[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit räumlicher
Formgebung aus lignocellulosehaltigen Fasern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
[0002] Die Herstellung von Formteilen mit räumlicher Formgebung aus lignocellulosehaltigen
Spänen und Fasern erfolgt bei den geforderten Festigkeiten vorzugsweise im Preßverfahren,
d.h. an den Streuvorgang schließt sich der Vorgang des Pressens an. Die Festigkeiten
der so hergestellten Formteile reichen auch für größere Abmessungen. Es handelt sich
dabei meistens um kunstharzgebundene Formteile mit Harzanteilen von 4 bis 20%. Diese
Formteile sind teuer. Bei der Verbrennung solcher Formteile werden umweltbelastende
Stoffe emittiert. Beides ist nachteilig.
[0003] Daneben ist ein Gießverfahren bekannt, nach dem Formteile aus lignocellulosehaltigen
Fasern (poröse Faserplatten) ohne anschließendes Pressen hergestellt werden. Dabei
wird die Faser-Suspension in einen Gießkasten eingebracht und das überschüssige Wasser
anschließend mittels Vakuum oder durch Schwerkraft ausgetrieben. Diese Platten weisen
eine Festigkeit auf, die durch die geringe Materialdichte bedingt, nicht für eine
breite Palette von Anwendungen ausreicht. Werden daraus räumliche Formteile von größeren
Abmessungen hergestellt, in denen eventuell auch schwere Gegenstände transportiert
werden müssen, reichen die Festigkeiten nicht aus. Will man höhere Festigkeiten erreichen,
so müssen die Wandungen und der Boden solcher Formteile eine unverhältnismäßig große
Wandstärke aufweisen. Dies ist nachteilig, die Anwendbarkeit, bzw. Verwendbarkeit
solcher Formteile wird dadurch begrenzt. So ist z.B. die Sarg-Industrie darauf angewiesen,
Särge aus Massivholz her zustellen, da die Verwendung von Sagen aus lignocellulosehaltigen
Spänen und Fasern bisher aus den obengenannten Gründen (keine Emissionsfreiheit,
hohe Kosten, nicht ausreichende Festigkeiten) scheiterte.
[0004] Es ist ein weiteres Herstellungsverfahren für Formteile aus lignocellulosehaltigen
Fasern bekannt (VDI-Nachrichten (Nr.32/ 12. August 1988). Danach wird ein wässriger
Brei aus lignocellulosehaltigem Material in eine Gießform gegossen und das Wasser
anschließend mit Vakuum abgesaugt. Die Rohmasse trocknet in einem Trockenkanal. Bei
dieser Vorgehensweise ist es wichtig, daß das entstehende Druckgefälle gleichmäßig
über den ganzen Querschnitt der Form wirkt. Geschieht dies nicht, so entsteht ein
Formteil mit ungleichmäßiger Dicke und Materialdichteverteilung. Um dies zu vermeiden,
werden bei der Herstellung von Vliesen/Faserplatten entsprechende Leitbleche eingesetzt.
Bei Herstellung von Formteilen besteht diese Möglichkeit nicht. Somit weisen die
nach dem bekannten Verfahren hergestellten Formteile aus Faserguß ungenaue Abmessungen
und ungleiche Dichteverteilung auf. Dies ist nachteilig.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit räumlicher
Formgebung aus lignocellulosehaltigen Fasern anzugeben nach dem das Formteil einfach
herzustellen ist und auch bei einer komplizierten Profilierung unter Einhaltung gleichmäßiger
Dichteverteilung und Abmessungen kontrollierbare Festigkeiten aufweist.
