VERFAHREN ZUM FORMEN VON ERZEUGNISSEN AUS FASERHALTIGEM MATERIAL UND FORMEINRICHTUNG

Abstract

 Es werden ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus faserhaltigem Material und eine Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material beschrieben, wobei ein mehrstufiges Verpressen von Vorformlingen aus faserhaltigem Material erfolgt, um die Eigenschaften von daraus gefertigten Erzeugnissen zu verbessern und maßgeblich Einfluss auf die Herstellungszeit zu nehmen.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Es werden ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus faserhaltigem Material und eine Formeinrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material beschrieben.

[0002] Faserhaltige Materialen werden vermehrt eingesetzt, um bspw. Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, etc.) und Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte etc.) sowie Getränkebehälter herzustellen. Die faserhaltigen Materialien weisen dabei in der Regel Naturfasern auf, die bspw. aus nachwachsenden Rohstoffen oder Altpapier gewonnen werden. Die Naturfasern werden in einer sogenannten Pulpe mit Wasser und ggf. weiteren Zusätzen, wie z.B. Stärke, vermischt. Zusätze können zudem Auswirkungen auf die Farbe, die Barriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften haben. Diese Pulpe kann einen Anteil von Naturfasern von bspw. 0,2 bis 10 Gew.-% aufweisen. Der Anteil an Naturfasern variiert in Abhängigkeit des Verfahrens, welches zur Herstellung von Verpackungen etc. angewandt wird, und der Produkteigenschaften des herzustellenden Produkts. Es werden zudem vermehrt faserhaltige Materialien eingesetzt, die in einem trockenen Zustand verarbeitet werden können. Hierzu zählen bspw. Airlaid, Fluff-Pulp. Krepp, Papier, Karton etc.

Hintergrund

[0003] Die Herstellung von faserhaltigen Produkten aus einer Pulpe erfolgt in der Regel in mehreren Arbeitsschritten. Hierzu weist eine Faserverarbeitungseinrichtung mehrere Stationen bzw. Formstationen auf. In einer Formstation kann bspw. ein Ansaugen von Fasern in einer Kavität eines Ansaugwerkzeugs erfolgen, wodurch ein Vorformling geformt bzw. gebildet wird. Dazu wird die Pulpe in einem Pulpe-Vorrat bereitgestellt und das Ansaugwerkzeug mit mindestens einer Ansaugkavität, dessen Geometrie im Wesentlichen dem herzustellenden Produkt entspricht, zumindest teilweise in die Pulpe getaucht. Während des Eintauchens erfolgt ein Ansaugen über Öffnungen in der Ansaugkavität, die mit einer entsprechenden Saug-Einrichtung in Verbindung stehen, wobei sich Fasern aus der Pulpe an der Oberfläche der Ansaugkavität ansammeln. Die angesaugten Fasern bzw. ein Vorformling können anschließend über das Ansaugwerkzeug in ein Vorpresswerkzeug gebracht werden, wobei der Vorformling vorgepresst wird. Hierzu können bspw. elastische Formkörper zum Einsatz kommen, die zum Verpressen aufgeblasen werden und dabei einen Druck auf die Vorformlinge ausüben. Während dieses Vorpressvorgangs werden die Fasern im Vorformling verpresst und der Wassergehalt des Vorformlings reduziert. Alternativ kann die Bereitstellung von Vorformlingen mittels Schöpfen erfolgen, wobei ein Schöpfwerkzeug in die Pulpe getaucht wird und sich beim Hochfahren Fasern an Formteilen des Schöpfwerkzeugs ablagern.

[0004] Danach werden Vorformlinge in einer Heißpresseinrichtung zu fertigen Formteilen verpresst. Hierbei werden Vorformlinge in ein Heißpresswerkzeug eingebracht, welches bspw. eine untere Werkzeughälfte und eine obere Werkzeughälfte aufweist, die beheizt werden. In dem Heißpresswerkzeug werden die Vorformlinge in einer Kavität unter Wärmeeintrag verpresst, wobei durch den Druck und die Wärme Restfeuchte ausgebracht wird, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Vorformlinge von ca. 60 Gew.-% vor dem Heißpressen auf bspw. 1-10 Gew.-% nach dem Heißpressen reduziert wird. Der beim Heißpressen entstehende Wasserdampf wird während des Heißpressens über Öffnungen in den Kavitäten und Kanäle im Heißpresswerkzeug abgesaugt.

[0005] Ein Herstellungsverfahren und eine Faserverarbeitungseinrichtung dazu sind bspw. aus DE 10 2019 127 562 A1 bekannt.

[0006] Beim Heißpressen ist es entscheidend, die Vorformlinge, welche einen relativ hohen Wassergehalt aufweisen, ausreichend stark zu erwärmen und ausreichend lange zu verpressen, um die gewünschte Restfeuchte im fertigen Produkt/Erzeugnis zu erzielen und die Fasern zu verpressen, damit ein fertiges Erzeugnis mit den gewünschten Geometrien hergestellt werden kann. Die Geometrie bzw. Form der hergestellten Erzeugnisse unterliegt dabei Einschränkungen, weil eine verhältnismäßig große Verformung eines feuchten Vorformlings nicht ohne Beschädigung durchgeführt werden kann. Daraus resultiert eine lange Taktzeit, was sich nachteilig auf den gesamten Herstellungsprozess und die Herstellungskosten auswirkt.

[0007] Weiterhin ist es bisher nicht möglich, die Gestalt und Ausbildung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material während des Heißpressprozesses nachhaltig zu beeinflussen. Verformungen, wie z.B. Prägungen etc., lassen sich dabei nicht oder nur unter großem Aufwand realisieren, weil das faserhaltige Material beim Verdampfen des darin enthaltenen Wassers schrumpft. Formwerkzeuge zum Erzeugen von komplexen Geometrien aus dem Stand der Technik weisen dazu in der Regel bewegliche Formflächen auf. Solche Werkzeuge sind teuer in der Anschaffung und störanfällig. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Steuerung für die beweglichen Formflächen erforderlich, was den Aufwand für ein solches Werkzeug erhöht.

[0008] Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bisherige Versuche zum Erreichen von Barriereeigenschaften bei Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material entweder sehr aufwendig und kostspielig, nicht recyclebar oder nicht ausreichend dicht sind.

Aufgabe

[0009] Es besteht daher die Aufgabe darin eine Lösung zur Herstellung von Erzeugnissen aus faserhaltigem Material anzugeben, wobei Erzeugnisse mit anspruchsvollen Geometrien, hergestellt werden können und die Nachteile des Stands der Technik behoben werden. Darüber hinaus soll eine Lösung angegeben werden, bei der keine beweglichen Formflächen für ein Werkzeug erforderlich sind. Des Weiteren besteht eine Aufgabe darin, verbesserte Barriereeigenschaften bei Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material zu erreichen.

Lösung

[0010] Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gelöst, welches mindestens die folgenden Schritte aufweist:

• Bereitstellen eines Vorformlings aus einem faserhaltigen Material, wobei der Vorformling einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 75 Gew.-% aufweist,
• erstes Verpressen des Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer ersten Presseinrichtung, und
• mindestens zweites Verpressen des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer zweiten Pressei nrichtu ng, wobei
• die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur und die während des mindestens einen zweiten Verpressens in der zweiten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur unterschiedlich sind.

