EP4477403A1 - Verfahren zur vorbehandlung von faserhaltigem material, vorbehandlungskammer und faserformanlage - Google Patents

Verfahren zur vorbehandlung von faserhaltigem material, vorbehandlungskammer und faserformanlage Download PDF

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EP4477403A1
EP4477403A1 EP24180647.0A EP24180647A EP4477403A1 EP 4477403 A1 EP4477403 A1 EP 4477403A1 EP 24180647 A EP24180647 A EP 24180647A EP 4477403 A1 EP4477403 A1 EP 4477403A1
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EP
European Patent Office
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pretreatment
fibrous material
fiber
pretreatment chamber
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
EP24180647.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Hausmann
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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Publication date
Application filed by Kiefel GmbH filed Critical Kiefel GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F—MECHANICAL WORKING OR DEFORMATION OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F1/00—Mechanical deformation without removing material, e.g. in combination with laminating
    • B31F1/0077—Shaping by methods analogous to moulding, e.g. deep drawing techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F—MECHANICAL WORKING OR DEFORMATION OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F1/00—Mechanical deformation without removing material, e.g. in combination with laminating
    • B31F1/36—Moistening and heating webs to facilitate mechanical deformation and drying deformed webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B50/00—Making rigid or semi-rigid containers, e.g. boxes or cartons
    • B31B50/59—Shaping sheet material under pressure
    • B31B50/592—Shaping sheet material under pressure using punches or dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B50/00—Making rigid or semi-rigid containers, e.g. boxes or cartons
    • B31B50/74—Auxiliary operations
    • B31B50/741—Moistening; Drying; Cooling; Heating; Sterilizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31D—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER, NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B31B OR B31C
    • B31D5/00—Multiple-step processes for making three-dimensional [3D] articles
    • B31D5/0039—Multiple-step processes for making three-dimensional [3D] articles for making dunnage or cushion pads
    • B31D5/0069—Multiple-step processes for making three-dimensional [3D] articles for making dunnage or cushion pads including forming or transforming three-dimensional material, e.g. corrugated webs or material of cellular structure

Definitions

  • a method for pretreating fibrous material in a manufacturing process for producing three-dimensional products, a pretreatment chamber for pretreating fibrous material and a fiber molding plant with at least one pretreatment chamber are described.
  • Fibrous materials are often used to produce packaging for food (e.g. bowls, capsules, boxes, lids, 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.
  • Materials containing fibers can be processed in a wet or dry state.
  • fibers can be separated and the separated fibers can be joined together to form a fleece-like layer, which can then be further processed.
  • the water content can, for example, be in a range of 0 to 60% by weight.
  • Dry processing is generally referred to as a "dry fiber" processing process.
  • the moisture content in dry processing can be, for example, 0 to 40% by weight.
  • So-called dry fiber processes include, for example, paper, cardboard, airlaid, compressed airlaid, and nonwoven thermoforming processes.
  • Airlaid refers to individual fibers or fiber bundles that are sucked in via a sieve belt and are then dried to form a relatively loose fiber composite. In the case of compressed airlaid, this fiber layer can then be pressed.
  • preforms can be preformed with a geometry similar to the product to be manufactured.
  • Paper in particular can only be deformed to a very limited extent, as it tends to tear when deformed.
  • Fluff pulp materials e.g. airlaid
  • the deformation is limited by the thickness of the layer, as the flow of fibers in the material leads to an undesirable thinning of the layer.
  • the manufacture of products from a fibrous material is, for example, WO 2017/160218 A1 known.
  • the object is therefore to provide a solution for producing three-dimensional products from a fibrous material which eliminates the disadvantages of the prior art and provides the production of three-dimensional products from fibrous material which is essentially not subject to any restrictions with regard to the mold depth and product geometry when producing three-dimensional products in a "dry fiber" processing method.
  • the above-mentioned object is achieved by a method for pretreating fibrous material which has a water content of less than 30% by weight in a manufacturing process for producing three-dimensional products, wherein fibrous material is subjected to a product-specific pretreatment before at least one shaping process step of three-dimensional products and the fibrous material is then directly further processed, wherein the fibrous material is at least partially moistened during the product-specific pretreatment.
  • the pretreatment of the fibrous material which is used as a raw material/semi-finished product for the manufacture of products, enables the production of products with large mold depths, ribs or other designs by moistening the fibrous material in selectable areas, which could not previously be achieved due to the dry state of the starting material. In particular, moistening the fibrous material expands the process window.
  • fibrous material needs to be moistened, but that only those areas of a fibrous material that are subject to greater deformation (e.g. side walls of cups with draft angles > 10°) in a subsequent molding process are moistened, so that the fibrous material can be deformed more strongly in these areas. It has been shown that fibrous material that has a moisture content of more than 20% by weight shows better flow behavior without significantly weakening the material layer in this area.
  • the pretreatment and moistening are carried out on a product-specific basis, so that areas that are not subject to subsequent deformation are not moistened or are moistened to a lesser extent.
  • the moistening of areas of the fibrous material can be carried out differently for a product, so that correspondingly different mold depths can be achieved with the same material thickness of the finished product and the same product quality.
  • products are manufactured from areas within the material web.
  • the areas in between are not deformed and can then be reused or disposed of.
  • the areas not required are not moistened in the process described above.
  • Pretreatment is advantageously carried out directly in a manufacturing process before further processing (e.g. shaping by pressing with high pressure/temperature). This can prevent, for example, an expansion of moistened areas, with introduced water flowing in the fibrous material. The drier the fibrous starting material, the greater the expansion of the moistened area can be. If moistening takes place immediately before shaping during a manufacturing process, the risk of damage to the fibrous material is reduced or eliminated.
  • the high pressure e.g. 500 N/cm 2 specific surface pressure
  • the high temperature e.g. 150 °C - 200 °C
  • Introducing steam into the material can also heat it up. This can, for example, reduce the temperature in a subsequent pressing step.
  • a selective pretreatment of the fibrous material can be carried out.
  • a selective pretreatment which depends on the product geometry of the product to be manufactured, can, for example, include different pretreatment of areas.
  • an uneven coating or pretreatment can be carried out to achieve homogeneous barrier properties for a finished product, so that the final product still has a uniform layer thickness (e.g. barrier layer) according to the forming.
