WO2023232995A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduktion des wassergehaltes in einem faserbasierten rohling - Google Patents

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WO2023232995A1
WO2023232995A1 PCT/EP2023/064815 EP2023064815W WO2023232995A1 WO 2023232995 A1 WO2023232995 A1 WO 2023232995A1 EP 2023064815 W EP2023064815 W EP 2023064815W WO 2023232995 A1 WO2023232995 A1 WO 2023232995A1
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microwaves
microwave
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based blank
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Christian Preiss
Florian MÜLLER
Anupam AKOLKAR
Shaikh WASEEM
Christian CARLSEN
Magnus ANDERSEN
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Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
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Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
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    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
    • F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
    • F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
    • F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
    • F26B11/04—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis
    • F26B11/0495—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis with provisions for drying by electro-magnetic means, e.g. radiation, microwaves

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for reducing the water content in a fiber-based blank, in particular a container or in a fiber-based closure element for a container according to the preamble of the independent claims.
  • a fiber-based blank in the form of a container was disclosed in WO 2012/139590 Al.
  • so-called pulp is introduced into a mold arranged upside down by injection and pressed into this mold with a flexible balloon against a corresponding wall and compressed accordingly.
  • the pulp is compressed and heated to a temperature of around 180 ° C to dry the container. It is also known to produce closure elements for containers from pulp.
  • Pulp is a mixture of fibers and water, especially natural fibers such as hemp fibers, cellulose fibers or flax fibers or a mixture thereof. If necessary, the pulp has additives which, for example, improve hardening of the compressed pulp or have an influence on the later appearance or generally change the properties of the pulp or the later container.
  • the aforementioned process is time-consuming and energy-intensive. It has therefore already been suggested to improve this.
  • WO 2018/020219 Al another method became known for drying wet, fiber-based blanks.
  • the blanks are containers.
  • the wet pulp inside the mold is also pressed together with a flexible balloon.
  • the container pre-processed in this way is then removed from the mold together with the balloon inside and placed on a conveyor belt.
  • the balloon is made from the Cold-formed container removed.
  • the container is then exposed to microwaves to dry it.
  • the blank is very sensitive to force before drying and must be handled very carefully.
  • the container can deform, for example due to uneven drying or caused by a non-uniform layer thickness, or it can be damaged by external influences.
  • a method and a device are to be provided which make it possible to dry wet fiber-based blanks, in particular containers such as bottles, cups, bowls or trays or wet fiber-based closure elements, with little energy expenditure, while ensuring that they remain dimensionally accurate.
  • a method according to the invention for reducing the water content in a fiber-based blank, in particular in a fiber-based container or closure element comprises the steps:
  • the fiber-based blank is provided in a microwave-permeable mold.
  • the wet fiber-based Blank By providing the fiber-based blank in a microwave-permeable mold, the wet fiber-based Blank remains within the mold during the drying process, i.e. during exposure to microwaves. The container is therefore protected against external influences and damage or deformation is prevented. By providing the wet fiber-based blank within the microwave-permeable press mold, it can also be achieved that it is accessible to the microwaves from all sides and drying can therefore be accomplished from all sides. After this drying step, the wet fiber-based blank has a water content of approximately 5% to 12%.
  • the wet fiber-based blanks are typically formed as already known in the art.
  • pulp is placed in a porous mold or in a solid mold with water-draining channels, the entrances of which are covered with sieves or whose openings are small enough that the fibers of the pulp cannot penetrate, and on the inner wall of the mold Form the fibers of the pulp are washed up, so that a wall of a container is built up. As soon as the wall is thick enough, the pulp washing stops.
  • the now present semi-finished product i.e. the wet fiber-based blank, is removed from the casting mold and placed into the microwave-permeable press mold and thus made available in the press mold.
  • the wet fiber-based blank has a water content of approximately 75% at this point.
  • the wet fiber-based blank is removed from the casting mold using a suitable transfer device.
  • the wet fiber-based blank is then placed into the opened press mold.
  • the press mold is preferably designed in two parts. For removal and insertion, blowing out and/or suction using negative or positive pressure may be necessary be . Purely mechanical grippers can also be used for this transfer.
  • the press mold can have an inner wall which is designed with a greater surface quality compared to the inner wall of the casting mold.
  • an expandable tool is preferably introduced into the fiber-based blank.
  • the water content of the fiber-based blank can be reduced in a first step.
  • the wet fiber-based blank has a water content of approximately 50% - 60% at this point.
  • the expandable tool remains in the expanded state during exposure to microwaves.
  • the fiber-based blank can be introduced into a microwave-reflecting microwave chamber before being exposed to microwaves, in particular together with the press mold.
  • microwaves can thereby be increased.
  • Microwaves that do not come directly from the wet fiber-based blank are absorbed, are typically reflected on the inner wall of the microwave chamber, so that this increases the probability that these microwaves will also hit the blank to be dried.
  • Water for example, has a natural frequency of 2. 45GHz.
  • the microwaves are therefore preferably generated at this frequency.
  • the water is preferably heated until it evaporates and is accordingly diffused from the wet blank.
  • the press mold and/or the microwave chamber can be preheated to a temperature that is higher than 60 ° C but preferably lower than 160 ° C.
  • the heating can be carried out, for example, via conventional resistance heating tongues. Additionally or alternatively, it is conceivable to blow in a correspondingly heated fluid, for example air, so that the respective elements reach the desired temperature.