[0011] Durch ein zweistufiges Verpressen kann die Presszeit je Presseinrichtung verhältnismäßig kurz gehalten werden, so dass die Herstellungszeit auch bei komplexen Geometrien und bei Erzeugnissen bzw. Vorformlingen mit einem hohen Wassergehalt sowie großen Wandstärken (> 1 mm) gering gehalten bzw. reduziert wird. Das ansonsten in einer Presseinrichtung erfolgte Verpressen unter hohen Temperaturen, wie im Stand der Technik, kann je nach Komplexität, Geometrie und Feuchtigkeit von Vorformlingen eine sehr lange Zeit in Anspruch nehmen, so dass vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte pausieren müssen. Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht demgegenüber eine Anpassung an bspw. die kürzeste Bearbeitungszeit an einer weiteren Station (z.B. Ansaugstation, Vorpressstation, etc.).

[0012] Ferner kann in einer der Presseinrichtungen neben einem Trocknen ("Heißpressen") eine zusätzliche Verformung erreicht werden. Um dies zu ermöglichen, kann bspw. die Temperatur in der ersten Presseinrichtung höher oder niedriger sein, wie in der mindestens einen zweiten Presseinrichtung. Die Temperaturunterschiede ermöglichen zudem einen steuerbare Wasseraustrag, so dass eine Beschädigung von Vorformlingen vermieden wird, wenn bspw. zuerst ein Antrocknen erfolgt und damit nicht die maximale Heizleistung eingebracht wird. Es hat sich zudem gezeigt, dass durch den Temperaturunterschied eine bessere Verbindung der Fasern erreicht wird, wobei demgegenüber ein zweifaches Verpressen mit einer im Wesentlichen gleichen Temperatur nicht die gewünschte Verbindung der Fasern erzielt und sogar die Verbindung negativ beeinflussen kann.

[0013] Zusätzlich kann die Presskraft in der ersten Presseinrichtung höher, niedriger oder im Wesentlichen gleich groß sein, wie in mindestens einer zweiten Presseinrichtung. Schließlich kann auch die Dauer des Verpressens und auch die Dauer der Wärmeeinwirkung über die erste Presseinrichtung und mindestes eine zweite Presseinrichtung sich bei den mindestens zwei Presseinrichtungen unterscheiden.

[0014] Damit lassen sich neben der Reduzierung der Zykluszeit beim Heißverpressen eine Formgebung der Vorformlinge erreichen und zudem die Barriereeigenschaften verbessern. Nach einem ersten Verpressen kann ein Vorformling bspw. ausreichend stabil sein, so dass bei einer Prägung, bei welcher bspw. Wand- oder Bodenbereiche partiell eine reduzierte Wandstärke erreichen, kein zusätzlicher Schwund auftritt. Hierzu können bspw. die Presseinrichtungen Kavitäten mit angepassten Formflächen und -geometrien aufweisen, die sich in der ersten und mindestens einen zweiten Presseinrichtung voneinander unterscheiden, um bspw. einem Schwund oder einer Verformung Rechnung zu tragen. Durch ein mindestens zweistufiges Verpressen kann weiterhin die Oberflächenbeschaffenheit auf einer Innen- und/oder einer Außenseite von Vorformlingen bzw. Erzeugnissen maßgeblich beeinflusst werden. Hierunter zählt sowohl ein Prägen, um bspw. Muster oder Strukturen an einer Oberfläche einzubringen, als auch eine thermische und druckspezifische Einwirkung, die in den mindestens zwei Pressschritten (erstes Verpressen, zweites Verpressen) unterschiedlich sein kann. Durch eine thermische und druckspezifische Einwirkung können speziell die Oberflächen stärker verdichtet werden, so dass eine Barriere gegen Flüssigkeiten, Gase und Gerüche sowie Schadstoffe allein durch das faserhaltige Material ohne weitere Zusätze erreicht werden kann. In weiteren Ausführungen können durch definierbare Temperaturbereiche und unterschiedliche Drücke eine Aktivierung oder stärke Bindung von Additiven oder Zusätzen erreicht werden, die dem faserhaltigen Material beigemischt sind, um eine Barrierewirkung zu erreichen. Hierbei kann der Vorteil des zweistufigen Verfahrens genutzt werden, dass bspw. in einem ersten Schritt der Wassergehalt eines Vorformlings wesentlich reduziert wird, so dass dieser Vorformling in der mindestens einen zweiten Presseinrichtung bei einem zweiten Verpressen mit höheren Kräften und Temperaturen verpresst werden kann, um eine entsprechende Oberfläche zu "schließen". Der geringe restliche Wassergehalt kann über die gegenüberliegende Oberfläche aus dem Vorformling ausgebracht werden. Da der Feuchtigkeitsgehalt zuvor bereits wesentlich reduziert wurde, sind Beschädigungen etc. des Vorformlings bzw. Erzeugnisses ausgeschlossen.

[0015] Das erste Verpressen und das mindestens eine zweite Verpressen sind Bestandteil eines Heißpressprozesses, der gegenüber bekannten Verfahren auf mindestens zwei Heißpressprozessschritte aufgeteilt wird. Ein vorgelagertes Verpressen von feuchtem faserhaltigem Material, wie es bspw. aus der eingangs genannten DE 10 2019 127 562 A1 bekannt ist, unterscheidet sich von einem Heißpressvorgang. Es kann vor allem bei feuchten Materialien ein solches Vorpressen zusätzlich erfolgen. Bei einem Vorpressen wird jedoch das Wasser aus dem faserhaltigen Material nur ausgedrückt, wobei sich Wasserstoffbrückenbindungen noch nicht vollständig ausbilden können. Wie bekannt, erfolgt das Auspressen von Wasser bei einem Vorpressen deshalb auch nur bei verhältnismäßig geringen Temperaturen (bspw. < 100 °C). Die Aufteilung des Heißpressvorgangs in mindestens zwei Heißpressschritte bietet demgegenüber mehrere Vorteile, wie vorstehend ausgeführt.

[0016] Weiterhin ist das Verfahren nicht auf die Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material in einem sogenannten Wet-Prozess beschränkt, sondern kann auch bei der Herstellung bzw. dem Formen von Erzeugnissen in einem sogenannten Dry-Prozess Anwendung finden.

[0017] In weiteren Ausführungen kann dabei die während des zweiten Verpressens in der zweiten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur höher sein als die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur, oder die während des zweiten Verpressens eingebrachte Temperatur in der zweiten Presseinrichtung kann niedriger sein wie die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur. Wird die Temperatur erhöht, kann ein Verpressen ein ansteigendes Ausbringen von Wasser und eine zunehmende Verbindung der Fasern (bspw. durch Wasserstoffbrückenbindung) und somit eine Zunahme von mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Produkts bzw. des Vorformlings bewirken. Nimmt die Temperatur ab, kann durch das mindestens eine zweite Verpressen die Oberfläche des Vorformlings bzw. Produkts nacharbeitet und bspw. veredelt werden, wobei die erforderliche Festigkeit und das Ausbringen von Wasser zuvor erreicht worden sind.

[0018] Es kann in weiteren Ausführungen eine Oberflächenveredelung auch durch eine höhere Temperatur bei einem nachgelagerten, mindestens einen zweiten Verpressen erfolgen. In noch weiteren Ausführungen kann bei bspw. drei Verpressvorgängen die Temperatur in der Abfolge hoch-niedrig-hoch oder niedrig-hoch-niedrig erfolgen.

