WO2023169902A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines biologisch abbaubaren hohlkörpers mit einem anschlusselement - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines biologisch abbaubaren hohlkörpers mit einem anschlusselement Download PDF

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Papacks Sales GmbH
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    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65D1/02—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents
    • B65D1/0207—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents characterised by material, e.g. composition, physical features
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D21J3/10—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds of hollow bodies
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J7/00—Manufacture of hollow articles from fibre suspensions or papier-mâché by deposition of fibres in or on a wire-net mould

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a container with a hollow body made of fiber material having an opening and a connecting element arranged on the hollow body and surrounding the opening according to the preamble of claim 1, in particular a method which is based on the fiber casting process.
  • the invention also relates to a device for producing a container according to the method mentioned.
  • Molded fiber bodies are used for various uses, particularly as transport packaging and as molded inserts in packaging to protect sensitive goods.
  • the aim of further reducing the amount of plastic waste caused by packaging material the use of molded fiber articles to hold cosmetic products and food products has also received increased attention.
  • the aim is to use hollow bodies made of fiber material with a closable opening as crucibles for cosmetic products, for example creams, or as containers for food products, for example liquids.
  • Achieving suitable mechanical properties is particularly important in the area of the opening of the hollow body. Since the opening must be able to be tightly closed for the use of the hollow body for cosmetic products and food products, sealing films and/or closure caps made of polymers are regularly arranged as closures on the openings. A firm connection of the closures to the hollow body is required so that the closures do not come loose in an uncontrolled manner. A tight connection between a sealing film can be achieved by gluing or welding the sealing film on. A smooth surface to which the sealing film is attached is advantageous. A tight connection of closure caps can be achieved by firmly attaching or screwing on the cap. This requires high strength of the closure caps and the area where a closure cap is arranged, which is why the fiber material is regularly reinforced.
  • the connecting element of such a container can in practice be formed from a polymer by injection molding and have a higher strength, a higher hardness and/or a smoother surface suitable for the adhesion of sealing films than the fibrous material of the hollow body.
  • a closure can therefore easily be attached to the connection element, which securely closes the opening of the hollow body (or the container).
  • the connecting element can also have special structural details such as an external thread, with which an internal thread of a closure designed as a screw closure interacts.
  • the applicant has developed a thermoplastic material that consists exclusively of biodegradable or bioinert components. If the connection element and the closure of a container are formed from biodegradable biopolymers, the entire container can be biodegradable.
  • the fiber molding is first produced using a fiber casting process.
  • the connecting element is manufactured separately and connected to the dried fiber body in a form-fitting or material-locking manner.
  • the connecting element can be molded onto the dried fiber body.
  • EP 1 221 413 A1 discloses a container with a fiber molding which has on its inner surface and/or its outer surface a resin layer which is formed by applying a coating, whereby a certain thickness ratio of the resin layer to the molded object is produced and the inner and outer surface have an average centerline roughness (Ra) of 0.5 to 20 ⁇ m.
  • the fiber body is formed in a multi-step process. First, pulp is poured into a cavity of a split mold. The water from the pulp is sucked out through holes in the wall of the split mold covered with a net, whereby the fibrous body is formed on the wall. An elastic and expandable pressing tool is then inserted into the cavity of the fiber molding and expanded to dewater and compact the fiber molding.
  • connection element with 40 to 90% by weight of natural fibers and a binder. Attaching the connection element to the fiber body is not described in detail.
  • a method according to the preamble of claim 1 is known from publication JP 2001-303 500 A.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device which enable the efficient production of a container described above.
  • the method should enable a short process time and a low energy input, as well as produce a reliable connection between the connecting element and the hollow body and enable reliable handling of the hollow body.
  • the divided suction mold is composed of several suction mold parts, in particular two halves.
  • the hollow fiber molding is formed in the closed state of the suction mold when the suction mold parts are joined together and the wall of the suction mold encloses a largely closed cavity.
  • the wall of the suction mold has a porous, water-permeable inner surface through which pulp can be sucked in.
  • This inner surface can be realized in a conventional manner by a suction mold, which has a largely solid base body made of plastic or metal, into which a sieve body is inserted to form the porous inner wall.
  • it is also possible to produce the parts of the suction mold for example using additive manufacturing techniques in 3D printing, with fluid channels being formed in the material of the molded parts during printing.
  • the pores of the molded parts are connected to a suction device, which sucks water through the wall of the suction mold.
  • the wall of the divided suction mold further contains at least one suction mold opening, which connects the cavity with an environment outside the suction mold.
  • the suction mold opening can be formed in a contact area of at least two suction mold parts and thus have a circumference that is divisible. Additional features of the method that relate to the formation of the suction mold opening are described below.
  • a holder is provided on which a connection element is arranged.
  • the holder is an elongated body which has at least one section with a cross section that depends on the shape of the opening of the container to be produced.
  • the cross section can be round if the opening of the container is to be round. If the opening is square, the said cross section of the holder has a square shape.
  • the cross section of the holder corresponds to the cross section of the opening.
  • the cross section of the holder only has to correspond to the shape of the opening of the container to be produced in an area that is assigned to the opening of the container to be produced.
  • connection element can be arranged on the holder by means of a feed device, wherein the feed device places the connection element in a predetermined position on the holder.
  • the feed device can, for example, arrange the connection element on the holder in such a way that it partially or completely surrounds the section of the holder in the area of the opening of the container to be produced.
  • the holder and the connecting element arranged on it are inserted together into the suction mold.
  • the connecting element is arranged in the suction mold opening and the holder protrudes through the suction mold opening so that it is arranged partly in the cavity and partly outside the suction mold. If the suction mold opening is formed in a contact area of at least two suction mold parts and has a divisible circumference, the holder with the connecting element can be inserted into the opened suction mold and the mold parts can then be closed. If the suction mold opening is not formed in a contact area of at least two suction mold parts, the holder with the connection element can be inserted into the suction mold through the suction mold opening in the longitudinal direction of the holder until the connection element lies in the suction mold opening.
  • the suction mold opening can be slightly larger than the connecting element, at least in one section. In this case, the connection element can be held in the suction mold opening by the holder in such a way that a gap is formed between the connection element and the suction mold opening.
  • the split suction mold is closed and a pulp is sucked into the cavity by dipping the suction mold and/or the holder into a basin filled with pulp.
  • the holder can be hollow so that the pulp is sucked into the suction mold through the hollow holder.
  • the pulp contains water and fibrous material.
  • the fiber material usually consists of pulp such as waste paper or other recyclable fibers, but also fresh fibers, depending on the requirements for the optical properties of the fiber molding.
  • the pulp can contain other additives that have a positive effect on the properties of the fiber molding.
  • the pores in the porous wall of the suction mold are designed in such a way that the water penetrates the pores and the fiber material is deposited on the wall when the pulp is sucked in.
  • the wall thickness of the hollow body formed increases.
  • a fiber layer forms between the wall of the suction mold and the holder, in which the connection element is embedded.
  • the fiber layer of the hollow body and the connecting element are connected in a form-fitting manner.
  • the connection element can have a connecting wall with openings which extends approximately parallel to the porous wall.
  • the connecting wall for example made of injection-molded thermoplastic, can have a wall thickness of the order of 1 mm and openings with a clear area of, for example, 20 mm2.
  • the connecting wall can extend along the opening in a ring shape and have a width (wall thickness) of approximately 5 to 15 mm.
  • the fibers deposited on the wall form a layer that breaks through the openings in the connecting wall and in this way embeds the connecting wall.
  • the connection element is thus firmly anchored in the fiber layer.
  • the hollow body formed is compacted with the connecting element arranged thereon.
  • Compaction means that water contained in the fiber molding is mechanically removed from the fiber molding.
  • a relative excess pressure can be generated in the internal volume of the hollow body, which presses water out of the wall of the hollow body.
  • the relative excess pressure in the suction mold can be generated by applying a negative pressure outside the suction mold parts, which is passed through the porous wall of the mold parts to the inner wall of the mold parts and causes the fibrous material to be deposited on the porous wall.
  • Compressing the fiber molding increases its mechanical stability and makes handling of the fiber molding easier.
  • an expandable pressing tool described below can also mechanically press the moisture out of the formed fiber layer in the suction form.
  • the hollow body with the connecting element can be dried by applying heat.
  • the container produced in this way can, for example, be filled with a flowable product, in particular a cream or a drink.
  • the opening of the container can then be provided with a closure that is tightly connected to the connecting element.
  • connection element can be positioned very precisely and quickly in the suction mold opening using the holder. Furthermore, by forming the fibrous layer of the hollow body around the connection element, a particularly strong connection between the connection element and the hollow body can be achieved. This is because the pulp has a low viscosity and can therefore penetrate even into delicate geometric configurations (e.g. undercuts or openings in a connecting wall) of the connecting element and dry and harden there.
  • the holder can be hollow and the pulp can flow through the holder into the cavity of the suction mold. This means that the entire inner cross section of the hollow holder is available for the pulp to flow into the suction mold and enables the suction mold to be filled quickly and completely.
  • the hollow body is removed from the split suction mold on the holder.
  • the holder simplifies the handling of the hollow body and the transport to further processing steps.
  • the hollow body can then be transported on the holder into a transfer mold that is complementary to the hollow body or a split mold.
  • the hollow body can be transported on the holder from the suction mold directly into the complementary mold.
  • the hollow body can be transported from the suction mold into the complementary transfer mold and from there into the likewise complementary pressing mold. Details of the transfer mold and the compression mold are described below.
  • the removal of the hollow body from the suction mold and the transport of the hollow body located on the holder enable precise and rapid positioning of the hollow body in the transfer mold or the compression mold.
  • the holder also enables safe, i.e.
  • the holder can mechanically support the hollow body. Because when the holder with the hollow body is moved out of the divided suction mold, an area of the hollow body is placed on the holder. Particularly safe removal and transport are possible if the holder supports the hollow body essentially over the entire length, for example if the holder protrudes into the hollow body down to its bottom.
  • the suction mold opening is formed in a contact area of at least two suction mold parts, as described above.
  • the divided suction mold can be opened before or after the hollow body has been compacted, and the hollow body is removed with the holder from the opened suction mold.