  • a correspondingly heated fluid for example air
  • preheating the press mold could, for example, also occur through intentional, partial absorption in the press mold itself in the order of a maximum of 5% of the microwave radiation or through the energy release of the steam generated during drying to the press mold. Provision can be made to remove the moisture through a forced air flow.
  • the moisture can be water vapor but also water in its liquid form.
  • the moisture within the device can be kept low and condensation of the moisture or renewed heating of the moisture, for example water drops caused by microwave radiation, can be prevented.
  • the energy input into the wet fiber-based blank becomes more uniform and overheating of individual parts of the blank can be avoided.
  • the blanks can each be rotated around their own axis and/or around a common axis. This enables the microwaves to be used more efficiently and enables a more even energy input into the blanks.
  • stirrer in particular within the microwave chamber or at the transition of a waveguide to the microwave chamber, and to use this to swirl the microwaves.
  • a stirrer can be used to disrupt the static propagation of microwaves within the drying chamber, i.e. the microwave chamber, and to minimize areas of high microwave intensity.
  • Such an arrangement also has a positive effect in terms of uniform energy input.
  • Another way to improve quality can be achieved by applying the microwaves in a cycled manner depending on the water content of the wet fiber-based blank.
  • the performance can be reduced by the clocking.
  • the water content in the wet fiber-based blank is lower and too much energy can cause the blank to overheat in certain areas. This can be prevented by reducing the power.
  • the microwave-permeable mold can be made of a material selected from the list of materials including PEI, PI, PE, POM, PEEK, wood, PTFE, ceramic, glass and PP.
  • the press mold can be porous or solid with water-draining channels or made of a fine-mesh material.
  • the device has a microwave chamber for introducing a wet fiber-based container and at least one device for generating microwaves.
  • the device also has a device for supplying and removing media from the microwave chamber. In particular, this involves the supply and removal of compressed air and moisture.
  • Such supply devices and discharge devices make it possible to generate a specific air flow within the microwave chamber, with which moisture that arises as a result of exposure to microwaves can be removed.
  • the device for generating microwaves can be connected to the microwave chamber by means of a waveguide.
  • the device for generating microwaves can be arranged at a spatial distance from the microwave chamber and the microwave radiation generated by this device can be introduced into the microwave chamber in a targeted manner.
  • the waveguide preferably has a rectangular cross section, with its longer side typically aligned in the direction of a longitudinal axis of the microwave chamber.
  • the longitudinal axis of the microwave chamber essentially corresponds to the longitudinal axis of the fiber-based blank or container. This is determined by a connection between a base of the blank and a pouring opening of the blank or the container.
  • openings can be arranged along the waveguide, which are connected to the microwave chamber and through which the microwaves can spread into the microwave chamber. This enables a reduced size of the entire unit.
  • the device can have a lid for closing the microwave chamber.
  • an exhaust air opening can be arranged in the lid. This opening therefore corresponds to a device for supplying and removing a medium from the microwave chamber, in particular compressed air and moisture.
  • a lid allows the microwave chamber to be easily closed and the exhaust air opening to be precisely aligned, so that a targeted air flow can be generated within the device, i.e. within the microwave chamber.
  • the microwave chamber can be divided so that the microwave chamber consists of two identical housing parts or housing parts of different sizes and shapes.
  • the microwave chamber can additionally or alternatively have a bottom.
  • a large number of openings are arranged in the base for supplying air to the microwave chamber. These openings therefore correspond to a device for supplying and removing a medium from the microwave chamber, in particular compressed air and moisture.
  • the device for reducing the water content in a fiber-based container has several devices for generating microwaves.
  • Each of the plurality of devices for generating microwaves may be connected to the microwave chamber with a waveguide.
  • the individual devices for generating microwaves can therefore introduce their generated microwave radiation into the microwave chamber at different points.
  • each of the devices can be controlled separately and emit microwave radiation with a different power.
  • the drying of the blank can be carried out in a targeted manner, whereby different power can be applied to it at different points, so that the overall drying process is uniform. In this case, uniform means that the wet fiber-based container reaches a predefined water content, which is achieved simultaneously across the entire container.
  • the waveguides are arranged at different angles and/or along the longitudinal axis at different heights and/or in relation to the longitudinal axis with different orientations of the longer side of the respective rectangular cross section of the waveguide.
  • the device preferably has a holding device for a microwave-permeable mold.
  • the microwave-permeable press mold can thus be arranged within the device, in particular within the microwave chamber.
  • the device has several holding devices in order to hold several molds in the microwave chamber at the same time. This reduces the cycle time and enables more efficient use of the microwaves.
  • the holding devices can each be designed to rotate about their own axis and/or about a common axis. This enables the microwaves to be used more efficiently and enables a more even energy input into the blanks.
  • a blank can be designed as a container, in particular as a bottle, bowl, cup, (coffee) capsule, tray or can. It is also possible to produce closures for containers using the method according to the invention.
  • FIG 1 A device before exposure to microwaves
  • Figure 2 the device according to Figure 1 during exposure to microwaves
  • Figure 3 exemplary further typical fiber-based containers that can be produced using the method according to the invention
  • FIG. 4 shows an example of a typical fiber-based closure that can be produced using the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a device 200 for reducing the water content in a fiber-based blank before exposure to microwaves.
  • the fiber-based blank is a container 100 in the form of a bottle.
  • the device 200 has a microwave chamber 40 which is closed with a lid 41.
  • a lid 41 In the lid 41 there is an exhaust opening 42 through which compressed air and/or moisture can be used. such as water or water vapor, can be removed.