[0006] Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche
1 und 4 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
[0007] Durch die Herstellung des Formteiles nach dem erfindungsgemäßen Verfahren derart,
daß die Wasser-Bindemittel-Faser-Suspension unter Druck in eine Form eingebracht
wird, wird erreicht, daß ein Formteil mit gleichmäßiger Dichteverteilung sowohl im
bodenseitigen Abschnitt als auch in den Wandungen entsteht. Auch bei Formteilen mit
einer komplizierten Profilierung ist dadurch eine gleichmäßige Dichteverteilung im
gesamten Formteil erreichbar. Durch die variable Einstellung des Druckes und des zum
Absaugen des Überschußwassers notwendigen Unterdrukkes wird ein Formteil mit gewünschter
Festigkeit hergestellt. Des weiteren ist durch die Druckanwendung erreichbar, daß
die Stärke des Bodens und der Wandungen kontrollierbar ist. Durch das Einbringen der
Suspension durch Gießen unter Druck und gleichzeitiges Absaugen des Überschußwassers
mittels einer Vakuumpumpe wird wesentlich weniger Vakuum benötigt, als beim Gießen
ohne Druck. Somit sinkt der Energiebedarf. Die durch Gießen mit Druckanwendung hergestellten
Formteile weisen keine Stellen auf, die nicht genügend verdichtet sind und dadurch
die Festigkeit des Formteiles senken. Durch die Anwendung des Druckes kann der Faserstoffgehalt
der Suspension erhöht werden, so daß das Volumen des einzubringenden Materials wesentlich
kleiner ist als beim Herstellungsvorgang ohne Druck. Das gesamte Herstellungsverfahren
dauert durch die Druckanwendung wesentlich kürzer als vergleichbare Verfahren ohne
Druckanwendung. Die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses kann auf diese Weise
also wesentlich gesteigert werden. Außerdem werden bei gleichgroßen Formteilen bei
Einbringen der Suspension unter Druck kleinere Formabmessungen benötigt als beim Herstellungsvorgang
ohne Druckanwendung.
[0008] Gemäß Lösungsvorschlag des Ansprüches 2 wird erreicht, daß der bodenseitige Abschnitt
des Formteiles getrennt von den Wandungen hergestellt werden kann. Dies ist besonders
dann von Vorteil, wenn z.B. der Boden andere Festigkeiten bzw. Materialdichte aufweisen
soll als die Wandungen. Weiterhin ist dieses Verfahren der Herstellung des Formteiles
in zwei Schritten besonders dann vorteilhaft, wenn es sich um Formteile mit einer
flächenmäßig großen Bodenausdehnung handelt.
[0009] In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann so vorgegangen
werden, daß die in die Form eingebrachte Suspension zusätzlich mechanisch verdichtet
wird. Eine Möglichkeit der Ausführung des Verdichtungsvorganges ist das Absenken eines
Verdichtungsstempels in die Form. Die zusätzliche mechanische Verdichtung wird immer
dann gewählt, wenn an die herzustellenden Formteile besonders hohe Anforderungen
bezüglich Festigkeit und Dichte gestellt werden.
[0010] Die Dichte der erfindungsgemäßen Formteile beträgt vorzugsweise 150 kg/m³ bis 350
kg/m³. Die entsprechenden Biegefestigkeitswerte liegen zwischen 1,2 N/mm². Sie kann
durch die zu dosierende Fasermasse und die Wahl des anzuwendenden Druckes und Unterdruckes
bestimmt werden. Diese vorgegebene Materialdichte kann nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren genau eingehalten werden.
[0011] Gemäß dem Lösungsvorschlag des Ansprüches 4 ist ein Herstellungsverfahren für Formteile
mit räumlicher Formgebung aus lignocellulosehaltigen Fasern angegeben, bei dem die
in eine Form eingebrachte Suspension zweimal verdichtet wird. Die ein zelnen Verdichtungsvorgänge
sind unabhängig voneinander; der erste Verdichtungsvorgang dient zur Verdichtung des
bodenseitigen Abschnittes des Formteiles, der zweite Verdichtungsvorgang dient zur
Verdichtung der Wandungen des herzustellenden Formteiles. Die Dichte der Wandungen
und des bodenseitigen Abschnittes kann gleich oder unterschiedlich sein. Auch die
Festigkeiten dieser beiden Teile des Formteiles können gleich oder unterschiedlich
sein. Dies ist durch die Verwendung des zweistufigen Verdichtungsvorganges einfach
erreichbar. Die mechanische Verdichtung erfolgt mittels in die Form absenkbarer Stempel.
Dabei ist der erste in die Form absenkbare Stempel, welcher zur Verdichtung des bodenseitigen
Abschnittes dient, so gewählt, daß er gleichzeitig als Rohform für die Wandungen dient.
Die Variation der Dickenabmessungen des bodenseitigen Abschnittes und der Wandungen
ist entweder durch entsprechende Verfahrwege der Stempel realisierbar oder durch Einsatz
verschiedener Stempel. Die erstgenannte Alternative ist besonders kostengünstig und
vorrichtungsmäßig einfach.
[0012] Das Austreiben des Wassers findet statt durch Schwerkraft oder Vakuum.
[0013] Die Trocknung des Teiles findet vorzugsweise bei 180°C statt. Bei Teilen von einer
mittleren Wandstärke von etwa 2cm beträgt die Trocknungszeit ca. eineinhalb bis zwei
Stunden. Verbleibt das Formteil während des Trocknungsprozesses in der Außen- oder
auf der Innenform, so werden die durch die Zugspannungen während der Trocknung auftretende
konvexe Wandverformungen in Richtung Formteilmitte verhindert.