  • the removal and transport of the hollow body from the holder is particularly quick and easy if the holder is pivoted about an axis located outside the cavity for transport into the transfer mold or the divided press mold.
  • the holder can protrude from the cavity, with one end of the section protruding from the cavity being pivotally mounted about a pivot axis formed transversely to the longitudinal direction of the holder.
  • the holder with the hollow body can be pivoted, for example, through 180° from a suction mold part of the split suction mold into a transfer mold or the opened, split mold.
  • the transfer mold or the press mold is moved in the longitudinal direction of the holder and the hollow body is pulled off from the holder.
  • the hollow body can be compacted in the suction mold and/or in the compression mold. Compressing in the suction mold makes it easier to remove the hollow body, which is very wet without compaction, from the suction mold. However, it is possible that the pores and structures in the wall of the suction mold are imaged in the surface of the hollow body.
  • the hollow body can therefore be compacted in a press mold provided specifically for this purpose. For this purpose, the hollow body is transported from the suction mold into the compression mold.
  • the split mold is formed from a plurality of mold parts.
  • the press mold In the closed state, the press mold has a wall that is essentially complementary to the hollow body and the connecting element. Furthermore, the press mold has a press mold opening which is aligned with the opening of the hollow body arranged in the press mold.
  • the wall of the press mold can have either no pores or very small pores compared to the pores in the wall of the suction mold. It can also have decorative structures (grooves or projections) that are embossed into the wall of the container during the pressing process.
  • the wall of the press mold can also include a suction channel which is fluidly connected to the interior of the press mold and through which water can be removed. The hollow body can be placed in the opened mold and removed from it after pressing.
  • the wall of the mold encloses the hollow body and the internal pressure in the internal volume of the hollow body is increased by a pressing tool so that the hollow body is compacted. Excess water flows out of the hollow body preferably through the suction channel.
  • the hollow body can be compacted by expanding an expandable pressing tool inserted into the hollow body when the hollow body is within the mold.
  • the hollow body is drained quickly and efficiently, and it receives the desired surface structure both on the inside through the pressing tool and on the outside through the inner surface of the wall of the pressing mold.
  • the expandable pressing tool can consist of a bladder or a balloon made of an elastomer or another rubber-elastic material and can be arranged on a second holder, which can be inserted in particular through the press mold opening into the internal volume of the hollow body arranged in the press mold.
  • the second holder has a fluid line that is tightly connected to the pressing tool and can be closed, through which a fluid can be pressed into the interior of the pressing tool with excess pressure.
  • a fluid can be used as the fluid.
  • the second holder is inserted into the inner volume of the hollow body and the pressing tool expands by pressing in the fluid, the pressing tool stretching like a balloon, placing it on the inner surface of the hollow body and pressing it against the wall of the hollow body Press mold presses.
  • the isostatic fluid pressure leads to a uniform compression of the wall of the hollow body.
  • the first holder can be pulled out through the suction mold opening when the suction mold is closed and the second holder can be inserted into the hollow body through the suction mold opening.
  • the compaction then takes place in the same way as compaction in a compression mold.
  • the pressing tool can also be arranged on the holder that carries the connection element.
  • the hollow body can be dried from the inside using radiant heat and/or a stream of hot air.
  • a rod-shaped heating device can be inserted through the opening of the hollow body.
  • the heating device can be activated in the hollow body and emit infrared radiation, UV radiation and/or microwave radiation there.
  • a hot air stream can emerge through the rod-shaped heating device, which flows along the inner surface of the hollow body and emerges from the opening in the hollow body into the environment.
  • Optional coatings can thereby solidify on the inner surface of the hollow body. Details on applying optional coatings are discussed below.
  • the connecting element can be injection molded from a thermoplastic and pushed onto the holder in the hardened state.
  • Injection-molded connection elements made of thermoplastic can be designed freely geometrically, i.e. with only a few design limitations.
  • Such a connection element can, for example, have a grid-shaped jacket section with openings, which forms a connecting wall and is arranged in the area of the opening of the container.
  • the connecting wall has openings through which the fiber material of the hollow body penetrates.
  • the hollow body can be pre-dried in an oven before compaction.
  • the hollow body can be located in a part of the press mold or the transfer mold that is transported through the oven. Or the hollow body can be placed on a conveyor belt that transports it through the oven. Through pre-drying, the water content of the hollow body can be reduced before compaction.
  • the oven can in particular be a continuous oven. Due to the reduced residual moisture in the hollow body, greater dimensional stability of the hollow body is achieved in the subsequent compression step.
  • the hollow body can additionally be coated on the inner surface with a biodegradable coating solution.
  • a pipeline fluidly connected to a supply of a coating solution can be introduced through the opening of the container into the inner volume of the hollow body.
  • the coating solution can then be introduced into the internal volume through the pipeline. This can create a coating that is suitable for contact with food or liquids. If coating is carried out after compaction and before final drying, the coating can be particularly resistant.
  • Coating the inner surface is particularly easy in practice if the hollow body rotates after filling with the coating solution and its inner surface is thereby wetted.
  • a reservoir of the coating solution can be formed in the hollow body, with excess coating solution being poured out after the inner surface has been wetted.
  • the rotation can be carried out by means of a rotation device, by means of which the hollow body is rotated about the axis of the opening of the container.
  • This device is used in particular to implement the method described above.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional partial view of a device according to the invention with a plurality of suction molds and holders.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with connection elements located on the holders.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device and 2 with holders arranged in the suction molds.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with the suction molds in a pulp basin.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with hollow bodies and transfer molds on the suction molds.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with the transfer molds and the hollow bodies in a continuous oven.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device , in which the hollow bodies are in compression molds.
  • FIG. 1 shows an isolated three-dimensional view of a hollow body in a press mold with a press tool.
  • FIG. 1 shows an isolated three-dimensional view of a hollow body in a press mold with an expanded press tool.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with injectors for coating the hollow bodies.
  • FIG. 1 shows another three-dimensional partial view of the device with a drying device for the hollow bodies.
  • Figures 1 to 9 show the sequence of the method according to the invention and a device for carrying out the method.
  • the figures show a device with which ten containers can be produced at the same time.
  • a method and device according to the invention are not limited to the simultaneous production of ten containers. Rather, the number of containers produced at the same time can be adapted to the requirements.
  • the following describes the production using the example of a single container, which takes place simultaneously in the molds.
  • Figures 1 to 11 the same components are provided with the same reference numbers.
  • a split suction mold 4 with a porous wall 5 is first provided.
  • the suction mold 4 is rotationally symmetrical and divided into two suction mold parts 4a, 4b along its central longitudinal plane.
  • the suction mold parts 4a, 4b are pivotally connected to one another at a first end about a pivot axis and can be opened along the pivot axis.
  • the suction mold parts 4a, 4b with their inner wall 5 enclose a cavity 6, which is connected to the environment by means of a suction mold opening 7 in the suction mold 4.
  • the wall 5 has pores (not shown) which fluidly connect the inner wall 5 of the cavity 6 to a suction device (not shown).
  • a suction device not shown
  • the pores are guided to first suction channels 9, through which the pores and the cavity 6 are fluidly connected to a suction device.
  • the suction channels 9 are formed by steel pipes, which are attached to the suction mold part 4a and carry the suction mold 4.
  • the suction mold opening 7 is located at an end of the suction mold 4 opposite the first end in a contact area of the two suction mold parts 4a, 4b. Thus, when the suction mold 4 is opened, the suction mold opening 7 is also opened.
  • a first holder 8 is arranged in an area in front of the suction mold opening 7.
  • the first holder 8 has two sections 8a, 8b.
  • the first section 8a is hollow cylindrical and the second section 8b, which protrudes from the first section 8a, is designed as a curved perforated plate and extends over part of the circumference of the first section 8a.
  • the second section 8b is connected in one piece or at least seamlessly to the first section 8a and both sections 8a, 8b have the same curvature.
  • the first holder 8 is therefore an elongated body, which is arranged pivotably in a receptacle for the shaft 10 attached to the suction mold 4 by means of a shaft 10 oriented transversely to the longitudinal direction of the first holder 8.
  • the first holder 8 can be moved from the to the and 2 shown position outside the suction mold 4 in the position of be pivoted, in which it extends through the suction mold opening 7 into the interior of the suction mold 4. It then protrudes through almost the entire cavity 6 of the suction mold 4.
  • the first holder 8 is in the vertical orientation in front of the suction mold opening 7 and below a feed device 11 for feeding an annular connection element 3 to the first holder 8.
  • the feed device 11 can, for example, have a tube that is open at at least one end and in which one or more connection elements 3 are accommodated.
  • the connection element 3 is formed from an injection-molded and biodegradable thermoplastic in the form of a hardened ring. As can be seen in Figures 1 and 2, the tube with the tube opening can be moved over the free end of the second section 8b of the first holder 8 and thereby push a connecting element 3 onto the first holder 8 up to the first section 8a.
  • the cross-sectional shape of the tube, the first section 8b of the first holder 8 and the suction mold opening 7 are complementary to one another and can deviate from the circular shape shown in the drawings. They depend in particular on the shape of the opening of the container to be manufactured.
  • connection element 3 is arranged on the first section 8a of the first holder 8
  • the tube of the feed device 11 is removed from the first holder 8 and the holder 8 is pivoted about the pivot axis of the shaft 10 into the cavity 6 and the suction mold opening 7, as is shown in Figure 3.
  • the suction mold 4 is then closed by folding the suction mold parts 4a, 4b together.
  • the first holder 8 protrudes through the suction mold opening 7 and holds the connection element 3 in the suction mold opening 7 with the first section 8a in such a way that a gap is formed between the connection element 3 and the suction mold opening 7.
  • the closed suction mold 4 with the first holder 8 located therein is immersed in a basin 14 filled with pulp 13.
  • the suction mold 4 is attached to a hollow rotating shaft 15 via the suction channels 9.
  • the interior of the hollow rotating shaft 15 is connected to the suction device, which generates a negative pressure and sucks out water. This negative pressure is directed through the tubular suction channels 9 made of stainless steel to the wall 5 of the suction mold 4. All suction forms 4 connected to the rotary shaft 15 via the suction channels 9 are moved through the pulp basin 14 when the rotary shaft 15 rotates.