[0019] In weiteren Ausführungen können das erste Verpressen (als Warmpressen) in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C und/oder das mindestens eine zweite Verpressen (als Heißpressen) in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C durchgeführt werden, oder das erste Verpressen in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C und/oder das mindestens eine zweite Verpressen in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C durchgeführt werden. In weiteren Ausführungen kann das Warmpressen bspw. bei etwa 100 °C und das Heißpressen bei etwa 220 °C durchgeführt werden. Der Temperaturbereich für ein Warmpressen ermöglicht eine Reduzierung der Restfeuchte des Vorformlings und die Ausbildung eines verhältnismäßig stabilen Vorformlings für ein weiteres Heißpressen bei gleichzeitig ausreichender Verformbarkeit.

[0020] Das erste Verpressen stellt dabei kein sogenanntes Vorpressen dar, welches in weiteren Ausführungen optional vorgesehen sein kann. Bei einem Vorpressen wird in der Regel bei Umgebungstemperatur (+/- 20 Grad) Wasser aus dem Filterkuchen der angesaugten Fasern ausgepresst, um einen Vorformling zu erhalten, der bspw. einen Wasseranteil von 60 Gew.-% aufweist. Ein Vorpressen erfolgt jedoch in der Regel nicht bei Temperaturen über 100 °C.

[0021] In weiteren Ausführungen können erste Presswerkzeuge der ersten Presseinrichtung auf 70 bis 120 °C und/oder zweite Presswerkzeuge der zweiten Presseinrichtung auf 160 bis 250 °C erwärmt werden oder erste Presswerkzeuge der ersten Presseinrichtung auf 160 bis 250 °C und/oder zweite Presswerkzeuge der zweiten Presseinrichtung auf 70 bis 120 °C erwärmt werden. Die Erwärmung kann dabei direkt oder indirekt erfolgen, wobei entsprechende Heizeinrichtungen vorgesehen sein können.

[0022] In weiteren Ausführungen kann während des ersten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 30 bis 50 Gew.-% reduziert werden, um die erforderliche Verformbarkeit bei ausreichender Festigkeit zu erreichen. Mit Festigkeit ist die Beschaffenheit des Vorformlings gemeint, welche den Zusammenhalt des verwendeten Materials betrifft. Hierbei ist nach dem ersten Verpressen mit einer geringeren Temperatur ("Warmpressen") eine Verbindung der einzelnen Fasern des Vorformlings mindestens teilweise eingetreten, so dass das Material im Wesentlichen stabil aber noch ausreichend verformbar ist. Es kann damit nicht zu einem "Einreißen" oder dergleichen beim Verformen, insbesondere bei einem Umformen oder Prägen, kommen, wobei die Geometrie eines Vorformlings beim ersten Verpressen bereits im Wesentlichen vorgegeben ist. Dabei würde eine zu hohe Restfeuchtigkeit des Vorformlings eine Verformung nicht zulassen, weil es dann bei einem Stauchen/Dehnen zu einem "Fließen" der Fasern oder einem Reißen des Materials im umgeformten Bereich kommen kann, wodurch der Vorformling beschädigt werden würde.

[0023] Die Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts kann dabei nach Maßgabe der Temperatur in den Presseinrichtungen, der Dauer des Verpressens und dem Druck festgelegt werden. Es hat sich herausgestellt, dass Anpassungen in den Parametern Temperatur, Druck und Verweilzeit (Pressdauer) unterschiedliche Auswirkungen auf das Ergebnis des jeweiligen Pressschritts haben, so dass durch geeignete Auswahl der Parameter die Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts und der Oberflächenbeschaffenheit gezielt beeinflusst werden kann.

[0024] Eine Temperaturregelung bei einem Warmpressen und einem Heißpressen ermöglicht es auf unterschiedliche Fasern, Pulpezusammensetzungen, Geometrien der herzustellenden Erzeugnisse und Wandstärken etc. Rücksicht zu nehmen und die entsprechenden benötigten Temperaturen bereitzustellen. So kann bspw. für verschiedene Fasern eine andere Warmpresstemperatur erforderlich sein, um die gewünschte Verformbarkeit zu erreichen. Ferner kann insbesondere bei höheren Wandstärken eines Vorformlings eine andere Warmpresstemperatur erforderlich sein als bei dünneren Wandstärken. Auch die Presskraft und Pressdauer während des Warmpressens und des Heißpressens kann nach Maßgabe des verwendeten Materials (Pulpe, Fasern, etc.) und der Geometrie und den Dimensionen eines Vorformlings oder Erzeugnisses unterschiedlich sein und/oder angepasst werden.

[0025] In weiteren Ausführungen kann während des zweiten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 1 bis 30 Gew.-% reduziert werden.

[0026] In weiteren Ausführungen kann bereits durch das erste Verpressen oder, falls mehr als drei Pressvorgänge vorgenommen werden, durch das mindestens eine zweite Verpressen die gewünschte Restfeuchte im Vorformling erreicht werden. Während mindestens einem weiteren Verpressen erfolgt dann ein Verpressen in einem Dry-Prozess, wie es zum Beispiel aus dem Umformen von Papier oder Tiefziehen von Krepp oder Airlaid bekannt ist Das bedeutet, dass beim Heißverpressen eine Kombination Wet-Forming und Dry-Forming erfolgt. Dabei kann in noch weiteren Ausführungen im Dry-Heißpressschritt ein finales Umformen erfolgen.

[0027] In weiteren Ausführungen können beim ersten Verpressen und bei einem mindestens einen zweiten Verpressen nicht nur unterschiedliche Temperaturen gefahren werden, sondern die ersten und zweiten Presswerkzeuge können an verschiedenen Stellen für den Vorformling unterschiedlich stark beheizbar sein. Bspw. kann damit erreicht werden, dass beim ersten Verpressen ein erster Bereich eines Vorformlings stärker erwärmt wird wie ein zweiter Bereich des Vorformlings, so dass beim nachgelagerten zweiten Verpressen der zweite Bereich noch ausreichend flexibel für ein Umformen und/oder Prägen ist, aber der erste Bereich bereits entsprechend stark ausgeformt oder zumindest stärker ausgeformt ist, wie der zweite Bereich.

[0028] In weiteren Ausführungen kann zwischen und/oder während des ersten Verpressens und des zweiten Verpressen mindestens ein Prägen des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgen, wobei das Prägen das Einbringen von Konturen, Rillen etc. beinhalten kann. Insbesondere kann das Prägen nicht als Verpressen wie im ersten und mindestens zweiten Pressschritt verstanden werden. In weiteren Ausführungen erfolgt das Prägen während eines ersten oder mindestens einen zweiten Verpressens. Das Prägen stellt dabei kein Einbringen von Beschichtungen dar, kann aber als vorbereitende Maßnahme oder zu einem nachfolgenden Verdichten von zuvor eingebrachten Schichten/Barriereschichten dienen.

[0029] In weiteren Ausführungen kann zwischen dem ersten Verpressen und dem mindestens einen zweiten Verpressen mindestens ein Beschichten des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgen.

[0030] In weiteren Ausführungen kann vor dem ersten Verpressen und/oder nach dem mindestens einen zweiten Verpressen ein zusätzliches Beschichten erfolgen.