  • the microwave chamber 40 also has a floor 43. A large number of openings 44 are arranged in the floor through which supply air can be introduced into the microwave chamber 40.
  • the device 200 also has a device 50 for generating microwaves. In the present case, this is designed as a magnetron.
  • the device 50 for generating microwaves is connected to the microwave chamber 40 with a waveguide 51.
  • the waveguide 51 is rectangular.
  • a press mold 20 is arranged within the microwave chamber 40.
  • a wet fiber-based container 100 is disposed within the mold 20. This was removed from a casting mold before being placed in the press mold 20 and currently has a water content of approximately 75%. After placing the wet fiber-based container 100 into the mold 20, an expandable tool 30 was placed inside the wet fiber-based container 100.
  • the wall of the container 100 is pressed onto the inner wall of the press mold 20 and the water in the wet fiber-based container 100, or the moisture in it, is partially pressed out of it.
  • the press mold 20 is designed to be water-permeable. Water permeability can be achieved with porosity; alternatively, individual channels or openings can be provided in the press mold. The water can also be drained away through gaps or openings at the separation point of the press mold. The escaping water, or the escaping moisture, is shown stylized by water drops in the illustration according to FIG. These water drops can drip onto the bottom 43 of the microwave chamber and be discharged through the openings 44. After this step, the fiber-based container 100 has a water content of approximately 50%.
  • FIG 2 shows the device according to Figure 1 during the exposure of the wet fiber-based container 100 to microwaves.
  • Figure 2 shows the actual drying process.
  • Microwaves are correspondingly generated in the device 50 for generating microwaves and are introduced into the microwave chamber 40 through the waveguide 51 .
  • the microwaves heat up the moisture contained in the fiber-based container 100, in other words, the molecules begin to vibrate.
  • the moisture begins to evaporate and exits the container 100 through the microwave-permeable mold 20.
  • the expandable tool 30 is shown in the non-expanded state, but it is possible for the expandable tool 30 to remain expanded even during the process shown here.
  • the moisture shown here stylized by wavy lines, enters the microwave chamber 40.
  • a holding device for the microwave-permeable press mold 20 is designed as an integral part of the lid 41.
  • the device 200 is designed in two parts, i.e. consists of two halves and, if necessary, a separate base.
  • the press mold 20 can be held and pressed together by appropriate elements on the respective halves of the device 200.
  • FIG 3 shows examples of further typical fiber-based containers that can be produced using the method described here.
  • a container 100 can be seen, which corresponds to the container 100 from the description of Figures 1 and 2.
  • This container 100 is also in the shape of a bottle and also has a thread on the bottle neck.
  • the container 100' is in the form of a bowl, the container 100'' is in the form of a cup.
  • FIG. 4 shows an example of a typical fiber-based closure 300 that can be produced using the method described here.

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Abstract

Offenbart sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling. Das Verfahren umfasst die Schritte - Bereitstellen eines nassen faserbasierten Rohlings, - Beaufschlagen des nassen faserbasierten Rohlings mit Mikrowellen. Der faserbasierte Rohling wird in einer mikrowellendurchlässigen Pressform (20) bereitgestellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling, insbesondere einem Behälter oder in einem faserbasierten Verschlusselement für einen Behälter gemäss dem Oberbegri f f der unabhängigen Ansprüche .
Ein faserbasierter Rohling in der Form eines Behälters wurde in der WO 2012 / 139590 Al of fenbart . Zur Herstellung dieses Behälters wird sogenannte Pulpe in eine kopfüber angeordnete Form durch Einspritzen eingebracht und mit einem flexiblen Ballon in dieser Form an eine entsprechende Wandung gedrückt und entsprechend komprimiert . Dabei wird die Pulpe zusammengedrückt und auf eine Temperatur von rund 180 ° C aufgehei zt , um den Behälter zu trocknen . Ebenso ist es bekannt Verschlusselemente für Behälter aus Pulpe herzustellen .
Pulpe ist eine Mischung aus Fasern und Wasser, insbesondere Naturfasern wie Hanf fasern, Zellulosefasern oder Flachs fasern oder einer Mischung davon . Gegebenenfalls weist die Pulpe Zusatzstof fe auf , die beispielsweise ein Aushärten der komprimierten Pulpe verbessern oder Einfluss auf das spätere Aussehen haben oder generell die Eigenschaften der Pulpe oder des späteren Behälters verändern .
Das vorgenannte Verfahren ist zeitaufwändig und energieintensiv . Es wurde daher schon vorgeschlagen, dieses zu verbessern . Mit der WO 2018 / 020219 Al wurde ein weiteres Verfahren bekannt , um nasse , faserbasierte Rohlinge zu trocknen . Auch hier handelt es sich bei den Rohlingen um Behälter . Hierbei wird die nasse Pulpe innerhalb der Giess form ebenfalls mit einem flexiblen Ballon zusammengepresst . Im Anschluss wird der so vorbearbeitete Behälter gemeinsam mit dem sich darin befindlichen Ballon entformt und auf ein Förderband gestellt . Der Ballon wird aus dem kaltgeformten Behälter entfernt . Im Anschluss wird der Behälter mit Mikrowellen beaufschlagt , um diesen zu trocknen . Der Rohling ist vor dem Trocknen sehr empfindlich auf Krafteinwirkung und muss sehr sorgfältig behandelt werden . Während des Trocknungsvorgangs kann sich der Behälter verformen, beispielsweise durch ungleichmässige Trocknung oder hervorgerufen durch ein nicht uni forme Schichtdicke oder er kann durch äussere Einflüsse Schaden nehmen .
