ABBAUBAREM FASERMATERIAL

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faser formprozess in einer Faserformanlage, eine solche Faserformanlage zur Ausführung des obigen Verfahrens und ein mit solcher Faser formanlage oder mit solchem Verfahren hergestelltes Formteil.

Hintergrund der Erfindung Es ist wünschenswert, Bürger und Umwelt vor KunststoffVerschmutzung zu schützen. Insbesondere verursachen Einwegplastik-Produkte wie Verpackungsmaterialien oder Plastikbesteck und Plastikgeschirr eine große Abfallmenge. Insofern besteht für Verpackungsmaterialien und Behältnisse aus Kunststoff ein steigender Bedarf an Ersatzmaterialien, mit denen diese Produkte aus recycelbaren Kunststoffen, Materialien mit weniger Kunststoffanteil oder gar aus kunststofffreien Materialien herzustellen.

Die Vorstellung, Naturfasern anstelle von klassischen Kunststoffen im Extrusionsverfahren zu verwenden, existiert mindestens schon seit Anfang der 1990er Jahre, siehe beispielsweise EP 0447 792 Bl. Rohstoffgrundlage ist hier, wie in den meisten faserverarbeitenden Verfahren, die Pulpe. Prinzipiell besteht die Pulpe aus Wasser, Naturfasern und einem Bindemittel wie zum Beispiel industrielle Stärke (Kartoffelstärke) und weist eine breiige Konsistenz auf.

Da Verbraucher an verschiedensten naturverträglichen Produkte mit unterschiedlichen Größen, Formen und Anforderungen interessiert sind und diese nicht unbedingt in sein- großen Stückzahlen nachffagen, wäre es wünschenswert, ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine zur Verfügung zu haben, um diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar hersteilen zu können.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine bereitzustellen, mit dem diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels eines Faserformprozesses in einer Faser formanlage umfassend nachfolgende Schritte:

Bereitstellen einer Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;

Kontaktieren eines Saugwerkzeugs mit der Pulpe mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe, wobei das Saugwerkzeug einen Saugkopf mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite umfasst, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist;

Anformen des Formteils mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials auf die Saugkopf-Saugseite mittels Unterdrück im Saugwerkzeug; Vorpressen des angeformten Formteils in einer Vorpressstation mit einem Vorpressdruck zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck zur Endformung des Formteils und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil in einer Heißpressstation; und Ausgabe des endgeformten Formteils.

Der Begriff „umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial“ bezeichnet Fasermaterialien, die sich unter Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Temperatur und/oder Licht zersetzen lassen, wobei der Zersetzungsprozess kurzfristig erfolgt, also beispielsweise im Bereich von Tagen, Wochen oder wenigen Monaten. Das „umweltverträglich abbaubare Fasermaterial“ wird im Folgenden der Einfachheit halber auch zum Teil nur als „Fasermaterial“ bezeichnet. Hierbei sollen vorzugsweise weder vom Fasermaterial noch von den Zersetzungsprodukten eine Umweltgefährdung oder Kontamination ausgehen. Fasermaterialien, die im Sinne der vorliegenden Erfindung ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial darstellen, sind beispielsweise Naturfasern gewonnen aus Zellstoff, Papier, Pappe, Holz, Gras, Pflanzenfasern, Zuckerrohresten, Hanf etc. oder aus deren Bestandteilen oder Teilen davon und/oder entsprechend recyceltes Material. Ein umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial kann aber auch künstlich hergestellte Fasern wie beispielsweise PLA (Polylactide) etc. bezeichnet, die den voranstehenden Fasermaterialien entsprechen oder deren Eigenschaften besitzen. Vorzugsweise ist das umweit verträglich abbaubare Fasermaterial kompostierbar. Vorzugsweise ist das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial und die daraus hergestellten Behältnisse für die Einbringung in den Wertstoffkreislauf der deutschen Biotonne und als Ressource für Biogasanlagen geeignet. Vorzugsweise sind die Fasermaterialien und die daraus hergestellten Behältnisse biologisch abbaubar gemäß EU-Norm EN 13432.

Der Begriff „Pulpe“ bezeichnet fluide Massen, die Fasern enthalten, hier das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial. Der Begriff „flüssig“ bezeichnet hier den Aggregatzustand der Pulpe, wobei die flüssige Pulpe das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial in Form von Fasern umfasst. Hierbei können die Fasern als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe aus mehreren zusammenhängenden Faser vorliegen. Die Fasern stellen das Fasermaterial unabhängig davon dar, ob sie sich als einzelne Fasern, als Fasergebilde oder Fasergruppe in der Pulpe befinden. Hierbei sind die Faser in der flüssigen Lösung so gelöst, dass sie mit möglichst gleicher Konzentration ortsunabhängig in der flüssigen Lösung schweben, beispielsweise als Gemisch oder Suspension aus flüssiger Lösung und Fasermaterial. Dazu kann beispielsweise die Pulpe in manchen Ausführungsformen entsprechend temperiert und/oder umgewälzt werden. Die Pulpe besitzt vorzugsweise eine niedrige Stoffdichte, d.h. einen Anteil von Fasermaterial kleiner 8%. In einer Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Pulpe mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, verwendet. Dieser geringe Anteil an Fasermaterial kann unter anderem eine Verklumpung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung vermeiden, sodass das Fasermaterial noch mit guter Qualität am Saugwerkzeug anformbar ist. Verklumptes Fasermaterial kann zwar durch das Saugwerkzeug angesaugt werden, würde aber vermutlich ein Formteil mit fluktuierender Schichtdicke zur Folge haben, was in der Produktion der Formteile nach Möglichkeit zu vermeiden ist. Insofern sollte der Anteil des Fasermaterials in der Pulpe klein genug sein, damit ein Verklumpen oder ein Aneinanderketten nicht oder nur in einem vernachlässigbaren Maße erfolgt. Die flüssige Lösung kann dabei jede für den Faserformprozess geeignete Lösung sein. Beispielsweise kann die Pulpe eine wässerige Lösung mit dem umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial sein. Eine wässrige Lösung stellt unter anderem eine einfach handhabbare Lösung dar.

Der Faserformprozess bezeichnet die Prozessschritte, die an der Formung des Formteils beteiligt sind beginnend mit der Bereitstellung der Pulpe, des Anformens des Formteils im Saugwerkzeug aus dem Fasermaterial aus der Pulpe, des Vorpressens des Formteils, des Heißpressen des Formteils und gegebenenfalls des Beschichtens des Formteils mit funktionalen Schichten, wobei das Beschichten an jeder dafür für die jeweilige aufzubringende Schicht geeigneten Stelle im Faser formprozess angeordnet sein kann.

Die Formteile können dabei eine beliebige Form, hier auch als Kontur bezeichnet, aufweisen, sofern diese Form (oder Kontur) im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist bzw. sich das Verfahren für die Herstellung dieser Form (oder Kontur) eignet. Hierbei können die für den Faserformprozess verwendeten Komponenten auf die jeweilige Form (oder Kontur) des Formteils angepasst sein. Bei unterschiedlichen Formteilen mit unterschiedlichen Formen (oder Konturen) können unterschiedliche entsprechend angepasste Komponenten wie beispielsweise das Saugwerkzeug, der Saugkopf, die Vorpressstation, die Heißpressstation etc. verwendet werden. Endgeformte Formteile können unterschiedlichste Produkte darstellen, beispielweise Becher, Behälter, Gefäße, Deckel, Schalen, Portionsgefäße, Umhüllen oder Umgefäße für unterschiedlichste Zwecke.