  • the pulp 13 is sucked through the hollow cylindrical first section 8a of the holder 8 into the suction mold 4. As the water from the pulp 13 passes through the pores, the fiber material from the pulp 13 is deposited on the pores and forms a layer along the entire wall 5 of the cavity 6 of the suction mold 4. In this way, a Hollow body 1 formed from deposited fibers.
  • the suction mold 4 When a sufficient amount of fiber is deposited on the wall 5 of the suction mold 4, the suction mold 4 is removed from the pulp basin 14, brought into a removal position and opened, as shown in Figure 5.
  • the formed hollow body 1 is removed from the opened suction mold 4 on the first holder 8 and transferred into a transfer mold 17 that is complementary to the hollow body 1.
  • the transfer mold 17 has a shape that is essentially identical to the suction mold part 4b.
  • the transfer mold 17 also has a recess that is complementary to the first holder 8.
  • the transfer mold 17 is positioned mirror-symmetrically to the suction mold part 4b in front of the suction mold opening 7.
  • the first holder 8 is then pivoted about the pivot axis of the shaft 10 so that the hollow body 1 and the connecting element 3 come to rest in the transfer mold 17. In the example shown in Figure 5, the pivot angle is approximately 180°.
  • the hollow body 1 rests on the holder 8 and in particular on its second section 8b.
  • the wet and less dimensionally stable hollow body 1 can thereby be mechanically stabilized so that it only deforms slightly despite its low dimensional stability.
  • the first holder 8 is partially arranged with the fiber molded body in the transfer mold 17 and partially outside the transfer mold 17. It protrudes through the recess in transfer form 17.
  • the transfer form 17 is moved with a conveyor device 18 along the longitudinal axis of the first holder 8, as shown in Figure 6.
  • the conveyor device 18 is designed as a conveyor belt.
  • the hollow body 1 and the connecting element 3 are removed from the first holder 8.
  • the design of the second section 8b as a curved perforated plate enables a good supporting effect.
  • the holder 8 can also have a lattice-shaped structure away from the first section 8a, as long as it is ensured that it supports the hollow body 1.
  • the conveyor belt 18 is part of a continuous furnace 19 known from the prior art, through which the hollow body 1 and the connecting element 3 are moved in the transfer mold 17.
  • the heat generated by the continuous furnace 19 causes a reduction in the water content of the hollow body 1 through evaporation. While the hollow body 1 is dried in the continuous oven 19, the rotary shaft 15 with the suction mold 4 and the first holder 8 attached to it is rotated further and fed again to the start of the process in order to produce another fiber shaped body.
  • the hollow body 1 and the connecting element After the hollow body 1 and the connecting element have passed through the continuous furnace 19, they are transferred to a divided and opened press mold 20, in which the hollow body 1 with the connecting element 3 arranged thereon is further compacted.
  • the hollow body 1 and the connecting element 3 are shown arranged in the opened mold 20.
  • the transfer of the hollow body 1 and the connecting element 3 from the transfer mold 17 into the press mold 20 can be done with a transfer device 21, which can suck or grip the hollow body 1 and between the transfer mold 17 after passing through the continuous furnace 19 and the position in which the Press mold 20 receives the hollow body 1, can be moved.
  • the mold 20 may have two or more mold parts 20a, 20b.
  • a wall of the molded parts 20a, 20b encloses a second cavity, which is essentially complementary to the hollow body 1.
  • Smaller pores are introduced into the wall of the press mold 20 than in the suction mold 4, so that the compaction of the hollow body 1 in the press mold 20 leads to a smooth surface of the hollow body 1.
  • the pores in the wall of the mold are fluidly connected to one another and to a second suction device (not shown) through second suction channels 22.
  • the mold 20 also has a mold opening in a contact area of the mold parts 20a, 20b, which is designed to be complementary to the connecting element 3 on the hollow body 1.
  • the connecting element 3 arranged on the hollow body 1 comes to rest in the mold opening, so that the opening 2 of the hollow body 1 is aligned with the mold opening.
  • the mold 20 is closed. Subsequently, a second holder 23 with a pressing tool 24 arranged thereon is inserted through the opening 2 in the connecting element 3 into the internal volume of the hollow body 1, as shown in Figure 8.
  • the second holder 23 has a fluid line that is tightly connected to the pressing tool 24.
  • the pressing tool 24 is formed from a stretchable elastomer and is tightly connected to the second holder 23 and the fluid line.
  • the pressing tool 24 therefore forms an inflatable balloon within the pressing mold 20.
  • the fluid line leads a fluid with excess pressure into the pressing tool 24.
  • the fluid line can be connected to a compressed air connection if the fluid supplied is air.
  • a liquid can be fed into the pressing tool 24 from a compressor or a pump. With a liquid, a higher pressure can be built up within the pressing mold 20 by the pressing tool 24.
  • Figure 9 shows the pressing tool 24 in the expanded form.
  • the hollow body 1 Due to the isostatic pressure of the fluid in the pressing tool 24 and the elasticity of the pressing tool 24, the hollow body 1 is pressed evenly against the wall of the pressing mold 20 and is thereby compacted, dewatered and solidified. This also solidifies the connection between the wall of the hollow body 1 and the connecting element 3. At the same time, the surface of the wall is impressed on the hollow body 1.
  • the water emerging from the hollow body 1 during compression is sucked out via the pores in the wall of the press mold 20 and the second suction channels 22.
  • the fluid is drained from the pressing tool 24 so that the elastic pressing tool 24 contracts and assumes its original shape shown in FIG.
  • the pressing tool 24 can then be removed together with the second holder 23 from the opening 2 in the hollow body 1 and the pressing mold 20 is opened.
  • the hollow body 1 and the connecting element 3 are then removed from the mold 20 by means of the aforementioned transfer device 21 and transferred to a coating station shown in FIG.
  • the coating solution can in particular be biodegradable and/or food-compatible.
  • the injector 25 the hollow body 1 is filled with a predetermined amount of the coating solution.
  • the hollow body 1 is aligned so that the coating solution cannot flow out of the internal volume again.
  • the hollow body 1 When the hollow body 1 is filled with the predetermined amount of the coating solution, the hollow body is rotated using a rotation device 26 about an axis coaxial with the opening 2.
  • the rotation device 26 is designed as an inclined plane along which the hollow body 1 rolls. If the hollow body 1 is not itself designed to be rotationally symmetrical, it can be inserted into a hollow cylinder which can roll along the inclined plane. By rotating, the entire inner surface of the hollow body 1 is wetted with the coating solution. Excess coating solution is then poured off. For this purpose, the hollow body 1 can be picked up with the transfer device 21 and aligned with the opening 2 downwards.
  • the hollow body 1 can also be gripped by a gripping device in a horizontal orientation of its longitudinal axis and the gripping device can be rotated.
  • the coated hollow body 1 is transferred from the transfer device 21 to a drying station shown in Figure 11.
  • the drying station has a rod-shaped heating device 27 onto which the hollow body 1 is pushed through the opening 2. Infrared radiation is activated in the hollow body 1, which hardens the coating solution and completely dries the hollow body 1.
  • the heating device 27 is therefore designed as a radiant heat source.
  • the process is completed when the hollow body 1 has completely dried and is transferred from the drying station to a warehouse.
  • connection element suction form 4a, 4b Suction molded parts 5 wall of the suction mold 6 cavity 7 first mold opening 8 first holder 9 first suction channels 10 wave 11 feeding device 13 pulp 14 pools 15 rotating shaft 17 transfer form 18 conveyor device, conveyor belt 19 continuous oven 20 press mold 20a, 20b press molded parts 21 transfer device 22 second suction channels 23 second holder 24 pressing tool 25 injector 26 rotation device, inclined plane 27 radiant heat source, rod-shaped heating device

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Behältnisses mit einem eine Öffnung (2) aufweisenden Hohlkörper (1) aus Faserstoff und einem an dem Hohlkörper angeordneten und die Öffnung (2) umgebenden Anschlusselement (3). Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren mit einer kurzen Prozessdauer und einem geringen Energieeintrag bereitzustellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: - Bereitstellen einer geteilten Saugform (4) mit einer porösen Wandung (5), welche in geschlossenem Zustand mindestens einen Hohlraum (6) mit einer Formöffnung (7) umschließt; - Anordnen des Anschlusselements (3) an einem Halter (8) und Einbringen des Halters (8) in den Hohlraum (6) der Saugform (4) derart, dass der Halter (8) die Formöffnung (7) durchragt und das Anschlusselement (3) in der Formöffnung (7) hält; - Schließen der geteilten Saugform (4) und Ansaugen von Fasermaterial aus einer Pulpe (13) durch die Wandung (5) der Saugform (4), so dass ein Hohlkörper (1) zwischen dem Halter (8) und der Wandung (5) gebildet wird; - Verdichten des Hohlkörpers (1) mit daran angeordnetem Anschlusselement (3); und - Trocknen des Hohlkörpers (1). Um ein zuverlässiges Handling des Hohlkörpers zu ermöglichen, wird der Hohlkörper (1) an dem Halter (8) aus der geteilten Saugform (4) entnommen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES BIOLOGISCH ABBAUBAREN HOHLKÖRPERS MIT EINEM ANSCHLUSSELEMENT Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses mit einem eine Öffnung aufweisenden Hohlkörper aus Faserstoff und einem an dem Hohlkörper angeordneten und die Öffnung umgebenden Anschlusselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere ein Verfahren, das auf dem Faserguss-Verfahren basiert. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Behältnisses gemäß dem genannten Verfahren.
Faserformkörper, in Englisch "molded pulp" genannt, werden für verschiedene Verwendungen eingesetzt, insbesondere als Transportverpackung und als Formeinlagen in Verpackungen zum Schutz empfindlicher Güter. Mit dem Ziel, die Menge von durch Verpackungsmaterial verursachten Plastikmüll weiter zu reduzieren, hat auch die Verwendung von Faserformkörpern zur Aufnahme von Kosmetikprodukten und Lebensmittelprodukten verstärkt Beachtung gefunden. Insbesondere wird angestrebt, Hohlkörper aus Faserstoff mit einer verschließbaren Öffnung als Tiegel für Kosmetikprodukte, beispielsweise Cremes, oder als Behältnisse für Lebensmittelprodukte, beispielsweise Flüssigkeiten, zu verwenden. Bei derartigen Hohlkörpern aus Faserstoff stellen das Erreichen geeigneter mechanischer Eigenschaften und die Herstellung Herausforderungen dar.
