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Title:
METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A FIBROUS MATERIAL WEB IN A PAPERMAKING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/153576
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and method for producing a fiber mat (1) which is particularly suitable for use in the production of packaging paperboard or fibrous material-containing construction elements from a fibrous material-containing starting material. Said method comprises the following steps: a) providing the fibrous material-containing starting material (13); b) processing, using only little water, the fibrous material-containing starting material (13) in an air current to stock comprising individual fibers and/or fiber bundles; c) forming the individual fibers and/or fiber bundles by a dry forming process in an air current to a fiber mat (1) by way of a dry forming process; such that the fiber mater forms a three-dimensional structure; d) solidifying the formed fiber mat (1); the specific volume of the fiber mat (1) being higher than 1.6 cm3/g, particularly higher than 2 cm3/g, preferably higher than 3 cm3/g and the fiber mat thickness being ≥ 1 mm, particularly ≥ 1.5 mm, preferably ≥ 2 mm.

Inventors:
KEMPER, Martin (Hirschstraße 7, Weingarten, 88250, DE)
HELD, Heiko (Öhringerweg 5, Heidenheim, 89522, DE)
WAGNER, Cordts, Monteiro (Hurdenstr. 11, Heidenheim, 89522, DE)
MARTIN, Thomas (Dahlienweg 6/3, Langenau, 89129, DE)
Application Number:
EP2018/051043
Publication Date:
August 30, 2018
Filing Date:
January 17, 2018
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (Sankt Pöltener Straße 43, Heidenheim, 89522, DE)
International Classes:
D21F9/00; B27N3/00; B32B3/00; D04H1/26; D21F11/12
Domestic Patent References:
WO1999057353A11999-11-11
WO2005013873A12005-02-17
WO2000029668A12000-05-25
Foreign References:
US20040192136A12004-09-30
CA955094A1974-09-24
US20160332325A12016-11-17
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Claims:
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte (1), die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen

Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff umfassend folgende Schritte:

a. Bereitstellen des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13);

b. Wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13) im Luftstrom zu Rohstoffware umfassend Einzelfasern und/oder Faserbündel; c. Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein

Trockenformierungsverfahren im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird;

d. Verfestigen der formierten Fasermatte (1);

wobei das spezifische Volumen der Fasermatte (1) größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der faserstoffhaltige Ausgangsstoff zumindest teilweise Frischfasern, Bambus, Stroh, Bagasse oder Recyclingware umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verfahren an Orten in trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen oder in der Nähe, insbesondere vor Ort, von

Versandhäusern oder Verpackungsherstellern in industrialisierten

Regionen,durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schritte a) bis d) so ausgeführt werden, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware 40%, vorzugsweise 30%, insbesondere 20%> nicht übersteigt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Aufbereitungsschritt b.) mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe umfasst: Zerkleinern des Ausgangsstoffes auf eine maximale Größe von 60 mm mal 60 mm; Befreien des Ausgangsstoffes von Störstoffen; Zerlegen des

Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in Hochkonsistenzrefinern und/oder in Querstromzerfaserern und/oder in Mühlen; Befreien der Einzelfasern und/oder Faserbündel von Störstoffen nach dem Zerlegeschritt;

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Formierungsschritt c.) die Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom auf die Oberfläche eines Trägerelements aufgebracht werden, wobei das Trägerelement luftdurchlässig oder luftundurchlässig ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das luftdurchlässige Trägerelement als umlaufendes oder stehendes Band oder als perforierte Walze oder als perforierte Platte ausgeführt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, dass.

die Oberfläche des Trägerelements komplementäre Strukturen zu der zu

erzeugenden räumlichen Struktur der Fasermatte aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Bindemittel zum Binden der Einzelfasern und /oder Faserbündel in mindestens einem der Schritte b.), c), d.) zugegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Fasermatte (1) endlos hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Fasermatte (1) stückweise hergestellt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Fasermatte (1) mehrlagig hergestellt wird.

13. Verpackungskarton; insbesondere Lebensmittelverpackungskarton, der zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte (1) mit räumlicher Struktur besteht.

14. Verpackungsbehälter, insbesondere eine Lebensmittelverpackungsschachtel, die zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte mit räumlicher Struktur besteht.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Fasermatte (1), die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff (13), mit einer Aufbereitungsanlage zur wasserarmen Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes (13) im

Luftstrom zu einer Rohstoffware, welche Einzelfasern und/oder Faserbündel umfasst; und mit einer Trockenformiervorrichtung (15) zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird, sowie mit einer Verfestigungsvorrichtung (16) zum Verfestigen der formierten Fasermatte (1); wobei das spezifische Volumen der Fasermatte (1) größer als 1,6 cm3/g, insbesondere größer als 2 cm3/g, vorzugsweise größer 3 cm3/g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte, die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein nach dem Verfahren hergestellter Verpackungskarton.