Es ist Aufgabe der Erfindung zumindest einen der Nachteile des Standes der Technik zu beheben . Insbesondere soll ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die es ermöglichen, mit geringem energetischen Aufwand nasse faserbasierte Rohlinge , insbesondere Behälter wie beispielsweise Flaschen, Becher, Schüsseln oder Schalen oder nasse faserbasierte Verschlusselemente zu trocknen und dabei sicherzustellen, dass diese masshaltig bleiben .
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Verfahren und Vorrichtungen gelöst . Weitere Aus führungs formen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen .
Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling, insbesondere in einem faserbasierten Behälter oder Verschlusselement umfasst die Schritte :
- Bereitstellen eines nassen faserbasierten Rohlings ,
- Beaufschlagen des nassen faserbasierten Rohlings mit Mikrowellen .
Der faserbasierte Rohling wird in einer mikrowellendurchlässigen Press form bereitgestellt .
Durch das Bereitstellen des faserbasierten Rohlings in einer mikrowellendurchlässigen Press form kann der nasse faserbasierte Rohling während des Trocknungsvorgangs , das heisst während des Beaufschlagens mit Mikrowellen, innerhalb der Form verbleiben . Der Behälter ist somit geschützt gegen äussere Einflüsse und Beschädigungen oder Verformungen sind verhindert . Durch das Bereitstellen des nassen faserbasierten Rohlings innerhalb der mikrowellendurchlässigen Press form kann ebenfalls erreicht werden, dass dieser von allen Seiten für die Mikrowellen zugänglich ist und eine Trocknung also von allen Seiten bewerkstelligt werden kann . Der nasse faserbasierte Rohling weist nach diesem Trocknungsschritt einen Wassergehalt von ungefähr 5% bis 12 % auf .
Im vorliegenden Verfahren werden die nassen faserbasierten Rohlinge typischerweise wie bereits im Stand der Technik bekannt geformt . Mit anderen Worten wird Pulpe in eine poröse Giess form oder in eine solide Giess form mit wasserabführenden Kanälen, deren Eingänge mit Sieben abgedeckt sind oder deren Öf fnungen klein genug sind, dass die Fasern der Pulpe nicht eindringen können, eingebracht und an der Innenwandung der Giess form die Fasern der Pulpe angeschwemmt , sodass sich eine Wandung eines Behälters aufbaut . Sobald die Wandung genügend dick ist wird das Anschwemmen der Pulpe beendet . Das nunmehr vorliegende Halbfabrikat , also der nasse faserbasierte Rohling, wird der Giess form entnommen und in die mikrowellendurchlässige Press form eingebracht und damit in der Press form bereitgestellt . Der nasse faserbasierte Rohling weist zu diesem Zeitpunkt einen Wassergehalt von ungefähr 75% auf .
Der nasse faserbasierte Rohling wird mit einem geeigneten Übergabegerät aus der Giess form entnommen . Anschliessend wird der nasse faserbasierte Rohling in die geöf fnete Press form eingelegt . Die Press form ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet . Dabei kann für die Entnahme und das Einlegen ein Ausblasen und/oder ein Ansaugen mittels Unter- oder Überdruck erforderlich sein . Ebenso können rein mechanische Grei fer für diesen Trans fer zum Einsatz kommen .
Typischerweise kann die Press form eine Innenwandung aufweisen, die im Vergleich zur Innenwandung der Giess form mit einer grösseren Oberflächengüte ausgebildet ist .
Vorzugsweise wird nach dem Bereitstellen des faserbasierten Rohlings ein expandierbares Werkzeug in den faserbasierten Rohling eingebracht . Durch Expansion des expandierbaren Werkzeugs kann der Wassergehalt des faserbasierten Rohlings in einem ersten Schritt reduziert werden . Der nasse faserbasierte Rohling weist zu diesem Zeitpunkt einen Wassergehalt von ungefähr 50% - 60% auf .
Zugleich kann am nassen faserbasierten Rohling eine Oberfläche mit verbesserten Eigenschaften geschaf fen werden, da wie bereits erläutert , die Press form mit einer höheren Güte im Vergleich zur Giess form ausgebildet sein kann .
Es kann vorgesehen sein, dass das expandierbare Werkzeug während des Beaufschlagens mit Mikrowellen im expandierten Zustand verbleibt .
Ein Druck auf die Wandung des nassen faserbasierten Rohlings kann aufrechterhalten werden . Zudem ist durch den Verbleib des expandierbaren Werkzeugs innerhalb des nassen faserbasierten Rohlings dieser von innen gestützt und eine unerwünschte Verformung ist verhindert . Ausserdem verbessert dies die Oberflächengüte des Rohlings .
Der faserbasierte Rohling kann vor dem Beaufschlagen mit Mikrowellen in eine mikrowellenreflektierende Mikrowellenkammer eingebracht werden, insbesondere gemeinsam mit der Press form .
Die Wirkung der Mikrowellen kann dadurch erhöht werden . Mikrowellen, die nicht direkt vom nassen faserbasierten Rohling absorbiert werden, werden typischerweise an der Innenwandung der Mikrowellenkammer reflektiert , sodass dies die Wahrscheinlichkeit erhöht , dass auch diese Mikrowellen noch auf den zu trocknenden Rohling tref fen .