[0014] Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht zuletzt wesentlich
dadurch gesteigert, daß die Wasser-Bindemittel-Suspension im Recyclingverfahren verwendet
wird. Die zur Herstellung der Formteile verwendete Faser-Suspension kann aus 100%
Defibrator-Holzfaserstoff mit pflanzlichen Bindemitteln bestehen. Es ist vorteilhaft,
wenn das Binde- und Klebemittel mit Wasser eine neutrale kolloidale Lösung bildet,
wobei zugleich die Funktion eines Suspendiermittels erfüllt wird.
[0015] Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile weisen die bereits
beschriebenen Vorteile auf, wie gleichmäßige Dichteverteilung im gesamten Formteil,
gleichmäßige Festigkeit im gesamten Formteil oder gleichmäßige Dichte und Festigkeitsverteilung
nur un Bodenabschnitt bzw. nur in den Wandungen, d.h. eine gezielte Verstärkung eines
Teiles des Formteiles ist möglich.
[0016] Sollte das Formteil noch weitere Versteifungen aufweisen, so ist die Einlegung von
bodenseitigen bzw. seitlichen Armierungen beim Herstellungsprozeß nicht problematisch.
[0017] Die erfindungsgemäßen Verfahren sind nicht auf Herstellung von Formteilen kleinerer
Abmessungen beschränkt. Es können Formteile hergestellt werden, die eine komplizierte
Profilierung aufweisen und eine Größenordnung von einigen Metern besitzen. Dies ist
dadurch möglich, weil aufgrund der Druckanwendung bzw. der Verdichtung während des
Herstellungsprozesses wesentlich höhere Festigkeiten des Formteiles erteicht werden
als beim Herstellen ohne Druck und ohne Verdichtung. Außerdem kann die Festigkeit
des Formteiles durch die Variation des Drucks und des Unterdruckes den Anforderungen
entsprechend eingestellt werden
[0018] Die Bearbeitung des fertigen Formteiles ist wie bei Massivholz möglich.
[0019] Die erfindungsgemäßen Verfahren können bevorzugt zur Herstellung von Formteilen für
die Sargindustrie angewendet werden. Daneben eignen sich diese Verfahren zur Herstellung
von Formteilen für die Verpackungsindustrie, dem Gärtnereibedarf oder Isolationszwecke.
[0020] Erfindungsgemäß kann die Form aus zwei Teilen bestehen, einer Innen- und einer Außenform.
Diese vorteilhafte Ausbildung kommt besonders dann zum Tragen, wenn unter Beibehaltung
der äußeren Abmessungen, die Wanddicke bzw. die Bodendicke des Formteiles variiert
werden soll. Diese kann gemäß dem Lösungsvorschlag des Ansprüches 13 über den Abstand
zwischen den beiden Formen eingestellt werden.
[0021] Die Außenform besitzt vorteilhafterweise bodenseitige und seitliche Perforationen.
Diese erlauben einen einfache Entwässerungsvorgang durch Unterdruck oder Schwerkraft.
[0022] Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 ist eine Einrichtung notwendig, die
einen Stempel aufweist, welcher von oben in eine seitlich und/oder bodenseitig perforierte
Außenform absenkbar ist. Gleichzeitig hat dieser Stempel die Funktion der Begrenzung
des Füllraumes für die Suspension.
[0023] Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 ist eine Einrichtung vorgesehen,
die eine mit bodenseitigen und seitlichen Perforationen versehene Außenform und einen
von oben in diese absenkbaren Gießstempel aufweist. Der Gießstempel verdichtet den
bodenseitigen Abschnitt und stellt mit der Außenform zusammenwirkend eine Rohkontur
für die Wandungen des Formteiles dar. Zur Verdichtung der Wandungen ist ein weiterer
in die Außenform absenkbarer Stempel vorgesehen.
[0024] Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den nachfolgenden Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
Fig.1 Eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes beim Einbringen der Suspension
unter Druck mit einer gleichzeitigen mechanischen Verdichtung.
Fig.2 Eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes bei Herstellung der Formteile
mit zweimaliger Verdichtung.
