Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung formbeständiger Gegenstände durch Auftragen eines fluidisierten Faserrohstoffes auf eine formgebende Unterlage durch Ansaugen einer Faserrohstoffpulpe an diese Unterlage.
Unter einem fluidisierten Faserrohstoff ist ein zur Herstellung der gewünschten Gegenstände geeignetes Ausgangsmaterial zu verstehen, das in nasser Form vorliegen kann und faserigen Charakter hat. Als ein solches Ausgangsmaterial kann beispielsweise verwiesen werden auf ein Faserpulpematerial, wie es beispielsweise Anwendung findet bei Paletten und Kartons zur Verpackung zerbrechlicher und empfindlicher Gegenstände wie Obst, Blumen, Eier und beispielsweise Gegenständen aus Glas. Das Pulpematerial besteht hier in der Regel aus einer aufgeschlemmten faserigen Zellulose.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck eine Herstellungstechnik anzuwenden, bei der das Ausgangsmaterial in Form einer Pulpe mit einem Auftragungsprozess auf der konturgebenden Aussenseite einer Form angebracht wird, die durchlässig ist, damit ein luftförmiges Arbeitsmedium mittels Saugwirkung auf das Material durch das Material der Form einwirken und damit das Material auf der Form auf Kontur saugen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es anzugeben, wie diese an sich zweckmässige Herstellungstechnik nicht allein zur Herstellung verhältnismässig kleiner und leichter Gegenstände verwendet werden kann, sondern auch zur Herstellung grosser, verhältnismässig schwerer und besonders tragfähiger Elemente, die sich durch eine Formbeständigkeit auszeichnen, die in einem wesentlichen Grad auf einer entsprechenden Dicke der auf der formgebenden Unterlage aufgebrachten Materialschicht beruht. Im Vergleich hierzu ist die Materialdicke bei den genannten kleinen und leichten Gegenständen recht gering, und die in der Praxis erforderliche Steifheit wird in der Regel durch eine bewusste Gestaltung der Wandpartien bewerkstelligt, die beispielsweise Stützen für die genannten Gegenstände bilden, da die Wände, da sie einander abstützen, ein insgesamt verhältnismässig steifes Produkt hervorbringen.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Unter Ausnutzung der vorstehend genannten Herstellungstechnik ist es hierdurch möglich, auch tragfähige Elemente wie Paletten und Bauelemente herzustellen, die im Gegensatz zu den genannten Verpackungsbeispielen verhältnismässig ebene und glatte Aussenflächen aufweisen können und an sich eine hohe Formbeständigkeit aufweisen. Das Auftragen einer Faserrohstoffschicht mit der definierten Dicke bedeutet, dass mit dem beim Saugen angewendeten Unterdruck in der Faserrohstoffschicht eine Materialdichte erzeugt werden kann, die an der der Formfläche zugewandten Aussenseite der Materialschicht am grössten ist und verstärkend wirkt, da sie von der durchgehenden Mittelebene des aufgetragenen Gegenstandes entfernt liegt.
Unter Ausnutzung der Schichtdicke des so hergestellten Gegenstandes lässt sich dessen Formbeständigkeit erfindungsgemäss dadurch erhöhen, dass über die Faserrohstoffschicht verteilt in dieser eine oder mehrere Abweichungen in der Schichtdicke dadurch erzeugt werden, dass der Saugeffekt während eines zur Herstellung des gesamten Gegenstandes erforderlichen Faserpulpemenge gemeinsamen Saugprozesses örtlich entsprechend variiert wird. Auf diese Weise lässt sich in ein und demselben Arbeitsgang , d.h. beim Auftragen des Faserrohstoffes auf die formgebende Unterlage, sowohl die für den Gegenstand gewünschte endgültige Aussenseite, als auch, unter Ausnutzung der Dicke der Materialschicht, eine die Formbeständigkeit erhöhende geformte Struktur in dem das den eigentlichen Gegenstand bildenden Materialprodukt ausformen.
Eine solche Struktur lässt sich erfindungsgemäss beispielsweise als ein zusammengehöriges Strukturmuster mit einer im Verhältnis zu den übrigen Bereichen des Gegenstandes grösseren Schichtdicke ausformen.
Eine zweckmässige Art der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansaugen einer leicht zu entwässernden Faserrohstoffpulpe in der gewünschten Dicke eine für ein luftförmiges, bei Unterdruck aktives Arbeitsmedium durchlässige Form zur Anwendung kommt, die eine für das Arbeitsmedium und Wasser durchlässige Formfläche hat, deren Durchlässigkeit der Dicke der Faserrohstoffschicht angepasst ist, die durch Ansaugen der Pulpe auf dieser Fläche abgelagert werden soll.