Allgemein bekannt ist , dass durch eine Anregung mit Mikrowellen Moleküle zum Schwingen angeregt werden können und durch diese Schwingung Wärme entsteht . Wasser beispielsweise hat eine Eigenfrequenz von 2 . 45 GHz . Die Mikrowellen werden daher vorzugsweise auch mit dieser Frequenz generiert . Um das Wasser oder die Restfeuchtigkeit aus dem nassen faserbasierten Rohling aus zubringen wird das Wasser vorzugsweise so lange erhitzt , bis es verdampft und entsprechend aus dem nassen Rohling di f fundiert .
Um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen kann vorgesehen sein, dass die Press form und/oder die Mikrowellenkammer auf eine Temperatur vorgehei zt wird, die höher ist als 60 ° C j edoch vorzugsweise tiefer ist als 160 ° C .
Dies verhindert auch, dass die Feuchtigkeit , die aus dem nassen faserbasierten Rohling austritt , direkt in der näheren Umgebung des Rohlings wieder kondensiert und sich als Tropfen niederschlägt .
Die Aufhei zung kann beispielsweise über konventionelle Widerstandshei zungen erfolgen . Zusätzlich oder alternativ ist es vorstellbar, ein entsprechend aufgehei ztes Fluid, beispielsweise Luft , einzublasen, sodass die j eweiligen Elemente die gewünschte Temperatur erreichen .
Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit , die Press form vorzuhei zen, könnte beispielsweise auch durch gewollte , teilweise Absorption in der Press form selbst in der Grössenordnung von maximal 5% der Mikrowellenstrahlung erfolgen oder durch die Energieabgabe des bei der Trocknung erzeugten Dampfes an die Press form . Es kann vorgesehen sein, die Feuchtigkeit durch einen erzwungenen Luftstrom abzuführen . Bei der Feuchtigkeit kann es sich dabei um Wasserdampf aber auch um Wasser in seiner flüssigen Form handeln .
Durch eine erzwungene Abfuhr kann die Feuchtigkeit innerhalb der Vorrichtung tief gehalten werden und ein Kondensieren der Feuchtigkeit oder ein erneutes Aufhei zen der Feuchtigkeit , beispielsweise von Wassertropfen durch Mikrowellenstrahlung, kann verhindert werden .
Um die Trocknung und/oder das Verdampfen von Feuchtigkeit aus dem nassen faserbasierten Rohling zu verbessern kann auch vorgesehen sein, diesen während der Beaufschlagung mit Mikrowellen zu rotieren .
Der Energieeintrag in den nassen faserbasierten Rohling wird dadurch gleichmässiger und ein Überhitzen von einzelnen Stellen des Rohlings kann vermieden werden .
Es kann vorgesehen sein, mehrere Rohlinge gleichzeitig mit Mikrowellen zu beaufschlagen . Dazu kann vorgesehen sein, mehrere Rohlinge , insbesondere mehrere Press formen mit j e einem Rohling, gleichzeitig in die Mikrowellenkammer einzubringen . Dies reduziert die Zyklus zeit und ermöglicht eine ef fi zientere Nutzung der Mikrowellen .
Die Rohlinge können j e um ihre eigene Achse rotiert werden und/oder um eine gemeinsame Achse . Dies ermöglicht die ef fi zientere Nutzung der Mikrowellen und ermöglicht einen gleichmässigeren Energieeintrag in die Rohlinge .
Zusätzlich oder alternativ wäre es auch vorstellbar, eine oder mehrere Press formen vorzusehen, die mehrere Rohlinge gleichzeitig aufnehmen kann oder können . Dies vereinfacht die Vorrichtung, da nicht j eder Rohling einzeln manipuliert werden muss , wenn er sich in einer Mehrfach-Press form befindet . Es wurde festgestellt , dass die Anordnung mehrerer einzelner Press formen samt Rohlingen in der Mikrowellenkammer räumlich zueinander beliebig erfolgen kann . Die Anordnung hat keinen Einfluss auf die Gleichmässigkeit des Energieeintrages .
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehene sein, ein rotierendes Element , einen sogenannten Stirrer, insbesondere innerhalb der Mikrowellenkammer oder am Übergang eines Hohlleiters zur Mikrowellenkammer, vorzusehen und mit diesem die Mikrowellen zu verwirbeln . Durch einen Stirrer kann die statische Ausbreitung der Mikrowellen innerhalb der Trocknungskammer, also der Mikrowellenkammer, gestört werden und Bereiche hoher Intensität der Mikrowellen minimiert werden .
Auch eine derartige Anordnung hat eine positive Wirkung in Bezug auf einen gleichmässigen Energieeintrag .
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Qualität kann dadurch erreicht werden, dass die Mikrowellen in Abhängigkeit des Wassergehaltes des nassen faserbasierten Rohlings getaktet beaufschlagt werden . Durch die Taktung kann die Leistung herabgesetzt werden . Typischerweise ist gegen Ende des Trocknungsvorgangs der Wassergehalt in dem nassen faserbasierten Rohling geringer und ein zu hohes Mass an Energie kann dazu führen, dass der Rohling an gewissen Stellen überhitzt . Durch eine Reduktion der Leistung kann dies verhindert werden .
Die mikrowellendurchlässige Press form kann aus einem Material hergestellt sein ausgewählt aus der Liste von Materialen umfassend PEI , PI , PE , POM, PEEK, Hol z , PTFE , Keramik, Glas und PP . Die Press form kann porös oder solide mit wasserabführenden Kanälen oder aus einem feinmaschigen Material ausgeführt sein .