Das Saugwerkzeug bezeichnet hier das Werkzeug, in dem der oder die Saugköpfe zum Anformen des Formteils angeordnet sind. Bei einem einzelnen Saugkopf ist dieser auch das Saugwerkzeug. Bei mehreren simultan betriebenen Saugköpfen sind diese allesamt in dem gemeinsamen Saugwerkzeug angeordnet, sodass mit dem Bewegen des Saugwerkzeugs die einzelnen Saugköpfe im Saugwerkzeug gleichermaßen mitbewegt werden. Die Medienversorgung des Saugwerkzeugs mit mehreren Saugköpfen wird im Saugwerkzeug dabei in geeigneter Weise zu den einzelnen Saugköpfen geführt.

Das Aufsetzen des Saugwerkzeugs auf die Pulpe bezeichnet ein Berühren der Pulpe mit allen sich im Saugwerkzeug befindlichen Saugköpfen, die für das Anformen von Formteilen vorgesehen sind, in der Weise, dass aufgrund des mit dem Saugwerkzeug an die Pulpe angelegten Unterdrucks das Fasermaterial aus der Pulpe herausgesaugt beziehungsweise die Pulpe mit darin gelöstem Fasermaterial angesaugt wird. Beim partiellem Eintauchen in die Pulpe wird das Saugwerkzeug nicht nur auf die Pulpe aufgesetzt, sondern in sie hineingetaucht. Die Eintauchtiefe des Saugwerkzeugs in die Pulpe hängt von der jeweiligen Anwendung und dem jeweiligen Faserformprozess ab und kann sich je nach Anwendung und gegebenenfalls dem anzuformenden Formteil unterscheiden. Ein partielles Eintauchen des Saugkopfes bzw. des Saugwerkzeugs ist vorteilhaft, da der Pulpe- Spiegel im Reservoir durch die Bewegungen des Saugkopfes/Saugwerkzeugs schwanken könnte und bei einer unebenen Oberfläche der Pulpe aufgrund Wellenbewegungen ein reines Aufsetzen ein lokal ungenügendes Ansaugen zur Folge haben könnte.

Hierbei kann der Saugkopf eine sogenannte Negativform besitzen. Als Negativform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Innenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Innenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe eine Kavität bildet, in die die Pulpe mit dem Fasermaterial eingesaugt wird (wie in Fig.2 dargestellt). Bei einer Negativform ist die Außenseite des späteren Formteils zur Innenseite des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher innen auf der Innenseite des Saugkopfes.

Hierbei kann der Saugkopf alternative auch eine sogenannte Positivform besitzen. Als Positivform wird eine Form bezeichnet, wo sich die Saugseite des Saugkopfes, also die Seite, wo sich das Fasermaterial aufgrund der Saugwirkung des Saugkopfes ablagert und damit das Formteil anformt, auf der Außenseite des Saugkopfes befindet, sodass diese Außenseite nach Aufsetzen des Saugkopfes auf die Pulpe oder Eintauchen des Saugkopfes in die Pulpe keine Kavität bildet (wie in Fig.3 dargestellt). Bei einer Positivform ist die Innenseite des späteren Formteils zur Außenseiten des Saugkopfes gerichtet. Das Formteil sitzt nach Anformung daher auf der Außenseite des Saugkopfes auf.

Das Anformen des Formteils bezeichnet ein erstes Vorformen des Formteils, wobei sich dieses aus vormals willkürlich in der Pulpe verteiltem Fasermaterial mittels Anlagerung des Fasermaterials an die Kontur des Saugkopfes mit der entsprechenden Kontur bildet. Das angeformte Formteil besitzt noch einen großen Anteil, beispielsweise 70% - 80%, an flüssiger Lösung, beispielsweise Wasser, und ist daher noch nicht stabil formbeständig. Das Vorpressen des angeformten Formteils verringert den Anteil der flüssigen Lösung im Formteil deutlich, beispielsweise auf 55% - 65%, sodass die Kontur des Formteils nun bereits wesentlich stabiler ist. Mit dem Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck wird das Formteil bei weiterer Reduktion des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil, beispielsweise auf unter 10%, vorzugsweise auf circa 7%, endgeformt, wonach es anschließend stabil und formbeständig ist.

Die Ausgabe des endgeformten Formteils bezeichnet die Abgabe des Formteils zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung, beispielsweise zu Schneid-, Beschriftungs-, Be- druckungs-, und/oder Packstationen. Durch die Kombination der Anform-, Vorpress- und Heißpressschritte wird auf einfache Weise aus einem Fasermaterial ein Formteil hergestellt, das sehr flexibel je nach Ausgestaltung der Kontur des Saugkopfes Formteile mit unterschiedlichsten Konturen liefern kann. Hierbei stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Durch die Kombination der Anform-, Vorpress- und Heißpressschritte können die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzier barkeit hergestellt werden.

Das erfmdungsgemäße Verfahren stellt somit ein Herstellungsverfahren für umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern und eine entsprechende Maschine dar, mit dem diese Produkte (Formteile) effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen sind.

In einer Ausführungsform umfasst dabei die Pulpe keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Ohne Binder sind die hergestellten Formteile aus ursprünglich umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial weiterhin umweltverträglich abbaubar, da kein umweltkritischer Binder, vorzugsweise überhaupt kein Binder, verwendet wird. Der Verzicht auf Binder wird durch die Kombination der An form-, Vorpress- und Heißpressschritte ermöglicht, die in ihrer Gesamtheit eine gute mechanische Verkettung der einzelnen Fasern miteinander im Fasermaterial des Formteils gewährleisten. Die mechanische Verkettung ist bei erfmdungsgemäßen Verfahren dabei so stark, dass zur Formstabilität des Formteils auf Binder verzichtet werden kann. In einer weiteren Ausführungsform besteht das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Bei Fasern dieser Länge erhält man unter anderem eine gute homogene Lösung des Fasermaterials in der flüssigen Lösung, sodass der Verklumpungsgrad der Fasern in der Pulpe hinreichen gering ist für einen guten reproduzierbaren Faserformprozess für das Formteil.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Pulpe mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt. Diese geringen Temperaturen ermöglichen unter anderem eine einfache Prozessführung, insbesondere bei Raumtemperatur.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Pulpe Dotierungen oder Bestandteile, die über die Pulpe zum Beginn des Formprozesses in das Fasermaterial eingebracht werden. Solche Dotierungen können beispielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mine ralstoffe, Emährungs- und Pflegezusätze etc. sein, die aufgrund der späteren Verwendung und der dann herrschenden Bedingungen aus dem Fasermaterial herausdiffündieren, herausgelöst werden oder beim umweltverträglichen Abbauen des Formteils Zurückbleiben.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Saugkopf zum Kontaktieren vollständig in die Pulpe eingetaucht. Das vollständige Eintauchen ist insbesondere für einen Saugkopf als Positivform geeignet, da hier im Gegensatz zu einer Negativform keine innere Kavität im Saugkopf existiert, in der zwischen Pulpe und Saugfläche ein Unterdrück zum Ansaugen des Fasermaterials erzeugt werden kann. Um eine möglichst gleichmäßige Ansaugung von Fasermaterial zu gewährleisten, ist es bei einer Positivform vorteilhaft, den Saugkopf vollständig in die Pulpe einzutauchen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Saugkopf-Saugseite des Saugkopfes aus einem porösen Sieb gebildet, auf dessen der Pulpe zugewandten Pulpen-Seite die umweltver träglich abbaubare Faser aufgrund des Ansaugens zum Anformen des Formteils anhaftet. Das Sieb muss eine Porosität besitzen, damit die Pulpe samt Fasermaterial durch das Sieb angesaugt werden kann und die flüssige Lösung der Pulpe durch das Sieb hindurchtreten kann. Dennoch darf die Porosität des Siebes nicht zu groß sein, damit das Fasermaterial sich auf der Pulpen-Seite anhaften kann.