Im Stand der Technik wird Verpackungskarton beispielsweise als Wellpappenkarton ausgebildet. Dieser besteht aus einem gewellten Wellenpapier, das zwischen zwei Deckenpapieren angeordnet ist und mit diesen zu einer Einheit verklebt ist. Das gewellte Wellenpapier fungiert als Abstandshalter zwischen den Deckenpapieren, um eine geforderte Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons zu gewährleisten. Das Wellenpapier und die Deckenpapiere werden jeweils auf Papiermaschinen in Papierfabriken hergestellt. Die Herstellung des Wellpappenkartons erfolgt anschließend vor Ort oder in anderen Fabriken in einer Wellpappenanlage. Dort wird aus dem Wellenpapier unter höherer Temperatur und durch Befeuchten des Wellenpapiers auf Riffelwalzen die Welle erzeugt und mit den Deckenpapieren verklebt. Das Wellenpapier und die Deckenpapiere werden in Papiermaschinen in konventionellen Verfahrensschritten hergestellt. Ausgehend von einer wässrigen Faserstoffsuspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10g/Liter werden das Wellenpapier und das Deckenpapier durch Entwässern, Pressen und thermisches Trocknen hergestellt. Im Entwässerungsschritt werden der Suspension sehr große Siebwassermengen entzogen und teilweise dem Prozess wieder zugeführt. Dieser bekannte Herstellungsprozess ist aufwändig und erfordert zum einen viele Verfahrensschritte und zum anderen hohe Energiemengen zum Trocknen der hergestellten Papiere und zum Pumpen der beim Nassformieren notwendigen großen Wassermengen. Zudem sind solche Produktionsanlagen nur an Orten wirtschaftlich betreibbar, an denen genügend Energie und Wasser zur Verfügung steht. Andere Orte können also nur mit Verpackungskarton versorgt werden, indem dieser unter Kostenaufwand dorthin transportiert wird.

Diese beschriebenen Nachteile gelten auch in ähnlicher Weise für die Herstellung von Mittellagen in Türblättern. Dort werden als Konstruktionselemente für die Mittellage beispielsweise gewellte Wellenpapiere oder wabenförmige Papierelemente eingesetzt, welche beidseits mit Holzplatten beplankt werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein weniger aufwändiges Verfahren mit geringerem Energieaufwand, sowie eine einfache Vorrichtung, für die Herstellung von Verpackungskarton oder Konstruktionselementen anzugeben und die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte vorgeschlagen, die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, umfassend folgende Schritte: a. Bereitstellen des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes;

b. Wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes im Luftstrom zu Rohstoffware, umfassend Einzelfasern und/oder Faserbündel;

c. Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Trockenformierungsverfahren im Luftstrom zu einer Fasermatte (1) derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird;

d. Verfestigen der formierten Fasermatte mit räumlicher Struktur;

wobei das spezifische Volumen der Fasermatte größer als 1,6 cm 3 /g, insbesondere größer als 2 cm 3 /g, vorzugsweise größer 3 cm 3 /g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.

Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff kann zumindest teilweise Frischfasern, Bambus, Stroh, Bagasse oder Recyclingware umfassen. Die Recyclingware kann Wellpappenabfälle und/oder Kartonabfälle und/oder Altpapier und/oder Papier- oder Kartonabfälle aus der Papierherstellung und auch Produkte die aus der Fasermatte hergestellt wurden, sowie Marktzellstoffe umfassen. Aus der Fasermatte mit räumlicher Struktur kann beispielsweise Verpackungskarton hergestellt werden. Der zumindest teilweise aus der Fasermatte bestehende Verpackungskarton wird vorzugsweise zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln, weiterverarbeitet. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden. Bei Verwendung einer faserstoffhaltigen Recyclingware als Ausgangsstoff müssen keine oder weniger teuren Frischfasern eingesetzt werden. Als Recyclingware können vorteilhafterweise auch die aus der Fasermatte hergestellten Produkte verwendet werden.