Ein weiterer Aspekt betri f ft eine Vorrichtung zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling, insbesondere zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling nach einem wie vorliegend beschriebenen Verfahren . Die Vorrichtung weist eine Mikrowellenkammer zum Einbringen eines nassen faserbasierten Behälters auf sowie zumindest eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen . Die Vorrichtung weist zudem eine Einrichtung zur Zufuhr und Abfuhr von Medien aus der Mikrowellenkammer auf . Insbesondere handelt es sich dabei um die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft und Feuchtigkeit .
Durch derartige Zufuhreinrichtungen und Abfuhreinrichtungen ist es möglich, innerhalb der Mikrowellenkammer einen spezi fischen Luftstrom zu erzeugen, mit welchem Feuchtigkeit , die durch Beaufschlagung mit Mikrowellen entsteht , ausgetragen werden kann .
Die Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen kann mittels eines Hohlleiters mit der Mikrowellenkammer verbunden sein .
Durch diese Verbindung lässt sich die Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen räumlich beabstandet zur Mikrowellenkammer anordnen und die mit dieser Vorrichtung erzeugte Mikrowellenstrahlung zielgerichtet in die Mikrowellenkammer einbringen .
Der Hohlleiter weist dabei vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf wobei dessen längere Seite typischerweise in Richtung einer Längsachse der Mikrowellenkammer ausgerichtet ist .
Die Längsachse der Mikrowellenkammer entspricht im Wesentlichen der Längsachse des faserbasierten Rohlings oder Behälters . Diese bestimmt sich durch eine Verbindung zwischen einem Boden des Rohlings und einer Ausgiessöf fnung des Rohlings oder des Behälters .
Es kann vorgesehen sein, einen Stirrer innerhalb der Mikrowellenkammer, insbesondere am Übergang zwischen Hohlleiter und Mikrowellenkammer, vorzusehen und mit diesem die Mikrowellen zu verwirbeln .
Zusätzlich oder alternativ können längs des Hohlleiters Öf fnungen angebracht sein, die mit der Mikrowellenkammer verbunden sind und über die sich die Mikrowellen in die Mikrowellenkammer ausbreiten können . Dies ermöglicht eine reduzierte Baugrösse der gesamten Einheit .
Die Vorrichtung kann einen Deckel zum Verschliessen der Mikrowellenkammer aufweisen . In diesem Fall kann im Deckel eine Abluftöf fnung angeordnet sein . Diese Öf fnung entspricht somit einer Einrichtung zur Zufuhr und Abfuhr eines Mediums aus der Mikrowellenkammer, insbesondere von Druckluft und Feuchtigkeit .
Ein Deckel erlaubt das einfache Verschliessen der Mikrowellenkammer und ein genaues Ausrichten der Abluftöf fnung, sodass innerhalb der Vorrichtung, das heisst innerhalb der Mikrowellenkammer, ein zielgerichteter Luftstrom erzeugbar ist .
Es kann vorgesehen sein, mehrere Abluftöf fnungen vorzusehen . Dies erhöht einerseits die Kapazität , andererseits können mehrere Strömungen bereitgestellt werden .
Zusätzlich oder alternativ kann die Mikrowellenkammer geteilt sein, so dass die Mikrowellenkammer aus zwei identischen Gehäuseteilen oder aus Gehäuseteilen unterschiedlicher Grösse und Form besteht .
Die Mikrowellenkammer kann zusätzlich oder alternativ einen Boden aufweisen . Im Boden ist eine Viel zahl an Öf fnungen angeordnet , zum Beaufschlagen der Mikrowellenkammer mit Luft . Diese Öf fnungen entsprechen somit einer Einrichtung zur Zufuhr und Abfuhr eines Mediums aus der Mikrowellenkammer, insbesondere von Druckluft und Feuchtigkeit .
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Behälter mehrere Vorrichtungen zur Erzeugung von Mikrowellen aufweist . Jede der mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung von Mikrowellen kann mit einem Hohlleiter mit der Mikrowellenkammer verbunden sein . Die einzelnen Vorrichtungen zur Erzeugung von Mikrowellen können somit ihre erzeugte Mikrowellenstrahlung an unterschiedlichen Stellen in die Mikrowellenkammer einbringen . Dabei kann gleichzeitig auch j ede der Vorrichtungen separat angesteuert werden und mit einer unterschiedlichen Leistung Mikrowellenstrahlung abstrahlen . Das Trocknen des Rohlings kann entsprechend zielgerichtet erfolgen wobei dieser an unterschiedlichen Stellen gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt werden kann, sodass der Trocknungsvorgang insgesamt gleichmässig ist . Gleichmässig heisst vorliegend, dass der nasse faserbasierte Behälter einen vordefinierten Wassergehalt erreicht , der zeitgleich am ganzen Behälter erreicht wird .
Dazu kann es vorgesehen sein, dass dazu die Hohlleiter in unterschiedlichen Winkeln, und/oder entlang der Längsachse an unterschiedlichen Höhen und/oder in Bezug zur Längsachse mit unterschiedlichen Ausrichtungen der längeren Seite des j eweiligen rechteckigen Querschnitts des Hohlleiters angeordnet sind .
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Haltevorrichtung für eine mikrowellendurchlässige Press form auf . Die mikrowellendurchlässige Press form lässt sich damit innerhalb der Vorrichtung, insbesondere innerhalb der Mikrowellenkammer, anordnen .
Es kann vorgesehen sein, mehrere Rohlinge gleichzeitig mit Mikrowellen zu beaufschlagen . Dazu kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mehrere Haltevorrichtungen aufweist , um gleichzeitig mehrere Press formen in der Mikrowellenkammer zu halten . Dies reduziert die Zyklus zeit und ermöglicht eine ef fi zientere Nutzung der Mikrowellen .