In einer weiteren Ausfuhrungsform wird während des Anformens die durch das Sieb hin durchtretende flüssige Lösung der Pulpe aus dem Saugwerkzeug abgeführt. Beim Anfor men bzw. Ansaugen wird der Gehalt der flüssigen Lösung im angeformten Fasermaterial bereits um beispielsweise ca. 20% - 30% gegenüber der Pulpe verringert. Diese flüssige Lösung gelangt durch das Sieb hindurch in den Saugkopf. Damit der Saugkopf die flüs sige Lösung nicht Zwischenlagern muss, wird diese aus dem Saugkopf und damit auch aus dem Saugwerkzeug abgeführt. Die abgefuhrte flüssige Lösung kann wieder in einen Pulpe- Aufbereiter zurückgefiihrt und im Faserformprozess wiederverwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Saugkopf an seiner der Pulpe zugewandten Stirnseite einen Sammelring zur Aufnahme der abzuführenden flüssigen Lösung, an dem ein Abführkanal für die flüssige Lösung angeschlossen ist. So lässt sich unter ande rem die durch das Sieb hindurchgetretene flüssige Lösung aus dem Saugkopf und damit dem Saugwerkzeug sicher abführen, damit diese flüssige Lösung nicht die Saugkraft des Saugkopfes negativ beeinflusst.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Saugwerkzeug eine um das Sieb auf dessen der Pulpe-Seite entgegengesetzten Seite herum verteilte Vielzahl an Saugkanälen. Durch die Vielzahl an Saugkanälen ist es unter anderem möglich, über die gesamte Fläche des Siebes Pulpe mit Fasermaterial anzusaugen, damit sich das Formteil flächenformig an dem Sieb anformen kann.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Saugkanäle so um das Sieb verteilt und an geordnet und eine Struktur des Siebes ist so gestaltet ist, dass eine im Wesentlichen glei che Saugleistung in allen Bereichen der Pulpe-Seite des Siebes anliegt. Der Begriff „im Wesentlichen“ bezeichnet hier eine Homogenität der Saugleistung, die hinreichend ist, um ein gleichmäßig angeformtes Formteil ohne nennenswerte Schichtdickenvariationen an den Ecken und Kanten des Formteils sowie über die Flächen des Formteils zu erreichen. Das resultierende endgeformte Formteil besitzt dadurch eine Variation der Schicht dicken von weniger als 7% zur gewünschten Schichtdicke. In einer weiteren Ausfüh- rungsform weisen die Saugkanäle dazu eine ungleichmäßige Verteilung unterhalb des Siebes auf, wobei im Bereich von (negativ Formen bzw. Innenkante) Kanten im Formteil um ca. 50% weniger Saugkanäle pro Flächeneinheit angeordnet sind. Bei positiven oder außen Kanten wird die Anzahl der Saugkanäle um ca. 20% pro Flächeneinheit vergrößert. Diese geringere Dichte an Saugkanälen im Bereich von Kanten (bezeichnet hierbei alle Ecken und Kanten, Vertiefungen und andere stärkere Konturveränderungen im Formteil) führt dazu, dass Materialüberschüsse oder Materialunterschüsse im Bereich der Kanten relativ zu sonstigen Materialstärken auf Flächen ohne Kanten vermieden werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Saugwerkzeug ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen. Mit einem Multiwerkzeug können simultan aus einem gemein samen Pulpebad eine Vielzahl an Formteilen entsprechend der Anzahl der Saugköpfe an geformt werden, was den Durchsatz der Faserformanlage erhöht und die Faserformanlage somit wirtschaftlicher produzieren lässt.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Saugkopf-Saugfläche entweder als Negativform die Saugkopf-Innenseite oder als Positivform die Saugkopf- Außenseite ausgeführt ist. Bezüglich der Begriffe „Negativform“ und „Positivform“ ist auf die voranstehenden Erläuterungen dazu verwiesen. Je nach gewünschter Form bzw. Kontur des Formteils können Negativformen oder Positivformen des Saugkopfes vorteilhaft sein.

In einer weiteren Ausführungsform verbleibt das Formteil zum Vorpressen am Saugwerkzeug. Da das Formteil beim Anformen im Saugkopf noch relativ feucht und damit wenig formstabil ist, ist es für einen fehlerfreien und qualitativ guten Prozess vorteilhaft, das Formteil zumindest bis Beendigung des Vorpressens im Saugkopf zu belassen, um even tuell formbeschädigende Werkzeugwechsel für das Formteil zu vermeiden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorpressstation ein Vorpress-Unterwerk- zeug, an das das Saugwerkzeug mit angeformtem Formteil angesetzt wird, sodass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Saugwerkzeug angeordnet ist und das Saugwerkzeug mit dem Vorpressdruck auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst wird. Das Saugwerkzeug ist zur Ausübung des Vorpressdrucks auf das Vorpress-Unterwerkzeug geeignet ausgestaltet. Hierbei kann das Saugwerkzeug auf ein ruhendes Vorpressunterwerkzeug gepresst werden oder das Vorpress-Unterwerkzeug wird auf ein ruhendes Saugwerkzeug gepresst. Die Bezeichnung „ansetzen“ bezeichnet nur die relative Bewegung des Saugwerkzeugs zum Vorpress-Unterwerkzeug. Beim Vorpressen stellt das Saugwerkzeug das Vorpress-Oberwerkzeug der Vorpressstation dar. In einer Ausführungsform wird das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug aufgesetzt und mittels einer separaten Presseinheit, vorzugsweise einer Kolbenstange, auf das Vorpress-Unterwerkzeug gepresst. Alternativ kann das Saugwerkzeug auch an einem Roboterarm befestigt sein, der den Vorpressdruck selber über das Saugwerkzeug auf das Vorpress-Unterwerkzeug ausübt. Hierbei kann analog zu einem Saugwerkzeug als Multiwerkzeug auch das Vorpress- Unterwerkzeug als Multiwerkzeug ausgeführt sein, um alle angeformten Formteile des Saugwerkzeugs simultan zueinander mit dem Vorpressdruck zu beaufschlagen und damit das Vorpressen für alle Formteils simultan durchzuführen.

In einer weiteren Ausführungsform wird dabei das Saugwerkzeug mit Negativform als Saugkopf-Saugfläche auf das Vorpress-Unterwerkzeug (mit entsprechender Positivform) aufgesetzt oder mit Positivform als Saugkopf-Saugfläche in das Vorpress-Unterwerkzeug (als entsprechende Negativform) eingesetzt.

In einer weiteren Ausführungsform hat das Vorpress-Unterwerkzeug eine dem Formteil zugewandte Pressfläche, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb. Dadurch wird ein homogener Druck auf das Formteil ausgeübt. Zusätzlich ist damit die Haftung zwischen Vorpress-Unterwerkzeug und Formteil geringer als bei strukturierten Oberflächen des Vorpress-Unterwerkzeugs, wodurch es sichergestellt wird, dass die vorgepressten Formteile zur Weitergabe an die Heißpressstation ohne weitere apparative Maßnahmen im Saugwerkzeug und nicht am Vorpress-Unterwerkzeug verbleiben, was eine Störung im Produktionsprozess hervorrufen würde. Gegebenenfalls kann das Saug werkzeug für die Weitergabe der vorgepressten Formteile an die Heißpressstation einen geeigneten Unterdrück im Saugwerkzeug erzeugen, um die Anhaftung der Formteile am Saugwerkzeug zu verbessern.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Vorpress-Unterwerkzeug aus Metall oder zu mindest zum Teil aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Silikon gefertigt ist. Aus Vor- press-Unterwerkzeuge aus Metall eignen sich insbesondere für Fälle, wo beim Vorpressen eine Temperatur größer Raumtemperatur oder ein besonders hoher Vorpressdruck angelegt werden sollen. Vorpress-Unterwerkzeuge aus einem Elastomer oder zumindest teilweise aus dem Elastomer sind bei Multiwerkzeugen als Saugwerkzeug und Vorpress- Unterwerkzeug vorteilhaft, da sich das Elastomer unter Druck noch leicht verformen lässt und sich somit an ein sich möglicherweise unter dem Vorpressdruck verbiegendes Multi- Saugwerkzeug flexibel anpasst und damit die Homogenität der Formung der diversen Formteile im Multi-Saugwerkzeug verbessert. Für erhöhte Vorpress-Temperaturen unterhalb von 100°C ist beispielsweise Silikon als Elastomer als ein in diesem Bereich temperaturbeständiges Material ebenfalls gut geeignet.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Vorpressen als Membranpressen ausgeführt. Das Membranpressen ist besonders für Geometrien des Formteils geeignet, wo auf eine große Fläche Druck ausgeübt werden soll. Mit einem Membranpressen können auch Flä chen simultan unter gleichen Druck gesetzt werden, die in beliebiger räumlicher Ausrich tung senkrecht zueinanderstehen, da beim Membranpressen der Vorpressdruck mittels Gasdruck, beispielsweise mittels Pressluft, erzeugt wird, der richtungsunabhängig auf die Membran wirkt. Dies wäre mit einer Druckkolbenstange beispielsweise nicht möglich.

