässriges Faser-Gemisch in Konzentrationen von 0,2%-1,5% Gew.-% Fasern in einem Pulpebecken 200 vorliegen, woraus das Ansaugwerkzeug 320 die erforderliche Menge an Pulpe 210 bzw. Fasern ansaugt, wie in Fig. 2 schematisch über die Pfeile gezeigt. Der sich einstellende Ansaug-Volumenstrom ist dabei wesentlich von der Gestalt und der Anordnung der Kavitäten 350 des Ansaugwerkzeugs 320 abhängig.
  • Nach Beginn des Ansaugvorgangs setzen die äußeren Kavitäten 350 zuerst zu. Dies liegt zum einen daran, dass über die gesamte untere Fläche des Ansaugwerkzeugs 320 im äußeren Bereich mehr Fasermaterial zugeführt werden kann. Bei den inneren Kavitäten 350 ist die Menge an angesaugtem Fasermaterial geringer, weil in direkter Umgebung weitere Kavitäten 350 angeordnet sind, die ebenfalls Fasermaterial ansaugen. Sobald die äußeren Kavitäten 350 eine ausreichende Fasermenge angesaugt haben, würden beim Aufrechthalten des Initialansaugunterdrucks schlagartig die inneren Kavitäten 350 mehr Fasermaterial ansaugen, so dass diese schlussendlich am meisten Material aufweisen würden. Daher wird nach einer vorab ermittelbaren Zeitspanne oder, wie vorstehend angegeben, durch Messen von Parametern, zumindest ein Umschalten durchgeführt, so dass der Ansaugunterdruck geringer wird. Damit wird erreicht, dass die inneren Kavitäten 350 nicht übermäßig stark zusetzen. Im Ergebnis wird damit eine gleichmäßige Zusetzung aller Kavitäten 350 erreicht.
  • In Fig. 3 sind die Unterseiten von Ansaugwerkzeugen 320 mit mehreren Kavitäten 350 gezeigt. Im oberen Beispiel weist das Ansaugwerkzeug 320 zwei innere Kavitäten 350 und zehn äußere Kavitäten 350 auf. Die gestrichelte Linie umgibt die inneren Kavitäten 350 und verdeutlicht die beiden unterschiedlichen Kavitätengruppen. In Bezug auf das oben beschriebene Verfahren und das Umschalten sind hier zwei unterschiedliche Ansaugdrücke (vgl. P1 und P2) ausreichend.
  • Im unteren Beispiel von Fig. 3 ist die Unterseite eines Ansaugwerkzeugs 320 gezeigt, welches drei Gruppen I., II., III. von Kavitäten 350 aufweist. Für dieses Ansaugwerkzeug 320 kann bspw. eine stufenweise Umschaltung für die jede der Gruppen I., II., III. erfolgen. Die Umschaltung kann, wie vorstehend ausgeführt, zeitabhängig oder nach Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten erfolgen, die mit Parametern abgeglichen werden, welche über mindestens eine Sensoreinheit erfasst und an die Regeleinrichtung 360 übermittelt werden. Die Regelrichtung 360 kann infolge der übermittelten Informationen oder durch eine Vorgabe bspw. den Öffnungsquerschnitt einer gemeinsamen Ansaugleitung über ein Ventil oder eine andere Einrichtung verändern. In dem Beispiel von Fig. 3 erfolgt bspw. zuerst ein Zusetzen der Kavitäten 350 der I. Gruppe. Hierzu wird nach einem ersten Zeitintervall der Initial-Ansaugunterdruck verändert. Anschließend nimmt das Zusetzen der II. Gruppe von Kavitäten 350 zu, so dass nach einem zweiten Zeitintervall der veränderte Ansaugunterdruck nochmal verändert wird, wobei schließlich die Kavitäten 350 der dritten Gruppe in der Mitte des Ansaugwerkzeugs 320 zusetzen und das angesaugte Fasermaterial in den Kavitäten 350 das finale Gewicht bzw. Menge an Fasern aufweist.