Die Haltevorrichtungen können j e ausgebildet sein, um um ihre eigene Achse zu rotieren und/oder um eine gemeinsame Achse . Dies ermöglicht die ef fi zientere Nutzung der Mikrowellen und ermöglicht einen gleichmässigeren Energieeintrag in die Rohlinge . Alternativ wäre es auch vorstellbar, eine Haltevorrichtung vorzusehen, die mehrere Press formen gleichzeitig halten kann oder eine Mehrfach-Press form halten kann . Dies vereinfacht die Vorrichtung, da nicht j ede Press form einzeln manipuliert werden muss , wenn sie sich in der Mikrowellenkammer befindet .
Ein Rohling kann als ein Behälter, insbesondere als eine Flasche , Schale , Becher, (Kaf fee- ) Kapsel , Tray oder als Dose ausgebildet sein . Ausserdem ist es möglich mittels des erfindungsgemässen Verfahrens Verschlüsse für Behälter herzustellen .
Anhand von schematischen Figuren wird das Verfahren zur Reduktion des Wassergehaltes in einem nassen faserbasierten Rohling und eine entsprechende Vorrichtung erläutert . Es zeigt :
Figur 1 : Eine Vorrichtung vor der Beaufschlagung mit Mikrowellen;
Figur 2 : die Vorrichtung gemäss der Figur 1 während der Beaufschlagung mit Mikrowellen;
Figur 3 : beispielhaft weitere typische faserbasierte Behälter, die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt werden können;
Figur 4 beispielhaft einen typischen faserbasierten Verschluss , der mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt werden kann .
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 200 zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling vor der Beaufschlagung mit Mikrowellen . Der faserbasierte Rohling ist vorliegend ein Behälter 100 in der Form einer Flasche .
Die Vorrichtung 200 weist eine Mikrowellenkammer 40 auf die mit einem Deckel 41 verschlossen ist . Im Deckel 41 befindet sich eine Abluftöf fnung 42 durch die Druckluft und/oder Feuchtigkeit , wie beispielsweise Wasser oder Wasserdampf , abgeführt werden kann . Die Mikrowellenkammer 40 weist zudem einen Boden 43 auf . Im Boden ist eine Viel zahl an Öf fnungen 44 angeordnet durch die Zuluft in die Mikrowellenkammer 40 eingebracht werden kann . Die Vorrichtung 200 weist zudem eine Vorrichtung 50 zur Erzeugung von Mikrowellen auf . Diese ist vorliegend als ein Magnetron ausgebildet . Die Vorrichtung 50 zur Erzeugung von Mikrowellen ist mit einem Hohlleiter 51 mit der Mikrowellenkammer 40 verbunden . Der Hohlleiter 51 ist rechteckig ausgebildet .
In der Vorrichtung 200 ist eine Press form 20 innerhalb der Mikrowellenkammer 40 angeordnet . Innerhalb der Press form 20 ist ein nasser faserbasierter Behälter 100 angeordnet . Dieser wurde vor dem Einbringen in die Press form 20 einer Giess form entnommen und weist zum j etzigen Zeitpunkt einen Wassergehalt von ungefähr 75% auf . Nach dem Einbringen des nassen faserbasierten Behälters 100 in die Press form 20 wurde ein expandierbares Werkzeug 30 in das Innere des nassen faserbasierten Behälters 100 eingebracht .
Durch Expansion des expandierbaren Werkzeugs 30 wird die Wandung des Behälters 100 auf die Innenwandung der Press form 20 gepresst und das sich im nassen faserbasierten Behälter 100 befindliche Wasser, beziehungsweise die sich darin befindliche Feuchtigkeit , aus diesem teilweise hinaus gepresst . Dazu ist die Press form 20 wasserdurchlässig ausgebildet . Die Wasserdurchlässigkeit kann mit einer Porosität erreicht werden, alternativ können einzelne Kanäle oder Öf fnungen in der Press form vorgesehen sein . Das Wasser kann auch durch Spalten oder Öf fnungen an der Trennstelle der Press form abgeleitet werden . Das austretende Wasser, beziehungsweise die austretende Feuchtigkeit , ist in der Darstellung gemäss der Figur 1 durch Wassertropfen stilisiert dargestellt . Diese Wassertropfen können auf den Boden 43 der Mikrowellenkammer tropfen und durch die Öf fnungen 44 ausgetragen werden . Nach diesem Schritt weist der faserbasierte Behälter 100 einen Wassergehalt von ungefähr 50% auf . Die Figur 2 zeigt die Vorrichtung gemäss der Figur 1 während der Beaufschlagung des nassen faserbasierten Behälters 100 mit Mikrowellen . Die Figur 2 zeigt also den eigentlichen Trocknungsvorgang . In der Vorrichtung 50 zur Erzeugung von Mikrowellen werden entsprechend Mikrowellen erzeugt , die durch den Hohlleiter 51 in die Mikrowellenkammer 40 eingebracht werden . Durch die Mikrowellen wird die Feuchtigkeit , die sich im faserbasierten Behälter 100 befindet , aufgehei zt , mit anderen Worten, die Moleküle fangen an zu schwingen . Die Feuchtigkeit fängt an zu verdampfen und tritt durch die mikrowellendurchlässige Press form 20 aus dem Behälter 100 aus . In der Figur 2 ist das expandierbare Werkzeug 30 im nicht-expandierten Zustand dargestellt , es ist j edoch möglich, dass das expandierbare Werkzeug 30 auch während des hier gezeigten Vorgangs expandiert bleibt . Die Feuchtigkeit , hier stilisiert dargestellt durch Wellenlinien, tritt in die Mikrowellenkammer 40 ein . Damit sich diese Feuchtigkeit nicht in der Mikrowellenkammer 40 niederschlägt wird durch die Öf fnungen 44 im Boden 43 der Mikrowellenkammer 40 Luft eingeblasen . Diese eingeblasene Luft strömt durch die Abluftöf fnung 42 aus der Mikrowellenkammer 40 hinaus . Damit ist innerhalb der Mikrowellenkammer 40 eine Strömung erzeugt durch die die Feuchtigkeit aus der Mikrowellenkammer 40 ausgetragen werden kann .