Hierdurch lässt sich ein solches Zusammenwirken zwischen der Entwässerungsfähigkeit der Pulpe und der Saugfähigkeit der Formfläche erzielen, dass sogar Gegenstände oder Elemente mit einer aufgrund der gewünschten Tragfähigkeit grossen Faserschichtdicke rationell hergestellt werden können.
Zur Erzielung der örtlichen Abweichungen in der Schichtdicke der Faserrohstoffschicht des Elements lässt sich erfindungsgemäss eine Form verwenden, deren Formfläche eine Durchlässigkeit aufweist, die in Übereinstimmung mit der Schichtdicke der beziehungsweise den örtlichen Abweichung(en) oder des zusammengehörigen Strukturmusters der durch Saugen auf die Formfläche aufgetragenen leicht zu entwässernden Faserpulpeschicht variiert.
Das bedeutet, dass das Auftragen des Faserrohstoffes auf die Formfläche verschieden ist, je nach Durchlässigkeit eben dieser Fläche, wodurch der Saugeffekt örtlich variiert, so dass in Bereichen, in denen die Durchlässigkeit der Formfläche gering ist, der Faserrohstoff in geringerem Grad auf die Formfläche aufgetragen wird, während der Auftragungsgrad in den Bereichen hoch ist, in denen die Durchlässigkeit der Formfläche gross ist.
Eine Ausführungsform dieses Verfahrens kann erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet sein, dass zum Ansaugen einer leicht zu entwässernden Faserrohstoffpulpe in der gewünschten Dicke eine für ein luftförmiges, bei Unterdruck aktives Arbeitsmedium durchlässige Form verwendet wird, die zumindest in dem konturgebenden Teil der Form aus einem partikularen Verbundmaterial besteht, dessen Partikel aneinander festgehalten sind, um eine formbeständige Formfläche zu bilden, wobei sie gleichzeitig zusammen offene Durchlässe für das Arbeitsmedium begrenzen, die sich durch das Verbundmaterial hin zur Formaussenfläche erstrecken, und dass die Dicke auf jeden Fall der die Formfläche bildenden Verbundmaterialschicht der Dicke der Faserrohstoffschicht angepasst ist, die durch Ansaugen der Pulpe auf diese Fläche abgelagert werden soll.
Eine solche Form lässt sich sowohl auf der Basis eines preiswerten, anorganischen Rohmaterials wie Sand, als auch mit Hilfe einer einfachen, nicht viel Zeit in Anspruch nehmenden und damit gleichfalls preiswerten Verfahrenstechnik herstellen. Die Gesamtherstellungskosten für die Form können auf einem geringen Niveau gehalten werden, weshalb diese Ausführungsform sich gut zur Herstellung einer geringeren Anzahl von Produkten eignet.
Zur Erzielung der örtlichen Schwankungen in der Schichtdicke der Faserrohstoffschicht des Gegenstandes lässt sich erfindungsgemäss eine Form anwenden, bei der die die Formfläche bildende Schicht des Verbundmaterials eine Dicke aufweist, die in Übereinstimmung mit der Schichtdicke der örtlichen Abweichung beziehungsweise der örtlichen Abweichungen, oder des gewünschten zusammengehörigen Strukturmusters der durch Saugen auf die Formfläche aufgetragenen leicht zu entwässernden Faserpulpeschicht variiert.
Erfindungsgemäss lässt sich eine Form anwenden, deren durchlässige Formfläche sich aus Partikeln mit unterschiedlicher Partikelgrösse zusammensetzt, indem die Partikelgrösse in dem die Formfläche bildenden Teil der Gussform klein und in einer darunter liegenden Stützschicht für diesen Teil grösser ist. Hierdurch wird ein guter Luftdurchgang erzeugt und gleichzeitig trifft der herzustellende Gegenstand auf eine verhältnismässig glatte Formaussenseite, was wiederum zur Folge hat, dass dem Gegenstand eine ebene Oberfläche verliehen wird.
Die zur Durchführung eines Produktionsprozesses erforderliche Formstärke kann auf einfache Weise dadurch erzeugt werden, dass die Partikel der Form mit geeigneten Bindemitteln gemischt werden, die das Haftvermögen verbessernde Mittel enthalten können, und dass eine aus einer solchen Mischung hergestellte Form z.B. mit Wärmebehandlung gehärtet wird. Auch eine Verkeilung unter den Partikeln kann zur Anwendung kommen, um der Form Festigkeit zu verleihen.