Neben dem vereinfachten Herstellverfahren unterscheidet sich die hergestellte Fasermatte von konventionell hergestellten Wellenpapieren durch das hohe spezifische Volumen bei gleichzeitig großer Fasermattendicke und der räumlichen Struktur der Fasermatte, die auf die Verwendung des Wellpappenkartons zur Erreichung guter Gebrauchseigenschaften, einfach abgestimmt werden kann. So kann es sich bei der räumlichen Struktur um wellenförmige, zick-zack-förmige Strukturen oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen handeln. Das heißt, die Gestaltung der Mittellage von Verpackungskartons ist nicht mehr auf die Wellenform beschränkt und kann nahezu beliebig gewählt werden. So kann beispielsweise ein Verpackungskarton mit gleichmäßiger Biegesteifigkeit in alle Richtungen hergestellt werden. Bei Verwendung der Fasermatte als Ersatz für die gewellten Wellenpapiere im Wellpappenkarton ist auch ein ausreichender Abstand der Deckenpapiere und somit beispielsweise eine gute Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons bei geringem Einsatz von Einzelfasern und/oder Faserbündel gewährleistet. Durch die wasserarme Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes, sowie das Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte mit räumlicher Struktur durch ein Trockenformierungsverfahren werden nur kleine Wassermengen benötigt und somit ist auch nur ein geringer Energieaufwand, beispielsweise für die Pumpen zur Förderung von Wasser, nötig. Die Wirkungsweise von Trockenformierungsverfahren ist beispielsweise aus dem Dokument WO200/29668 bereits bekannt. Die Erfinder haben erkannt, dass dieses Verfahren für die Herstellung von Fasermatten für Verpackungskarton und für Konstruktionselemente mit den beschriebenen Eigenschaften besonders geeignet ist. Bei der Herstellung von Konstruktionselementen, beispielsweise der Mittellage von Holztüren, kann es sich bei der räumlichen Struktur um wellenförmige, zick-zack-förmige Strukturen oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen handeln.

In einer weiteren Anwendung können durch das erfindungsgemäße Verfahren Konstruktionselemente, wie Dämmmaterialen, beispielsweise für den Hausbau, hergestellt werden. Das spezifische Volumen der Fasermatte wird vorzugsweise auf < 10 cm 3 /g begrenzt. Dadurch wird eine ausreichende Druckfestigkeit über die Dicke der Fasermatte gewährleistet.

In der heutigen Zeit werden immer mehr Waren bei online-Shops bestellt. Dies hat eine Zunahme des Warenverkehrs durch Versendung der Waren in Verpackungsschachteln zur Folge. In einer praktischen Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren in der Nähe, insbesondere vor Ort, von Versandhäusern oder Verpackungsherstellern in industrialisierten Regionen durchgeführt wird. Das Verpacken und das Versenden von Waren kann somit mit der Herstellung von Verpackungskarton und ggf. Verpackungsschachteln kombiniert werden. Die gebrauchten Verpackungsschachteln werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich zu neuen Verpackungsschachteln aufbereitet. Durch dieses auch flexible Verfahren können die neuen Verpackungsschachteln in Größe und Form an die neuen, zu verpackenden Produkte einfach angepasst werden. Die Recyclingware kann dabei wirtschaftlich im Umkreis von 100 km zum Standort der Anlage zur Durchführung des Verfahrens eingesammelt werden. Wird das Verfahren bei Verpackungsherstellern durchgeführt, so können auch die dort bei den bekannten Verfahren zur Verpackungskartonherstellung anfallenden Papier- oder Verpackungskartonabfälle, beispielsweise Abfälle die beim Zuschneiden anfallen, zu neuen Verpackungskartons und Verpackungsschachteln aufbereitet werden. Die Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders an Standorten von Versandhäusern oder Verpackungsherstellern, da dort keine eigenen produktionsbedingten Kläranlagen notwendig und vorhanden sind.

Das Verfahren eignet sich auch in vorteilhafterweise, um Fasermatten auch an Orten in trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen herzustellen, da nur geringe Wassermengen benötigt werden. Für die Trocknung der Fasermatten auf einen Endtrockengehalt kann es ausreichend sein eine Prallströmungstrocknungsvorrichtung und/oder eine Durchströmtrocknungsvorrichtung zu verwenden, wobei die warme und trockene Umgebungsluft als Trocknungsmedium verwendet werden kann. Unter diesen Randbedingungen kann die erfindungsgemäße Lösung besonders vorteilhaft eingesetzt werden. Zur Reduzierung von Transportkosten ist es vorteilhaft, wenn die Recyclingware als Ausgangsstoff in kleinem Umkreis von vorzugsweise etwa 100 km des Ortes der Durchführung des Verfahrens gesammelt wird. Das Verfahren eignet sich besonders für viele Recyclingzyklen ohne die Qualität der Fasermatten, insbesondere hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften, zu sehr zu beeinträchtigen. Durch den kurzen Recyclingkreislauf wird die Umwelt geschont und nicht durch nicht mehr benötigte Verpackungen und anderes Altpapier belastet. In einem praktischen Fall liegt der Endtrockengehalt der Fasermatte bei > 80%, insbesondere bei > 85%>, vorzugsweise bei > 90%>, wobei der Trockengehalt, wie in der Papiertechnik üblich, als Quotient von Trockenmasse zur Gesamtmasse der Fasermatte angegeben ist. In einer praktischen Ausführung werden die Verfahrensschritte a) bis d) in Anspruch 1 so ausgeführt, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware40%>, vorzugsweise 30%>, insbesondere 20%> nicht übersteigt.