  • Mit Hilfe der hierin beschrieben Anpassung der Ansaugleistung (bspw. Ansaugunterdruck) eines Ansaugwerkzeugs 320 sowie der Ausbildung eines Ansaugwerkzeugs 320 kann eine deutliche Verbesserung des Ansaugens bei einem Faserformprozess (Wet-Fiber-Prozess) erreicht werden, wobei alle Kavitäten 320 eines Multi-Kavitäten-Ansaugwerkzeugs 320, welches mindestens eine innere und eine äußere Ansaug-Kavität 350 aufweist, eine gleichmäßige Faserverteilung aufweisen, so dass die angesaugten Filterkuchen und schließlich Vorformlinge und finale Formteile keine nennenswerten Gewichts- und Materialunterschiede aufweisen. Dadurch profitieren insbesondere nachgelagerte Herstellungsprozesse, wie bspw. ein Heißpressen in einer Heißpressstation 600, weil die eingebrachte Wärmeenergie zu einer gleichmäßigen Erwärmung sämtlicher Vorformlinge führt, weil diese keine unterschiedlichen Gewichte und damit auch Wassermengen aufweisen.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Rahmen
    200
    Pulpebecken
    210
    Pulpe
    300
    Versorgungseinheiten
    310
    Steuereinheit
    320
    Ansaugeinrichtung
    340
    Ansaugwerkzeug
    350
    Kavität
    360
    Regeleinrichtung
    400
    Vorpressstation
    500
    Roboter
    520
    Saugwerkzeug
    600
    Heißpressstation
    610
    Heißpresseinrichtung
    700
    HMI-Panel
    800
    Fördereinrichtung
    810
    Kamera
    1000
    Faserverarbeitungseinrichtung
    3000
    Becher

Claims (9)

  1. Verfahren zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe unter Verwendung einer Ansaugeinrichtung mit einem Ansaugwerkzeug, das eine Vielzahl an Kavitäten aufweist, wobei die Kavitäten eine Oberfläche mit einer Vielzahl an Öffnungen aufweisen, die über Kanäle mit einer gemeinsamen Ansaugleitung verbunden sind, wobei die Ansaugleistung während eines Ansaugvorgangs verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Ansaugen ein Unterdruck in den Kavitäten erzeugt wird und der Unterdruck zum Ansaugen mindestens zwei unterschiedliche Zustände aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansaugleistung kontinuierlich oder stufenweise verändert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Veränderung der Ansaugleistung automatisch oder manuell verändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Veränderung der Ansaugleistung nach Maßgabe der Geometrie der Kavitäten, der Position der Kavitäten am Ansaugwerkzeug, der Ansaugdauer, der Pulpe-Zusammensetzung, - Eigenschaften und/oder -Temperatur, des Gewichts an bereits angesaugten Fasern, der Zusetzung der Kavitäten, etc. gesteuert oder geregelt wird.
  6. Verfahren Anspruch 5, wobei mindestens einer der in Anspruch 5 genannten Zustände oder Eigenschaften überwacht und nach Erreichen von Grenzwerten, eine Veränderung der Ansaugleistung über die Regeleinrichtung veranlasst wird.
  7. Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Fasern aus einer Pulpe mit einem Ansaugwerkzeug, das eine Vielzahl an Kavitäten zum Ansaugen von Fasern aufweist, wobei die Kavitäten eine Oberfläche mit einer Vielzahl an Öffnungen aufweisen, die über Kanäle mit einer gemeinsamen Ansaugleitung verbunden sind, aufweisend eine Regeleinrichtung, über welche die Ansaugleistung während eines Ansaugvorgangs veränderbar ist.
  8. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Regeleinrichtung mindestens ein Ventil aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Querschnitt der gemeinsamen Ansaugleitung zur Veränderung der Ansaugleistung zu verändern.
  9. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, aufweisend mindestens eine Sensoreinheit zur Überwachung mindestens des Ansaugdrucks in den Kanälen und/oder der Ansaugleitung, der Ansaugdauer, der Pulpe-Zusammensetzung, - Eigenschaften und/oder -Temperatur, des Gewichts an bereits angesaugten Fasern, der Zusetzung der Kavitäten, wobei die mindestens eine Sensoreinheit mit der Regeleinrichtung in Verbindung steht, welche dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe der von der mindestens einen Sensoreinheit abgegebenen Rückmeldung eine Veränderung der Ansaugleistung durchzuführen.
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