  • areas with high moisture content (20-50%) can be covered, whereby the moistening of the entire area of a fibrous material for a product remains below 20% in total in order to avoid steam explosions in the forming process.
  • the fibrous material can be fed to the pretreatment in the form of separate preforms, as sheets or as an endless web.
  • the pretreatment can be carried out on at least one side of the surface of the fibrous material.
  • the fibrous material is usually guided through the pretreatment in one transport direction and has, for example, a bottom side and a top side.
  • the pretreatment can then only affect, for example, a bottom side or a top side.
  • pretreatment can also be carried out on the bottom side and the top side.
  • the pretreatment of a top side and a bottom side can take place alternately.
  • the pretreatment can be carried out in several pretreatment steps, whereby different pretreatments can be carried out in the pretreatment steps, which can be coordinated in their sequence depending on the requirements or can take place in any order.
  • the pretreatment can take place within a pretreatment chamber in which the fibrous material is at least temporarily protected from external influences.
  • a pretreatment can be used, for example, to carry out special pretreatments in an atmosphere (pressure, temperature, (air) humidity) that differs from the atmosphere of the manufacturing process or a manufacturing location.
  • Appropriate means can be provided for temporarily decoupling the interior of a pretreatment chamber, such as movable flaps or the like.
  • different properties may prevail in at least one portion of the pretreatment chamber than the environment of the pretreatment chamber, wherein the properties include pressure, temperature and/or humidity.
  • the quality and appearance or properties of products can be checked and evaluated using additional devices (sensors, cameras, etc.). If deviations from a target value are detected, a control system can be used to directly adjust and change the process parameters of the pretreatment, for example by moistening certain areas more or less and/or making local adjustments (e.g. by changing the orientation of nozzles, etc.) of the areas of the fibrous material to be moistened. In other versions, the temperature and/or the throughput speed can also be adjusted during the pretreatment.
  • a first pretreatment can be carried out before a first further processing step, with at least a second pretreatment then taking place before at least a second further processing step.
  • a pretreatment can be carried out first, whereby areas of fibrous material are moistened, which are then preformed. This is followed by further moistening of areas, which are finally finalized in a final second forming station.
  • the step-by-step pretreatment or moistening always takes place immediately before the respective further processing step or forming process, so that the properties of the fiber-containing material are specifically influenced for the next processing.
  • a pretreatment chamber for pretreating fibrous material which has a water content of less than 30% by weight
  • the pretreatment chamber is part of a fiber molding plant for producing three-dimensional products
  • a product-specific pretreatment of the fibrous material can be carried out in the pretreatment chamber, and has at least one device for pretreatment with which at least one temperature, moisture and/or steam treatment and/or an additivation of introduced fibrous material can be carried out.
  • a fiber molding plant which has at least one pretreatment chamber according to at least one of the above embodiments, wherein the at least one pretreatment chamber is arranged in front of at least one molding station.
  • pretreatment applies accordingly to a pretreatment chamber and a fiber molding plant with such a pretreatment chamber.
  • the figures show embodiments of a fiber molding system 100 with at least one pretreatment chamber 120; 140 and at least one molding station 130; 150.
  • the embodiments shown do not represent any restriction with regard to further designs and modifications of the described embodiments.
  • alternative embodiments to individual embodiments can also be provided alternatively or cumulatively in other embodiments.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a fiber molding system for producing three-dimensional products from a fibrous material.
  • the fiber molding system 100 can be used to produce products that are biodegradable and can themselves be used as starting material for the production of three-dimensional products from a fibrous material and can be composted because they can generally be completely decomposed and do not contain any harmful, environmentally hazardous substances.
  • the products can be designed, for example, as cups, lids, bowls, capsules, plates and other molded and/or packaging parts (for example as holder/support structures for electronic or other devices).
  • a material web 200 made of a fibrous material is processed.
  • the material web 200 contains fibers of natural origin and has a moisture content of less than 30% by weight of water.
  • the fiber molding system 100 has a feed 110.
  • the feed 100 can, as schematically indicated, also have a transport device which serves to transport a material web 200, web sections or preformed preforms.
  • the transport device can be designed in different ways. Depending on the design of a pretreatment chamber 120; 140, a transport device can also support or hold a material web 200 or other fibrous material only in certain areas in order to also enable treatment from an underside.
  • a material web 200 is unwound from a roll and fed endlessly in the processing direction to a first pretreatment chamber 120. The material web 200 passes through the first pretreatment chamber 120 and is subjected to three pretreatment steps (I., II., III.).
  • properties of the material web 200 are selectively influenced in a product-specific manner in order to support or enable subsequent shaping.
  • the material web 200 is fed to a first forming station 130 after pretreatment.
  • the forming station 130 areas of the material web 200 are deformed and given their final three-dimensional shape.
  • the material web 200 can be fed continuously or in cycles via the feed device 110.
  • the pretreatment and shaping take place during a feed pause.
  • devices for length compensation can be provided, as are known, for example, in thermoforming systems for plastic films.
  • the pretreatment chamber 120 can have a housing that surrounds the space in which the pretreatment takes place. On the inlet and outlet sides, the pretreatment chamber 120 has a passage that can be closed in other designs. This allows the space within the pretreatment chamber 120 to be essentially sealed or decoupled from its surroundings, so that within the pretreatment chamber 120 other conditions (temperature, humidity, pressure) can prevail at least temporarily.
  • the pretreatment chamber 120 has in the embodiment shown Fig. 1 a first section I., a second section II. and a third section III., which in still further embodiments can be separated and sealed from each other or at least separable and sealable.
  • the pretreatment chamber 120 has at least one first spray device 122 and at least one first heating device 123 in the first section I.
  • the second section II. has second spray devices 124.
  • the third section III. has at least one second heating device 126 and third spray devices 127.
  • the at least one first forming station 130 has an upper first tool part 131 and a lower second tool part 133.
  • the first tool part 131 has several cavities 132 and the second tool part 133 has several corresponding mold parts 134.
  • the two tool parts 131 and 132 are moved relative to one another, with the pretreated areas of the material web 200 being pressed under pressure and temperature input between the surfaces of the cavities 132 and the mold parts 134.
  • the pressing can take place at specific pressures in the range of 100 N/cm 2 to 5,000 N/cm 2 and temperatures of 20 (cold pressing) to 250 °C (hot pressing).