Der Aufbereitungsschritt b.) umfasst vorzugsweise mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe: Zerkleinern des Ausgangsstoffes auf eine maximale Größe von 60 mm mal 60 mm; Befreien des Ausgangsstoffes von Störstoffen; Zerlegen des Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in Hochkonsistenzrefinern und/oder in Querstromzerfaserern und/oder in Mühlen; Befreien der Einzelfasern und/oder Faserbündel von Störstoffen nach dem Zerlegeschritt;

Die Länge der Einzelfasern und/oder Faserbündel können vorteilhafterweise im oder nach dem Zerlegeschritt auf kleiner 4 mm, insbesondere auf kleiner 3 mm eingestellt werden.

Der Zerlegeschritt kann so ausgeführt werden, dass die Ausgangsstoff nicht vollständig in Einzelfasern zerlegt wird, sondern noch Faserbündel und Stippen enthält. Durch diese geringere Intensität des Zerlegeschrittes wird weniger Energie benötigt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im Formierungsschritt c.) die Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom auf die Oberfläche eines Trägerelements aufgebracht, wobei das Trägerelement luftdurchlässig oder luftundurchlässig ausgeführt sein kann. Der Luftstrom kann gegenüber der Umgebungstemperatur erwärmt sein. Vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 30° C, vorzugsweise größer als 40 °C. Dem Luftstrom kann auch gesättigter oder ungesättigter Wasserdampf beigemischt werden. Dadurch wird gleichzeitig eine Erwärmung der Einzelfasern und/oder der Faserbündel erreicht und deren Bindung zueinander unterstützt. Zusätzlich wird das Formieren und die Ablage der Einzelfasern und/oder der Faserbündel verbessert.

Wird ein luftdurchlässiges Trägerelement verwendet, so kann es als umlaufendes oder stehendes Band, beispielsweise ein gewebtes Sieb oder Filz oder eine poröse Membran, oder als perforierte Walze oder als perforierte Platte ausgeführt sein.

Die Oberfläche des Trägerelements kann auch komplementäre Strukturen zu der zu erzeugenden räumlichen Struktur der Fasermatte aufweisen. Je nach Verwendung der eine räumliche Struktur aufweisenden Fasermatte können die komplementären Strukturen des Trägerelements entsprechend unterschiedlich sein. So können die komplementären, räumlichen Strukturen wellenförmig, zick-zack-förmig sein oder auch lokale, kraterförmige Vertiefungen und Erhöhungen umfassen, wenn die Fasermatte als Mittellage zwischen zwei Deckenpapieren bei der Herstellung von Verpackungskarton eingesetzt wird. Das aufwändige Verfahren zur Herstellung von klassischen Wellpappenkartons kann somit vereinfacht werden.

Es ist auch möglich, dass die räumliche Struktur der Fasermatte der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes, beispielsweise einer Obstkiste, entspricht. Dies führt zu einer Reduzierung der Herstellungsschritte solcher Produkte. Es können zumindest teilweise das Ausschneiden oder Ausstanzen, das Zusammenfalten, das Verkleben entfallen.

In einem praktischen Fall kann ein Bindemittel zum Binden der Einzelfasern und /oder Faserbündel in mindestens einem der Schritte b.), c), d.) zugegeben werden. Vorzugsweise wird Stärke als Bindemittel verwendet. Es ist jedoch auch möglich, Schmelzfasern und/oder Thermoplaste zu zugegeben, welche bei höherer Temperatur schmelzen und die Einzelfasern und /oder Faserbündel, insbesondere an deren Kreuzungspunkte, klebend verbinden. In einer praktischen Ausgestaltung wird das Bindemittel im Verfestigungsschritt d.) durch mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe aktiviert: Bedampfen mit, beispielsweise gesättigtem oder ungesättigtem Dampf; Befeuchten mit Wasser; Bestrahlen mit Mikrowellen; Erhitzen durch heiße Kontaktflächen; Beaufschlagen mit heißer Luft, beispielsweise mittels einer Luftpralltrocknungsvorrichtung optional mit einer gasbeheizten Trockenhaube;

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Bindemittel dem Luftstrom zugegeben und mit den Einzelfasern und /oder Faserbündel vermischt. Der Vermischungsschritt kann durch einen statischen Mischer erfolgen.