Das Erreichen geeigneter mechanischer Eigenschaften ist insbesondere im Bereich der Öffnung des Hohlkörpers wichtig. Denn da die Öffnung für die Verwendung des Hohlkörpers für Kosmetikprodukte und Lebensmittelprodukte dicht verschließbar sein muss, werden regelmäßig Siegelfolien und/oder Verschlusskappen aus Polymeren als Verschlüsse an den Öffnungen angeordnet. Dabei ist eine feste Verbindung der Verschlüsse mit dem Hohlkörper erforderlich, damit die Verschlüsse sich nicht unkontrolliert lösen. Eine feste Verbindung einer Siegelfolie kann durch Ankleben oder Anschweißen der Siegelfolie erzielt werden. Dafür ist eine glatte Oberfläche, an die die Siegelfolie angebracht wird, vorteilhaft. Eine feste Verbindung von Verschlusskappen kann durch festes Aufstecken oder Aufschrauben der Kappe erzielt werden. Dafür ist eine hohe Festigkeit der Verschlusskappen und des Bereichs, an dem eine Verschlusskappe angeordnet wird, erforderlich, weshalb der Faserstoff regelmäßig verstärkt wird.
Um den vorstehenden Anforderungen nachzukommen, ist es in der Praxis bekannt, Behältnisse als Kombination aus einem eine Öffnung aufweisenden Faserformkörper und einem den Bereich der Öffnung verstärkenden Anschlusselement bereitzustellen. Das Anschlusselement eines derartigen Behältnisses kann in der Praxis aus einem Polymer im Spritzgießverfahren gebildet sein und eine höhere Festigkeit, eine höhere Härte und/oder für die Haftung von Siegelfolien geeignete, glattere Oberfläche als der Faserstoff des Hohlkörpers aufweisen. Somit kann an dem Anschlusselement einfach ein Verschluss angebracht werden, welcher die Öffnung des Hohlkörpers (bzw. des Behältnisses) sicher verschließt. Das Anschlusselement kann auch besondere konstruktive Details wie ein Außengewinde aufweisen, mit welchem ein Innengewinde eines als Schraubverschluss ausgebildeten Verschlusses zusammenwirkt. Die Anmelderin hat ein thermoplastisches Material entwickelt, dass ausschließlich aus biologisch abbaubaren oder bioinerten Bestandteilen besteht. Wenn das Anschlusselement und der Verschluss eines Behältnisses aus biologisch abbaubaren Biopolymeren gebildet sind, kann das gesamte Behältnis biologisch abbaubar sein.
Die Herstellung dieser Behältnisse ist bislang aufwändig. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren wird zunächst der Faserformkörper mittels eines Fasergussverfahrens hergestellt. Das Anschlusselement wird separat hergestellt und formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem getrockneten Faserkörper verbunden. Alternativ kann das Anschlusselement an den getrockneten Faserkörper angespritzt werden.
Beispielsweise offenbart EP 1 221 413 A1 ein Behältnis mit einem Faserformkörper, der auf seiner Innenoberfläche und/oder seiner Außenoberfläche eine Harzschicht aufweist, die durch Aufbringen einer Beschichtung gebildet wird, wobei ein bestimmtes Dickenverhältnis der Harzschicht zu dem geformten Gegenstand erzeugt wird und die Innen- und Außenoberfläche eine durchschnittliche Mittellinienrauhigkeit (Ra) von 0,5 bis 20 μm aufweisen. Der Faserkörper wird in einem mehrschrittigen Verfahren gebildet. Zunächst wird Pulpe in einen Hohlraum einer geteilten Form gegossen. Das Wasser der Pulpe wird durch mit einem Netz abgedeckte Löcher in der Wandung der geteilten Form abgesaugt, wodurch der Faserkörper an der Wandung gebildet wird. Anschließend wird ein elastisches und expandierbares Presswerkzeug in den Hohlraum des Faserformkörpers eingeführt und expandiert, um den Faserformkörper zu entwässern und zu verdichten. Nach der Verdichtung des Faserformkörpers zieht sich das Presswerkzeug wieder zusammen und wird entnommen. Die geteilte Form wird geöffnet, um den nassen Faserkörper zu entnehmen. Danach wird der Faserformkörper vorgetrocknet, beschichtet und fertig getrocknet. Optional weist das Behältnis ein Anschlusselement mit 40 bis 90 Gew.-% Naturfasern und einem Bindemittel auf. Das Anbringen des Anschlusselements an dem Faserkörper ist nicht im Detail beschrieben.
Ähnliche Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Faserstoff in Form einer Flasche mittels einer geteilten Form und einem expandierbaren Presswerkzeug sind auch in der EP 1 081 285 B1 und in der WO 2003/010386 A1 beschrieben. Diese Druckschriften offenbaren ebenfalls nicht das Anbringen eines Anschlusselements an dem Faserkörper.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift JP 2001-303 500 A bekannt.
 Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche die effiziente Herstellung eines vorstehend beschriebenen Behältnisses ermöglichen. Insbesondere soll das Verfahren eine kurze Prozessdauer und einen geringen Energieeintrag ermöglichen, sowie eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Hohlkörper erzeugen und ein zuverlässiges Handling des Hohlkörpers ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
  • Bereitstellen einer geteilten Saugform mit einer porösen Wandung, welche in geschlossenem Zustand mindestens einen Hohlraum mit einer Saugformöffnung umschließt;
  • Anordnen des Anschlusselements an einem Halter und Einbringen des Halters in den Hohlraum der Saugform derart, dass der Halter die Saugformöffnung durchragt und das Anschlusselement in der Saugformöffnung hält;
  • Schließen der geteilten Saugform und Ansaugen von Fasermaterial aus einer Pulpe durch die Wandung der Saugform, so dass ein Hohlkörper aus Faserstoff zwischen dem Halter und der Wandung gebildet wird;
  • Verdichten des gebildeten Hohlkörpers mit daran angeordnetem Anschlusselement; und
  • Trocknen des Hohlkörpers.
Die geteilte Saugform wird aus mehreren Saugformteilen, insbesondere aus zwei Hälften, zusammengesetzt. Der hohle Faserformkörper wird im geschlossenen Zustand der Saugform gebildet, wenn die Saugformteile zusammengefügt sind und die Wandung der Saugform einen weitgehend geschlossenen Hohlraum umschließt. Die Wandung der Saugform weist eine poröse, wasserdurchlässige Innenfläche auf, durch welche eine Pulpe angesaugt werden kann. Diese Innenfläche kann auf herkömmliche Weise durch eine Saugform realisiert werden, welche einen weitgehend massiven Grundkörper aus Kunststoff oder Metall aufweist, in den ein Siebkörper zur Bildung der porösen Innenwand eingelegt ist. Es ist aber auch möglich, die Teile der Saugform z.B. mit additiven Fertigungstechniken im 3D-Druck herzustellen, wobei in dem Material der Formteile beim Drucken Fluidkanäle gebildet werden. Die Poren der Formteile sind mit einer Saugvorrichtung verbunden, welche Wasser durch die Wandung der Saugform absaugt. Die Wandung der geteilten Saugform enthält ferner mindestens eine Saugformöffnung, welche den Hohlraum mit einer Umgebung außerhalb der Saugform verbindet. Die Saugformöffnung kann in einem Kontaktbereich von mindestens zwei Saugformteilen gebildet sein und somit einen Umfang aufweisen, der teilbar ist. Merkmale des Verfahrens, welche die Ausbildung der Saugformöffnung betreffen, werden weiter unten beschrieben.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Halter bereitgestellt, an dem ein Anschlusselement angeordnet wird. Der Halter ist ein länglicher Körper, der zumindest einen Abschnitt mit einem Querschnitt aufweist, der sich nach der Form der Öffnung des herzustellenden Behältnisses richtet. Beispielsweise kann der Querschnitt rund ausgebildet sein, wenn die Öffnung des Behältnisses rund sein soll. Ist die Öffnung viereckig, hat der genannte Querschnitt des Halters eine viereckige Form. Ebenso ist entspricht bei einer ovalen oder anderen unrunden Öffnung der Querschnitt des Halteres dem Querschnitt der Öffnung. Der Querschnitt des Halters muss nur in einem Bereich, der der Öffnung des herzustellenden Behältnisses zugeordnet ist, der Form der Öffnung des herzustellenden Behältnisses entsprechen. Die von der Öffnung des herzustellenden Behältnisses entfernten Bereiche des Halters können einen beliebigen abweichenden Querschnitt aufweisen. Das Anschlusselement kann mittels einer Zuführvorrichtung an dem Halter angeordnet werden, wobei die Zuführvorrichtung das Anschlusselement in einer vorbestimmte Position an dem Halter platziert. Die Zuführvorrichtung kann das Anschlusselement beispielsweise derart an dem Halter anordnen, dass es den Abschnitt des Halters im Bereich der Öffnung des herzustellenden Behältnisses teilweise oder vollständig umgreift.
Der Halter und das daran angeordnete Anschlusselement werden gemeinsam in die Saugform eingebracht. Dabei wird das Anschlusselement in der Saugformöffnung angeordnet und der Halter durchragt die Saugformöffnung so, dass er teilweise in dem Hohlraum und teilweise außerhalb der Saugform angeordnet ist. Wenn die Saugformöffnung in einem Kontaktbereich von mindestens zwei Saugformteilen gebildet ist und einen teilbaren Umfang aufweist, kann der Halter mit dem Anschlusselement in die geöffnete Saugform eingelegt werden und die Formteile anschließend geschlossen werden. Wenn die Saugformöffnung nicht in einem Kontaktbereich von mindestens zwei Saugformteilen gebildet ist, kann der Halter mit dem Anschlusselement in der Längsrichtung des Halters durch die Saugformöffnung in die Saugform eingeführt werden, bis das Anschlusselement in der Saugformöffnung liegt. Die Saugformöffnung kann zumindest in einem Abschnitt etwas größer sein als das Anschlusselement. Das Anschlusselement kann in diesem Fall derart von dem Halter in der Saugformöffnung gehalten werden, dass ein Spalt zwischen dem Anschlusselement und der Saugformöffnung gebildet ist.