Des weiteren kann erfindungsgemäss eine Form zur Anwendung kommen, die unten mit einem Grundflächenteil versehen ist, in dem die Verbundpartikel durch eine eigentliche Verschmelzungsverbindung miteinander verbunden sind, während die Partikel in dem restlichen Teil der Form durch eine härtende Verklebungsverbindung miteinander verbunden sind. Eine solche Form zeichnet sich durch eine gute Festigkeit aus, so dass sie auch erhebliche Arbeitsdrücke aushalten kann.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, eine Form anzuwenden, deren Formfläche mit einer solchen Stärke ausgebildet ist, dass die Form zum Nachpressen eines geformten Gegenstandes verwendet werden kann. Das Nachpressen lässt sich nicht allein dazu nutzen, Wasser aus der auf der Formfläche abgesetzten Pulpeschicht hurtig zu entfernen, sondern auch dazu, eine besonders gute Materialdichte in der abgesetzten, verhältnismässig dicken Fasermaterialschicht und somit eine besonders grosse Formbeständigkeit des fertigen Gegenstandes zu erzeugen.
Die angestrebte Porosität der Form lässt sich durch eine passende Wahl der Korngrösse und die Verteilung der Partikel, aus denen die durchlässige Formfläche zusammengesetzt sein kann, erzeugen, um sowohl günstige Bedingungen für die Festhalteverbindung unter den Partikeln und um eine passende Dimensionierung der Porosität zu erzielen, um einen unerwünschten Druckabfall über einem unnötig dichten Baumaterial zu vermeiden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren und die vorstehend beschriebene Form können, wie bereits erwähnt, in der Praxis zur Herstellung von Gegenständen aus verschiedenen faserhaltigen Aufschlemmungen Anwendung finden, jeweils in Anwesenheit von Hilfsstoffen, die erforderlich sein könnten, um in der durch Ansaugen auf die Form erzeugten Materialschicht Zusammenhang zu schaffen.
Das Entfernen eines Produkts, das durch Auftragen eines fluidisierten Faserrohstoffes auf die konturgebende Aussenseite der Formfläche mit Hilfe eines luftförmigen Arbeitsmediums gebildet ist, kann in der Praxis dadurch erfolgen, dass das Produkt mit Druckluft durch die Luftdurchgänge der Form bearbeitet und damit frei aus der Form gehoben wird. In der Praxis wird das Produkt meist noch recht weich sein, weshalb es zum Zwecke der Herausnahme des Produktes aus der Gussform zweckmässig sein kann, eine Übergangsform zu verwenden, die so eingerichtet ist, dass sie mit der von der genannten konturgebenden Aussenseite weg wendenden Seite des Produkts zusammenwirkt, um das Produkt von dieser Aussenseite zu entfernen, und daran anschliessend das Produkt beispielsweise auf ein Transportband ablegt, das das Produkt in eine Trockenkammer führt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch eine solche Übergangsform aus einem partikularen Verbundmaterial wie vorstehend angegeben zu bilden, indem die Partikel des Materials zusammengebunden werden zur Bildung einer offenen, stabilen Struktur mit zur Formaussenseite durchgehenden Luftdurchgängen, und die so gebildete Form wird mit einer Quelle für ein das Saugen bewirkendes Vakuum verbunden.
Die Übergangsform kann direkt mit einem auf der Gussform hergestellten Produkt als Ausgangsbasis hergestellt werden, indem beispielsweise aus Gips auf diesem Produkt eine erste Hilfsform (Negativ) erzeugt wird, die der von der Gussform weg wendenden Seite des Produkts entspricht, auf dieser ersten Hilfsform (Negativ) wird eine zweite Hilfsform (Positiv), beispielsweise ebenfalls aus Gips, erzeugt, und die Übergangsform (Negativ) wird danach direkt auf dieser zweiten Hilfsform gebildet.
Die durchlässige Formfläche kann dadurch rein gehalten werden, dass die Formfläche vor Beginn des Auftrage- oder Überführungsprozesses zum Zwecke der Reinigung einem Luftstrom ausgesetzt wird, der durch die Durchgänge in der Form für das luftförmige Medium strömt.
Eine in Übereinstimmung mit der Erfindung angewendete Form, die aus partikularem Verbundmaterial aufgebaut ist, kann auf eine solche Weise hergestellt werden, dass sie nach Gebrauch oder im Falle von Verschleiss regeneriert wird, indem das partikelförmige Baumaterial der Form wiederverwertet wird.
Zur Herstellung einer Pulpe, die leicht zu entwässern sein soll, kann erfindungsgemäss als Faserrohstoff zumindest teilweise ein langfaseriges Ausgangsmaterial verwendet werden, das zu einer Pulpe verarbeitet wird, unter Anwendung zum Teil einer Ausschlagung im Pulper, zum Teil einer vorhergehenden, getrennten und gesteuerten Trockenvermahlung, wobei das Ausgangsmaterial in dosierbare Mengen aufgeteilt und in Fasern zermahlen wird, wonach der Gegenstand aus der so gebildeten Pulpe hergestellt wird.