Wird das Bindemittel im Formierschritt c) zugegeben, so kann dies über eine separate Aufgabenvorrichtung erfolgen.

Ferner ist es möglich während und/oder nach dem Formierungsschritt c.) die Fasermatte zu pressen. Dadurch lassen sich die gewünschte Dicke und/oder das gewünschte spezifische Volumen einstellen. Vorzugsweise wird dieser Schritt in Abstimmung mit der Verfahrensführung im Formierschritt durchgeführt. Beispielsweise kann der Feststoffgehalt im Luftstrom, das heißt die Konzentration der Einzelfasern und /oder der Faserbündel und/oder der Druck auf die sich bildende Fasermatte während des Formierens beeinflusst werden.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Fasermatte endlos hergestellt und anschließend aufgerollt werden. In einer bevorzugten Weiterentwicklung kann die Fasermatte mit einer linienförmigen Prägung hergestellt werden, wobei die linienförmige Prägung eine Kontur aufweist, die auf das aus der Fasermatte herzustellende Produkt abgestimmt wird. Durch die linienförmige Prägung kann die Fasermatte lokal geschwächt werden, beispielsweise durch Perforieren, so dass die Kontur leicht vom Rest der Fasermatte abgetrennt werden kann. Die Prägung kann beispielsweise mit einer Prägewalze ausgeführt werden, welche die linienförmige Kontur als erhabene Stege auf dem Walzenmantel aufweist.

Die linienförmige Prägung kann auch als nicht perforierend ausgeführt werden. In diesem Falle wird die Kontur lediglich optisch markiert, so dass die Kontur aus der Fasermatte in einem nachfolgenden Schritt von Hand oder maschinell ausgeschnitten werden kann.

Es ist jedoch auch denkbar, die linienförmige Prägung bereits beim Formierschritt aufzubringen. Dabei wird das Ablegen der Einzelfasern und /oder der Faserbündel so gesteuert, dass die Bereiche der Konturlinien weniger Einzelfasern und /oder der Faserbündel aufweisen.

Es ist auch möglich, dass die Fasermatte, insbesondere im Formierschritt, nicht endlos als Rollenware hergestellt wird, sondern stückweise als Formatware hergestellt wird. Dabei ist es möglich, dass die räumliche Struktur der Fasermatte der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes, beispielsweise einer Obstkiste, entspricht. Diese Produkte werden als eine Einheit stückweise hergestellt.

In einer weiteren Ausgestaltungsvariante wird die Fasermatte mehrlagig hergestellt. Vorteilhafterweise werden mehrere einzelne Formierschritte zur Formierung der jeweiligen Lage nacheinander ausgeführt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die einzelnen Formierschritte synchron ausgeführt werden. Die Einzelfasern und /oder Faserbündel der einzelnen Lagen können aus dem gleichen Ausgangsstoff oder auch aus unterschiedlichen Ausgangsstoffen stammen.

Zweckmäßigerweise wird die Fasermatte in mindestens einem Weiterverarbeitungsschritt mit weiteren Lagen verbunden und/oder gefalzt und/oder umgeformt, insbesondere zur Erzeugung einer räumlichen Struktur, beispielsweise einer Verpackungsschachtel oder einer Zwischenlage als Ersatz der gewellten Wellenpapieren der bekannten Wellpappenkartons zwischen zwei Deckenlagen eines Verpackungskartons und/oder oberflächenveredelt, wie beispielsweise durch Auftragen eines Striches enthaltend eine pigmentierten Streichfarbe. Die Fasermatte kann als Ersatz für das gewellte Wellenpapier im Vergleich zu den bekannten Wellpappenkarton dienen. In diesem Falle ist es möglich, dass die mit der Fasermatte zu verbindenden weiteren Lagen als Deckenlagen, welche nach dem konventionellen Verfahren hergestellt sind, ausgeführt sind. Die Deckenlagen können jedoch auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein. Vorteilhafterweise wird auf der Oberseite und auf der Unterseite der Fasermatte jeweils mindestens eine Deckenlage mit der Fasermatte klebend verbunden.

Die Erfindung betrifft auch Verpackungskarton, insbesondere Lebensmittelverpackungskarton, der zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte besteht. Der zumindest teilweise aus der Fasermatte bestehende Verpackungskarton wird vorzugsweise zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln, weiterverarbeitet. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden.