  • the pressed products are fed in the transport direction to another station and/or removed from the fiber molding system 100.
  • Optional post-processing of the manufactured products can include, for example, printing, dyeing, filling, stacking, etc. This can be done, for example, in at least one processing station 160, as in Fig. 3 shown schematically.
  • first areas 210 are sprayed via the first spray devices 122 with an additive which changes or influences the properties of the fibrous material in the sprayed area.
  • additives can be applied to the surfaces of the material web 200 from below as well as from above.
  • Fig. 2 schematically in As shown in a top view, the spraying takes place in a circular manner in the area of the dashed line.
  • the areas 210 provided with the additives are then dried in the first section I. via the first heating devices 123. To achieve this, a cyclic feed takes place, whereby in the embodiment shown the material web 200 is essentially always only moved by a vertically indicated row of areas 210 in Fig. 2 is moved to the right.
  • the material web 200 is then moved further.
  • the areas 210 previously provided with additives and dried are then subjected to further pretreatment in the second section II. via the second spray devices 124.
  • the second spray devices 124 can, for example, wet a section 220 of the material web 200 and thus increase the moisture content.
  • further additives can be applied.
  • the entire fibrous material of section 200 of the material web 200 is permeated by steam in the second section II.
  • the material web 200 is then brought into a third section III, in which the material web 200 is first dried via the second heating devices. Regions 230 are then moistened via the third spray devices 127.
  • the areas 210, 230 differ, so that different material properties of the fibrous material of the material web can be achieved by different moistening.
  • inclined surfaces are subject to greater deformation during pressing in the forming station 130, so that the fibrous material in these areas must have different properties in terms of deformability than, for example, in a base area of a bowl, cup or lid to be produced. This is achieved by the product-specific selective moistening of areas of the fibrous material, which can be subjected to stronger/greater deformation in moist areas than in other areas.
  • moistening of areas of the fibrous material can be carried out in the range of 20 to 50 wt.% of water.
  • the total moisture content of the material in a mold space between the surfaces of a cavity 132 and a corresponding molded part 134 can be adjusted so that it is, for example, 20 % by weight. The adjustment is made according to the moistening of the corresponding areas.
  • the fiber molding system 100 also has at least one controller, which in further embodiments is connected to at least one monitoring device (e.g. camera, sensors, etc.) in order to adapt and regulate the moistening of areas of the fiber-containing material and the pretreatment.
  • at least one monitoring device e.g. camera, sensors, etc.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of another fiber molding system 100 for producing three-dimensional products from a fiber-containing material, which additionally has at least a second pretreatment chamber 140 and a second molding station 150.
  • the second pretreatment chamber 140 has a fourth section IV and a V section in which further additives and/or product-specific moistening of surfaces of the material web 200 to be molded takes place.
  • the fibrous material in addition to the application or introduction of additives, moistening for pre-forming the fibrous material can take place.
  • the fibrous material is pre-formed directly after the first pretreatment, so that it essentially already takes on the shape of the product to be manufactured.
  • Further additives e.g. for a barrier
  • the final forming or pressing can then take place in the second forming station 150.
  • grooves can be formed in an already formed inclined side wall in a second forming step in a second forming station 150.
  • other embossed elements can also be introduced.
  • the surface finish and properties of the product to be manufactured can be significantly influenced and improved in a two-stage molding or pressing process. For example, after a first molding step, the entire product can be moistened again and then pressed again at a different pressure and/or temperature.
  • a direct (inline), product-specific pretreatment of fibrous material is described, which enables an automatic production process for "dry fiber” in a fiber molding plant 100, wherein there are no restrictions with regard to the product geometry due to the dry fiber material used.
  • one or more states of the fibrous material can be changed in one or more segments (I., II., III. / IV., V.).
  • the fibrous material can be fed from a roll or in cut pieces and transported through the pretreatment chamber 120; 140.
  • the pretreatment can be carried out on one or both sides, simply or in combined applications, continuously or in process steps.
  • a selective pretreatment takes place, whereby product geometry-specific areas are covered with high moisture (20-50%), for example, but the total moisture can be limited with regard to damage/weakening of the material.
  • the pretreatment is advantageously carried out before a process step, in particular a molding step.
  • the pretreatment can also be split up, with a pretreatment step between two process steps, for example to apply moisture locally again after preforming with a hot mold in order to produce the final product geometry.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material in einem Herstellungsprozess zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen, eine Vorbehandlungskammer zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material und eine Faserformanlage mit mindestens einer Vorbehandlungskammer beschrieben. Durch die Vorbehandlung von verhältnismäßig trockenem Fasermaterial kann die Formgebung in einem Herstellungsprozess maßgeblich verbessert und die Auswahl an Produktgeometrien vergrößert werden.

Description

    Technisches Gebiet
  • Es werden ein Verfahren zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material in einem Herstellungsprozess zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen, eine Vorbehandlungskammer zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material und eine Faserformanlage mit mindestens einer Vorbehandlungskammer beschrieben.
  • Faserhaltige Materialien werden häufig eingesetzt, um bspw. Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, Deckel, 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.
  • Faserhaltige Materialien können in einem feuchten Zustand oder einem trockenen Zustand verarbeitet werden. Bspw. können Fasern vereinzelt und die vereinzelten Fasern zu einer vliesartigen Schicht zusammengefügt werden, wobei die vliesartige Schicht anschließend weiterverarbeitet werden kann. Der Wasseranteil kann hier bspw. in einem Bereich von 0 bis 60 Gew.-% liegen.
  • Bei einer trockenen Verarbeitung wird in der Regel von einem sogenannten "Dry-Fiber"-Verarbeitungsprozess gesprochen. Der Feuchtigkeitsanteil kann bei einer trockenen Verarbeitung bspw. 0 bis 40 Gew.-% betragen.
  • Sogenannte Dry-Fiber-Prozesse umfassen bspw. Papier-, Karton-, Airlaid-, compressed Airlaid-, und NonWoven-Thermoforming-Prozesse. Airlaid bezeichnet vereinzelte Fasern oder Faserbündel, die über ein Siebband angesaugt werden und sich an diesem zu einem relativ lockeren Faserverbund ablegen. Bei compressed Airlaid können diese Faserschicht anschließend verpresst sein. Alternativ können auch Vorformlinge mit einer einem herzustellenden Produkt ähnlichen Geometrie vorgeformt werden.