Die Anwendung eines Pulpers als einer wesentlichen Bearbeitungsstufe der Faserrohstoffe zur Bildung einer Pulpe, aus der die gewünschten Gegenstände hergestellt werden sollen, erfolgt u.a. in den Fällen, bei denen die Faserrohstoffe als Trockenmasse in Ballen, beispielsweise Papierabfällen, eingehen.
Im Pulper wird eine kräftige Wirbelbildung bewirkt, wodurch sich die Einzelteile des Materials aneinander reiben und dadurch zermahlen werden, wodurch die Rohstoffe in Fasern aufgeteilt werden.
Insbesondere bei einem heterogenen Material wie Alt- oder Recyclingspapier ist damit zu rechnen, dass diese Aufteilung sukzessiv erfolgt, so dass die zuerst freigesetzten Fasern vor den später freigesetzten Fasern einer weiteren wesentlichen Bearbeitung ausgesetzt werden. Mit anderen Worten ist die Bearbeitung im Pulper in ihrem Verlauf somit unkontrolliert und dadurch ungleichartig. Die genannte weitere Bearbeitung hat zur Folge, dass sowohl der Vermahlungsgrad ( DEG SR-Schopper-Riegler) und somit die Verschleimung im Pulper zunimmt, was einen negativen Einfluss auf die spätere Entwässerung des aus der Pulpe hergestellten Gegenstandes hat, sowie das Schrumpfen des Gegenstandes während des Entwässerns und Trocknens seines Materials erhöht.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird erzielt, dass dem Pulper zumindest teilweise ein Faserrohstoffmaterial zugeführt wird, dessen Fasern bereits in einem wesentlichen Grad in Einzelfasern aufgeteilt sind, weshalb sie unmittelbarer und gleichzeitig empfänglich sind für die im Pulper zustande gebrachte Selbstvermahlungseinwirkung und den Vermischungseffekt. Da der Pulper ein gleichartigeres Rohstoffmaterial verarbeitet, kann auch der im Pulper durch Selbstvermahlung bewirkte Vermahlungsgrad auf eine grössere Gleichartigkeit hin gesteuert werden, und die bereits erwähnte Bindung des Wassers in der aus dem Pulper austretenden Pulpe lässt sich somit besser steuern.
Eben dieses Verfahren hat jedoch noch andere Vorteile zur Folge, die bei der Wiederverwendung von Papierabfällen besonders wertvoll sind.
Recyclingspapierabfälle liegen in vielen verschiedenen Qualitäten und Sortierungen vor. Wird dieses Material vor dem Ausschlagen im Pulper einer getrennten und gesteuerten Trockenvermahlung unterzogen, lässt sich häufig eine schlechtere und somit billigere Materialqualität verwenden als wenn der Aufteilungsprozess ausschliesslich als Ausschlagen im Pulper vorgenommen werden würde.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die genannte vor hergehende getrennte Trockenvermahlung als einen Mehrstufenprozess durchzuführen, wodurch sich das Ausgangsmaterial besonders effektiv in dosierbare Mengen aufteilen lässt.
Auf diese Weise lässt sich beispielsweise auch Altpapiermaterial, das Plast, nassfestes Papier, plastlaminierten Karton und Papier enthält, in gewünschtem Umfang in Fasern und andere Partikel aufteilen. Aufgeteilte Bestandteile, die nicht Papier sind, können dann vor der Zufuhr zum Pulper abgetrennt werden, oder aber diese Bestandteile können, da sie in vermahlenem Zustand vorliegen, in den anschliessenden Produktionsprozess eingehen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann ein langfaseriges Ausgangsmaterial, das einer getrennten und gesteuerten Trockenvermahlung unterzogen wird, einer bereits im Pulper gebildeten Pulpe zugesetzt und gemeinsam mit dieser einem zeitlich begrenzten Ausschlagen unterzogen werden.
Auf diese Weise kann ein Gegenstand produziert werden, dessen Fasermaterial zum Teil hauptsächlich durch hydrogene Faserbindungen gebunden ist und zum Teil mit in Luft suspendiertem Fasermaterial durchsetzt ist, zu dessen Bindung in der Regel Leim verwendet wird. Es hat sich gezeigt, dass man auf diese Weise auf eine traditionelle und vollständig hydrogene Bindung der gesamten Pulpe verzichten kann, was bedeutet, dass die Entwässerung und somit die Produktionszeit für den Gegenstand wesentlich verkürzt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Methode eine genaue Kontrolle mit den für den Gegenstand gewünschten Festigkeitseigenschaften, da sich diese mit dem Zusatz von Leim genau steuern lassen.
Diese Vorteile haben eine wesentliche Bedeutung für eine rationelle und damit wirtschaftliche industrielle Herstellung auch von grossen formbeständigen Gegenständen bei Anwendung der beschriebenen Saugtechnik.