Die Erfindung betrifft auch einen Verpackungsbehälter, insbesondere eine Lebensmittelverpackungsschachtel, die zumindest teilweise aus der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatte mit räumlicher Struktur besteht.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Fasermatte , die insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungskarton oder faserstoffhaltigen Konstruktionselementen geeignet ist, aus einem faserstoffhaltigen Ausgangsstoff, mit einer Aufbereitungsanlage zur wasserarmen Aufbereitung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes im Luftstrom zu einer Rohstoffware, welche Einzelfasern und/oder Faserbündel umfasst; und mit einer Trockenformiervorrichtung zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer Fasermatte derart, dass durch die Fasermatte eine räumliche Struktur ausgebildet wird, sowie mit einer Verfestigungsvorrichtung zum Verfestigen der formierten Fasermatte, wobei das spezifische Volumen der Fasermatte größer als 1,6 cm 3 /g, insbesondere größer als 2 cm 3 /g, vorzugsweise größer 3 cm 3 /g ist und wobei die Fasermattendicke > 1 mm, insbesondere > 1.5 mm, vorzugsweise > 2 mm beträgt.

Die Aufbereitungsanlage und die Trockenformiervorrichtung und die Verfestigungsvorrichtung sind vorzugsweise so ausgeführt, dass der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes und der Rohstoffware 40 %, vorzugsweise 30 %, insbesondere 20 % nicht übersteigt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann mobil ausgeführt sein. In einem praktischen Fall kann sie so kompakt dimensioniert sein, dass sie zum Transport in einem Transportcontainer, beispielsweise in einen Überseecontainer, geeignet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung nahezu vollständig am Fertigungsstandort montiert bzw. vormontiert werden kann und anschließend zum Produktionsstandort transportiert wird. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung in Orten von trockenen, wasserarmen Gebieten der tropischen oder subtropischen Klimazonen eingesetzt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Es zeigen

Figur 1 eine Ausführungsform eines Wellpappenkartons nach dem Stand der

Technik;

Figur 2 Ausschnitt einer erfindungsgemäße Fasermatte in vergrößerter,

schematischerDarstellung ; Figur 3 a eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher

Struktur;

Figur 3b eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;

Figur 3 c eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;

Figur 3d eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur;

Figur 4 einen beispielhaften Herstellungsprozess in schematischer Darstellung zur

Herstellung der erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur; Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer bekannten Ausführungsform eines Wellpappenkartons 3 im Querschnitt. Im Stand der Technik wird Verpackungskarton beispielsweise als Wellpappenkarton 4 ausgebildet. Dieser besteht aus einem gewellten Wellenpapier 4, das zwischen zwei Deckenpapieren 5, 6 angeordnet ist und mit diesen zu einer Einheit verklebt ist. Das gewellte Wellenpapier 4 fungiert als Abstandshalter zwischen den Deckenpapieren 5, 6, um eine geforderte Biegesteifigkeit des Wellpappenkartons 3 zu gewährleisten. Das Wellenpapier 4 und die Deckenpapiere 5,6 werden jeweils auf Papiermaschinen in Papierfabriken hergestellt. Die Herstellung des Wellpappenkartons 3 erfolgt anschließend vor Ort oder in anderen Fabriken in einer Wellpappenanlage. Dort wird aus dem Wellenpapier 4 unter höherer Temperatur und durch Befeuchten des Wellenpapiers auf Riffelwalzen die Welle erzeugt und mit den Deckenpapieren 5, 6 verklebt. Das Wellenpapier 4 und die Deckenpapiere 5, 6 werden in Papiermaschinen in konventionellen Verfahrensschritten hergestellt. Ausgehend von einer wässrigen Faserstoffsuspension mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 10g/Liter werden das Wellenpapier 4 und das Deckenpapier 5, 6 durch Entwässern, Pressen und thermisches Trocknen hergestellt. Im Entwässerungsschritt werden der Suspension sehr große Siebwassermengen entzogen und teilweise dem Prozess wieder zugeführt. Dieser bekannte Herstellungsprozess ist aufwändig und erfordert zum einen viele Verfahrensschritte und zum anderen hohe Energiemengen zum Trocknen der hergestellten Papiere und zum Pumpen der beim Nassformieren frei werdenden großen Wassermengen.