    • Hintergrund
  • Dry-Fiber-Thermoforming-Prozesse unterliegen jedoch wesentlichen Einschränkungen im Hinblick auf das Formungsvermögen. Grund hierfür sind die stofflichen Eigenschaften von Naturfasern im trockenen Zustand. Die maximale Dehnung liegt dabei in Abhängigkeit des verwendeten faserhaltigen Materials bei 2-5% bezogen auf den Ausgangszustand. Ferner weist faserhaltiges Material ein schlechtes Fließverhalten auf. Damit ist das Spektrum möglicher Produktgeometrien (Tiefe, Rippen, Hinterschnitte, Formschrägen <10°, etc.) für Erzeugnisse aus einem faserhaltigen Material stark eingeschränkt.
  • Insbesondere Papier lässt sich nur sehr eingeschränkt verformen, da dieses bei Verformung leicht zu reißen beginnt. Fluff-pulp-Materialien (z.B. Airlaid) lässt sich gegenüber Papier leichter verformen. Jedoch wird die Verformung durch die Materialdicke der Schicht limitiert, da ein Fließen von Fasern im Material zu einem ungewünschten Ausdünnen der Schicht führt.
  • Die Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material ist bspw. aus WO 2017/160218 A1 bekannt.
    • Aufgabe
  • Es besteht daher die Aufgabe darin eine Lösung zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material anzugeben, welche die Nachteile des Stands der Technik behebt und die Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus faserhaltigem Material bereitstellt, welche im Wesentlichen keinen Einschränkungen hinsichtlich der Formtiefe und Produktgeometrie bei der Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen in einem "Dry-Fiber"-Verarbeitungsverfahren unterliegt.
    • Lösung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material, welches einen Wassergehalt kleiner 30Gew.-% aufweist, in einem Herstellungsprozess zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen gelöst, wobei faserhaltiges Material vor mindestens einem formgebenden Prozessschritt von dreidimensionalen Erzeugnissen einer erzeugnisspezifischen Vorbehandlung unterzogen und das faserhaltige Material im Anschluss direkt weiterverarbeitet wird, wobei während der erzeugnisspezifischen Vorbehandlung das faserhaltige Material mindestens teilweise befeuchtet wird.
  • Die Vorbehandlung des faserhaltigen Materials, welches als Rohstoff/Halbzeug der Herstellung von Erzeugnissen zugeführt wird, ermöglicht durch Befeuchten des faserhaltigen Materials in auswählbaren Bereichen, Erzeugnisse mit großen Formtiefen, Rippen oder sonstigen Ausgestaltungen herzustellen, welche bisher aufgrund des trockenen Zustands des Ausgangsmaterials nicht erreicht werden konnten. Insbesondere das Befeuchten des faserhaltigen Materials erweitert das Prozessfenster.
  • Wesentlich ist dabei, dass nicht das gesamte faserhaltige Material befeuchtet werden muss, sondern dass gezielt nur die Bereiche eines faserhaltigen Materials, welche einer stärkeren Umformung (z.B. Seitenwände von Bechern mit Formschrägen > 10°) in einem im Anschluss stattfindenden Formprozess unterliegen, befeuchtet werden, so dass das faserhaltige Material in diesen Bereichen stärker verformt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass faserhaltiges Material, welches einen Feuchtigkeitsanteil größer 20 Gew.-% aufweist, ein besseres Fließverhalten zeigt, ohne dabei maßgeblich die Materialschicht in diesem Bereich zu schwächen. Die Vorbehandlung und das Befeuchten erfolgen erzeugnisspezifisch, so dass Bereiche, die keiner nachfolgenden Verformung unterliegen, bspw. nicht oder geringfügiger befeuchtet werden.
  • Es kann die Befeuchtung von Bereichen des faserhaltigen Materials für ein Erzeugnis unterschiedlich erfolgen, so dass entsprechend unterschiedliche Formtiefen bei gleichbleibender Materialstärke des fertigen Erzeugnisses mit gleicher Produktqualität erreicht werden können.
  • In Ausführungen, in welchen eine Materialbahn einer Vorbehandlung zugeführt wird, werden Erzeugnisse aus Bereichen innerhalb der Materialbahn gefertigt. Die dazwischen liegenden Bereiche werden nicht verformt und können anschließend wiederverwendet oder entsorgt werden. Die nicht benötigten Bereiche werden bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren nicht befeuchtet.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Vorbehandlung direkt in einem Herstellungsprozess vor einer Weiterverarbeitung (z.B. Formgebung durch Verpressen mit hohem Druck/Temperatur). Damit kann verhindert werden, dass bspw. es zu einer Ausweitung von befeuchteten Bereichen kommt, wobei eingebrachtes Wasser in dem faserhaltigen Material fließt. Je trockener das faserhaltige Ausgangsmaterial ist, desto stärker kann eine Ausweitung des befeuchteten Bereichs sein. Erfolgt die Befeuchtung unmittelbar vor einer Formgebung während eines Herstellungsprozesses ist die Gefahr einer Beschädigung des faserhaltigen Materials reduziert bzw. ausgeschlossen. Bei einem nachfolgendem Formprozess wird durch den hohen Druck (bspw. 500 N/cm2 spezifischer Flächenpressung) und die hohe Temperatur (bspw. 150 °C - 200 °C) die zuvor eingebrachte Feuchtigkeit wieder ausgebracht, so dass das finale Erzeugnis eine gleichmäßige Feuchtigkeit über alle Bereiche und Oberflächen aufweist. Daher tritt nach einer Formgebung keine Ausweitung von befeuchteten Bereichen auf.