Eine in mehrere Stufen aufgeteilte Trockenvermahlung lässt sich beispielsweise durchführen, wenn ein sogenannter Shredder zur Anwendung kommt, wonach eine Behandlung in einer Schlagmühle erfolgt, der somit Material aus dem Shred der in dosierbaren Mengen zugehen kann und die das Material einer weiteren Vermahlungseinwirkung aussetzt, bevor dieses, wenn gewünscht gleichfalls in speziell dosierbaren Mengen, dem Pulper zur eigentlichen Ausschlagsbearbeitung zugeführt wird.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene getrennte und gesteuerte Trockenvermahlung der Faserrohstoffe vor ihrer Ausschlagung im Pulper eröffnet gleichfalls die Möglichkeit der Mitverwendung von Recyclingsaltpapier in den Fällen, bei denen die herzustellenden Gegenstände schrumpffrei und massbeständig sein sollen. Ein Ausgangsmaterial mit einem hohen Gehalt an holzhaltigen Fasern hat ein geringeres Schrumpfen zur Folge als wenn die Fasern Zellulosefasern wären.
Es hat sich gezeigt, dass bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens einem holzhaltigen Papierrohmaterial sogar eine wesentliche Menge preiswertes Recyclingaltpapier, hierunter Pappabfälle, zugesetzt werden kann, das nicht unbedingt holzhaltig ist, da aufgrund der vorhergehenden, getrennten und gesteuerten Trockenvermahlung des Rohmaterials im Pulper eine Pulpe hergestellt werden kann, die kein unerwünschtes Schrumpfen der hergestellten Gegenstände zur Folge hat.
Es ist im Prinzip bekannt, zur Herstellung von Gegenständen aus einem fluidisierten Faserrohstoff Hilfsstoffe in Form von Füllstoffen und Chemikalien sowie Bindemittel zu verwenden. Die Hilfsstoffe bestimmen, inwieweit die hergestellten Gegenstände mehr oder minder fest, hart und transparent oder schwach, weich und saugfähig sein sollen. Die vorliegende Erfindung hat auch Vorteile in Verbindung mit der Anwendung solcher Hilfsstoffe zur Folge.
Die Aufteilung des Herstellungsprozesses in mehrere Herstellungsstufen ermöglicht es nämlich in stärkerem Masse, die Hilfsstoffe auf verschiedenen Stadien des Gesamtherstellungsprozesses zuzusetzen. Die als Folge der die Erfindung kennzeichnenden Bearbeitung erzielte offene Struktur der abschliessenden Pulpe macht diese sogar noch in höherem Grade für Hilfsstoffe zugänglich, so dass beispielsweise ein Bindemittel mehr oder minder integrierend auf die Oberfläche der hergestellten Gegenstände aufgetragen werden kann, um eine erhöhte Wandstärke zu erzielen. Der Zusatz der Hilfsstoffe während einer vorhergehenden, getrennten und gesteuerten Trockenvermahlung fördert eine überaus gleichartige Verteilung der Hilfsstoffe in der hergestellten Fasermasse auf eine besonders gute Weise. Natürlich können die Hilfsstoffe auch weiterhin im Pulper zugesetzt werden.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass das Ausschlagen im Pulper als ein in Abhängigkeit von der vorhergehenden getrennten Vermahlung gesteuerter Verarbeitungsprozess durchgeführt wird. Mit anderen Worten kann der im Pulper erzeugte Grad der Selbstvermahlung dem Grad der Vermahlung angepasst werden, der je nach Verhältnissen mit der oder den vorhergehenden Vermahlungsstufe(n) bewerkstelligt worden ist. Beispielsweise kann einer Papierpulpe, die im Pulper zu einem normalen, durch Selbstvermahlung bewerkstelligten Vermahlungsgrad von 60 DEG SR (Schopper-Riegler) aufgeteilt worden ist, trockenvermahltes Fasermaterial zugesetzt werden, wonach die Mischung weitere 5 Minuten im Pulper bearbeitet wird. Den aus einer solchen Mischpulpe hergestellten Gegenständen kann eine besonders grosse Dicke, Porosität und Permeabilität verliehen werden.
Das bedeutet, dass die Produkte gute Entwässerungseigenschaften haben und daher auch mit grossen Materialdicken hergestellt werden können.
Eine mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte leicht zu entwässernde Pulpe ermöglicht problemlos eine gleichmässige Zufuhr der Fasersuspension über die Form, auch im Falle der Herstellung von Gegenständen mit grosser Wanddicke.
Altpapier, das auch als Rückgabepapier bezeichnet wird, kann sehr uneinheitlich sein und Fasern mit sehr unterschiedlichen Längen enthalten. Dennoch hat sich gezeigt, dass die durchschnittliche Faserlänge so gross ist, dass die vorstehend aufgeführten insbesondere entwässerungsmässigen und strukturellen Vorteile erzielt werden können, wenn dieses Papiermaterial in den Herstellungsprozess eingeht.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich bei der Verarbeitung auch sogenannten Virginmaterials anwenden.