In der Figur 2 ist ein Ausschnitt A einer erfindungsgemäßen Fasermatte 1 in vergrößerter, schematischer Darstellung im Querschnitt dargestellt, welche eine Dicke 2 von mehr als 1 mm und ein spezifisches Volumen von größer als 1,6 cm 3 /g aufweist. Der Ausschnitt A soll lediglich den Aufbau der Fasermatte 1 zeigen. Auf eine Darstellung der räumlichen Struktur der Fasermatte 1 wurde daher in dieser Darstellung verzichtet. Beispiele der Fasermatte 1 mit räumlicher Struktur sind in den Figuren 3 a bis 3d gezeigt. Die dargestellten Einzelfasern und Faserbündel sind im Wesentlichen anisotrop ausgerichtet, das heißt deren Orientierung weist in diesem Beispiel keine Vorzugsrichtung auf. Es ist jedoch auch möglich den Formierungsprozess so zu gestalten, dass eine statistische Orientierung der Einzelfasern und/oder der Faserbündel vorhanden ist, das heißt die Häufigkeitsverteilung der Lage der Einzelfasern und/oder Faserbündel weist eine Vorzugsrichtung innerhalb des Volumens der Fasermatte auf. Die Vorzugsrichtung kann längs oder quer zur Produktionsrichtung oder in Dickenrichtung zeigen. Die Einzelfasern und/oder die Faserbündel liegen innerhalb der Fasermatte 1 in einem lockeren Verband vor, wobei jedoch das spezifische Volumen den Wert von 10 cm 3 /g nicht überschreitet. Das spezifische Volumen berechnet sich aus dem Quotient der Dicke und dem Flächengewicht der Fasermatte 1. Die Einzelfasern und/oder die Faserbündel sind an den Berührpunkten miteinander durch das Bindemittel Stärke zu einer Einheit miteinander verklebt.

Die Figur 3 a zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermatte mit räumlicher Struktur 1. Die Fasermatte 1 dient als Ersatz für das gewellte Wellenpapier im bekannten Wellpappenkarton. In diesem Falle wird die Fasermatte 1 mit weiteren, hier nicht darhestellten, Deckenlagen, welche nach dem konventionellen Verfahren hergestellt sind, verbundenen. Die Deckenlagen können jedoch auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein. Auf der Oberseite und auf der Unterseite der Fasermatte ist jeweils eine Deckenlage mit der Fasermatte 1 klebend verbunden. Der Ausschnitt A ist in der Figur 2 in vergrößerter und in schematischer Darstellung verdeutlicht. In diesem Beispiel besitzt die räumliche Struktur der Fasermatte eine zick-zack förmige Form. Weitere mögliche räumliche Strukturen der Fasermatte 1 sind in den Figuren 3b bis 3d dargestellt. . Der jeweilige Ausschnitt A ist in der Figur 2 in vergrößerter und in schematischer Darstellung verdeutlicht. In der Figur 3b ist eine sinusförmige, wellige Struktur gezeigt und in der Figur 3 c eine wellige, aus Halbkreisen gebildete räumliche Struktur gezeigt.

Die Fasermatte 1 kann als Ersatz für die gewellten Wellenpapiere endlos als Rollenware hergestellt und anschließend weiterverarbeitet werden.

Die Fasermatte 1 kann auch stückweise als Formatware 9 hergestellt und zu Produkten, wie beispielsweise Verpackungsschachteln 10, weiterverarbeitet werden. Diese können als Obstkisten, Gemüseschachteln eingesetzt werden. In der Figur 3d ist eine erfindungsgemäße Fasermatte 1 mit räumlicher Struktur in perspektivischer Darstellung gezeigt. Der Ausschnitt A der Fasermatte 1 ist wiederum in der Figur 2 vergrößert dargestellt. Die Form der räumlichen Struktur der Fasermatte 1 ist auf das aus der Fasermatte 1 herzustellende Produkt abgestimmt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um das Produkt von drei Verpackungsschachteln 10. Die räumliche Struktur der Fasermatte 1 entspricht der räumlichen Form eines aus der Fasermatte hergestellten Produktes. In diesem Beispiel von drei Verpackungsschachteln 10, die jeweils einen Boden 11 und Seitenwände 12 aufweisen. Um die einzelnen Verpackungsschachteln 10 zu erhalten müssen diese in einem nachfolgenden Schritt von Hand oder maschinell ausgeschnitten, das heißt von der restlichen Fasermatte 1 getrennt werden. Die dargestellten Verpackungsschachteln 10 weisen in diesem Beispiel keinen Deckel auf. In einem weiteren Verarbeitungsschritt können zum Beispiel Grifföffnungen aus den Seitenwänden 12 ausgeschnitten werden. Die dargestellten Verpackungsschachteln 10 werden im Formierungsschritt auf einem luftdurchlässigen Trägerelement gebildet, das als umlaufendes Band ausgeführt ist. Die Oberfläche des Trägerelements weist komplementäre Strukturen zu den zu erzeugenden Verpackungsschachteln 10 auf.

Im Formierungsschritt können die Einzelfasern und/oder die Faserbündel auch nur im Bereich der Struktur des Trägerbandes abgelegt werden. Die Verpackungsschachteln 10 werden somit einzeln stückweise als Formatware 9 hergestellt. In diesem nicht dargestellten Fall müssen sie nicht vom Rest der Fasermatte 1 getrennt werden, sondern nur aus der Struktur des Trägerbandes herausgelöst werden.