[0025] Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Gießkasten 1, bestehend
aus einem Unterteil 1′ und Oberteil 1˝, eine mit seitlichen und bodenseitigen Perforationen
versehene Außenform 2 und einen Verdichtungsstempel 3 auf. An dem Gießkasten 1 sind
Zufuhrkanäle 4 für die Eingabe der Suspension vorgesehen. Es ergibt sich folgender
Verfahrensablauf: Die Suspension 5 wird durch die Kanäle 4 in die Außenform 2 unter
Druck eingegeben. Ist der Füllraum 5′, der durch die Wandungen der Außenform 2 und
die Innenwandungen des Stempels 3 begrenzt ist, mit Suspension gefüllt, so wird der
Stempel 3 abgesenkt, die Suspensionszufuhr wird unterbrochen. Gleichzeitig wird das
überschüssige Wasser aus der Suspension 5 mittels Unterdruck ausgetrieben, was durch
die in der Außenform 2 angebrachten Perforationen erleichtert wird. Das so hergestellte
Formteil 6 wird anschließend bei erhöhter Temperatur getrocknet und wärmevergütet.
[0026] Zur Durchführung des in Fig. 2 dargestellten Verfahrensablaufes weist die Einrichtung
folgende Bestandteile auf: Einen Mischer 7, eine Dosierpumpe 8, eine in einem Gießkasten
9 angebrachte, bodenseitig und seitlich perforierte Außenform 10, einen Abscheider
11, einen Vakuumvorratsbehälter 12, eine Vakuumpumpe 13, einen Gießstempel 14, einen
Preßstempel 15, eine gesonderte, perforierte Innenform 16 und einen Trockenschrank
17 auf. Der Verfahrensablauf ist folgender: Aus den Bestandteilen Wasser (A), Fasern
(B), und Bindemittel (C) unter Zugabe des ausgetriebenen Wassers mit Bindemittelanteilen
(D) wird eine Suspension im Mischer 7 hergestellt. Die Suspension wird in die perforierte
Außenform 10 gegossen, die zwischen das Ober- und Unterteil des Gießkastens 9 eingelegt
ist. Nachdem die eingege bene Suspensionsmenge für den Bodenabschnitt ausreichend
ist, wird der Gießvorgang unterbrochen und die Sedimentation der Fasern abgewartet,
bis kein Wasser mehr aus dem Abscheider 11 fließt. Der Gießstempel 14 wird zentrisch
in die Außenform 10 eingelegt, wobei durch sein Eigengewicht und/oder einen mechanischen
Druck das gegossene Faserfließ verdichtet wird. Durch diesen Vorgang wird der Formteilboden
18 hergestellt. Anschließend werden Formteilwandungen 19 durch das Gießen der Suspension
in den Zwischenraum zwischen der Außenkontur des Gießstempels 14 und der Innenkontur
der Außenform 10 bis zu der Höhe, wo der Gießstempel 14 die größte Breite aufweist,
hergestellt. Die Sedimentation der Fasern wird abgewartet, bis kein Wasser mehr aus
dem Abscheider 11 fließt. Der Gießstempel 5 wird jetzt aus der Form herausgenommen
und der Preßstempel 15 eingefahren. Durch den mechanischen Druck werden ausschließlich
die Wandungen 19 des Formteiles verdichtet. Sobald der Preßstempel auf dem Gießkasten
9 aufliegt, wird Vakuum angelegt und das Formteil 20 durch Anlegung von Unterdruck
entwässert. Hierdurch sinken die Faserrückstellkräfte des Formteiles 20, so daß am
Ende des Herstellungsvorganges kein mechanischer Druck mehr erforderlich ist. Zu diesem
Zeitpunkt wird das Vakuum abgeschaltet und der Preßstempel 15 herausgenommen. Das
Formteil 20 wird nochmals mittels Vakuum entwässert. Anschließend wird das Formteil
20 mit der Außenform 10 aus dem Gießkasten 9 herausgenommen und auf eine perforierte
Innenform 16 aufgelegt. Die perforierte Außenform 10 kann nun zur Herstellung eines
weiteren Formteiles eingesetzt werden. Auf der Innenform 16 aufgelegt, wird das Formteil
20 wärmevergütet.
1. Verfahren zur Herstellung von aus einem Bodenabschnitt und einem oder mehreren
Wandungsabschnitten bestehenden Formteilen mit räumlicher Formgebung aus lignocellulosehaltigen
Fasern mit pflanzlichen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasser-Bindemittel-Faser-Suspension (5) unter Druck in eine Form (2) eingebracht
wird und daß das Wasser und die in diesem eingebundenen Bindemittel mittels Unterdruck
weitgehend ausgetrieben werden und das Formteil (6) bei erhöhter Temperatur getrocknet
und vergütet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Suspension (5) für den Formteilboden unter Druck in die Form (2)
eingebracht wird und das Wasser, samt der darin eingebundenen Bindemittel, mittels
Unterdruck weitgehend ausgetrieben wird und dann weitere Suspension für die Wandungen
in die Form unter Druck eingebracht und durch Unterdruck entwässert wird und anschließend
das Formteil (6) bei erhöhter Temperatur getrocknet und vergütet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Form (2) eingebrachte Suspension (5) zusätzlich mechanisch verdichtet
wird.