Vorliegend ist eine Haltevorrichtung für die mikrowellendurchlässige Press form 20 als integraler Bestandteil des Deckels 41 ausgebildet . Es ist j edoch auch vorstellbar, dass beispielsweise die Vorrichtung 200 zweiteilig ausgebildet ist , also aus zwei Häl ften besteht und gegebenenfalls aus einem separaten Boden . Dabei kann beispielsweise die Press form 20 durch entsprechende Elemente an den j eweiligen Häl ften der Vorrichtung 200 gehalten und zusammengepresst werden .
Die Figur 3 zeigt beispielhaft weitere typische faserbasierte Behälter, die mittels des vorliegend beschriebenen Verfahrens hergestellt werden können . So ist ein Behälter 100 ersichtlich, der dem Behälter 100 aus der Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 entspricht . Dieser Behälter 100 ist ebenfalls in der Form einer Flasche und weist zudem am Flaschenhals ein Gewinde auf . Der Behälter 100 ' ist in der Form einer Schale , der Behälter 100 ' ’ in der Form eines Bechers .
Die Figur 4 zeigt beispielhaft einen typischen faserbasierten Verschluss 300 , der mittels des vorliegend beschriebenen Verfahrens hergestellt werden kann .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reduktion des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling, insbesondere in einem Behälter (100, 100' , 100' ’ ) oder einem faserbasierten Verschlusselement (300) für einen Behälter (100) , umfassend die Schritte
- Bereitstellen eines nassen faserbasierten Rohlings,
- Beaufschlagen des nassen faserbasierten Rohlings mit Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, dass der nasse faserbasierte Rohling in einer mikrowellendurchlässigen Pressform (20) bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen des faserbasierten Rohlings ein expandierbares Werkzeug (30) in den faserbasierten Rohling eingebracht wird und durch Expansion der Wassergehalt des faserbasierten Rohlings reduziert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierbare Werkzeug (30) während des Beaufschlagens mit Mikrowellen im expandierten Zustand verbleibt .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der faserbasierte Rohling vor dem Beaufschlagen mit Mikrowellen in eine mikrowellenreflektierende Mikrowellenkammer (40) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (20) und/oder die Mikrowellenkammer (40) auf eine Temperatur vorgeheizt wird die höher als 60° C und tiefer als 160° C ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Feuchtigkeit, insbesondere Wasserdampf, durch einen erzwungenen Luftstrom abgeführt wird.
I. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der faserbasierte Rohling während des Beaufschlagens mit Mikrowellen rotiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen in Abhängigkeit des Wassergehaltes des faserbasierten Rohlings getaktet beaufschlagt werden .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen, insbesondere innerhalb der Mikrowellenkammer (40) , mit einem Stirrer verwirbelt werden .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrowellendurchlässige Pressform (20) hergestellt ist aus einem Material aus der Liste umfassend: PEI, PI, PE, POM, PEEK, Holz, PTFE, Keramik, Glas, PP.
II. Vorrichtung (200) zum Reduzieren des Wassergehaltes in einem faserbasierten Rohling, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mikrowellenkammer (40) zum Einbringen eines nassen faserbasierten Rohlings aufweist sowie zumindest eine Vorrichtung (50) zur Erzeugung von Mikrowellen, wobei die Vorrichtung (200) eine Einrichtung zur Zufuhr und Abfuhr von Medien aus der Mikrowellenkammer aufweist, insbesondere zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft und Feuchtigkeit.
12. Vorrichtung (200) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vorrichtung (50) zur Erzeugung von Mikrowellen mittels eines Hohlleiters (51) mit der Mikrowellenkammer verbunden ist.
13. Vorrichtung (200) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (200) einen Deckel (41) zum Verschliessen der Mikrowellenkammer (40) aufweist, wobei im Deckel (41) eine Abluftöffnung (42) angeordnet ist. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenkammer (40) einen Boden (43) aufweist, wobei der Boden (43) eine Vielzahl an Öffnungen (44) aufweist, zum Beaufschlagen der Mikrowellenkammer (40) mit Luft. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (200) mehrere Vorrichtungen (50) zur Erzeugung von Mikrowellen aufweist, wobei jede der mehreren Vorrichtungen (50) zur Erzeugung von Mikrowellen mit einem Hohlleiter (51) mit der Mikrowellenkammer (40) verbunden sind. Vorrichtung (200) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter (51) in unterschiedlichen Winkeln mit der Mikrowellenkammer (40) verbunden sind. Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Haltevorrichtung für eine mikrowellendurchlässige Pressform (20) aufweist . Vorrichtung (200) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrowellendurchlässige Pressform (20) hergestellt ist aus einem Material aus der Liste umfassend: PEI, PI, PE, POM, PEEK, Holz, PTFE, Keramik, Glas, PP.
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