In einer weiteren Ausführungsform ist daher für das Membranpressen das Vorpress-Unterwerkzeug als flexible Membran ausgeführt und der Vorpressdruck wird als Gasdruck an die Membran angelegt, die daraufhin auf die Außenkontur das Formteils gepresst wird. Die Membran ist hierzu gasundurchlässig und flexibel, um sich unter Gasdruck an die Form des Formteils anschmiegen zu können. Als Membranen können beispielsweise Kautschukmembranen verwendet werden. Die Membran sollte eine Konturtreue von we niger als 20% aufweisen und kann lokal unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise mit dünneren und dickeren Wandstärken und/oder näher an der Kontur angeordnet bzw. weiter davon weg.

In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Vorpressen bei einer Temperatur der Vorpressstation kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgefuhrt. Durch das Vorpressen wird der Flüssigkeitsgehalt im Formteil auf ca. 55% - 65% reduziert und das Formteil so vorgefestigt, dass es für eine Werkzeugüber gabe hinreichend formstabil ist. Eine zu hohe Temperatur würde den Flüssigkeitsgehalt im Formteil zu weit absenken, wodurch das Material für das nachfolgende Heißpressen bereits zu steif wäre. Gerade die Kombination aus Vorpressen und Heißpressen ermög licht eine reproduzierbare Herstellung von Formteilen mit guter Qualität und einer gerin gen Ausschussmenge.

In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Vorpressen bei dem Vorpressdruck zwi schen 0,2 N/mm ² und 0,3 N/mm ² , vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm ² und 0,27 N/mm ² , durchgeführt. Diese gegenüber dem Heißpressdruck geringeren moderaten Drücke ermöglichen ein schonendes Verfestigen des Formteils unter moderater Flüssigkeitsreduktion, was für einen ausschussarmen Heißpressvorgang vorteilhaft ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren nach erfolgtem Vorpressen den Schritt des Übergebens des vorgepressten Formteils mittels des Saugwerkzeugs an die Heißpressstation, wobei dabei das Formteil zum nachfolgenden Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt wird. Die Übergabe ist insofern vorteilhaft, da das Heißpressen bei hoher Temperatur mit deutlich höherem Druck durchgefuhrt wird. Falls das Formteil ohne Übergabe zum Heißpressen im Saugwerkzeug verbleiben würde, könnte sich das Fasermaterial im Sieb des Saugwerkzeugs verhaken und nur schwer, ggf. nur unter Beschädigung nach dem Heißpressen aus dem Saugwerkzeug entfernt werden. Außerdem könnte das Sieb durch den hohen Druck beschädigt werden, sodass das Saugwerkzeug danach nicht mehr funktionsfähig wäre. Die Übergabe kann dabei so erfolgen, dass das oder die Formteile aus dem Saugwerkzeug passiv durch Ablegen oder aktiv mittels eines Auswerfdrucks Im Saugwerkzeug gegen die Formteile an die Heißpressstation übergeben werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Heißpressstation dazu ein Heißpress-Un- terwerkzeug mit einer Heißpressseite angepasst an eine Kontur des Formteils und ein entsprechend geformtes Heißpress-Oberwerkzeug, wobei beim Übergeben das Formteil vom Saugwerkzeug auf das Heißpress-Unterwerkzeug auf- oder eingesetzt wird und beim Heißpressen das Heißpress-Oberwerkzeug auf das Heißpress-Unterwerkzeug mit dem da- zwischen angeordneten Formteil gepresst wird. Je nachdem, ob die Saugköpfe des Saugwerkzeugs eine Negativform oder Positivform besitzen, wird das Formteil auf das Heißpress-Unterwerkzeug aufgesetzt (Negativform) oder eingesetzt (Positivform). Insofern ist die Heißpressseite bei einer Negativform die Außenseite und bei einer Positivform die Innenseite des Heißpress-Unterwerkzeugs. Entsprechend komplementär ist jeweils das Heißpress-Oberwerkzeug geformt. Die beiden Heißpress-Ober- und Unterwerkzeuge können im Zusammenspiel hohe Drücke bei hohen Temperaturen an das Formteil dazwischen anlegen. In einer weiteren Ausführungsform ist dafür zumindest das Heißpress- Unterwerkzeug aus Metall gefertigt.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Heißpress-Unterwerkzeug Kanäle zu sei- ner Außenseite, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen zumindest teilweise abgeführt werden kann. Durch die Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil von ca. 55% - 60% auf nunmehr unter 10% wird eine Menge an Flüssigkeit frei, die aufgrund der hohen Temperaturen beim Heißpressen zumindest zum Teil verdampft. Dieser Dampf wird deshalb über die Kanäle abgeführt, damit das Formteil unter anderem durch den Dampf nicht beschädigt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Heißpress-Oberwerkzeug zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite an die Kontur des Formteils angepasst, vorzugsweise ist das Heißpress-Oberwerkzeug aus Metall gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform besitzen Heißpress-Unterwerkzeug und Heißpress- Oberwerkzeug beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug eine höhere Temperatur als das Heißpress-Unterwerkzeug. Dadurch erhält das Formteil unter anderem eine bessere Oberfläche, insbesondere auf der wärmeren Seite. In einer weiteren Ausfuhrungsform unterscheiden sich dafür die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C.

In einer weiteren Ausfuhrungsform wird das Heißpressen bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgeführt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Heißpressen bei dem Heißpressdruck höher dem Vorpressdruck durchgeführt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden, insbesondere in Kombination mit obigen Temperaturen. In einer weiteren Ausführungsform wird dazu der Heißpressdruck zwischen 0,5 N/mm ² und 1,5 N/mm ² , vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm ² und 1,2 N/mm ² , durchgeführt.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Heißpressdruck für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt. Damit kann eine Reduktion der Flüssigkeit (oder Feuchtigkeit) im Formteil auf unter 10% erreicht werden, insbesondere in Kombination mit obigen Temperaturen und Heißpressdrücken.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontur des Formteils so gestaltet, dass alle Flächen des Formteils einen Winkel a von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung beim Heißpressen besitzen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Heißpressdruck an allen Flächen des Formteils angelegt werden kann. Auf Flächen parallel zur Druckrichtung beim Heißpressen kann kein Druck ausgeübt werden. Der Heißpressdruck wird beispielsweise über eine Kolbenstange hydraulisch an die Heißpressstation angelegt, wobei diese Kolbenstange beispielsweise auf das Heißpress-Oberwerkzeug drückt, das dann wiederum auf das ruhende Heißpress-Unterwerkzeug drückt, mit dem Formteil dazwischen. Die Anordnung könnte auch umgekehrt ausgeführt sein.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt danach die Ausgabe des endgeformten Formteils an weiterverarbeitende Stationen der Faserformanlage, beispielsweise zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung, beispielsweise in einer Schneid-, Beschriftungs-, Bedruckungs-, und/oder Packstationen.