In der Figur 4 ist ein beispielhafter Herstellungsprozess zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasermatte 1 dargestellt. Der gesammelte faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13, umfassend Wellpappenabfälle und/oder Kartonabfälle und/oder Altpapier und/oder Papier- oder Kartonabfälle aus der Papierherstellung, wird für die Aufbereitungsanlage 14 bereitgestellt, wobei die Einzelfasern und/oder die Faserbündel wasserarm aufbereitet werden. Der Wasseranteil an der Gesamtmasse des Ausgangsstoffes ist dabei stets kleiner als 40%. Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13 wird in der Aufbereitungsanlage 14 im Luftstrom zu Rohstoffware für den Formierungsschritt aufbereitet. Der faserstoffhaltige Ausgangsstoff 13 wird in einer Reinigungsstufe 21 von metallischen Gegenständen und grobem Schmutz gereinigt. Die Reinigungsstufe 12 umfasst einen Metalldetektor oder einen Schwerkraftsichter. Anschließend erfolgt eine Grobzerkleinerung des faserstoffhaltigen Ausgangsstoffes 13 auf eine Größe der Einzelstücke von kleiner oder gleich 60 mm mal 60 mm in einer Zerkleinerungsstufe 22, welche einen 2-Wellenshredder oder eine Schneidmühle umfassen kann. Anschließend kann optional eine weitere Reinigungsstufe 23 vorgesehen sein, in welcher mittels Schweroder Fliehkraftsichter, beispielsweise Windsichter oder Zyklon und Metallabscheidern Störstoffe entfernt werden. Nachfolgend erfolgt die Zerlegung des zerkleinerten Ausgangsstoffes in Einzelfasern und/oder Faserbündel in einer Zerfaserungsstufe 24 - ebenfalls im Luftstrom. Die so entstandene Rohstoffware wird zur Formierung der Einzelfasern und/oder Faserbündel einer Trockenformiervorrichtung 15 zugeführt. Dabei wird die Rohstoffware im Luftstrom über eine Verteileinrichtung mit Leitblechen oder Mischaggregaten auf die Oberfläche eines umlaufenden, luftdurchlässigen Siebes als Trägerelement gegeben. Zur Unterstützung der Formierung ist auf der der Oberfläche gegenüber liegenden Fläche ein Saugkasten zur Absaugung von Luft aus der Formierzone vorgesehen. Nach dem Formierungsschritt erfolgt die Verfestigung in einer Verfestigungsvorrichtung 16. Zur Verfestigung wird ein Bindemittel, in diesem Beispiel Stärke eingesetzt. Die Bindemittelzugabe 25 erfolgt in der Zerfaserungsstufe 24. Optional ist eine Bindemittelzugabe 25', 25" in die Zerkleinerungsstufe 22 oder in die Trockenformiervorrichtung 15 vorgesehen. In der Verfestigungsstufe 16 kann das Bindemittel durch Anwendung von Wärme aktiviert werden. Hierzu kann die Fasermatte bedampft, bestrahlt, beispielsweise mit Mikrowellen, oder mit heißen Flächen in Kontakt gebracht werden. Die Verfestigung kann auch durch Aufsprühen mit Wasser oder durch Pressen erfolgen. Für den Fall einer endlosen Herstellung der Fasermatte 1 wird diese in einer Aufrollung 17 aufgerollt und als Rollenware 18 zur weiteren Verarbeitung transportiert. Im Falle einer stückweisen Herstellung der Fasermatte 1 wird diese in diesem Beispiel einer Schneidvorrichtung 19 zugeführt. Dort wird die auf das aus der Fasermatte 1 herzustellende Produkt abgestimmte Kontur von der restlichen Fasermatte 1 ausgeschnitten und als Formatware versandt. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die mit einer räumlichen Struktur hergestellte Fasermatte 1 in einer Umformvorrichtung 7 zu einem Produkt 8 umgeformt werden.

Bezugszeichenliste

1 Fasermatte

2 Dicke

3 Wellpappenkarton

4 Wellenpapier

5 Deckenpapier

6 Deckenpapier

7 Umformvorrichtung

8 Produkt

9 Formatware

10 Verpackungsschachtel

1 1 Boden

12 Seitenwände

13 Ausgangsstoff

14 Aufbereitungsanlage

15 Trockenformiervorrichtung

16 Verfestigungsvorrichtung

17 Aufrollung

18 Rollenware

19 Schneidvorrichtung

20 Formatware

21 Reinigungsstufe

22 Zerkleinerungsstufe

23 Reinigungsstufe

24 Zerfaserungsstufe

25 Bindemittelzugabe

25' Bindemittelzugabe

25" Bindemittelzugabe

A Ausschnitt