  • In weiteren Ausführungen kann während der erzeugnisspezifischen Vorbehandlung mindestens eine Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder Dampfbehandlung und/oder eine Additivierung des faserhaltigen Materials erfolgen. Die Behandlung kann bspw. durch Besprühen von Bereichen und/oder gezielte Erwärmung (bspw. mittels Infrarots oder Heizstempel) erfolgen. Weiterhin kann das faserhaltige Material bspw. innerhalb einer Kammer einem feuchten Klima ausgesetzt werden, wobei bspw. die Oberfläche des faserhaltigen Materials befeuchtet und/oder mit Additiven und Zusätzen versetzt wird. Mit einer optionalen oder zusätzlichen Temperaturbehandlung lassen sich damit die Eigenschaften des faserhaltigen Materials verbessern. Die Verbesserung der Eigenschaften des faserhaltigen Materials bezieht sich dabei in erster Linie auf Eigenschaften, welche maßgeblich für einen nachfolgenden Verarbeitungsschritt, wie bspw. einen Formprozess sind. Es können zusätzlich dazu auch Eigenschaften des finalen Erzeugnisses beeinflusst werden, wobei eine solche Behandlung häufig nach einem Formprozess stattfindet, da es durch ein Verformen bspw. zu einer Beschädigung einer vorab aufgebrachten Barriereschicht kommen kann.
  • Das Einbringen von Dampf in das Material kann dabei auch eine Erwärmung dessen bereitstellen. Hierbei kann bspw. die Temperatur bei einem nachfolgenden Pressschritt reduziert werden.
  • In weiteren Ausführungen kann die Vorbehandlung mindestens einen Vorbehandlungsschritt aufweisen.
  • In weiteren Ausführungen kann eine selektive Vorbehandlung des faserhaltigen Materials erfolgen. Eine selektive Vorbehandlung, welche von der Produktgeometrie des herzustellenden Erzeugnisses abhängt, kann bspw. eine unterschiedliche Vorhandlung von Bereichen umfassen. Dabei kann bspw. zur Erreichung von homogenen Barriereeigenschaften für ein fertiges Erzeugnis eine ungleichmäßige Beschichtung bzw. Vorbehandlung erfolgen, so dass das finale Erzeugnis entsprechend der Umformung dennoch eine gleichmäßige Schichtdicke (z.B. Barriereschicht) aufweist. In weiteren Ausführungen kann eine Belegung von Bereichen mit hoher Feuchtigkeit (20-50%) erfolgen, wobei die Befeuchtung des gesamten Bereichs eines faserhaltigen Materials für ein Erzeugnis in Summe unter 20% bleibt, um Dampfexplosionen im Formprozess zu vermeiden.
  • In weiteren Ausführungen kann das faserhaltige Material in Form von separaten Vorformlingen, als Bogen oder als endlose Bahn der Vorbehandlung zugeführt werden.
  • In weiteren Ausführungen können während der selektiven Vorbehandlung nur Bereiche vorbehandelt werden, welche in einem nachgelagerten Prozessschritt verformt werden, so dass eine gleichmäßige Produktqualität und Eigenschaften eines fertigen Erzeugnisses erreicht werden können.
  • In weiteren Ausführungen kann die Vorbehandlung mindestens von einer Seite auf die Oberfläche des faserhaltigen Materials erfolgen. Das faserhaltige Material wir in der Regel in einer Transportrichtung durch die Vorbehandlung geführt und weist dabei bspw. eine Unterseite und eine Oberseite auf. Hierbei kann dann die Vorbehandlung bspw. nur auf eine Unterseite oder eine Oberseite einwirken. In weiteren Ausführungen kann auch eine Vorbehandlung auf die Unterseite und die Oberseite erfolgen. In weiteren Ausführungen kann die Vorbehandlung einer Oberseite und einer Unterseite abwechselnd erfolgen.
  • In weiteren Ausführungen kann die Vorbehandlung in mehreren Vorbehandlungsschritten erfolgen, wobei in den Vorbehandlungsschritten verschiedene Vorbehandlungen durchgeführt werden können, die je nach Anforderung in ihrer Abfolge aufeinander abgestimmt sind oder in beliebiger Reihenfolge stattfinden können.
  • In weiteren Ausführungen kann die Vorbehandlung innerhalb einer Vorbehandlungskammer erfolgen, in welcher das faserhaltige Material gegenüber äußeren Einflüssen mindestens temporär geschützt wird. Eine solche Vorbehandlung kann bspw. eingesetzt werden, um spezielle Vorbehandlungen in einer Atmosphäre (Druck, Temperatur, (Luft-)Feuchtigkeit) durchzuführen, welche sich von der Atmosphäre des Herstellungsprozesses bzw. eines Herstellungsortes unterscheidet. Für eine temporäre Entkopplung des Inneren einer Vorbehandlungskammer können entsprechende Mittel vorgesehen sein, wie bspw. verlagerbare Klappen oder dergleichen.
  • In weiteren Ausführungen können in mindestens einem Abschnitt der Vorbehandlungskammer gegenüber der Umgebung der Vorbehandlungskammer unterschiedliche Eigenschaften vorherrschen, wobei die Eigenschaften den Druck, die Temperatur und/oder Feuchtigkeit umfassen.
  • In weiteren Ausführungen können über weitere Einrichtungen (Sensoren, Kameras, etc.) die Qualität und das Erscheinungsbild bzw. die Eigenschaften von Erzeugnissen geprüft und bewertet werden. Werden Abweichungen von einem Sollwert festgestellt, kann über eine Steuerung direkt eine Anpassung und Veränderung von Prozessparametern der Vorbehandlung erfolgen, wobei bspw. Bereiche stärker oder schwächer befeuchtet werden und/oder eine lokale Anpassung (z.B. durch Veränderung der Ausrichtung von Düsen etc.) der zu befeuchtenden Bereiche des faserhaltigen Materials erfolgen. In weiteren Ausführungen kann auch die Temperatur und/oder die Durchlaufgeschwindigkeit während der Vorbehandlung angepasst werden.
  • In weiteren Ausführungen kann eine erste Vorbehandlung vor einem ersten Weiterverarbeitungsschritt erfolgen, wobei anschließend mindestens eine zweite Vorbehandlung vor mindestens einem zweiten Weiterverarbeitungsschritt erfolgt. Bspw. kann zunächst eine Vorbehandlung erfolgen, wobei Bereiche von faserhaltigem Material befeuchtet werden, die anschließend vorgeformt werden. Danach erfolgt ein weiteres Befeuchten von Bereichen, die schließlich in einer finalen zweiten Formstation final umgeformt werden. Die stufenweise Vorbehandlung bzw. Befeuchtung erfolgt damit stets unmittelbar vor dem jeweiligen Weiterverarbeitungsschritt bzw. Formprozess, so dass die Eigenschaften des faserhaltigen Materials gezielt für die nächste Verarbeitung beeinflusst werden.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorbehandlungskammer zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material, welches einen Wassergehalt kleiner 30-Gew.-% aufweist, gelöst, wobei die Vorbehandlungskammer Teil einer Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen ist, wobei in der Vorbehandlungskammer eine erzeugnisspezifische Vorbehandlung des faserhaltigen Materials durchführbar ist, und mindestens eine Einrichtung zur Vorbehandlung aufweist, mit welcher mindestens eine Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder Dampfbehandlung und/oder eine Additivierung von eingebrachtem faserhaltigen Material durchführbar ist.