In einer weiteren Ausfuhrungsform umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Beschichtens des Formteils, vorzugsweise des endgeformten Formteils, mit ein oder mehreren funktionalen Schichten. Solchen funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtigkeits-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren sein.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Faser formanlage zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mittels des erftndungsgemäßen Verfahrens umfassend

Ein Reservoir zur Bereitstellung einer Pulpe als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial;

Ein an einer Bewegungseinheit angebrachtes Saugwerkzeug mit einem Saugkopf mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils angepasst ist, wobei die Bewegungseinheit dazu ausgestaltet ist, das Saugwerkzeug mit der Pulpe mittels Aufsetzen auf oder zumindest partielles Eintauchen in die Pulpe zu kontaktieren; wobei das Saugwerkzeug dazu ausgestaltet ist, das Formteil mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials auf die Saugkopf-Saugseite mittels Unterdrück im Saugwerkzeug anzuformen; eine Vorpressstation zum Vorpressen des angeformten Formteils mit einem Vorpressdruck zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; und eine Heißpressstation zum Heißpressen des vorgepressten Formteils mit einem Heißpressdruck zur Endformung des Formteils und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil; und einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe des endgeformten Formteils.

Die Ausgabeeinheit gibt dabei das Formteils zum Weitertransport oder zur Weiterbearbeitung aus, beispielsweise zu nachfolgenden Schneid-, Beschriftungs-, Bedruckungs-, und/oder Packstationen.

Durch die Kombination des Anformens mittels Pulpe und Saugwerkzeug, des Vorpress- sens mittels Vorpressstation, des Heißpressens mittels Heißpressstation und nachfolgender Ausgabe des Formteils mittels obiger Faserformanlage wird auf einfache Weise aus einem Fasermaterial ein Formteil hergestellt, das sehr flexibel je nach Ausgestaltung der Kontur des Saugkopfes Formteile mit unterschiedlichsten Konturen liefern kann. Hierbei stellt das Verhältnis Breite beziehungsweise Durchmesser zu Höhe des Formteils keinen einschränkenden oder kritischen Parameter für die Qualität der Herstellung der jeweiligen Formteile dar. Durch die Kombination des Saugwerkzeugs zum Anformen mit den Vorpress- und Heißpressstationen können die Formteile sehr reproduzierbar und mit großen Genauigkeit und Güte bezüglich Form und Schichtdicke der einzelnen Formteilabschnitte hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Faserformanlage ist in der Lage, Fasern unterschiedlichster Art zu verarbeiten, sofern diese so in Lösung gebracht werden können, dass eine größere Verklumpung der Fasern in der flüssigen Lösung vor der Verarbeitung vermieden werden kann. Insbesondere können auf diese Weise stabile Formteile einfach, effektiv und flexibel aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial mit guter Qualität und guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Faserformanlage ermöglicht es also, umweltverträgliche Formteile aus Naturfasern effektiv, flexibel und mit guter Qualität reproduzierbar herzustellen.

In einer Ausführungsform umfasst die Faserformanlage eine Steuereinheit zur Steuerung des ausgefuhrten Verfahrens. Die Steuereinheit kann als Prozessor, separates Computersystem oder webbasiert ausgeführt sein und ist mit den zu steuernden Komponenten der Faserformanlage geeignet verbunden, beispielweise über Datenkabel oder drahtlos mittels WLAN, Funk oder anderer drahtloser Übertragungsmittel.

In einer weiteren Ausfuhrungsform umfasst die Faserformanlage zusätzlich eine Be schichtungseinheit zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil. Mit solchen funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtigkeits-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren auf das Formteil aufgebracht werden. Die Beschichtungseinheit kann hierzu an jeder für die aufzubringende Schicht geeigneten Position in der Prozessabfolge zur Herstellung des Formteils angeordnet sein. Hierbei kann die funktionale Schicht je nach Anwendung im Saugprozess, nach dem Vorpressen oder nach den Heißpressen angeordnet werden. Der Begriff „funktionale Schicht“ bezeichnet hier jede zusätzlich auf das ursprüngliche Fasermaterial aufgebrachte Schicht, die sowohl auf einer Innenseite und/oder auf einer Außenseite des Formteils ganzflächig oder in Teilbereichen aufgebracht ist.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Formteil aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemä ßen Faserformanlage.

In einer Ausführungsform besitzt das Formteil eine Kontur, bei der alle Flächen des Formteils einen Winkel von mindestens 3 Grad zu einer Pressrichtung beim Heißpressen besitzen. Bei einem solchen Formteil kann an alle Flächen ein minimal benötigter Heißpressdruck aufgebracht werden, um unter anderem den Gehalt an flüssigen Lösungsmittel im Fasermaterial soweit zu reduzieren, damit das Formteil formstabil ist

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Damit wird eine besonders gut umweltverträgliche Abbaubarkeit des Formteils erreicht. In einer weiteren Ausführungsform besteht das weltverträglich abbaubare Fasermaterial im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Dadurch kann einerseits das Formteil mit besserer Qualität gefertigt werden. Andererseits verringern kürzere Fasern die Oberflächenrauigkeit und Porosität des Formteils, sodass eventuelle Beschichtungen leichter auf das Formteil aufzubringen sind.

In einer weiteren Ausführungsform sind ein oder mehreren funktionalen Schichten auf dem umweltverträglich abbaubaren Fasermaterial des Formteils aufgebracht. Solche funktionalen Schichten können unter anderem zusätzliche Funktionalitäten wie Feuchtig- keits-, Wasser-, Aroma-, Geruchs- oder Geschmacksbarrieren oder Barrieren gegen Fette, Öle, Gase wie beispielsweise O2 und N2, leichte Säuren, alle Stoffe, die zur Verderblichkeit von Lebensmitteln beitragen, und/oder nicht lebensmitteltauglichen Stoffe besitzen.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fasermaterial des Formteils Dotierungen oder Bestandteile, die sich aufgrund ihrer Konzentration, einer Anwendung des Formteils, Umweltbedingungen aus dem Fasermaterial des Formteils in gewünschter Weise herauslösen, um eine für die Anwendung des Formteils unterstützende Wirkung zu entfalten. Diese Dotierungen oder Bestandteile können bereits in der Pulpe vorhanden und mit dem Faserformprozess in das Formteil gelangen. Solche Dotierungen können bei spielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mineralstoffe, Emährungs- und Pflege zusätze etc. sein.

Es sei ausdrücklich daraufhingewiesen, dass zum Zwecke der besseren Lesbarkeit „mindestens“- Ausdrücke nach Möglichkeit vermieden wurden. Vielmehr ist ein unbestimmter Artikel („ein“, „zwei“ etc.) im Normalfall als „mindestens ein, mindestens zwei, etc.“ zu verstehen, sofern sich nicht aus dem Kontext ergibt, dass dort „genau“ die angegebene Anzahl gemeint ist.

An dieser Stelle sei ebenfalls noch erwähnt, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen ist, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist demzufolge nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.

Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können.

Kurze Beschreibung der Figuren

Zusätzlich sind weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert. Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.