[0031] In weiteren Ausführungen kann das Beschichten mindestens ein partielles Aufbringen mindestens einer zusätzlichen Schicht durch Sprühen, Eintauchen, Schöpfen, Laminieren und/oder Drucken umfassen. Während des Beschichtens können Zusätze (wie bspw. SiOx) auf eine Oberfläche eines Vorformlings und/oder Erzeugnisses aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen der Beschichtung kann ein zweites Verpressen stattfinden, um die Oberfläche mit der Beschichtung einer stärkeren Bindung zu unterziehen oder die Beschichtung in die Oberfläche des faserhaltigen Materials einzubringen ("einpressen"). Weiterhin kann bspw. auch ein Aufbringen mindestens einer zusätzlichen Schicht aus Fasern, Nanofasern oder sog. MFC (Mikrofibrillierte Zellulose), nach einem ersten Verpressen und vor einem zweiten Verpressen erfolgen. Nach dem ersten Verpressen weist die Oberfläche des Vorformlings noch eine ausreichende Feuchtigkeit auf, um während des zweiten Verpressens eine Verbindung mit unterhalb der Beschichtung liegenden Fasern des Vorformlings einzugehen ("fibril aggregation"). Die aufgebrachte Faserschicht wird in dem mindestens einen zweiten Verpressschritt mit der Oberfläche des Vorformlings verbunden und bildet bspw. eine Barriereschicht aus und/oder verleiht der Oberfläche eine spezielle, in der Regel sehr feine, glatte Oberfläche.

[0032] Das Aufbringen verschiedener Zusätze oder Fasern ermöglicht die Bereitstellung verschiedener Eigenschaften. Dabei kann das Aufbringen der Schichten auf verschiedene Arten erfolgen. In weiteren Ausführungen können auch mehrere unterschiedliche Schichten auf mindestens einen Teil einer inneren und/oder äußeren Oberfläche eines Vorformlings und/oder Erzeugnisses aufgebracht werden, wobei in noch weiteren Ausführungen Beschichtungsschritte vor einem ersten Verpressen, zwischen einem ersten und einem zweiten Verpressen und/oder nach einem zweiten Verpressen erfolgen können.

[0033] In weiteren Ausführungen können das erste Verpressen und das mindestens eine zweite Verpressen Bestandteil eines Heißpressprozesses sein, wie vorstehend beschrieben, wobei dies für alle hierin offenbarten Ausführungen gilt.

[0034] In weiteren Ausführungen kann vor dem ersten Verpressen ein Vorpressen erfolgen, wobei Wasser aus dem Vorformling ausgepresst wird.

[0035] In weiteren Ausführungen kann durch das mindestens eine zweite Verpressen eine Oberflächenveredelung des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgen. Eine Oberflächenveredelung kann bspw. die Erzeugung einer glatten Oberfläche ("Hochglanzoberfläche") umfassen. Herkömmliche Erzeugnisse aus einem faserhaltigen Material, insbesondere solche aus einem Wet-Formprozess, weisen an ihrer Oberfläche kleine Erhebungen auf, die aus Poren in den Kavitäten in einem Heißpresswerkzeug (Presswerkzeug, Formwerkzeug) resultieren, über welche Wasserdampf beim Verpressen abgesaugt wird. Bei der Oberflächenveredelung können diese Erhebungen "glatt" gepresst werden. Dazu können die Oberflächen in den Kavitäten eines zweiten Presswerkzeugs bzw. Formwerkzeugs glatt ausgeführt sein, so dass die Erhebungen verpresst werden und die Oberfläche der Vorformlinge bzw. Formkörper glatt ist. In weiteren Ausführungen kann mindestens ein Presswerkzeug der mindestens einen zweiten Presseinrichtung bzw. mindestens ein zweites Formwerkzeug Dampfbohrungen aufweisen, welche sich gegenüber Dampfbohrungen eines erstes Presswerkzeugs der ersten Presseinrichtung an einer anderen Stelle befinden, so dass die zuvor erzeugten Erhebungen glatt gedrückt werden und an den Dampfbohrungen des mindestens einen zweiten Formwerkzeugs aufgrund der geringen Feuchtigkeit im Vorformling keine Erhebungen entstehen, weil das Material bereits zu sehr verdichtet und getrocknet ist. Solche Dampfbohrungen in Kavitäten eines zweiten Formwerkzeugs können bspw. austretende Restfeuchte abführen.

[0036] Eine Oberflächenveredelung kann auch ein Prägen umfassen, wobei bspw. Muster oder Strukturen eingeprägt werden. Das Prägen bewirkt dabei eine Komprimierung des faserhaltigen Materials, welches bereits zuvor verpresst wurde, so dass die Festigkeit und weitere Materialeigenschaften verbessert werden und insbesondere die Oberfläche eine deutlich bessere Oberflächenqualität aufweist (optisch, haptisch).

[0037] In weiteren Ausführungen können während des mindestens einen zweiten Verpressens funktionale und/oder gestalterische Bereiche verstärkt werden. Bspw. können Hinterschnitt oder Ränder etc. nachverpresst werden, so dass diese (bspw. durch Prägen und Einbringen von Strukturen, welche das Material zusätzlich verdichten) stabiler werden. Ferner kann das Verstärken eine finale Ausbildung der funktionalen und /oder gestalterischen Bereiche bewirken, wobei zuvor die geformten funktionalen und/oder gestalterischen Bereiche nur teilweise ausgeformt sein können.

[0038] In weiteren Ausführungen kann während des ersten Verpressens und des mindestens einen zweiten Verpressens ein Stanzen erfolgen, wobei das Stanzen während des ersten Verpressens und des mindestens einen zweiten Verpressens in einem unterschiedlichen Ausmaß erfolgt. Es kann damit zunächst ein Vorstanzen erfolgen, wobei Bereiche des Vorformlings nur teilweise, d.h. sowohl in der Stanztiefe als auch im Stanzausmaß (Länge, Breite), vorgestanzt werden und nach oder während des mindestens einen zweiten Verpressens final oder zusätzlich gestanzt werden können. Das Stanzen kann bspw. im Formwerkzeug erfolgen, welches zusätzliche Stanzwerkzeuge (Messer etc.) aufweisen kann.

[0039] Bei nach den vorstehend genannten Verfahren hergestellten Erzeugnissen kann es sich bspw. um Verpackungen für Lebensmittel (bspw. Schalen, Kapseln, Boxen, Deckel, etc.) und Verpackungen für Konsumgüter (bspw. elektronische Geräte, Hygieneartikel, Werkzeuge, Besteck, etc.) sowie Getränkebehälter und Deckel hierfür handeln. Ferner kann es sich um Behälter zur Aufnahme von Pflanzen (z.B. Blumentöpfe, etc.) und dekorative Elemente handeln.

[0040] Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gemäß einem der vorstehend angegebenen Verfahren gelöst, mindestens aufweisend

• eine erste Presseinrichtung mit ersten Presswerkzeugen, und
• mindestens eine zweite Presseinrichtung mit zweiten Presswerkzeugen.

[0041] Die hierin vorgestellte technische Lehre ermöglicht die Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, das als Vorformling mit einem relativ hohen Restfeuchtegehalt von höchstens 75 Gew.-%, bspw. ca. 60 Gew.-%, bereitgestellt wird, wobei das Erzeugnis nach dem Verpressen keine Fehlstellen, wie bspw. Risse etc., aufweist. Die technische Lehre ermöglicht zudem, die Herstellung von Erzeugnissen aus faserhaltigem Material mit einer relativ geringen Restfeuchte, wobei gegenüber einem bekannten Dry-Forming eine besondere Oberflächenqualität und die Erzeugung/Verbesserung von besonderen gestalterischen Elementen (funktional: z.B. Hinterschnitt) ermöglicht wird.