Nachdem der Halter und das Anschlusselement in der Saugformöffnung angeordnet worden sind, wird die geteilte Saugform geschlossen und eine Pulpe wird in den Hohlraum gesaugt, indem die Saugform und/oder der Halter in ein mit Pulpe gefülltes Becken getaucht werden. Der Halter kann Hohl sein, so dass die Pulpe durch den hohlen Halter in die Saugform eingesaugt wird. Die Pulpe enthält Wasser und Fasermaterial. Das Fasermaterial besteht meist aus Zellstoff wie Altpapier oder anderen Wertstofffasern, aber auch Frischfasern, je nach den Anforderungen an die optischen Eigenschaften des Faserformkörpers. Die Pulpe kann weitere Zusatzstoffe enthalten, die die Eigenschaften des Faserformkörpers positiv beeinflussen.
Die Poren in der porösen Wandung der Saugform sind derart gestaltet, dass das Wasser die Poren durchdringt und das Fasermaterial sich an der Wandung ablagert, wenn die Pulpe angesaugt wird. Mit zunehmender Saugdauer nimmt die Wandstärke des gebildeten Hohlkörpers zu. Insbesondere bildet sich zwischen der Wandung der Saugform und dem Halter eine Faserschicht, in die das Anschlusselement eingebettet ist. Die Faserschicht des Hohlkörpers und das Anschlusselement werden formschlüssig verbunden. Das Anschlusselement kann eine Verbindungswand mit Durchbrüchen aufweisen, die sich etwa parallel zur porösen Wandung erstreckt. Die Verbindungswand zum Beispiel aus spritzgegossenem Thermoplast kann eine Wandstärke in der Größenordnung von 1 mm aufweisen und Durchbrüche mit einer lichten Fläche von z.B. 20 mm². Wenn das Anschlusselement eine Öffnung des Behältnisses umgibt, kann die Verbindungswand sich entlang der Öffnung in Ringform erstrecken und eine Breite (Wandstärke) von ca. 5 bis 15 mm aufweisen. Die sich an der Wand ablagernden Fasern bilden eine Schicht, die die Durchbrüche in der Verbindungswand durchbrechen und die Verbindungswand auf diese Weise einbetten. Das Anschlusselement wird so fest in der Faserstoffschicht verankert.
Sobald eine ausreichende Menge Fasermaterial in dem Hohlraum der Saugform abgelagert ist und/oder eine vorbestimmte Zeit für das Ansaugen von Fasermaterial vergangen ist, wird der gebildete Hohlkörper mit dem daran angeordnetem Anschlusselement verdichtet. Verdichten bedeutet, dass in dem Faserformkörper enthaltenes Wasser mechanisch aus dem Faserformkörper entfernt wird. Zu diesem Zweck kann ein relativer Überdruck in dem Innenvolumen des Hohlkörpers erzeugt werden, der Wasser aus der Wand des Hohlkörpers herauspresst. Der relative Überdruck in der Saugform kann durch das Anlegen eines Unterdrucks außerhalb der Saugformteile erzeugt werden, der durch die poröse Wandung der Formteile bis zur Innenwand der Formteile geleitet wird und die Ablagerung des Faserstoffs auf der porösen Wandung bewirkt. Das Verdichten des Faserformkörpers erhöht dessen mechanische Stabilität und erleichtert die Handhabung des Faserformkörpers. Es kann aber auch bereits in der Saugform ein weiter unten beschriebenes expandierbares Presswerkzeug die Feuchtigkeit zusätzlich mechanisch aus der gebildeten Faserschicht herauspressen.
Der Hohlkörper mit dem Anschlusselement kann durch das Aufbringen von Wärme getrocknet werden.
Das auf diese Weise hergestellte Behältnis kann beispielsweise mit einem fließfähigen Produkt, insbesondere einer Creme oder einem Getränk, befüllt werden. Anschließend kann die Öffnung des Behältnisses mit einem Verschluss versehen werden, der dicht mit dem Anschlusselement verbunden ist.
Das vorstehend beschriebene Verfahren weist eine Mehrzahl von Vorteilen auf. Das Anschlusselement kann mittels des Halters sehr genau und schnell in der Saugformöffnung positioniert werden. Ferner ist durch das Ausbilden der Faserstoffschicht des Hohlkörpers um das Anschlusselement herum eine besonders feste Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Hohlkörper erzielbar. Denn die Pulpe weist eine geringe Viskosität auf und kann daher selbst in filigrane geometrische Ausgestaltungen (bspw. Hinterschneidungen oder Durchbrüche in einer Verbindungswand) des Anschlusselements eindringen und dort trocknen und aushärten.
In der Praxis kann der Halter hohl sein und die Pulpe kann durch den Halter hindurch in den Hohlraum der Saugform einströmen. Dadurch steht der gesamte innere Querschnitt des hohlen Halters für das Einströmen der Pulpe in die Saugform zur Verfügung und ermöglicht ein schnelles und vollständiges Befüllen der Saugform.
Der Hohlkörper wird an dem Halter aus der geteilten Saugform entnommen. Der Halter vereinfacht das Handling des Hohlkörpers und den Transport zu weiteren Verarbeitungsschritten. Der Hohlkörper kann dann an dem Halter in eine zu dem Hohlkörper komplementäre Transferform oder eine geteilte Pressform transportiert werden. Mit anderen Worten kann der Hohlkörper an dem Halter von der Saugform direkt in die zu ihm komplementäre Pressform transportiert werden. Alternativ kann der Hohlkörper von der Saugform in die zu ihm komplementäre Transferform und von dort in die ebenfalls komplementäre Pressform transportiert werden. Einzelheiten zu der Transferform und der Pressform sind weiter unten beschrieben. Die Entnahme des Hohlkörpers aus der Saugform sowie der Transport des an dem Halter befindlichen Hohlkörpers ermöglichen eine genaue und schnelle Positionierung des Hohlkörpers in der Transferform oder der Pressform. Durch den Halter sind auch eine sichere, d.h. beschädigungsfreie, Entnahme und Transport des Hohlkörpers möglich, weil der Halter den Hohlkörper mechanisch stützen kann. Denn wenn der Halter mit dem Hohlkörper aus der geteilten Saugform herausbewegt wird, legt sich der Hohlkörper mit einem Bereich auf dem Halter ab. Eine besonders sichere Entnahme und Transport sind möglich, wenn der Halter den Hohlkörper im Wesentlichen über die gesamte Länge stützt, also beispielsweise, wenn der Halter in den Hohlkörper bis zu dessen Boden hineinragt.
Zum Zweck der Entnahme und des Transportes des Hohlkörpers ist es vorteilhaft, wenn die Saugformöffnung in einem Kontaktbereich von mindestens zwei Saugformteilen gebildet ist, wie oben beschrieben. Die geteilte Saugform kann geöffnet werden, bevor oder nachdem der Hohlkörper verdichtet wurde, und der Hohlkörper wird mit dem Halter aus der geöffneten Saugform entnommen.
Die Entnahme und der Transport des Hohlkörpers an dem Halter ist in der Praxis besonders schnell und einfach, wenn der Halter für den Transport in die Transferform oder die geteilte Pressform um eine außerhalb des Hohlraums liegende Achse verschwenkt wird. Der Halter kann zu diesem Zweck aus dem Hohlraum hinausragen, wobei ein Ende des aus dem Hohlraum hinausragenden Abschnitts um eine quer zur Längsrichtung des Halters gebildete Schwenkachse schwenkbar gelagert ist. Nach dem Öffnen der geteilten Saugform kann der Halter mit dem Hohlkörper beispielsweise um 180° von einem Saugformteil der geteilten Saugform in eine Transferform oder die geöffnete, geteilte Pressform verschwenkt werden. Nachdem der Halter verschwenkt und der Hohlkörper in der Transferform oder der Pressform angeordnet ist, wird die Transferform bzw. die Pressform in der Längsrichtung des Halters bewegt und dabei der Hohlkörper von dem Halter abgezogen.
In der Praxis kann der Hohlkörper in der Saugform und/oder in der Pressform verdichtet werden. Das Verdichten in der Saugform erleichtert eine Entnahme des ohne Verdichtung sehr nassen Hohlkörpers aus der Saugform. Dabei ist es allerdings möglich, dass die Poren und Strukturen in der Wandung der Saugform in der Oberfläche des Hohlkörpers abgebildet werden. Zusätzlich zu dem Verdichten in der Saugform oder alternativ dazu kann deshalb ein Verdichten des Hohlkörpers in einer speziell hierfür bereitgestellten Pressform erfolgen. Zu diesem Zweck wird der Hohlkörper aus der Saugform in die Pressform transportiert.
Die geteilte Pressform ist aus einer Mehrzahl von Pressformteilen gebildet. Im geschlossenen Zustand weist die Pressform eine im Wesentlichen komplementär zu dem Hohlkörper und dem Anschlusselement ausgebildete Wandung auf. Ferner weist die Pressform eine Pressformöffnung auf, die mit der Öffnung des in der Pressform angeordneten Hohlkörpers fluchtet. Die Wandung der Pressform kann entweder keine oder sehr kleine Poren im Vergleich zu den Poren in der Wandung der Saugform aufweisen. Sie kann auch Dekorationsstrukturen (Nuten oder Vorsprünge) aufweisen, die beim Pressvorgang in die Wandung des Behälters eingeprägt werden. Die Wandung der Pressform kann auch einen Absaugkanal umfassen, der fluidal mit dem Innenraum der Pressform verbunden ist und durch den Wasser abgeführt werden kann. Der Hohlkörper kann in die geöffnete Pressform eingelegt und nach dem Pressen daraus entnommen werden. Wenn der Hohlkörper in der geschlossenen Pressform angeordnet ist, umschließt die Wandung der Pressform den Hohlkörper und der Innendruck in dem Innenvolumen des Hohlkörpers wird durch ein Presswerkzeug erhöht, so dass der Hohlkörper verdichtet wird. Dabei fließt überschüssiges Wasser aus dem Hohlkörper vorzugsweise durch den Absaugkanal ab.