4. Verfahren zur Herstellung von aus einem Bodenabschnitt und einem oder mehreren
Wandungsabschnitten bestehenden Formteilen mit räumlicher Formgebung aus lignocellulosehaltigen
Fasern mit pflanzlichen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasser-Bindemittel-Faser-Suspension in eine Form (10) eingebracht wird
und die eingebrachte Menge, die etwa für die Herstellung des bodenseitigen Abschnittes
(18) ausreichend ist, nach Austreiben des Wassers mechanisch verdichtet wird und,
daß danach weitere Suspension, deren Menge für die Herstellung der Wandabschnitte
(19) ausreichend ist, in die Form (10) eingebracht und nach Austreiben des Wassers
mechanisch verdichtet wird und daß das überschüssige Wasser aus dem gesamten Formteil
(20) durch Unterdruck ausgetrieben und das Formteil (20) anschließend vergütet und
getrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verdichtung mittels in die Form (2, 10) absenkbarer Stempel
(3, 14, 15) erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (6, 20) während des Trocknungs- und Vergütungsprozesses in der Außenform
(10, 2) oder auf der Innenform (16) verbleibt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgetriebene Wasser samt der darin eingebundenen Bindemittel (D) für eine
neu herzustellende Wasser-Bindemittel-Suspension (A, B, C, D) verwendet wird.
8. Formteil mit räumlicher Formgebung bestehend aus lignocellulosehaltigen Fasern,
vorzugsweise 100% Defibrator-Holzfaserstoff mit pflanzlichen Bindemitteln, insbesondere
Stärke und/oder Methylcellulose erhältlich durch Einbringen von Wasser-Bindemittel-Faser-Suspension (5) unter Druck in eine
Form (2), Austreiben des Wassers und der in diesem eingebundenen Bindemittel aus
der Suspension (5) durch Unterdruck und anschließende Trocknung und Wärmevergütung
des Formteiles (6) bei erhöhter Temperatur.
9. Formteil mit räumlicher Formgebung, bestehend aus einem bodenseitigen Abschnitt
und einem oder mehreren Wandungsabschnitten aus lignocellulosehaltigen Fasern mit
pflanzlichen Bindemitteln erhältlich durch das Einbringen von Wasser-Bindemittel-Faser-Suspension in eine Form (10), in
einer Menge die für die Herstellung des bodenseitigen Abschnittes (18) ausreichend
ist, Austreiben des Wassers aus der Suspension, mechanische Verdichtung derselben,
Einbringen weiterer Suspension in die Form in einer Menge, die zur Herstellung der
Wandungsabschnitte (19) ausreichend ist, Austreiben des Wassers, mechanische Verdichtung
der Wandungungsabschnitte (19), Austreiben des Wassers aus dem gesamten Formteil (20)
durch Unterdruck und anschließende Vergütung und Trocknung.
10. Formteil nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in seinen äußeren und/oder inneren Schichten, bodenseitige oder seitliche Armierungen
aus Gewebe, vorzugsweise Textilgewebe oder dergleichen eingelegt sind.
11. Formteil nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bearbeitung und Veredelung des Formteiles (6,20) ähnlich wie bei Massivholz
möglich ist.
12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form zweiteilig ausgebildet ist und aus einer Innen- und Außenform (2) besteht.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteilwanddicke über den Abstand zwischen der Außen- und Innenform eingestellt
wird.
14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren Ansprüchen
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform (2, 10) bodenseitige und seitliche Perforationen aufweist.
15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form aus eine bodenseitig und seitlich perforierte Außenform (2) und einen,
von oben in diese absenkbaren, eine Begrenzung für den Füllraum (5′) der Form darstellenden
Stempel (3) aufweist.
16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine bodenseitig und seitlich performierte Außen form (10) und ein in diese
von oben absenkbarer Gießstempel (14) vorgesehen sind und daß zwischen den Wandungen
der Außenform (10) und denen des Gießstempels (14) ein Raum vorhanden ist, der der
Rohformkontur der Wandungen (19) des Formteiles (20) entspricht und daß ein weiterer,
in die Außenform (10) von oben absenkbarer Preßstempel (15) vorgesehen ist, dessen
Kontur ist so gewählt, daß der Raum zwischen seinen Wandungen und denen der Außenform
(10) der entgültigen Form des Formteiles (20) entspricht.