The present invention relates to a method for producing dimensionally stable objects by applying a fluidized fiber raw material to a shaping base by sucking a fiber raw pulp onto this base.
A fluidized fiber raw material is to be understood as a starting material which is suitable for producing the desired objects and which can be in wet form and has a fibrous character. As such a starting material, reference can be made, for example, to a fiber pulp material, as is used, for example, in pallets and cartons for packaging fragile and sensitive objects such as fruit, flowers, eggs and, for example, objects made of glass. The pulp material usually consists of a slurry of fibrous cellulose.
It is known to use a manufacturing technique for this purpose in which the starting material in the form of a pulp is applied with a coating process to the contouring outside of a mold which is permeable so that an air-shaped working medium acts on the material through the material of the mold by means of suction and so that the material on the mold can suck on the contour.
The object of the invention is to specify how this useful manufacturing technique per se can not only be used to produce relatively small and light objects, but also for the production of large, relatively heavy and particularly load-bearing elements which are characterized by dimensional stability, which are essentially Degree is based on a corresponding thickness of the material layer applied to the shaping base. In comparison, the material thickness of the small and light objects mentioned is quite small, and the stiffness required in practice is usually achieved by deliberately designing the wall parts, which, for example, form supports for the objects mentioned, since the walls, since they support each other, produce an overall relatively rigid product.
The stated object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1.
Using the above-mentioned production technology, it is also possible to produce load-bearing elements such as pallets and structural elements which, in contrast to the packaging examples mentioned, can have relatively flat and smooth outer surfaces and have a high dimensional stability per se. The application of a fiber raw material layer with the defined thickness means that with the vacuum applied during vacuuming, a material density can be generated in the fiber raw material layer that is greatest on the outside of the material layer facing the molding surface and has a reinforcing effect, since it extends from the continuous central plane of the applied one Object is removed.
Utilizing the layer thickness of the object produced in this way, its dimensional stability can be increased according to the invention in that one or more deviations in the layer thickness are generated distributed over the fiber raw material layer in such a way that the suction effect corresponds locally during a joint suction process required for the production of the entire object is varied. In this way, in one and the same operation, i.e. when the fiber raw material is applied to the shaping base, both the final outer side desired for the object and, taking advantage of the thickness of the material layer, a shaped structure which increases the dimensional stability and forms the material product forming the actual object.
According to the invention, such a structure can be formed, for example, as an associated structural pattern with a layer thickness that is greater in relation to the other areas of the object.
An expedient way of carrying out the method according to the invention is characterized in that for the suction of an easily dewatered fiber raw pulp in the desired thickness, a shape that is permeable to an air-shaped working medium that is active under negative pressure is used, which has a shaping surface that is permeable to the working medium and water. the permeability of which is adapted to the thickness of the fiber raw material layer which is to be deposited on this surface by suction of the pulp.
This enables such interaction between the drainage capacity of the pulp and the absorbency of the molding surface that even objects or elements with a large fiber layer thickness due to the desired load-bearing capacity can be produced efficiently.
In order to achieve the local deviations in the layer thickness of the fiber raw material layer of the element, a mold can be used according to the invention, the mold surface of which has a permeability which is in accordance with the layer thickness of the local deviation (s) or the associated structural pattern of the structure applied by suction to the mold surface easy-to-drain fiber pulp layer varies.
This means that the application of the fiber raw material to the molding surface differs depending on the permeability of this surface, whereby the suction effect varies locally, so that in areas in which the permeability of the molding surface is low, the fiber raw material is applied to the molding surface to a lesser degree becomes, while the degree of application is high in the areas where the permeability of the molding surface is large.
An embodiment of this method can be characterized according to the invention in that a shape that is permeable to an air-shaped working medium that is active under negative pressure is used to suck in an easily dewatered fiber raw material pulp, which shape consists of a particulate composite material at least in the contour-giving part of the shape, the particles of which are held together to form a dimensionally stable mold surface, while at the same time together limiting open passages for the working medium which extend through the composite material to the mold outer surface, and that the thickness of the composite material layer forming the mold surface is in any case the thickness of the fiber raw material layer adapted, which is to be deposited on this surface by suction of the pulp.
Such a form can be produced both on the basis of an inexpensive, inorganic raw material such as sand and with the aid of a simple, not very time-consuming and therefore also inexpensive process technology. The overall manufacturing costs for the mold can be kept at a low level, which is why this embodiment is well suited for producing a smaller number of products.