In der Praxis kann der Hohlkörper durch Expandieren eines in den Hohlkörper eingeführten expandierbaren Presswerkzeugs verdichtet werden, wenn sich der Hohlkörper innerhalb der Pressform befindet. Auf diese Weise wird der Hohlkörper schnell und effizient entwässert, und er erhält die erwünschte Oberflächenstruktur sowohl an der Innenseite durch das Presswerkzeug als auch an der Außenseite durch die Innenoberfläche der Wandung der Pressform.
Das expandierbare Presswerkzeug kann in der Praxis von einer Blase oder einem Ballon aus einem Elastomer oder einem anderen gummielastischen Werkstoff bestehen und an einem zweiten Halter angeordnet sein, der insbesondere durch die Pressformöffnung in das Innenvolumen des in der Pressform angeordneten Hohlkörpers eingeführt werden kann. Der zweite Halter weist eine dicht mit dem Presswerkzeug verbundene und verschließbare Fluidleitung auf, durch welche ein Fluid mit Überdruck in das innere des Presswerkzeugs gepresst werden kann. Als Fluid kann beispielsweise Wasser, Öl, Luft, Industriegase oder ein Gemisch der vorstehenden Fluide verwendet werden.
Zum Verdichten des Hohlkörpers mit dem Presswerkzeug in der Pressform wird der zweite Halter in das Innenvolumen des Hohlkörpers eingeführt und das Presswerkzeug durch Einpressen des Fluids expandiert, wobei sich das Presswerkzeug wie ein Ballon dehnt, an die Innenoberfläche des Hohlkörpers anlegt und diesen gegen die Wandung der Pressform drückt. Der isostatische Fluiddruck führt zu einer gleichmäßigen Verdichtung der Wandung des Hohlkörpers. Nach einer vorbestimmten Pressdauer oder einer vorbestimmten Entwässerung des Hohlkörpers wird das Fluid durch die Fluidleitung aus dem Presswerkzeug abgelassen, wodurch es sich wieder zusammenzieht, und das Presswerkzeug wird mit dem zweiten Halter aus dem Behältnis herausgezogen.
Es ist auch möglich, den Hohlkörper mit dem Presswerkzeug in der Saugform zu verdichten. Zu diesem Zweck kann der erste Halter im geschlossenen Zustand der Saugform durch die Saugformöffnung herausgezogen werden und der zweite Halter kann durch die Saugformöffnung in den Hohlkörper eingeschoben werden. Das Verdichten findet dann auf die gleiche Weise wie das Verdichten in einer Pressform statt. Alternativ kann das Presswerkzeug auch an dem Halter angeordnet werden, der das Anschlusselement trägt.
In der Praxis kann der Hohlkörper mittels Strahlungswärme und/oder eines Heißluftstroms von innen getrocknet werden. Zu diesem Zweck kann eine stabförmige Heizvorrichtung durch die Öffnung des Hohlkörpers eingeführt werden. Die Heizvorrichtung kann in dem Hohlkörper aktiviert werden und dort Infrarotstrahlung, UV-Strahlung und oder Mikrowellenstrahlung abgeben. Zusätzlich oder alternativ kann durch die stabförmige Heizvorrichtung ein Heißluftstrom austreten, der an der Innenoberfläche des Hohlkörpers entlangströmt und aus der Öffnung aus dem Hohlkörper in die Umgebung austritt. Durch das Trocken des Hohlkörpers wird dem Fasermaterial Restfeuchte entzogen. Optionale Beschichtungen können sich dadurch auf der Innenoberfläche des Hohlkörpers verfestigen. Einzelheiten zum Aufbringen optionaler Beschichtungen werden weiter unten erläutert.
Das Anschlusselement kann in der Praxis aus einem Thermoplast spritzgegossen sein und in ausgehärtetem Zustand auf den Halter aufgeschoben werden. Spritzgegossene Anschlusselemente aus Thermoplast können geometrisch frei, d.h. mit nur wenigen konstruktiven Begrenzungen, gestaltet werden. Ein derartiges Anschlusselement kann beispielsweise einen gitterförmigen Mantelabschnitt mit Durchbrüchen aufweisen, der eine Verbindungswand bildet und im Bereich der Öffnung des Behältnisses angeordnet wird. Die Verbindungswand weist Durchbrüche auf, die von dem Fasermaterial des Hohlkörpers durchdrungen wird.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des Verfahrens kann der Hohlkörper vor dem Verdichten in einem Ofen vorgetrocknet werden. Dabei kann sich der Hohlkörper in einem Teil der Pressform oder der Transferform befinden, der durch den Ofen transportiert wird. Oder der Hohlkörper kann auf ein Transportband abgelegt werden, das ihn durch den Ofen transportiert. Durch das Vortrocknen kann der Wassergehalt des Hohlkörpers bereits vor dem Verdichten reduziert werden. Bei dem Ofen kann es sich insbesondere um einen Durchlaufofen handeln. Durch die reduzierte Restfeuchte im Hohlkörper wird im anschließenden Verdichtungsschritt eine größere Formbeständigkeit des Hohlkörpers erreicht.
In einer anderen praktischen Ausführungsform kann der Hohlkörper zusätzlich auf der Innenoberfläche mit einer biologisch abbaubaren Beschichtungslösung beschichtet werden. Für das Beschichten der Innenoberfläche kann eine fluidal mit einem Vorrat einer Beschichtungslösung verbundene Rohrleitung durch die Öffnung des Behältnisses in das Innenvolumen des Hohlkörpers eingeführt werden. Die Beschichtungslösung kann dann durch die Rohrleitung in das Innenvolumen eingebracht werden. Dadurch kann eine Beschichtung erzeugt werden, die für den Kontakt mit Lebensmitteln oder mit Flüssigkeiten geeignet ist. Wenn das Beschichten nach dem Verdichten und vor dem Fertigtrocknen durchgeführt wird, kann die Beschichtung besonders widerstandsfähig sein.
Das Beschichten der Innenoberfläche ist in der Praxis besonders einfach, wenn der Hohlkörper nach dem Einfüllen der Beschichtungslösung rotiert und dadurch seine Innenoberfläche benetzt wird. Hierfür kann ein Reservoir der Beschichtungslösung in dem Hohlkörper gebildet werden, wobei überschüssige Beschichtungslösung nach dem Benetzen der Innenoberfläche ausgegossen wird. Das Rotieren kann mittels einer Rotationsvorrichtung durchgeführt werden, mittels welcher der Hohlkörper um die Achse der Öffnung des Behältnisses rotiert wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Behältnisses gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst
  • ein Becken für eine Pulpe;
  • - eine geteilte Saugform mit mindestens einem Hohlraum und einer den Hohlraum umgebenden porösen Wandung;
  • einen in die geteilte Saugform bewegbaren ersten Halter;
  • eine Saugvorrichtung und
  • eine Zuführvorrichtung für ein ringförmiges Anschlusselement zum ersten Halter.
Diese Vorrichtung wird insbesondere zur Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens eingesetzt.
In der Praxis kann die Vorrichtung ferner mindestens eines der folgenden Merkmale umfassen:
  • eine Transferform;
  • einen Ofen;
  • eine Transfervorrichtung;
  • eine geteilte Pressform;
  • einen in die geteilte Pressform einbringbaren zweiten Halter mit einem expandierbaren Presswerkzeug;
  • einen Injektor für eine Beschichtungslösung;
  • eine Rotationsvorrichtung;
  • eine Strahlungswärmequelle.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
zeigt eine dreidimensionale Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Saugformen und Halteren.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit auf den Halteren befindlichen Anschlusselementen.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus und 2 mit in den Saugformen angeordneten Halteren.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit den Saugformen in einem Pulpebecken.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit Hohlkörpern und Transferformen an den Saugformen.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit den Transferformen und den Hohlkörpern in einem Durchlaufofen.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus , bei der sich die Hohlkörper in Pressformen befinden.
zeigt eine isolierte dreidimensionale Ansicht eines Hohlkörpers in einer Pressform mit einem Presswerkzeug.
zeigt eine isolierte dreidimensionale Ansicht eines Hohlkörpers in einer Pressform mit einem expandierten Presswerkzeug.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit Injektoren zum Beschichten der Hohlkörper.
zeigt eine weitere dreidimensionale Teilansicht der Vorrichtung aus mit einer Trocknungsvorrichtung für die Hohlkörper.
 Beschreibung der Ausführungsformen
Die Figuren 1 bis 9 zeigen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In den Figuren ist eine Vorrichtung zu erkennen, mit der zehn Behältnisse gleichzeitig hergestellt werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren und die Vorrichtung nicht auf die gleichzeitige Herstellung von zehn Behältnissen beschränkt ist. Vielmehr kann die Anzahl von gleichzeitig hergestellten Behältnissen an die Erfordernisse angepasst werden. Im Folgenden wird die Herstellung am Beispiel eines einzelnen Behältnisses beschrieben, die simultan in den Formen abläuft. In den Figuren 1 bis 11 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Zur Herstellung eines Behältnisses mit einem Hohlkörper 1 aus Faserstoff und einer Öffnung 2 und mit einem an dem Hohlkörper 1 angeordneten und die Öffnung 2 umgebenden Anschlusselement 3 wird zunächst eine geteilte Saugform 4 mit einer porösen Wandung 5 bereitgestellt. Die Saugform 4 ist rotationssymmetrisch und entlang ihrer mittleren Längsebene in zwei Saugformteile 4a, 4b aufgeteilt. Die Saugformteile 4a, 4b sind an einem ersten Ende um eine Schwenkachse schwenkbar miteinander verbunden und können entlang der Schwenkachse aufgeklappt werden. Im geschlossenen Zustand umschließen die Saugformteile 4a, 4b mit ihrer innenliegenden Wandung 5 einen Hohlraum 6, der mittels einer Saugformöffnung 7 in der Saugform 4 mit der Umgebung verbunden ist. Die Wandung 5 weist Poren (nicht dargestellt) auf, die fluidal die innere Wandung 5 des Hohlraums 6 mit einer Saugvorrichtung (nicht dargestellt) verbinden. In einem nicht dargestellten inneren Bereich der Saugformteile 4a, 4b werden die Poren zu ersten Absaugkanälen 9 geführt, durch die die Poren und der Hohlraum 6 fluidal mit einer Saugvorrichtung verbunden sind. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Absaugkanäle 9 von Stahlrohren gebildet, welche an dem Saugformteil 4a befestigt sind und die Saugform 4 tragen.