  • Ferner wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Faserformanlage gelöst, welche mindestens eine Vorbehandlungskammer gemäß mindestens einer der vorstehenden Ausführungen aufweist, wobei die mindestens eine Vorbehandlungskammer vor mindestens einer Formstation angeordnet ist.
  • Die vorstehenden Ausführungen zur Vorbehandlung gelten in entsprechender Weise für eine Vorbehandlungskammer und eine Faserformanlage mit einer solchen Vorbehandlungskammer.
  • 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 Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material;
    Fig. 2
    eine weitere schematische Darstellung einer Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material; und
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer weiteren Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material.
    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".
  • Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele einer Faserformanlage 100 mit mindestens einer Vorbehandlungskammer 120; 140 und mindestens einer Formstation 130; 150. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen hierbei keine Einschränkung im Hinblick auf weitere Ausbildungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungen dar. So können alternative Ausführungen zu einzelnen Ausführungsbeispielen auch bei anderen Ausführungsbeispielen alternativ oder kumulativ vorgesehen sein.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material. Mit der Faserformanlage 100 lassen sich Erzeugnisse herstellen, die biologisch abbaubar sind und selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material dienen und kompostiert werden können, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten. Die Erzeugnisse können bspw. als Becher, Deckel, Schalen, Kapseln, Teller und weitere Form- und/oder Verpackungsteile (bspw. als Halter-/Stützstrukturen für elektronische oder andere Geräte) ausgebildet sein.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Materialbahn 200 aus einem faserhaltigen Material verarbeitet. Die Materialbahn 200 enthält Fasern natürlichen Ursprungs und weist einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 30 Gew.-% Wasser auf.
  • Die Faserformanlage 100 weist in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Zuführung 110 auf. Die Zuführung 100 kann, wie schematisch angedeutet, auch eine Transporteinrichtung aufweisen, welche zum Transport einer Materialbahn 200, Bahnabschnitten oder vorgeformten Vorformlingen dient. Die Transporteinrichtung kann verschiedenartig ausgeführt sein. Je nach Ausbildung einer Vorbehandlungskammer 120; 140 kann eine Transporteinrichtung auch nur bereichsweise eine Materialbahn 200 oder anderes faserhaltiges Material stützen bzw. halten, um auch eine Behandlung von einer Unterseite her zu ermöglichen. In der gezeigten Ausführung wird eine Materialbahn 200 von einer Rolle abgewickelt und endlos in Verarbeitungsrichtung einer ersten Vorbehandlungskammer 120 zugeführt. Die Materialbahn 200 durchläuft die erste Vorbehandlungskammer 120 und wird dabei drei Vorbehandlungsschritten (I., II., III.) unterzogen. In der Vorbehandlung werden Eigenschaften der Materialbahn 200 erzeugnisspezifisch selektiv beeinflusst, um eine direkt anschließende Formgebung unterstützt bzw. erst möglich wird. Hierzu wird die Materialbahn 200 nach der Vorbehandlung einer ersten Formstation 130 zugeführt. In der Formstation 130 werden Bereiche der Materialbahn 200 verformt und erhalten ihre finale dreidimensionale Gestalt.
  • Der Vorschub der Materialbahn 200 kann über die Zuführeinrichtung 110 kontinuierlich fortlaufend oder getaktet erfolgen. Die Vorbehandlung und die Formgebung erfolgen im gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Vorschubpause. Zur Gewährleistung eines fortlaufenden Abrollens der Materialbahn 200 können Einrichtungen zum Längenausgleich vorgesehen sein, wie sie bspw. bei Thermoformanlagen für Kunststofffolien bekannt sind.
  • Die Faserformanlage 100 kann weitere Stationen und Einrichtungen aufweisen. Bspw. kann ein Vorrat für faserhaltiges Material vorgesehen sein. In weiteren Ausführungen kann eine Mühle zur Zerkleinerung eines Ausgangsmaterials und zur Vereinzelung von Fasern vorgesehen sein, die anschließend als "Airlaid" einer Vorbehandlung zugeführt werden können.
  • Die Vorbehandlungskammer 120 kann ein Gehäuse aufweisen, welches den Raum umgibt, in dem die Vorbehandlung stattfindet. Eingangsseitig und ausgangsseitig weist die Vorbehandlungskammer 120 einen Durchgang auf, der in weiteren Ausführungen verschlossen werden kann. Damit kann der Raum innerhalb der Vorbehandlungskammer 120 gegenüber seiner Umgebung im Wesentlichen abgedichtet bzw. entkoppelt werden, so dass innerhalb der Vorbehandlungskammer 120 andere Zustände (Temperatur, Feuchtigkeit, Druck) mindestens temporär vorherrschen können.
  • Die Vorbehandlungskammer 120 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 einen ersten Abschnitt I., einen zweiten Abschnitt II. und einen dritten Abschnitt III. auf, die in noch weiteren Ausführungen voneinander getrennt und abgeriegelt oder zumindest trenn- und abriegelbar sein können.
  • Die Vorbehandlungskammer 120 weist im ersten Abschnitt I. mindestens eine erste Sprüheinrichtung 122 und mindestens eine erste Heizeinrichtung 123 auf. Der zweite Abschnitt II. weist zweite Sprüheinrichtungen 124 auf. Der dritte Abschnitt III. weist mindestens eine zweite Heizeinrichtung 126 und dritte Sprüheinrichtungen 127 auf.