Die Zeichnung zeigen:

Fig.l : schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens;

Fig.2: eine Ausfuhrungsform des Saugkopfes mit Negativform für die Schritte Kontaktieren und Anformen sowie die Übergabe zum Vorpressen im erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig.3: eine Ausführungsform des Saugkopfes mit Positivform für die Schritte Kontaktieren und Anformen sowie die Übergabe zum Vorpressen im erfindungsgemä ßen Verfahren;

Fig.4: eine Ausführungsform der Vorpressstation im seitlichen Schnitt der erfindungsgemäßen Faserformanlage;

Fig.5: eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation im seitlichen Schnitt mit einer Membran als Vorpress-Unterwerkzeug der erfindungsgemäßen Faserformanlage; Fig.6: eine Ausführungsform der Heißpressstation im seitlichen Schnitt der erfindungs- gemäßen Faserformanlage;

Fig.7: ein Beispiel eines Formteils aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial hergestellt mit den erfindungsgemäßen Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Faserformanlage;

Fig.8: eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation mit Bewegungseinheit und Pulpeaufbereitungs- und Nachliefereinheit der erfindungsgemäßen Faserformanlage;

Fig.9: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage; und Fig.10: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage.

Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbauba rem Fasermaterial 11 mittels eines Faserformprozesses in einer Faserformanlage 20 umfassend die nachfolgenden Schritte. Damit das Verfahren starten kann, wird eine Pulpe 1 als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 bereitgestellt 110, damit ein Saugwerkzeugs 2 die Pulpe 1 mittels Aufsetzen auf oder zumindest partiellem Eintauchen in die Pulpe 1 kontaktiert 120, wobei das Saugwerkzeug 2 einen Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21 i umfasst, welche mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, gefolgt vom Anformen 130 des Formteils 10 mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials 11 auf die Saugkopf-Saugseite 21 i mittels Unterdrück im Saugwerkzeug 2. Hierbei kann das Saugwerkzeug einen einzelnen Saugkopf enthalten oder ein Multiwerkzeug mit einer Vielzahl an Saugköpfen sein. Als Multiwerkzeug wird das Saugwerkzeug bei bereits zwei Saugköpfen 21 bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann das Multiwerkzeug aber auch 10, 2030 oder mehr Saugköpfe 21 umfassen. Das nachfolgende Vorpressen 140 des angeformten Formteils 10 erfolgt in einer Vorpressstation 3 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10. Dabei ist die Vorpressstation auf das Saugwerkzeug, ggf. in Form eines Multiwerkzeugs, angepasst. Nach erfolgtem Vorpressen 140 kann ein Übergebens 170 des vorgepressten Formteils 10 mittels des Saugwerkzeugs 2 an die Heißpressstation 4 erfolgen, wobei dabei das Formteil 10 zum nachfolgenden Heißpressen 150 aus dem Saugwerkzeug 2 entfernt wird. Dazu umfasst die Heißpressstation 4 ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit einer Heißpressseite 41a angepasst an eine Kontur lOi des Formteils 10 und ein Heißpress-Oberwerkzeug 42, wobei beim Übergeben 170 das Formteil 10 vom Saugwerkzeug 2 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 auf- oder eingesetzt wird und beim Heißpressen 150 das Heißpress-Oberwerkzeug 42 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit dem dazwischen angeordneten Formteil 10 gepresst wird. Beim Heißpressens 150 des vorgepressten Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD erfolgt die Endformung des Formteils 10, wobei es zu einer weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 in der entsprechenden Heißpressstation 4 kommt. Das Verfahren kann zudem den zusätzlichen Schritt des Beschichtens 180 des Formteils 10, vorzugsweise des endgeformten Formteils 10, mit ein oder mehreren funktionalen Schichten 15 umfassen. Am Ende des Prozesses wird das endgeformte Formteils 10 an weiterverarbeitende Sta tionen der Faser formanlage 20 ausgegeben 160.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 21 mit Negativform für die Schritte Kontaktieren 120 und Anformen 130 sowie die Übergabe des Formteils 10 zum Vorpressen 140 im erfindungsgemäßen Verfahren 100. Der hier gezeigte Saugkopf 21 kann der einzige Saugkopf 21 im Saugwerkzeug 2 sein oder Teil eines Multiwerkzeugs mit einer Vielzahl an Saugköpfen 21 sein, wobei hier aus Übersichtsgründen exemplarisch nur ein Saugkopf 21 gezeigt wird. Das Pulpe-Reservoir 30 für den Herstellungsprozess ist hier schematisch unterhalb des Saugkopfes 21 mit dem Fasermaterial 11 angedeutet als „Wellen“ gezeigt. Im Verfahren 100 kann dabei eine Pulpe 1 mit einem Anteil an umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial 11 kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 1,0 %, in einer flüssigen Lösung, beispielsweise eine wässrige Lösung, verwendet werden, wobei. Vorteilhafter Weise umfasst die Pulpe 1 da- bei keinen organischen Binder, vorzugsweise überhaupt keinen Binder. Das umweltverträglich abbaubare Fasermaterial 11 kann dabei im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm bestehen. Die Pulpe 1 wird dabei mit einer Temperatur kleiner oder gleich 80°C, bevorzugt kleiner oder gleich 50°C, besonders bevorzugt mit Raumtemperatur, bereitgestellt. Die Saugkopf-Saugseite 21 i des Saugkopfes 21 ist aus einem porösen Sieb 22 gebildet, auf dessen der Pulpe 1 zugewandten Pulpen-Seite 22p die umweltverträglich abbaubare Faser 11 aufgrund des Ansaugens zum Anformen 130 des Formteils 10 anhaftet (siehe Formteil 10 in Fig.2c). Außerdem umfasst das Saugwerkzeug 2 eine um das Sieb 22 auf dessen der Pulpe-Seite 22p entgegengesetzten Seite 22s herum verteilte Vielzahl an Saugkanälen 23 zum Ansaugen der Pulpe 1. Hierbei sind die Saug kanäle 23 so um das Sieb 22 verteilt und angeordnet und eine Struktur (Form der Oberfläche, Siebgröße, Porengröße) des Siebes 22 ist so gestaltet, dass eine im Wesentlichen gleiche Saugleistung in allen Bereichen der Pulpe-Seite 22p des Siebes 22 anliegt. Dazu weisen die Saugkanäle 23 beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung unterhalb des Siebes 23 auf, wobei im Bereich von Kanten im Formteil 10 weniger Saugkanäle 23 pro Flächeneinheit angeordnet sind. Wie in Fig.2b gezeigt, taucht der Saugkopf zum Anfor men des Formteils lediglich ein klein wenig in die Pulpe 1 ein, damit im Innenraum 21 i des Saugkopfes eine abgeschlossene Kavität gebildet wird. In anderen Ausführungsfor men könnte der Saugkopf 21 auch vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht werden. Die während des Anformens 130 durch das Sieb 22 hindurchtretende flüssige Lösung der Pulpe 1 wird aus dem Saugwerkzeug 2 abgeführt, wozu der Saugkopf 21 an seiner der Pulpe 1 zugewandten Stirnseite 21p einen Sammelring 24 zur Aufnahme der abzuführenden flüssigen Lösung umfasst, an dem ein Abfuhrkanal 25 für die flüssige Lösung angeschlossen ist. Wie in Fig.2c gezeigt, wird dann das angeformte Formteil 10 (graue Innenschicht im Saugkopf 21) zum Vorpressen auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 mit einer Pressfläche 31a als Außenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 aufgesetzt.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des Saugkopfes 21 mit Positivform für die Schritte Kontaktieren 120 und Anformen 130 sowie die Übergabe zum Vorpressen 140 im erfindungsgemäßen Verfahren 100. Der hier gezeigte Saugkopf 21 kann der einzige Saugkopf 21 im Saugwerkzeug 2 sein oder Teil eines Multiwerkzeugs mit einer Vielzahl an Saugköpfen 21 sein, wobei hier aus Übersichtsgründen exemplarisch nur ein Saugkopf 21 gezeigt wird. Bezüglich des Pulpe-Reservoirs 30 und der Eigenschaften der Pulpe 1 gilt auch hier das bereits für Fig.2 beschriebene. Die Saugkopf-Saugfläche 21p ist hier im Gegensatz zu Fig.2 als Positivform ausgeführt und bildet die Saugkopf- Außenseite 21a. Bezüglich des Aufbaus des Saugkopfes 21 mit Sieb 22 und Saugkanälen 23 gilt das bereits unter Fig.2 beschriebene. Zum Ansaugen der Pulpe 1 mit Fasermaterial 11 wird bei der Positivform der Saugkopf-Saugfläche 21p der Saugkopf 21 zum Kontaktieren 120 vollständig in die Pulpe 1 eingetaucht. Wie in Fig.3c gezeigt, wird dann das angeformte Formteil 10 (graue Außenschicht auf dem Saugkopf 21) zum Vorpressen in das Vorpress- Unterwerkzeug 31 eingesetzt, das eine auf die Positivform des Saugkopfes 21 angepasste Form mit einer Pressfläche 31 als Innenfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs 31 besitzt.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der Vorpressstation 3 im seitlichen Schnitt der erfin- dungsgemäßen Faserformanlage 20. Zum Vorpressen 140 verbleibt das Formteil 10 im Saugwerkzeug 2, das damit die Funktion des Vorpress-Oberwerkzeugs übernimmt. Das Saugwerkzeug 2 ist hier als Saugkopf 21 mit einer Negativform dargestellt. Die Vorpressstation 3 umfasst ein Vorpress-Unterwerkzeug 31 , auf das das Saugwerkzeug 2 mit angeformtem Formteil 10 aufgesetzt wird, sodass es zwischen Vorpress-Unterwerkzeug 31 und Saugwerkzeug 2 angeordnet ist, damit das Saugwerkzeug 2 mit dem Vorpressdruck VD auf das Vorpress-Unterwerkzeug 31 gepresst werden kann, damit die Feuchtigkeit aus dem Formteil entfernt und das Fasermaterial durch das Vorpressen formstabilisiert wird. Hierbei hat das Vorpress-Unterwerkzeug 31 eine dem Formteil 10 zugewandte Pressfläche 31 a, die eine geringere Oberflächenrauigkeit besitzt als das Sieb 22. Das Vorpress-Unterwerkzeug 31 kann dabei aus Metall oder zumindest zum Teil aus einem Elastomer, beispielsweise aus Silikon, gefertigt sein, wobei letzteres für Saugwerkzeuge ausgeführt als Multiwerkzeuge vorteilhaft ist. Das Vorpressen 140 wird bei einer Temperatur der Vorpressstation 3 kleiner 80°C, vorzugsweise kleiner 50°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgeführt, wobei der Vorpressdruck VD zwischen 0,2 N/mm ² und 0,3 N/mm ² , vorzugsweise zwischen 0,23 N/mm ² und 0,27 N/mm ² , beträgt. Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation 3 im seitlichen Schnitt mit einer Membran 32 als Vorpress-Unterwerkzeug 31 der erfmdungsgemäßen Faserformanlage 20 zur Durchführung des Vorpressens 140 als Membranpressen. Das Saugwerkzeug 2 ist hier mit einer Positivform als Saugkopf-Saugfläche 21 s in das entsprechend geformte Vorpress-Unterwerkzeug 31 eingesetzt. Für das Membranpressen 150 ist die Membran 32 als flexible Membran 32 ausgeführt. Der Vorpressdruck VD wird dabei als Gasdruck an die Membran 32 angelegt, die daraufhin auf die Außenkontur 10a das Formteils 10 gepresst wird. Dadurch kann auch auf Flächen des Formteils 10 Druck ausgeübt werden, der mittels hydraulischen Pressens nicht so nicht angelegt werden kann, da der Gasdruck die Membran richtungsunabhängig mit demselben Druck auf alle Flächen anlegt.