Die Saugformöffnung 7 befindet sich an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende der Saugform 4 in einem Kontaktbereich der zwei Saugformteile 4a, 4b. Somit wird, wenn die Saugform 4 geöffnet wird, auch die Saugformöffnung 7 geöffnet.
In einem Bereich vor der Saugformöffnung 7 ist ein erster Halter 8 angeordnet. Der erste Halter 8 weist zwei Abschnitte 8a, 8b auf. Der erste Abschnitt 8a ist hohlzylindrisch ausgebildet und der zweiter Abschnitt 8b, der von dem ersten Abschnitt 8a hervorragt, ist als gebogenes Lochblech ausgebildet und erstreckt sich über einen Teil des Umfangs des ersten Abschnitts 8a. Der zweite Abschnitt 8b ist einstückig oder zumindest nahtlos mit dem ersten Abschnitt 8a verbunden und beide Abschnitte 8a, 8b weisen die gleiche Krümmung auf. Der erste Halter 8 ist somit ein länglicher Körper, welcher mittels einer quer zur Längsrichtung des ersten Halters 8 orientierten Welle 10 verschwenkbar in einer an der Saugform 4 befestigten Aufnahme für die Welle 10 angeordnet ist. Der erste Halter 8 kann aus der in den und 2 dargestellten Position außerhalb der Saugform 4 in die Position der verschwenkt werden, in der er sich durch die Saugformöffnung 7 in das Innere der Saugform 4 erstreckt. Er durchragt dann nahezu den gesamten Hohlraum 6 der Saugform 4.
Der erste Halter 8 befindet sich in der vertikalen Ausrichtung der vor der Saugformöffnung 7 und unterhalb einer Zuführvorrichtung 11 zum Zuführen eines ringförmigen Anschlusselements 3 zum ersten Halter 8. Die Zuführvorrichtung 11 kann beispielsweise ein an mindestens einem Ende offenes Rohr aufweisen, in dem einer oder mehrere Anschlusselemente 3 aufgenommen sind. Das Anschlusselement 3 ist aus einem spritzgegossenen und biologisch abbaubaren Thermoplast in der Form eines ausgehärteten Rings gebildet. Wie in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, kann das Rohr mit der Rohröffnung über das freie Ende des zweiten Abschnitts 8b des ersten Halters 8 bewegt werden und dabei ein Anschlusselement 3 auf den ersten Halter 8 bis zum ersten Abschnitt 8a aufschieben. Die Querschnittsform des Rohres, des ersten Abschnitts 8b des ersten Halters 8 und der Saugformöffnung 7, sind zueinander komplementär und können von der in den Zeichnungen dargestellten Kreisform abweichen. Sie richten sich insbesondere nach der Form der Öffnung des herzustellenden Behältnisses.
Nachdem das Anschlusselement 3 an dem ersten Abschnitt 8a des ersten Halters 8 angeordnet ist, wird das Rohr der Zuführvorrichtung 11 von dem ersten Halter 8 entfernt und der Halter 8 wird um die Schwenkachse der Welle 10 in den Hohlraum 6 und die Saugformöffnung 7 verschwenkt, wie in Figur 3 dargestellt ist. Anschließend wird die Saugform 4 geschlossen, indem die Saugformteile 4a, 4b zusammengeklappt werden. Der erste Halter 8 durchragt dabei die Saugformöffnung 7 und hält mit dem ersten Abschnitt 8a das Anschlusselement 3 so in der Saugformöffnung 7, dass ein Spalt zwischen dem Anschlusselement 3 und der Saugformöffnung 7 gebildet ist.
Die geschlossene Saugform 4 mit dem darin befindlichen ersten Halter 8 wird in ein mit Pulpe 13 gefülltes Becken 14 getaucht. Die Saugform 4 ist über die Absaugkanäle 9 an einer hohlen Drehwelle 15 befestigt. Der Innenraum der hohlen Drehwelle 15 ist mit der Saugvorrichtung verbunden, welche einen Unterdruck erzeugt und Wasser absaugt. Dieser Unterdruck wird durch die rohrförmigen Absaugkanäle 9 aus Edelstahl zur Wandung 5 der Saugform 4 geleitet. Alle über die Absaugkanäle 9 mit der Drehwelle 15 verbundenen Saugformen 4 werden beim Drehen der Drehwelle 15 durch das Pulpebecken 14 bewegt.
Dabei wird die Pulpe 13 durch den hohlzylindrischen ersten Abschnitt 8a des Halters 8 hindurch in die Saugform 4 gesaugt. Während das Wasser der Pulpe 13 durch die Poren hindurchtritt, wird das Fasermaterial aus der Pulpe 13 an den Poren abgelagert und bildet eine Schicht entlang der gesamten Wandung 5 des Hohlraums 6 der Saugform 4. Auf der Wandung 5 der Saugform 4 wird auf diese Weise ein Hohlkörper 1 aus abgelagerten Fasern gebildet.
Wenn eine ausreichende Menge Faserstoff an der Wandung 5 der Saugform 4 abgelagert ist, wird die Saugform 4 aus dem Pulpebecken 14 entnommen, in eine Entnahmeposition gebracht und geöffnet, wie in Figur 5 gezeigt ist.
In der Entnahmeposition wird der gebildete Hohlkörper 1 an dem ersten Halter 8 aus der geöffneten Saugform 4 entnommen und in eine zu dem Hohlkörper 1 komplementäre Transferform 17 übergeben. Die Transferform 17 weist eine Form auf, die im Wesentlichen identisch zu dem Saugformteil 4b ist. Insbesondere weist die Transferform 17 auch eine komplementär zu dem ersten Halter 8 ausgebildete Aussparung auf. Zum Zweck der Übergabe des Hohlkörpers 1 von der Saugform 4 in die Transferform 17 wird die Transferform 17 spiegelsymmetrisch zu dem Saugformteil 4b vor der Saugformöffnung 7 positioniert. Anschließend wird der erste Halter 8 um die Schwenkachse der Welle 10 verschwenkt, so dass der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 in der Transferform 17 zum Liegen kommen. In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel beträgt der Schwenkwinkel ca. 180°. Während des Verschwenkens legt sich der Hohlkörper 1 an dem Halter 8 und insbesondere an dessen zweiten Abschnitt 8b an. Der nasse und wenig formstabile Hohlkörper 1 kann dadurch mechanisch stabilisiert werden, so dass sich dieser trotz seiner geringen Formstabilität nur wenig verformt. Wenn der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 in der Transferform 17 liegen, ist der erste Halter 8 teilweise mit dem Faserformkörper in der Transferform 17 und teilweise außerhalb der Transferform 17 angeordnet. Er ragt dabei durch die Aussparung in der Transferform 17.
In einem nächsten Schritt wird die Transferform 17 mit einer Fördereinrichtung 18 entlang der Längsachse des ersten Halters 8 bewegt, wie in Figur 6 gezeigt. In den Figuren 5 bis 7 ist die Fördereinrichtung 18 als ein Förderband ausgebildet. Während der Bewegung der Transferform 17 werden der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 von dem ersten Halter 8 abgezogen. Die Ausbildung des zweiten Abschnitts 8b als gekrümmtes Lochblech ermöglicht eine gute Stützwirkung. Der Halter 8 kann entfernt von dem ersten Abschnitt 8a auch eine gitterförmige Struktur aufweisen, solange sichergestellt ist, dass er den Hohlkörper 1 stützt.
Das Förderband 18 ist Teil eines aus dem Stand der Technik bekannten Durchlaufofens 19, durch welchen der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 in der Transferform 17 bewegt werden. Die von dem Durchlaufofen 19 erzeugte Hitze bewirkt eine Reduzierung des Wassergehaltes des Hohlkörpers 1 durch Verdunsten. Während der Hohlkörper 1 in dem Durchlaufofen 19 getrocknet wird, wird die Drehwelle 15 mit der daran befestigten Saugform 4 und dem ersten Halter 8 weitergedreht und erneut dem Beginn des Verfahrens zugeführt, um einen weiteren Faserformkörper herzustellen.
Nachdem der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement den Durchlaufofen 19 durchlaufen haben, werden sie an eine geteilte und geöffnete Pressform 20 übergeben, in welcher der Hohlkörper 1 mit dem daran angeordneten Anschlusselement 3 weiter verdichtet wird.
In Figur 7 sind der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 in der geöffneten Pressform 20 angeordnet gezeigt. Die Übergabe des Hohlkörpers 1 und des Anschlusselements 3 von der Transferform 17 in die Pressform 20 kann mit einer Transfervorrichtung 21 erfolgen, welche den Hohlkörper 1 ansaugen oder greifen kann und zwischen der Transferform 17 nach dem Durchlaufen des Durchlaufofens 19 und der Position, in der die Pressform 20 den Hohlkörper 1 aufnimmt, bewegt werden kann.
Die Pressform 20 kann zwei oder mehr Pressformteile 20a, 20b aufweisen. Im geschlossenen Zustand umschließt eine Wandung der Pressformteile 20a, 20b einen zweiten Hohlraum, welcher im Wesentlichen komplementär zu dem Hohlkörper 1 ausgebildeten ist. In der Wandung der Pressform 20 sind kleinere Poren eingebracht als in der Saugform 4, so dass das Verdichten des Hohlkörpers 1 in der Pressform 20 zu einer glatten Oberfläche des Hohlkörpers 1 führt. Die Poren in der Wandung der Pressform sind fluidal miteinander und durch zweite Absaugkanäle 22 mit einer zweiten Saugvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Die Pressform 20 weist ferner in einem Kontaktbereich der Pressformteile 20a, 20b eine Pressformöffnung auf, die komplementär zum Anschlusselement 3 am Hohlkörper 1 ausgebildet ist. Bestimmungsgemäß kommt das an dem Hohlkörper 1 angeordnete Anschlusselement 3 in der Pressformöffnung zum Liegen, so dass die Öffnung 2 des Hohlkörpers 1 mit der Pressformöffnung fluchtet.