  • Die mindestens eine erste Formstation 130 weist ein oberes erstes Werkzeugteil 131 und ein unteres zweites Werkzeugteil 133 auf. Das erste Werkzeugteil 131 weist mehrere Kavitäten 132 und das zweite Werkzeugteil 133 weist mehrere korrespondierende Formteile 134 auf. Zum Formen von Erzeugnissen werden die beiden Werkzeugteile 131 und 132 relativ zueinander verfahren, wobei zwischen den Oberflächen der Kavitäten 132 und der Formteile 134 die vorbehandelten Bereiche der Materialbahn 200 unter Druck und Temperatureintrag verpresst werden. Bspw. kann das Verpressen bei spezifischen Drücken im Bereich von 100 N/cm2 bis 5.000 N/cm2 und Temperaturen von 20 (Kaltverpressen) bis 250 °C (Heißpressen)erfolgen.
  • Nach dem der Verformung bzw. dem Verpressen in der Formstation 130 werden die gepressten Erzeugnisse in Transportrichtung einer weiteren Station zugeführt und/oder aus der Faserformanlage 100 ausgebracht. Eine optionale Nachbearbeitung der hergestellten Erzeugnisse kann bspw. ein Bedrucken, Färben, Befüllen, Stapeln, etc. umfassen. Dies kann bspw. in mindestens einer Bearbeitungsstation 160 erfolgen, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt.
  • Im ersten Abschnitt I. erfolgt während eines ersten Vorbehandlungsschritts zuerst ein Besprühen von ersten Bereichen 210 über die ersten Sprüheinrichtungen 122 mit einem Additiv, welches die Eigenschaften des faserhaltigen Materials im besprühten Bereich verändert bzw. beeinflusst. Bspw. können Additive sowohl von unten als auch von oben auf die Oberflächen der Materialbahn 200 aufgebracht werden. Wie in Fig. 2 schematisch in einer Draufsicht gezeigt, erfolgt das Besprühen kreisförmig im Bereich der gestrichelten Linie. Die mit den Additiven versehenen Bereiche 210 werden im ersten Abschnitt I. anschließend über die ersten Heizeinrichtungen 123 getrocknet. Um dies zu erreichen, erfolgt ein taktweiser Vorschub, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Materialbahn 200 im Wesentlichen immer nur um eine vertikal angedeutete Reihe von Bereichen 210 in Fig. 2 nach rechts bewegt wird.
  • Die Materialbahn 200 wird anschließend weiterbewegt. Die zuvor mit Additiven versehenen und getrockneten Bereiche 210 werden anschließend im zweiten Abschnitt II. über die zweiten Sprüheinrichtungen 124 einer weiteren Vorbehandlung unterzogen. Die zweiten Sprüheinrichtungen 124 können bspw. einen Abschnitt 220 der Materialbahn 200 benetzen und damit die den Feuchtigkeitsanteil erhöhen. Bspw. können weitere Additive aufgebracht werden. In weiteren Ausführungen wird durch einen Dampf im zweiten Abschnitt II. das gesamte faserhaltige Material des Abschnitts 200 der Materialbahn 200 durchsetzt.
  • Danach wird die Materialbahn 200 in einen dritten Abschnitt III. gebracht, in welchem zunächst ein Trocken der Materialbahn 200 über die zweiten Heizeinrichtungen erfolgt. Anschließend werden Bereiche 230 über die dritten Sprüheinrichtungen 127 mit befeuchtet.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, unterscheiden sich die Bereiche 210, 230, so dass durch eine unterschiedliche Befeuchtung unterschiedliche Materialeigenschaften des faserhaltigen Materials der Materialbahn erreicht werden können. In dem gezeigte Ausführungsbeispiel unterliegen schräge Flächen einer größeren Verformung während des Verpressens in der Formstation 130, so dass das faserhaltige Material in diesen Bereichen andere Eigenschaften hinsichtlich Verformbarkeit aufweisen muss, als bspw. in einem Bodenbereich einer herzustellenden Schale, Bechers oder Deckels. Dies wird durch die produktspezifische selektive Befeuchtung von Bereichen des faserhaltigen Materials erreicht, welches in feuchten Bereichen einer stärken/größeren Verformung unterworfen werden kann, als in anderen Bereichen.
  • Bspw. kann eine Befeuchtung von Bereichen des faserhaltigen Materials im Bereich von 20 bis 50 Gew.-% an Wasser erfolgen. Um zu verhindern, dass es beim nachfolgenden Verpressen mit hohen Temperaturen zu einer Beschädigung des Materials kommt, kann die Gesamtfeuchtigkeit des Materials in einem Formraum zwischen den Oberflächen einer Kavität 132 und eines korrespondierenden Formteils 134 so eingestellt werden, dass diese bspw. 20 Gew.-% nicht übersteigt. Die Einstellung erfolgt nach Maßgabe der Befeuchtung der entsprechenden Bereiche.
  • Für die Steuerung der Herstellungsschritte und der Vorbehandlung weist die Faserformanlage 100 zudem mindestens eine Steuerung auf, welche in weiteren Ausführungen mit mindestens einer Überwachungseinrichtung (z.B. Kamera, Sensoren, etc.) in Verbindung steht, um die Befeuchtung von Bereichen des faserhaltigen Materials und die Vorbehandlung anzupassen und zu regeln.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Faserformanlage 100 zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, welche zusätzlich mindestens eine zweite Vorbehandlungskammer 140 und eine zweite Formstation 150 aufweist. Die zweite Vorbehandlungskammer 140 weist einen vierten Abschnitt IV. und einen V. Abschnitt auf, in dem weitere Additive und/oder eine produktspezifische Befeuchtung von zu verformenden Flächen der Materialbahn 200 erfolgt.
  • Bspw. kann in der ersten Vorbehandlungskammer 120 neben dem Auf- bzw. Einbringen von Additiven eine Befeuchtung für eine Vorformung des faserhaltigen Materials erfolgen. Hierbei erfolgt direkt nach der ersten Vorbehandlung eine Vorformung des faserhaltigen Materials, so dass dieses im Wesentlichen bereits die Gestalt des herzustellenden Erzeugnisses einnimmt. Anschließend kann in der zweiten Vorbehandlungskammer 140 ein Aufbringen weiterer Additive (z.B. für eine Barriere) sowie ein (nochmaliges) Befeuchten von zu formenden Bereichen erfolgen. Anschließend kann in der zweiten Formstation 150 das finale Formen bzw. Verpressen erfolgen.