In order to achieve the local fluctuations in the layer thickness of the fiber raw material layer of the article, a shape can be used according to the invention in which the layer of the composite material forming the molding surface has a thickness which is in accordance with the layer thickness of the local deviation or the local deviations, or of the desired related one Structural pattern of the easy-to-drain fiber pulp layer applied to the mold surface by suction varies.
According to the invention, a mold can be used, the permeable mold surface of which is composed of particles with different particle sizes, in that the particle size in the part of the casting mold that forms the mold surface is small and larger in the underlying support layer for this part. This creates a good passage of air and at the same time the object to be produced meets a relatively smooth outside of the mold, which in turn means that the object is given a flat surface.
The mold thickness required to carry out a production process can easily be produced by mixing the particles of the mold with suitable binders, which may contain adhesives, and by making a mold made from such a mixture e.g. is hardened with heat treatment. Wedging under the particles can also be used to give the shape strength.
Furthermore, according to the invention, a mold can be used which is provided at the bottom with a base part in which the composite particles are connected to one another by an actual fusion connection, while the particles in the remaining part of the mold are connected to one another by a hardening adhesive connection. Such a shape is characterized by good strength, so that it can also withstand considerable working pressures.
It is also within the scope of the invention to use a mold, the shaped surface of which is formed with such a thickness that the mold can be used to repress a shaped object. The repressing can not only be used to quickly remove water from the pulp layer deposited on the molding surface, but also to produce a particularly good material density in the offset, comparatively thick fiber material layer and thus a particularly high dimensional stability of the finished article.
The desired porosity of the mold can be created by a suitable choice of the grain size and the distribution of the particles, from which the permeable mold surface can be composed, in order to achieve both favorable conditions for the retention connection under the particles and to achieve a suitable dimensioning of the porosity, to avoid an undesirable pressure drop across an unnecessarily dense building material.
As already mentioned, the method and the mold described above can, as already mentioned, be used in practice for the production of articles from various fiber-containing slurries, each in the presence of auxiliaries which may be necessary in the material layer produced by suction on the mold Create context.
In practice, the removal of a product that is formed by applying a fluidized fiber raw material to the contouring outside of the mold surface with the help of an air-like working medium can be done by processing the product with compressed air through the air passages of the mold and thus lifting it freely out of the mold becomes. In practice, the product will usually still be quite soft, which is why, for the purpose of removing the product from the casting mold, it may be advisable to use a transition form that is set up in such a way that it faces away from the contouring outside of the aforementioned contour Product interacts to remove the product from this outside, and then places the product on a conveyor belt, for example, which leads the product into a drying chamber.
It is within the scope of the invention to also form such a transition form from a particulate composite material as indicated above, by binding the particles of the material together to form an open, stable structure with air passages through to the outside of the mold, and the mold thus formed is supplied with a source connected for a vacuum causing suction.
The transition form can be produced directly with a product manufactured on the casting mold as a starting basis, for example by producing a first auxiliary form (negative) from gypsum on this product, which corresponds to the side of the product facing away from the casting form, on this first auxiliary form (negative ), a second auxiliary form (positive), for example also made of plaster, is produced, and the transition form (negative) is then formed directly on this second auxiliary form.
The permeable mold surface can be kept clean by exposing the mold surface to a stream of air for cleaning prior to the start of the application or transfer process, which flows through the passages in the mold for the air medium.
A mold used in accordance with the invention, which is constructed from particulate composite material, can be manufactured in such a way that it is regenerated after use or in the event of wear, by recycling the particulate building material of the mold.
To produce a pulp that should be easy to dewater, according to the invention a long-fiber starting material can be used at least partially as the fiber raw material, which is processed into a pulp, using in part a rash in the pulper, in part a previous, separate and controlled dry grinding, wherein the starting material is divided into dosable quantities and ground into fibers, after which the article is produced from the pulp thus formed.
The use of a pulper as an essential processing step of the fiber raw materials to form a pulp from which the desired objects are to be produced is carried out, among other things. in cases in which the fiber raw materials enter as dry matter in bales, for example paper waste.
A strong vortex is created in the pulper, which causes the individual parts of the material to rub against one another and thereby be ground, thereby dividing the raw materials into fibers.
In the case of a heterogeneous material such as waste paper or recycling paper, it is to be expected that this division will take place successively, so that the fibers released first will be subjected to a further substantial processing before the fibers released later. In other words, the processing in the pulper is thus uncontrolled and therefore uneven. The further processing mentioned has the consequence that both the degree of grinding (DEG SR-Schopper-Riegler) and thus the mucilage in the pulper increase, which has a negative influence on the subsequent dewatering of the article made from the pulp, and the shrinking of the article during dewatering and drying of its material increases.