Wenn der Hohlkörper 1 in einem Pressformteil 20a bestimmungsgemäß angeordnet ist, wird die Pressform 20 geschlossen. Anschließend wird ein zweiter Halter 23 mit einem daran angeordneten Presswerkzeug 24 durch die Öffnung 2 in dem Anschlusselement 3 in das Innenvolumen des Hohlkörpers 1 eingeführt, wie in Figur 8 gezeigt. Der zweite Halter 23 weist eine dicht mit dem Presswerkzeug 24 verbundene Fluidleitung auf. Das Presswerkzeug 24 ist aus einem dehnbaren Elastomer gebildet und dicht mit dem zweiten Halter 23 und der Fluidleitung verbunden. Das Presswerkzeug 24 bildet also einen aufblasbaren Ballon innerhalb der Pressform 20. Die Fluidleitung führt ein Fluid mit Überdruck in das Presswerkzeug 24. Die Fluidleitung kann mit einem Druckluftanschluss verbunden sein, wenn das zugeführte Fluid Luft ist. Alternativ kann eine Flüssigkeit von einem Kompressor oder einer Pumpe in das Presswerkzeug 24 geleitet werden. Mit einer Flüssigkeit lässt sich durch das Presswerkzeug 24 ein höherer Druck innerhalb der Pressform 20 aufbauen. Figur 9 zeigt das Presswerkzeug 24 in der expandierten Form.
Aufgrund des isostatischen Drucks des Fluids in dem Presswerkzeug 24 und der Elastizität des Presswerkzeugs 24 wird der Hohlkörper 1 gleichmäßig gegen die Wandung der Pressform 20 gedrückt und dadurch verdichtet, entwässert und verfestigt. Hierdurch verfestigt sich auch die Verbindung zwischen der Wandung des Hohlkörpers 1 und dem Anschlusselement 3. Gleichzeitig wird dem Hohlkörper 1 die Oberfläche der Wandung aufgeprägt.
Das während des Verdichtens aus dem Hohlkörper 1 austretende Wasser wird über die Poren in der Wandung der Pressform 20 und die zweiten Absaugkanäle 22 abgesaugt. Nach einer vorbestimmten Zeit oder wenn eine vordefinierte Menge Wasser aus dem Hohlkörper 1 entfernt worden ist, wird das Fluid aus dem Presswerkzeug 24 abgelassen, so dass sich das elastische Presswerkzeug 24 zusammenzieht und seine ursprüngliche, in Figur 8 gezeigte Form einnimmt. Das Presswerkzeug 24 kann dann gemeinsam mit dem zweiten Halter 23 aus der Öffnung 2 aus dem Hohlkörper 1 entfernt werden und die Pressform 20 wird geöffnet.
Anschließend werden der Hohlkörper 1 und das Anschlusselement 3 mittels der zuvor erwähnten Transfervorrichtung 21 aus der Pressform 20 entnommen und in eine in Figur 10 gezeigte Beschichtungsstation überführt. In der Beschichtungsstation ist ein durch die Öffnung 2 einführbarer Injektor 25 zum Einfüllen einer Beschichtungslösung in das Innenvolumen des Hohlkörpers 1 vorgesehen. Die Beschichtungslösung kann insbesondere biologisch abbaubar und/oder lebensmittelverträglich sein. Mittels des Injektors 25 wird der Hohlkörper 1 mit einer vorbestimmten Menge der Beschichtungslösung befüllt. Dabei ist der Hohlkörper 1 so ausgerichtet, dass die Beschichtungslösung nicht wieder aus dem Innenvolumen herausfließen kann.
Wenn der Hohlkörper 1 mit der vorbestimmten Menge der Beschichtungslösung befüllt ist, wird der Hohlkörper mit einer Rotationsvorrichtung 26 um eine zur Öffnung 2 koaxiale Achse rotiert. In Figur 10 ist die Rotationsvorrichtung 26 als eine schiefe Ebene ausgebildet, an der der Hohlkörper 1 entlangrollt. Wenn der Hohlkörper 1 nicht selbst rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann er in einen Hohlzylinder eingeführt werden, der die schiefe Ebene entlangrollen kann. Durch das Rotieren wird die gesamte Innenoberfläche des Hohlkörpers 1 mit der Beschichtungslösung benetzt. Überschüssige Beschichtungslösung wird anschließend abgegossen. Dafür kann der Hohlkörper 1 mit der Transfervorrichtung 21 aufgenommen und mit der Öffnung 2 nach unten ausgerichtet werden.
Alternativ zur Rotation des Hohlkörpers 1 durch das Rollen entlang einer schiefen Ebene kann der Hohlkörper 1 auch durch eine Greifvorrichtung in horizontaler Ausrichtung seiner Längsachse ergriffen werden und die Greifvorrichtung gedreht werden.
In dieser Ausrichtung wird der beschichtete Hohlkörper 1 von der Transfervorrichtung 21 zu einer in Figur 11 gezeigten Trocknungsstation transferiert. Die Trocknungsstation weist eine stabförmige Heizvorrichtung 27 auf, auf die der Hohlkörper 1 durch die Öffnung 2 aufgeschoben wird. In dem Hohlkörper 1 wird eine Infrarotstrahlung aktiviert, die die Beschichtungslösung aushärtet und den Hohlkörper 1 fertigtrocknet. Die Heizvorrichtung 27 ist somit als Strahlungswärmequelle ausgebildet.
Das Verfahren ist beendet, wenn der Hohlkörper 1 fertiggetrocknet ist und von der Trocknungsstation in ein Lager übergeben wird.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
1 Hohlkörper
2 Öffnung
3 Anschlusselement
4 Saugform
4a, 4b Saugformteile
5 Wandung der Saugform
6 Hohlraum
7 erste Formöffnung
8 erster Halter
9 erste Absaugkanäle
10 Welle
11 Zuführvorrichtung

13 Pulpe
14 Becken
15 Drehwelle

17 Transferform
18 Fördereinrichtung, Förderband
19 Durchlaufofen
20 Pressform
20a, 20b Pressformteile
21 Transfervorrichtung
22 zweite Absaugkanäle
23 zweiter Halter
24 Presswerkzeug
25 Injektor
26 Rotationsvorrichtung, schräge Ebene
27 Strahlungswärmequelle, stabförmige Heizvorrichtung

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Behältnisses mit einem eine Öffnung (2) aufweisenden Hohlkörper (1) aus Faserstoff und einem an dem Hohlkörper angeordneten und die Öffnung (2) umgebenden Anschlusselement (3), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    • Bereitstellen einer geteilten Saugform (4) mit einer porösen Wandung (5), welche in geschlossenem Zustand mindestens einen Hohlraum (6) mit einer Formöffnung (7) umschließt;
    • Anordnen des Anschlusselements (3) an einem Halter (8) und Einbringen des Halters (8) in den Hohlraum (6) der Saugform (4) derart, dass der Halter (8) die Formöffnung (7) durchragt und das Anschlusselement (3) in der Formöffnung (7) hält;
    • Schließen der geteilten Saugform (4) und Ansaugen von Fasermaterial aus einer Pulpe (13) durch die Wandung (5) der Saugform (4), so dass der Hohlkörper (1) zwischen dem Halter (8) und der Wandung (5) gebildet wird;
    • Verdichten des gebildeten Hohlkörpers (1) mit daran angeordnetem Anschlusselement (3); und
    • Trocknen des Hohlkörpers (1);
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) an dem Halter (8) aus der geteilten Saugform (4) entnommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (8) hohl ist und die Pulpe (13) durch den Halter (8) in den Hohlraum (6) der Saugform (4) einströmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) an dem Halter (8) in eine zu dem Hohlkörper (1) komplementäre Transferform (17) oder eine geteilte Pressform (20) transportiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (8) für die Entnahme des Hohlkörpers (1) aus der geteilten Saugform (4) um einen aus dem Hohlraum (6) hinausragenden Abschnitt des Halters (8) verschwenkt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) in der Saugform (4) und/oder der Pressform (20) verdichtet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) durch Expandieren eines in den Hohlkörper (1) eingeführten expandierbaren Presswerkzeugs (24) verdichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) mittels Strahlungswärme und/oder eines Heißluftstroms von innen getrocknet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (3) spritzgegossen, ausgehärtet und auf den Halter (8) aufgeschoben wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) vor dem Verdichten in einem Ofen (19) vorgetrocknet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) auf der Innenoberfläche mit einer biologisch abbaubaren Beschichtungslösung beschichtet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten der Innenoberfläche durch Einfüllen der Beschichtungslösung in den Hohlkörper (1), Benetzen der Innenoberfläche durch Rotieren des Hohlkörpers (1) und Ausgießen von überschüssiger Beschichtungslösung erfolgt.
  12. Vorrichtung zur Herstellung eines Behältnisses gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
    • ein Becken (14) für eine Pulpe (13);
    • eine geteilte Saugform (4) mit mindestens einem Hohlraum (6) und einer den Hohlraum (6) umgebenden, porösen Wandung (5);
    • einen in die geteilte Saugform (4) bewegbaren ersten Halter (8);
    • eine Saugvorrichtung und
    • eine Zuführvorrichtung (11) für ein ringförmiges Anschlusselement (3) zum ersten Halter (8).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eines der folgenden Merkmale umfasst:
    • eine Transferform (17);
    • einen Ofen (19);
    • eine Transfervorrichtung (21);
    • eine geteilte Pressform (20);
    • einen in die geteilte Pressform (20) einbringbaren zweiten Halter (23) mit einem expandierbaren Presswerkzeug (24);
    • einen Kompressor;
    • einen Injektor (25) für eine Beschichtungslösung;
    • eine Rotationsvorrichtung (26);
    • eine Strahlungswärmequelle (27).
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