[0042] Bspw. können durch das zweistufige Verpressen komplexe Geometrien, bspw. im Bereich eines Rands erzeugt werden, wobei zweite Presswerkzeuge für die Ausbildung eines Rands entsprechend ausgebildet sind.

[0043] In weiteren Ausführungen können die ersten Presswerkzeuge und/oder die zweiten Presswerkzeuge beheizbar sein, so dass der zweistufige Prozess zur Herstellung eines Erzeugnisses, wie bspw. eines Behälters, mit einem Rand zusätzlich verbessert wird. Dabei kann bspw. in einem ersten Schritt über die ersten Presswerkzeuge ein Vorformling des Erzeugnisses entsprechend der späteren Geometrie im Bereich seines Hauptkörpers und im Bereich des Rands vorgepresst werden. Durch einen Wärmeeintrag kann der Feuchtigkeitsgehalt eines Hauptkörpers und eines Rands in der ersten Presseinrichtung bereits reduziert und eine Bindung der Fasern untereinander erreicht werden. Entscheidend ist hierbei, dass das Erwärmen des Vorformlings in der ersten Presseinrichtung nur bis zu einem gewissen Maß ausgeführt wird, damit der Vorformling nach dem Verpressen in der ersten Presseinrichtung noch ausreichend flexibel ist, um in der zweiten Presseinrichtung beim Schließen der zweiten Presswerkzeuge im Bereich des Rands verformt werden zu können. Die finale Herstellung durch Heißpressen in mindestens einer zweiten Presseinrichtung bei geschlossenen zweiten Presswerkzeugen kann dabei mit einer höheren Temperatur gegenüber der Erwärmung in der ersten Presseinrichtung erfolgen, wobei das in den Fasern gebundene Wasser verdampft und der Vorformling zum fertigen Erzeugnis heißverpresst wird. Alternativ kann durch eine demgegenüber inverse Temperaturbeaufschlagung des faserhaltigen Materials bestimmte Effekte erzielt werden, wie vorstehend beschrieben.

[0044] Die ersten Presswerkzeuge und/oder die mindestens einen zweiten Presswerkzeuge können über Heizeinrichtungen auf die erforderlichen Temperaturen zum Verpressen gebracht werden. Solche Heizeinrichtungen können bspw. elektrische oder hydraulische Heizeinrichtungen sein und bspw. Heizelemente aufweisen. Elektrische Heizelemente können bspw. Heizpatronen sein, deren Temperatur nach Maßgabe des bereitgestellten Versorgungsstroms geregelt werden kann. Über die Heizpatronen können die Presswerkzeuge damit direkt beheizt werden. Hydraulische Heizeinrichtungen können beispielsweise durch die Presswerkzeuge verlaufende Kanäle aufweisen, wobei in den Kanälen ein temperiertes Öl zirkuliert. Das Erwärmen der Presswerkzeuge kann dabei direkt durch ein Erwärmen der Presswerkzeuge oder indirekt durch ein Erwärmen einer Werkzeugplatte, auf/an welcher die Presswerkzeuge befestigt sind, erfolgen. In weiteren Ausführungen können Temperaturerfassungsmittel vorgesehen sein, welche die Temperatur der Presswerkzeuge und/oder der Werkzeugplatte erfassen, um nach Maßgabe der erfassten Werte die Temperatur der Presswerkzeuge zu regeln.

[0045] In weiteren Ausführungen kann die Größe von Kavitäten in der ersten Presseinrichtung und der zweiten Presseinrichtung unterschiedlich sein, wobei dem Schwund des Volumens des Erzeugnisses bzw. des Vorformlings zwischen dem ersten Verpressen in der ersten Presseinrichtung und einem zweiten Verpressen in der zweiten Presseinrichtung Rechnung getragen wird.

[0046] Die Vorrichtung kann ferner Einheiten zum Beschichten vor einem ersten Verpressen, zwischen einem ersten und einem zweiten Verpressen und/oder nach einem zweiten Verpressen aufweisen. In der Vorrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material können nach dem mindestens zweistufigen Verpressen die gefertigten Erzeugnisse weiteren Bearbeitungsschritten, wie bspw. einem Befüllen, Verschließen etc. zugeführt werden.

[0047] Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.

Kurzbeschreibung der Figuren

[0048] In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Ablaufs zur Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Fasermaterial; und

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung mit einer Heißpressstation mit mindestens zwei Presseinrichtungen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0049] Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen technischen Lehre dargestellt. Für gleiche Komponenten, Teile und Abläufe werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet. Für die hierin offenbarte technische Lehre unwesentliche oder für einen Fachmann sich erschließende Komponenten, Teile und Abläufe werden nicht explizit wiedergegeben. Im Singular angegebene Merkmale sind auch im Plural mitumfasst, sofern nicht explizit etwas anderes ausgeführt ist. Dies betrifft insbesondere Angaben wie "ein" oder "eine".

[0050] Fig. 1 zeigt einen Verfahrensablauf zur Herstellung von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, wobei zunächst Vorformlinge aus einem faserhaltigen Material bereitgestellt werden, die anschließend unter thermischer Einwirkung verpresst werden. Die Bereitstellung der Vorformlinge kann wie eingangs beschrieben erfolgen, wobei Fasern aus einer wässrigen Lösung (Pulpe) angesaugt und dreidimensionale Vorformlinge gebildet werden, welche im Wesentlichen bereits die Gestalt von herzustellenden Erzeugnissen aufweisen. Zusätzlich können Additive und Zusätze, wie bspw. Stärke, chemische Zusätze, Wachs, etc. einer Pulpe zugeführt werden, um die Eigenschaften der herzustellenden Produkte (z.B.

[0051] Barriereeigenschaften) und die Verarbeitbarkeit zu beeinflussen. Bei den Fasern kann es sich bspw. um natürliche Fasern, wie Cellulosefasern, oder Fasern aus einem faserhaltigen Ursprungsmaterial (z.B. Altpapier) handeln. Bspw. können biologisch abbaubare Becher, Kapseln, Schalen, Teller und weitere Form- und/oder Verpackungsteile (bspw. als Halter-/Stützstrukturen für elektronische Geräte) gefertigt werden. Da als Ausgangsmaterial für diese Erzeugnisse eine faserhaltige Pulpe mit natürlichen Fasern verwendet werden kann, können die hergestellte Erzeugnisse nach ihrer Verwendung selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von solchen Erzeugnissen dienen oder kompostiert werden, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten.

[0052] Die Vorformlinge können in weiteren Ausführungen einem Vorpressschritt unterzogen werden. Anschließend werden die Vorformlinge in einer Heißpresseinrichtung unter Druck und Wärmeeinwirkung zu dreidimensionalen Erzeugnissen verpresst. Gegenüber bekannten Verfahren zum Formen von derartigen Erzeugnissen erfolgt hier das Verpressen (Heißpressen) in mindestens zwei Schritten, d.h. einem ersten Verpressen und mindestens einem zweiten Verpressen. In weiteren Ausführungen kann sich einem zweiten Verpressen mindestens ein drittes Verpressen usw. anschließen. Dabei kann jedes Verpressen gezielt Einfluss auf verschiedene Eigenschaften von Vorformlingen bzw. Erzeugnissen nehmen.