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der Heißpressstation 4 im seitlichen Schnitt der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20. Nach erfolgtem Vorpressen 140 wird das vorgepresste Formteil 10 mittels des Saugwerkzeugs 2 an die Heißpressstation 4 übergeben 170, wobei dabei das Formteil 10 zum nachfolgenden Heißpressen 150 aus dem Saugwerkzeug 2 entfernt wird. Die Heißpressstation 4 umfasst ein Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit einer Heißpressseite 41a angepasst an eine Kontur lOi des Formteils 10 und ein Heißpress-Oberwerkzeug 42, wobei beim Übergeben 170 das Formteil 10 vom Saugwerkzeug 2 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 auf- oder eingesetzt wird (je nachdem ob wie hier eine Negativform vorhanden ist oder eine Positivform verwendet wird). Beim Heißpressen 150 wird dann das Heißpress-Oberwerkzeug 42 auf das Heißpress-Unterwerkzeug 41 mit dem dazwischen angeordneten Formteil 10 gepresst. Hierbei kann das Heißpress-Unterwerkzeug 41 aus Metall gefertigt sein. Das Heißpress-Unterwerkzeug 41 umfasst zudem Kanäle 41k zu seiner Heißpressseite 41a, mit der die flüssige Lösung beim Heißpressen 150 zumindest teilweise abgeführt werden kann. Das Heißpress-Oberwerkzeug 42 ist zumindest mit der dem Formteil zugwandten Seite 42i an die Kontur 10a des Formteils 10 angepasst, vorzugsweise ist auch das Heißpress-Oberwerkzeug 42 aus Metall gefertigt. Beim Heißpress-Unterwerkzeug 41 und beim Heißpress-Oberwerkzeug 42 können beim Heißpressen unterschiedliche Temperaturen angewendet werden, vorzugsweise hat das Heißpress-Oberwerkzeug 42 eine höhere Temperatur als das Heißpress- Unterwerkzeug 41, wobei sich die Temperaturen um mindestens 25°C, vorzugsweise nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt um 50°C, unterscheiden. Das Heißpressen kann bei einer Temperatur größer 150°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 250°C, durchgeführt werden. Hierbei wird das Heißpressen 140 bei dem Heißpressdruck HD höher dem Vorpressdruck VD durchgeführt. Der Heißpressdruck HD kann dabei zwischen 0,5 N/mm ² und 1,5 N/mm ² , vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm ² und 1,2 N/mm ² , betragen, wobei dieser für eine Presszeit von weniger als 20s, bevorzugt dabei von mehr als 8s, besonders bevorzugt zwischen 10 und 14s, noch mehr bevorzugt von 12s, angelegt wird.

Fig.7 zeigt ein Beispiel eines Formteils 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 hergestellt mit den erfmdungsgemäßen Verfahren 100 auf einer erfmdungsge- mäßen Faserformanlage 20. Das Formteil 10 ist sehr formstabil und besitzt einen Flüs sigkeitsanteil im Fasermaterial 11 von weniger als 8%. Das Formteil ist umweltverträg lich abbaubar. Hierbei ist die Kontur des Formteils 10 so gestaltet, dass alle Flächen lOf des Formteils 10 einen Winkel a von mindestens 3 Grad zur Pressrichtung PR beim Heiß pressen 150 besitzen. Das umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 umfasst dabei keinen organischen Binder, vorzugsweise ebenfalls keinen nicht-organischen Binder. Es besteht im Wesentlichen aus Fasern mit einer Faserlänge kleiner als 5mm. Auf das Form teil 10 können ein oder mehreren funktionalen Schichten 15 aufgebracht sein. Das Fasermaterial 11 des Formteils 10 kann in einer weiteren Ausführungsform auch Dotierungen oder Bestandteile, die sich aufgrund ihrer Konzentration, einer Anwendung des Formteils 10 und/oder Umweltbedingungen aus dem Fasermaterial 11 des Formteils 11 in ge wünschter Weise herauslösen, um eine für die Anwendung des Formteils 11 unterstüt zende Wirkung zu entfalten. Diese Dotierungen oder Bestandteile können über die Pulpe zum Beginn des Formprozesses in das Fasermaterial eingebracht werden oder Teil einer nachträglichen Beschichtung mit einer funktionalen Schicht sein, sofern der Faserform prozess eine frühere Zugabe nicht gestatten sollte. Solche Dotierungen können beispielsweise Duftstoffe, Aromastoffe, Wirkstoffe, Mineralstoffe, Emährungs- und Pflegezusätze etc. sein, die aufgrund der späteren Verwendung und der dann herrschenden Bedin- gungen aus dem Fasermaterial herausdiffundieren, herausgelöst werden oder beim umweltverträglichen Abbauen des Formteils Zurückbleiben. Die dies fördernden Umweltbedingungen können beispielsweise Konzentrationsunterschiede bestimmter Materialien, Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Lichteinstrahlung sein. Die unterstützende Weise könnten beispielsweise in der Pflege, Geschmacksmodifikation, Versorgung etc des Formteils 10 beziehungsweise der mit bzw. in dem Formteil 10 transportierten oder darin zumindest zeitweise verwahrten Gütern liegen.

Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorpressstation 3 mit Pulpe-Reservoir 30, Bewegungseinheit 40 und Pulpeaufbereitungs- und Nachliefereinheit 35 der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20. Das hiergezeigte Saugwerkzeug 2 ist ein Multiwerkzeug mit 20 Saugköpfen 21. Entsprechend umfasst das Vorpress-Unterwerkzeug 31 ebenfalls 20 Vorpress-Einheiten auf dem Vorpress-Unterwerkzeug 31 als Multiwerkzeug.

Fig.9 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserformanlage 20 zur Herstellung von Formteilen 10 aus umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 wie in Fig.1 gezeigt umfassend ein Reservoir 30 zur Bereitstellung 110 einer Pulpe 1 als flüssige Lösung mit umweltverträglich abbaubarem Fasermaterial 11, ein an einer Bewegungseinheit 40 angebrachtes Saugwerkzeug 2 mit einem Saugkopf 21 mit einer dreidimensional geformten Saugkopf-Saugseite 21 i, die mit ihrer Form an eine Kontur des späteren Formteils 10 angepasst ist, wobei die Bewegungseinheit 30 dazu ausgestaltet ist, das Saugwerkzeug 2 mit der Pulpe 1 mittels Aufsetzen auf oder zumindest partielles Eintauchen in die Pulpe 1 zu kontaktieren 120. Die Bewegungseinheit 40 ist hier als Roboter ausgeführt. Ein Roboter kann auf engem Raum präzise und reproduzierbare Bewegungen durchführen und eignet sich daher besonders für die Führung des Saugwerkzeugs zwischen Pulpe-Reservoir 30 und Vorpressstation 3. Das Saugwerkzeug 2 ist dazu ausgestaltet, das Formteil 10 mittels Ansaugen des umwelt verträglich abbaubaren Fasermaterials 11 auf die Saugkopf-Saugseite 21 i mittels Unterdrück im Saugwerkzeug 2 anzuformen 130. Die Vorpressstation 3 ist zum Vorpressen 140 des angeformten Formteils 10 mit einem Vorpressdruck VD zur Reduzierung eines Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 und zu dessen Formstabilisation vorgesehen. Die Heißpressstation 4 ist zum Heißpressen 150 des vorgepressten Formteils 10 mit einem Heißpressdruck HD und damit zur Endformung des Formteils 10 und zur weiteren Reduzierung des Anteils der flüssigen Lösung im Formteil 10 vorgesehen. Die Ausgabeeinheit 50 gibt dann das endgeformten Formteils 10 aus. Zur Steuerung des ausgeführten Verfahrens umfasst die Faserformanlage 20 eine Steuereinheit 60, die mit den anderen Komponenten der Faserformanlage 20 auf geeignete Weise verbunden ist, um diese Komponenten zu steuern.

Fig.10 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faser formanlage 20, wobei die Bereitstellung der Pulpe 1 sowie das Vorpressen in der Vorpressstation 3 wie bereits in Fig.9 gezeigt erfolgt. Nach dem Vorpressen werden in dieser Ausführungsform zwei separate Anlagenteile betrieben, die jeweils eine Heißpressstation 4, eine Beschichtungseinheit 70 zum Aufbringen einer oder mehrerer funktionaler Schichten auf das Formteil 10, eine Bedruckungseinheit 80 zur Bedruckung der Formteil und eine Stapeleinheit 90 zum Stapeln der endgeformten Formteile 10. Die Formteile werden zwischen diesen Stationen auf einem Transportband 95 transportiert. Gegebenenfalls könnte die Faserformmaschine auch eine Schneideeinheit zur Nachbearbeitung oder zur Trennung der Formteile umfassen. Die Aufteilung in zwei Teilanlagen nach dem Vorpressen ist möglich, da der Heißpressvorgang deutlich langsamer abläuft als das Anformen 130 und Vorpressen 140, die beide ca. einen Faktor 5 oder mehr schneller als das Heißpressen 150 durchgefuhrt werden können. Daher kann die Vorpressstation mindestens zwei Teilanlagen für die nachfolgenden Schritte versorgen, ohne dass das zu einem Zeitverlust beim Heißpressen 150 führt.

An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können. Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausfuhrungsbeispiel ledig lich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausfuhrungsbeispiel.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Pulpe

11 umweltverträgliches abbaubares Fasermaterial

2 Saugwerkzeug

21 Saugkopf

21 a Saugkopf- Außenseite

21 i Saugkopf-Innenseite

21p der Pulpe zugewandten Stirnseite des Saugkopfes 21s Saugkopf-Saugseite

22 poröses Sieb

22p der Pulpe zugewandten Seite (Pulpen-Seite) des Siebes

22s Seite des Siebes entgegengesetzt zur Pulpe-Seite (Saugkopf-Seite)

23 Saugkanäle

24 Sammelring

25 Abführkanal für die flüssige Lösung

3 Vorpressstation

31 Vorpress-Unterwerkzeug

31a Pressfläche des Vorpress-Unterwerkzeugs

32 Membran als Vorpress-Unterwerkzeug

4 Heißpressstation

41 Heißpress-Unterwerkzeug der Heißpressstation

41a Heißpressseite des Heißpress-Unterwerkzeugs, z.B. Außenseite

41k Kanäle im Heißpress-Unterwerkzeug

42 Heißpress-Oberwerkzeug der Heißpressstation

42i dem Formteil zugwandten Seite (Innenseite) des Heißpress-Oberwerkzeugs

10 Formteil aus umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial lOi Innenkontur (Innenseite) des Formteils

10a Außenkontur (Außenseite) des Formteils lOf Fläche des Formteils

15 funktionale Schicht (eine oder mehrere)

20 Faser formanlage

30 Reservoir für die Pulpe

35 Pulpeaufbereitungs- und Nachlieferungseinheit

40 Bewegungseinheit

50 Ausgabeeinheit

60 Steuereinheit

70 Beschichtungseinheit

80 Bedruckungseinheit

90 Stapeleinheit

95 Transportband 100 Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus umweltverträglichem abbaubarem Fasermaterial 110 Bereitstellen einer Pulpe

120 Kontaktieren eines Saugwerkzeugs mit der Pulpe

130 Anformen des Formteils mittels Ansaugen des umweltverträglich abbaubaren Fasermaterials

140 Vorpressen des angeformten Formteils in einer Vorpressstation 150 Heißpressen des vorgepressten Formteils, z.B. Membranpressen 160 Ausgabe des endgeformten Formteils

170 Übergeben des vorgepressten Formteils an die Heißpressstation

180 Beschichtens des Formteils mit ein oder mehreren funktionalen Schichten

HD Heißpressdruck

PR Pressrichtung

VD Vorpressdruck