With the method according to the invention it is achieved that the pulper is at least partially supplied with a fiber raw material, the fibers of which are already divided to a substantial degree into individual fibers, which is why they are more immediate and at the same time receptive to the self-grinding action and the mixing effect brought about in the pulper. Since the pulper processes a more similar raw material, the degree of grinding caused by self-grinding in the pulper can also be controlled to a greater degree of uniformity, and the aforementioned binding of the water in the pulp emerging from the pulper can thus be better controlled.
However, this process also has other advantages that are particularly valuable when reusing paper waste.
Recycling paper waste is available in many different qualities and grades. If this material is subjected to a separate and controlled dry grinding before being knocked out in the pulper, it is often possible to use a poorer and therefore cheaper material quality than if the distribution process were carried out exclusively as knocking out in the pulper.
It is within the scope of the invention to carry out the above-mentioned separate dry grinding as a multi-stage process, as a result of which the starting material can be divided particularly effectively into meterable amounts.
In this way, waste paper material containing plastic, wet-strength paper, plastic-laminated cardboard and paper, for example, can be divided into fibers and other particles to the desired extent. Divided components which are not paper can then be separated off before being fed to the pulper, or these components, since they are in the ground state, can be incorporated into the subsequent production process.
In one embodiment of the method, a long-fiber starting material which is subjected to a separate and controlled dry grinding can be added to a pulp which has already been formed in the pulper and, together with it, can be subjected to a time-limited knocking out.
In this way, an object can be produced, the fiber material of which is partly bound mainly by hydrogen fiber bonds and partly interspersed with fiber material suspended in air, for the binding of which glue is generally used. It has been shown that a traditional and completely hydrogen bond of the entire pulp can be dispensed with in this way, which means that the dewatering and thus the production time for the article can be shortened considerably. In addition, the method enables precise control with the strength properties desired for the object, since these can be precisely controlled with the addition of glue.
These advantages are essential for a rational and therefore economical industrial production of large, dimensionally stable objects when using the suction technology described.
Dry grinding, divided into several stages, can be carried out, for example, if a so-called shredder is used, after which treatment takes place in a beater mill, which thus allows material from the shredder to be added in metered quantities and which exposes the material to further grinding action before it does so , if desired, also in specially metered quantities, is fed to the pulper for the actual rash processing.
The separate and controlled dry grinding of the fiber raw materials proposed according to the invention before they are knocked out in the pulper also opens up the possibility of using recycled waste paper in cases in which the objects to be produced are to be shrink-free and dimensionally stable. A raw material with a high content of wood-containing fibers results in less shrinkage than if the fibers were cellulose fibers.
It has been shown that when using the method according to the invention, a substantial amount of inexpensive recycled paper, including cardboard waste, can even be added to a wood-containing paper raw material, which is not necessarily wood-containing, since a pulp is produced in the pulper due to the previous, separate and controlled dry grinding of the raw material can be, which does not result in unwanted shrinkage of the manufactured items.
It is known in principle to use auxiliaries in the form of fillers and chemicals as well as binders to produce articles from a fluidized fiber raw material. The auxiliaries determine to what extent the objects manufactured should be more or less firm, hard and transparent or weak, soft and absorbent. The present invention also has advantages associated with the use of such adjuvants.
The division of the manufacturing process into several manufacturing stages makes it possible to add the auxiliary substances at different stages of the overall manufacturing process to a greater extent. The open structure of the final pulp achieved as a result of the processing characterizing the invention makes it even more accessible to auxiliary substances, so that, for example, a binder can be applied more or less integrally to the surface of the objects produced in order to achieve an increased wall thickness . The addition of the auxiliary substances during a preceding, separate and controlled dry grinding promotes an extremely uniform distribution of the auxiliary substances in the fiber mass produced in a particularly good way. Of course, the auxiliaries can still be added in the pulper.
It is also within the scope of the invention that the knocking out in the pulper is carried out as a processing process which is controlled as a function of the previous separate grinding. In other words, the degree of self-grinding generated in the pulper can be adapted to the degree of grinding which, depending on the circumstances, has been accomplished with the previous grinding stage (s). For example, dry-milled fiber material can be added to a paper pulp which has been pulpered in the pulper to a normal degree of self-grinding of 60 ° SR (Schopper-Riegler), after which the mixture is processed in the pulper for a further 5 minutes. The objects produced from such a mixed pulp can be given a particularly large thickness, porosity and permeability.
This means that the products have good drainage properties and can therefore also be manufactured with large material thicknesses.
An easily dewatered pulp produced by the method according to the invention enables the fiber suspension to be fed uniformly over the mold without any problems, even in the case of the production of objects with a large wall thickness.
Waste paper, also known as return paper, can be very inconsistent and contain fibers of very different lengths. Nevertheless, it has been shown that the average fiber length is so great that the above-mentioned drainage and structural advantages can be achieved if this paper material is used in the manufacturing process.
The method according to the invention can also be used in processing so-called virgin material.