  • In weiteren Ausführungen kann bspw. in einem zweiten Formschritt in einer zweiten Formstation 150 eine Ausbildung von Rillen in einer bereits ausgeformten schrägen Seitenwand erfolgen. Es können in weiteren Ausführungen auch andere Prägeelemente eingebracht werden.
  • Darüber hinaus können in einem zweistufigen Form- bzw. Pressverfahren die Oberflächenausbildung und die Eigenschaften des herzustellenden Erzeugnisses wesentlich beeinflusst und verbessert werden. Bspw. kann nach einem ersten Formschritt ein erneutes Befeuchten, bspw. des gesamten Erzeugnisses, ein Nachverpressen mit verändertem Druck und/oder Temperatur erfolgen.
  • Es wird eine direkte (inline), produktspezifische Vorbehandlung von faserhaltigem Material beschrieben, welche in einer Faserformanlage 100 einen automatischen Herstellungsprozess bei "Dry Fiber" ermöglicht, wobei keine Einschränkungen im Hinblick auf die Produktgeometrie aufgrund des verwendeten trockenen Fasermaterials vorherrschen.
  • Dabei können in einer Vorbehandlungskammer 120; 140 in ein oder mehreren Segmenten (I., II., III. / IV., V.), eine oder mehrere Zustände des faserhaltigen Materials verändert werden. Das faserhaltige Material kann von einer Rolle oder in Zuschnitten zugeführt und durch die Vorbehandlungskammer 120; 140 transportiert werden. Die Vorbehandlung kann dabei ein- oder beidseitig, einfach oder in kombinierten Anwendungen, kontinuierlich oder in Prozessschritten erfolgen. Zudem erfolgt eine selektive Vorbehandlung, wobei Produktgeometriespezifisch Bereiche beispielsweise mit hoher Feuchtigkeit (20-50%) belegt werden, die Gesamtfeuchtigkeit aber im Hinblick auf Beschädigung/Schwächung des Materials limitiert werden kann.
  • Zudem wird neben einer Erhöhung der Dehnung und des Fließverhaltens die Festigkeit der geformten Erzeugnisse erhöht und die Oberfläche glatter und stabiler (kein "linting"). Vorteilhafterweise erfolgt die Vorbehandlung vor einem Prozessschritt, insbesondere einem Formschritt. Es kann auch eine Aufteilung der Vorbehandlung vorgesehen sein, wobei bspw. ein Vorbehandlungsschritt zwischen zwei Prozessschritte vorgesehen ist, um z.B. nach einem Vorformen mit heißem Formwerkzeug erneut lokal Feuchtigkeit aufzubringen, um die finale Produktgeometrie herzustellen.
  • Es wird zudem Energie eingespart, weil weniger Feuchtigkeit in das Material eingebracht wird, so dass auch weniger Energie zum Ausbringen der Feuchtigkeit beim Verpressen erforderlich ist. In weiteren Ausführungen kann nach Maßgabe des (Gesamt-)Feuchtigkeitsgehalts auch ein "kaltes" Verpressen (bspw. bei Raumtemperatur, ca. 20 °C) erfolgen, da die Feuchtigkeit bei hohem Druck sich im Erzeugnis verteilen kann und somit nicht zu lokal "nassen" Bereichen führt.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Faserformanlage
    110
    Zuführung
    120
    erste Vorbehandlungskammer
    122
    erste Sprüheinrichtung
    123
    erste Heizeinrichtung
    124
    zweite Sprüheinrichtung
    126
    zweite Heizeinrichtung
    127
    dritte Sprüheinrichtung
    130
    erste Formstation
    131
    erstes Werkzeugteil
    132
    Kavität
    133
    zweites Werkzeugteil
    134
    Formteil
    140
    zweite Vorbehandlungskammer
    150
    zweite Formstation
    160
    Bearbeitungsstation
    200
    Materialbahn
    210
    erste Bereiche
    220
    Abschnitt
    230
    zweite Bereiche

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material, welches einen Wassergehalt kleiner 30-Gew.-% aufweist, in einem Herstellungsprozess zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen, wobei faserhaltiges Material vor mindestens einem formgebenden Prozessschritt von dreidimensionalen Erzeugnissen einer erzeugnisspezifischen Vorbehandlung unterzogen und das faserhaltige Material im Anschluss direkt weiterverarbeitet wird, wobei während der erzeugnisspezifischen Vorbehandlung das faserhaltige Material mindestens teilweise befeuchtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der erzeugnisspezifischen Vorbehandlung mindestens eine Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder Dampfbehandlung und/oder eine Additivierung des faserhaltigen Materials erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorbehandlung mindestens einen Vorbehandlungsschritt aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine selektive Vorbehandlung des faserhaltigen Materials erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das faserhaltige Material in Form von separaten Vorformlingen, als Bogen oder als endlose Bahn der Vorbehandlung zugeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, wobei während der selektiven Vorbehandlung nur Bereiche vorbehandelt werden, welche in einem nachgelagerten Prozessschritt verformt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorbehandlung mindestens von einer Seite auf die Oberfläche des faserhaltigen Materials erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorbehandlung in mehreren Vorbehandlungsschritten erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorbehandlung innerhalb einer Vorbehandlungskammer erfolgt, in welcher das faserhaltige Material gegenüber äußeren Einflüssen mindestens temporär geschützt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in mindestens einem Abschnitt der Vorbehandlungskammer gegenüber der Umgebung der Vorbehandlungskammer unterschiedliche Eigenschaften vorherrschen, wobei die Eigenschaften den Druck, die Temperatur und/oder Feuchtigkeit umfassen.
  11. Vorbehandlungskammer zur Vorbehandlung von faserhaltigem Material, welches einen Wassergehalt kleiner 30-Gew.-% aufweist, wobei die Vorbehandlungskammer Teil einer Faserformanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Erzeugnissen ist, wobei in der Vorbehandlungskammer eine erzeugnisspezifische Vorbehandlung des faserhaltigen Materials durchführbar ist, und mindestens eine Einrichtung zur Vorbehandlung aufweist, mit welcher mindestens eine Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder Dampfbehandlung und/oder eine Additivierung von eingebrachtem faserhaltigen Material durchführbar ist.
  12. Faserformanlage, aufweisend mindestens eine Vorbehandlungskammer nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Vorbehandlungskammer vor mindestens einer Formstation angeordnet ist.
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