[0053] Zunächst wird mindestens ein Vorformling bereitgestellt. Der Vorformling kann bspw. vorab einem Vorpressen zum Ausbringen von Wasser unterworfen worden sein. Ein Vorformen ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Vorformling weist für den Formprozess bspw. einen Restfeuchtegehalt von maximal 75 Gew.-% auf. Der Vorformling wird dann in eine erste Presseinrichtung eingebracht. Dazu wird der Vorformling auf eine Anlagefläche der Kavität der ersten Presseinrichtungen auf- oder eingesetzt. Die erste Presseinrichtung ist dabei geöffnet, wobei zwei erste Presswerkzeughälften relativ zueinander verlagert sind. Nach dem Einbringen des Vorformlings werden die ersten Presswerkzeughälften relativ zueinander verlagert, bis die erste Presseinrichtung geschlossen ist und eine geschlossene Kavität für den Vorformling ausbilden. In der ersten Presseinrichtung wird dann ein erstes Verpressen ("Warmpressen") mit einer relativ geringen Temperatur gegenüber dem Verpressen in einer zweiten Presseinrichtung durchgeführt. Beim Warmpressen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings reduziert und der Vorformling vorgeformt.

[0054] Nach dem Warmpressen des Vorformlings wird die erste Presseinrichtung durch relative Verlagerung der beiden ersten Presswerkzeuge geöffnet und der warmgepresste Vorformling wird der ersten Presseinrichtung entnommen. Der warmgepresste Vorformling wird dann der zweiten Presseinrichtung zugeführt. Der warmgepresste Vorformling wird auf eine Anlagefläche einer Kavität der zweiten Presseinrichtung auf- oder eingesetzt wird. Die erste Presseinrichtung ist dabei geöffnet, wobei zwei erste Presswerkzeughälften relativ zueinander verlagert sind. Nach dem Einbringen des Vorformlings werden die zweiten Presswerkzeughälften relativ zueinander verlagert, bis die zweite Presseinrichtung geschlossen ist und eine geschlossene Kavität für den Vorformling ausbilden. In der zweiten Presseinrichtung wird dann ein zweites Verpressen ("Heißpressen") mit einer gegenüber dem Verpressen in der ersten Presseinrichtung höheren Temperatur durchgeführt. Dabei wird während des zweiten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings weiter reduziert und der zuvor warmgeformte Vorformling zu einem Erzeugnis verpresst, wobei das so hergestellte Erzeugnis im Wesentlichen nicht mehr verformbar ist, und eine verhältnismäßig geringe Restfeuchte aufweist (1-20 Gew.-% Wasser). Nach dem Heißpressen wird die zweite Presseinrichtung durch relative Verlagerung der zweiten Presswerkzeuge geöffnet und das heißgepresste Erzeugnis entnommen.

[0055] Die ersten Presswerkzeuge und die zweiten Presswerkzeuge weisen Anlageflächen an Formeinrichtungen auf, welche zur Ausbildung eines Formraums (Kavität) relativ zueinander bewegt werden können. Die Formeinrichtungen sind so ausgestaltet, dass Formeinrichtungen an einer Presswerkzeughälfte im Wesentlichen als Negativ und die an der anderen Presswerkzeughälfte gegenüberliegenden Formeinrichtungen im Wesentlichen als Positiv der zu formenden Erzeugnisse ausgebildet sind. Hierbei können Formeinrichtungen als integraler Bestandteil von Werkzeugplatten der Presswerkzeughälften vorgesehen oder austauschbar mit Werkzeugplatte der Presswerkzeughälften verbunden (z.B. verschraubt) sein.

[0056] Weiterhin können die ersten Presseinrichtungen und die zweiten Presseinrichtungen insbesondere mehrere Kavitäten bzw. Formräume und dazu Formeinrichtungen aufweisen.

[0057] Darüber hinaus können die Formräume bzw. Kavitäten der ersten Presseinrichtung eine andere Erstreckung und Ausbildung von den Formräumen bzw. Kavitäten der zweiten Presseinrichtung aufweisen, um damit zum einen einem Schwund der Vorformlinge nach dem ersten Verpressen Rechnung zu tragen sowie um Strukturen oder ähnliches in die Oberfläche von bereits warmgeformten Vorformlingen einzubringen. Hierzu können bspw. Formeinrichtungen der zweiten Presseinrichtung an den Anlageflächen eine gemusterte oder strukturierte Oberfläche aufweisen, um beim zweiten Verpressen ein Muster oder eine Strukturierung auf eine Oberfläche eines warmgeformten Vorformlings zu bringen.

[0058] In weiteren Ausführungen kann zwischen dem ersten Verpressen in der ersten Presseinrichtung und dem zweiten Verpressen in der zweiten Presseinrichtung ein Prägen von Mustern oder dergleichen erfolgen. Hierzu sind die Vorformlinge bereits durch das erste Verpressen ausreichend stabil und können danach mit einem Muster (z.B. Marke, Slogan, etc.) geprägt werden. Hierzu ist eine Prägeeinrichtung (z.B. Prägestation) zwischen der ersten Presseinrichtung und der zweiten Presseinrichtung angeordnet. Die Werkzeuge zum Prägen können ähnlich wie die Formeinrichtungen der ersten Presseinrichtung und der zweiten Presseinrichtung ausgebildet sein. In weiteren Ausführungen können Prägemittel (z.B. Stempel oder dergleichen) nur auf einen Bereich eines warmgeformten Vorformlings einwirken. Dabei kann in weiteren Ausführungen das Prägen auch bei geöffneten ersten oder zweiten Presseinrichtungen erfolgen, wobei die warmgeformten Vorformlinge mit ihrer inneren oder äußeren Oberfläche auf einer Anlagefläche einer Formeinrichtung der ersten Presseinrichtung oder der zweiten Presseinrichtung aufliegen. Die Prägung erfolgt dann nach dem ersten Verpressen in der ersten Presseinrichtung oder vor dem zweiten Verpressen in der zweiten Presseinrichtung mit jeweils geöffneten Presswerkzeughälften. Es kann hierzu bspw. Prägewerkzeuge relativ zu den Presswerkzeughälften mit den Vorformlingen verfahren werden. Die Prägewerkzeuge drücken dann aus dieser Position gegen die Vorformlinge zum Prägen gedrückt. In weiteren Ausführungen kann der Druck über die gegenüberliegende Presswerkzeughälfte ausgeübt werden, welche gegenüber einem regulären ersten oder zweiten Verpressen mit geringerem Druck und geringerem Hub bewegt wird. Danach können so geprägte und warmgeformte Vorformlinge bei einem zweiten Verpressen heißverpresst werden, um die zuvor eingebrachte Prägung beim Trocknen des gesamten Vorformlings während des Heißpressens durch Trocknen auszuhärten.

[0059] Zudem kann durch die unterschiedliche Ausbildung der Kavitäten bzw. Formeinrichtungen für die Presswerkzeughälften nach einem Warmpressen bzw. ersten Verpressen ein stärkeres Verpressen mit hohem Druck erfolgen, wobei die bereits durch das Trocknen beim Warmpressen reduzierte Wandstärke nochmals reduziert und das gefertigte Erzeugnis sehr stabil und fest gemacht werden kann. Darüber hinaus kann dadurch die Oberflächenbeschaffenheit stark beeinflusst werden. Bspw. kann eine sehr hohe Verdichtung an der Oberfläche erreicht werden, wodurch Barriereeigenschaften (Feuchtigkeit, Gas- und Geruchsdurchlässigkeit) verbessert oder erst bereitgestellt werden können.

[0060] In weiteren Ausführungen kann vor dem ersten Verpressen, wischen dem ersten Verpressen und dem zweiten Verpressen sowie nach dem zweiten Verpressen ein Beschichten mit Zusätzen, Additiven, Fasern etc. erfolgen, um die Oberflächenbeschaffenheit und Barriereeigenschaften zu beeinflussen. Ein erstes und/oder zweites Verpressen nach Beschichten kann bspw. zur Aktivierung von Additiven führen, die in dem faserhaltigen Material enthalten sind. Neben dem Druck kann auch über beheizte Formeinrichtungen das Verhalten und Bindungsfähigkeit von Stoffen untereinander oder mit Fasern beeinflusst werden. In weiteren Ausführungen kann ein Beschichten zwischen zwei Verpressschritten ein gezielter Schichtaufbau realisiert werden, wobei ein Verbindungsbereich zwischen mindestens einer Beschichtungsschicht und der angrenzenden Schicht (z.B. Faserlage) verhältnismäßig gering ist. In weiteren Ausführungen können zwischen dem ersten Verpressen und dem zweiten Verpressen mehrere Schichten aufgebracht werden, wobei der warmgepresste Vorformling nach dem Beschichten nochmals heißverpresst wird.

[0061] Die Aufteilung des Verpressens in mindestens ein erstes Verpressen und mindestens ein zweites Verpressen ermöglicht es Vorformlinge ausreichend lange und mit ausreichend hoher Temperatur zu verpressen und dabei gleichzeitig die benötigte Dauer zum Verpressen unter Druck und gleichzeitiger Temperatureinwirkung erheblich zu reduzieren. Es ist klar, dass bei weiteren Presseinrichtungen (dritte Presseinrichtung, vierte Presseinrichtung, etc.) die Dauer je Presseinrichtung noch weiter reduziert werden kann.

[0062] Durch die Aufteilung in mehrere Presseinrichtungen, wobei in jeder der Presseinrichtungen ein Verpressen mit unterschiedlicher Temperatureinwirkung, unterschiedlichem Druck und unterschiedlicher Dauer realisiert werden kann, kann insbesondere die Qualität von derart hergestellten Erzeugnissen erheblich verbessert werden. Zudem kann eine Verbesserung von Barriereeigenschaften wesentlich verbessert werden. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass in einer einzelnen Pressstation es durch die Beschränkung auf einen Temperaturbereich zum Verpressen keine optimale Bindungswirkung der Fasern erzielt werden kann.

[0063] Die ersten und zweiten Presseinrichtungen weisen für die Temperatureinwirkung entsprechende Temperiermittel auf, die über eine Steuerung und ggf. weitere Einheiten die Temperatur an den Anlageflächen der Kavitäten bzw. Formeinrichtungen geregelt bereitstellen können. Bspw. sind in Werkzeugplatten und/oder Formeinrichtungen elektrisch ansteuerbare Heizelemente vorgesehen, die einfach über eine Steuerung gesteuert werden können.

[0064] In weiteren Ausführungen kann die Temperatur bei einem ersten Verpressen höher sein als bei mindestens einem zweiten Verpressen, wobei während des mindestens einen zweiten Verpressens die Verbindung der Fasern des faserhaltigen Materials damit weitgehend abgeschlossen ist. Darüber hinaus kann ein Prägen der Vorformlinge auch in den Formwerkzeugen selbst erfolgen, wobei die Formwerkzeug eine entsprechende Oberfläche in den Kavitäten aufweisen. Zudem können die Formwerkzeuge Stanzwerkzeuge aufweisen, die beim Schließen der Werkzeughälften von Presseinrichtungen die Vorformlinge bzw. Erzeugnisse in den Presseinrichtungen unterschiedlich stanzen. In noch weiteren Ausführungen können Stanzstationen vorgesehen sein, welche den Presseinrichtungen nachgelagert sind. Es kann auch nur eine Stanzstation vorgesehen sein, wobei zuvor in mindestens einer Presseinrichtung ein Vor-Stanzen erfolgen kann.

[0065] Des Weiteren kann auch im Hinblick auf die Ausführung einer Faserverarbeitungseinrichtung 10 in Fig. 2 ein mehrstufiges Heißpressen bei Vorformlingen erfolgen, die einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen und bspw. aus einem verhältnismäßig trockenen Material (z.B. Airlaid etc.) hergestellt worden sind.

[0066] Es kann bei den hierin beschriebenen Verfahren insbesondere auch eine Oberflächenbehandlung durch den mindestens zweistufigen Heißpressvorgang in unterschiedlichen Heißpresswerkzeugen (Presseinrichtungen) erfolgen, welche eine Verdichtung und/oder Glättung von Oberflächen bereitstellt. Zudem kann durch das Einbringen von feinen Strukturen, bspw. sich kreuzenden Linien etc., eine homogene Verdichtung erfolgen, welche in einem einstufigen Prozess in der Regel nicht realisiert werden kann, weil das faserhaltige Material nicht die erforderliche Verbindung für die Verdichtung aufweist. Ohne ein Vorverdichten bei einem ersten Verpressen könnte beim Prägen faserhaltiges Material an der Kavitätenoberfläche hängen ("kleben") bleiben. Dies wird mit der hierin beschriebenen Lösung verhindert.

[0067] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Faserverarbeitungseinrichtung 10 mit einer Heißpressstation 30 mit mindestens zwei Presseinrichtungen 32, 34. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Heißpressstation 30 der Faserverarbeitungseinrichtung 10 eine erste Presseinrichtung 32 zum Verpressen von Vorformlingen aus faserhaltigem Material mit einem hohen Wassergehalt von bspw. 50 bis 70 Gew.-% (bspw. ca. 60 Gew.-%) auf, wie vorstehend beschrieben. Das erste Verpressen in der ersten Presseinrichtung 32 erfolgt dabei in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C. Hierzu können die Presswerkzeuge bzw. Presswerkzeughälften sowie die Formeinrichtungen über mindestens eine Temperiereinrichtung 40 beheizt werden. Die Temperiereinrichtung 40 kann bspw. elektrisch ansteuerbare Heizpatronen umfassen, die in Werkzeugkörpern der Presseinrichtung 32 oder in den zugeordneten Formeinrichtungen aufgenommen sind.

[0068] Die Heißpressstation 30 weist weiter eine zweite Presseinrichtung 34 zum Verpressen von zuvor in der ersten Presseinrichtung 32 mit einer geringeren Temperatur verpressten Vorformlingen auf. Die zuvor verpressten Vorformlinge weisen nach dem ersten Verpressen bspw. einen Wassergehalt von 30 bis 50 Gew.-%, bspw. 35 bis 50 Gew.-%, insbesondere 40 -50 Gew.-%, auf, und sind damit ausreichend flexibel und umformbar, so dass bspw. eine Rand-, Boden, und/oder Seitenumformung der Vorformlinge erfolgen kann, ohne dass diese dabei beschädigt oder zerstört werden. Hierzu weisen die Formeinrichtung der zweiten Presseinrichtung 34 eine entsprechende Geometrie auf. Das zweite Verpressen kann zum finalen Trocknen in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C durchgeführt werden. Hierzu werden die Presswerkzeuge bzw. Presswerkzeughälften sowie die Formeinrichtungen über die mindestens eine Temperiereinrichtung 40 entsprechend beheizt. Die zweiten Presswerkzeuge bzw. Presswerkzeughälften sowie die Formeinrichtungen der zweiten Presseinrichtung 34 können hierfür auf 160 bis 250 °C erwärmt werden.

[0069] In weiteren Ausführungen können das erste Verpressen in der ersten Presseinrichtung 32 und das zweite Verpressen in der zweiten Presseinrichtung 34 im Wesentlichen bei gleichen Temperaturen erfolgen. In noch weiteren Ausführungen kann das erste Verpressen in der ersten Presseinrichtung 32 bei höheren Temperaturen erfolgen, wie das zweite Verpressen in der zweiten Presseinrichtung 34. Bspw. kann damit die Oberfläche der Vorformlinge oder eine zuvor aufgebrachte Beschichtung gezielt thermisch mit einer Verbindungsschicht/- oberfläche des faserhaltigen Materials verbunden oder behandelt werden.

[0070] Die Faserverarbeitungseinrichtung 10 weist ferner eine Steuerung 20 auf, die zur Steuerung der in Fig. 2 gezeigten Komponenten und weiteren Bestandteilen der Faserverarbeitungseinrichtung 10 dient.

[0071] Die Faserverarbeitungseinrichtung 10 kann bspw. Versorgungseinheiten aufweisen, bspw. Schnittstellen für die Zufuhr von Medien (bspw. Wasser, Pulpe, Druckluft, Gas, etc.) und Energie (Stromversorgung), mindestens eine Absaugeinrichtung, Leitungssysteme für die verschiedenen Medien, Pumpen, Ventile, Leitungen, Sensoren, Messeinrichtungen, ein BUSSystem, etc. sowie Schnittstellen für eine bidirektionale Kommunikation über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Datenverbindung aufweisen. Anstelle einer drahtgebundenen Datenverbindung kann auch eine Datenverbindung über eine Glasfaserleitung bestehen. Die Datenverbindung kann bspw. zwischen der Steuerung 20 und einer zentralen Steuerung für mehrere Faserverarbeitungseinrichtungen 10, zu einer Faseraufbereitungsanlage, zu einer Service-Stelle und/oder weiteren Einrichtungen bestehen. Es kann über eine bidirektionale Datenverbindung auch eine Steuerung der Faserverarbeitungseinrichtung 10 über eine mobile Einrichtung, wie bspw. ein Smartphone, Tablet-Computer oder dergleichen erfolgen. Weiterhin kann die Steuerung 20 über ein BUSSystem oder eine Datenverbindung mit einem HMI(Human-Machine-Interface)-Panel in bidirektionaler Kommunikation stehen. Zusätzlich oder alternativ können an einem HMI-Panel weitere Eingabemittel, wie bspw. eine Tastatur, ein Joystick, ein Tastenfeld etc. für Operatoreingaben vorgesehen sein. Hierüber können Einstellungen verändert und Einfluss auf den Betrieb der Faserverarbeitungseinrichtung 10 vorgenommen werden.

[0072] Die Faserverarbeitungseinrichtung 10 kann in weiteren Ausführungen Einrichtungen zum Vorformen und Ansaugen von Fasern zur Bildung von Vorformlingen aus einer Pulpe aufweisen. Weiterhin kann die Faserverarbeitungseinrichtung 10 weitere vor- und nachgelagerte Bearbeitungsstationen aufweisen. Darüber hinaus kann die Faserverarbeitungseinrichtung 10, wie vorstehend bereits ausgeführt, Stationen zum Beschichten an verschiedenen Stellen des Herstellungsprozesses aufweisen, wobei diesen Stationen wiederum über weitere Einrichtungen Material (Fasern, SiOx, Additive, Wachs, etc.) zum Beschichten zugeführt werden können.

Bezugszeichenliste

[0073] 

10

Faserverarbeitungseinrichtung

20

Steuerung

30

Heißpressstation

32

erste Presseinrichtung

34

zweite Presseinrichtung

40

Temperiereinrichtung

Ansprüche

1. Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material, mindestens aufweisend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Vorformlings aus einem faserhaltigen Material, wobei der Vorformling einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 75 Gew.-% aufweist,

- erstes Verpressen des Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer ersten Presseinrichtung, und

- mindestens zweites Verpressen des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings unter gleichzeitigem Wärmeeintrag in einer zweiten Presseinrichtung, wobei

- die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur und die während des mindestens einen zweiten Verpressens in der zweiten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur unterschiedlich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

- die während des zweiten Verpressens in der zweiten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur höher ist als die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur, oder

- die während des zweiten Verpressens eingebrachte Temperatur in der zweiten Presseinrichtung niedriger ist wie die während des ersten Verpressens in der ersten Presseinrichtung eingebrachte Temperatur.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei

- das erste Verpressen in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C und/oder das mindestens eine zweite Verpressen in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C durchgeführt werden, oder

- das erste Verpressen in einem Temperaturbereich von 160 bis 250 °C und/oder das mindestens eine zweite Verpressen in einem Temperaturbereich von 70 bis 120 °C durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei

- erste Presswerkzeuge der ersten Presseinrichtung auf 70 bis 120 °C und/oder zweite Presswerkzeuge der zweiten Presseinrichtung auf 160 bis 250 °C erwärmt werden, oder

- erste Presswerkzeuge der ersten Presseinrichtung auf 160 bis 250 °C und/oder zweite Presswerkzeuge der zweiten Presseinrichtung auf 70 bis 120 °C erwärmt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während des ersten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 30 bis 50 Gew.-% reduziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während des zweiten Verpressens der Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings auf 1 bis 30 Gew.-% reduziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen und/oder während des ersten Verpressens und des mindestens einen zweiten Verpressens mindestens ein Prägen des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen dem ersten Verpressen und dem mindestens einen zweiten Verpressen mindestens ein Beschichten des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei vor dem ersten Verpressen und/oder nach dem mindestens einen zweiten Verpressen ein zusätzliches Beschichten erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Beschichten mindestens ein partielles Aufbringen mindestens einer zusätzlichen Schicht durch Sprühen, Eintauchen, Schöpfen, Laminieren und/oder Drucken umfasst.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Verpressen und das mindestens eine zweite Verpressen Bestandteil eines Heißpressprozesses sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei vor dem ersten Verpressen ein Vorpressen erfolgt, wobei Wasser aus dem Vorformling ausgepresst wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei durch das mindestens eine zweite Verpressen eine Oberflächenveredelung des zuvor in der ersten Presseinrichtung vorgepressten Vorformlings erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 13, wobei während des mindestens einen zweiten Verpressens funktionale und/oder gestalterische Bereiche verstärkt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei während des ersten Verpressens und des mindestens einen zweiten Verpressens ein Stanzen erfolgt, wobei das Stanzen während des ersten Verpressens und des mindestens einen zweiten Verpressens in einem unterschiedlichen Ausmaß erfolgt.

16. Vorrichtung zum Formen von Erzeugnissen aus einem faserhaltigen Material gemäß einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, mindestens aufweisend

- eine erste Presseinrichtung mit ersten Presswerkzeugen, und

- mindestens eine zweite Presseinrichtung mit zweiten Presswerkzeugen.

Zeichnung