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DE102024108936A1 - Device and method for producing a shaped body - Google Patents

Device and method for producing a shaped body

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Publication number
DE102024108936A1
DE102024108936A1 DE102024108936.9A DE102024108936A DE102024108936A1 DE 102024108936 A1 DE102024108936 A1 DE 102024108936A1 DE 102024108936 A DE102024108936 A DE 102024108936A DE 102024108936 A1 DE102024108936 A1 DE 102024108936A1
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DE
Germany
Prior art keywords
tissue material
pressing tool
fiber
based tissue
die
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024108936.9A
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German (de)
Inventor
Tobias Freiberger
Dominik Bröllochs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optima Consumer GmbH
Original Assignee
Optima Consumer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optima Consumer GmbH filed Critical Optima Consumer GmbH
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Publication of DE102024108936A1 publication Critical patent/DE102024108936A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem faserbasierten Tissue-Material, insbesondere aus Tissue-Papier, mittels eines Presswerkzeugs (6) mit einem Stempel (60) und einer Matrize (61), wobei das faserbasierte Tissue-Material (3) bahnförmig oder als Zuschnitt dem Presswerkzeug (6) zuführbar und mittels des Presswerkzeugs (6) zur Herstellung des Formkörpers (2) umformbar ist, und wobei der Stempel (60) als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet ist. The application relates to a device and a method for producing a shaped body from a fiber-based tissue material, in particular from tissue paper, by means of a pressing tool (6) with a punch (60) and a die (61), wherein the fiber-based tissue material (3) can be fed to the pressing tool (6) in web form or as a blank and can be formed by means of the pressing tool (6) to produce the shaped body (2), and wherein the punch (60) is designed as an ultrasonic forming tool.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND STATE OF THE ART

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem faserbasierten Tissue-Material, insbesondere aus Tissue-Papier, mittels eines Presswerkzeugs.The application relates to a device and a method for producing a shaped body from a fiber-based tissue material, in particular from tissue paper, by means of a pressing tool.

Als Formkörper wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein dreidimensionaler Hohlkörper bezeichnet. Der Formkörper ist beispielsweise ein Gebinde oder Behälter für die Verpackungsindustrie, welches/welcher eine Öffnung aufweist, über die ein Füllgut einfüllbar ist. Die Öffnung kann nach dem Befüllen verschlossen werden, insbesondere durch Anbringen eines Deckels und/oder einer Siegelfolie.In the context of this application, a shaped body refers to a three-dimensional hollow body. The shaped body is, for example, a container or receptacle for the packaging industry, which has an opening through which a filling material can be poured. The opening can be closed after filling, in particular by attaching a lid and/or a sealing film.

Aufgrund ihrer Eignung für ein Recycling werden in der Verpackungsindustrie zunehmend faserbasierte Materialien für die Gebinde eingesetzt, welche teilweise auch aus bereits recycelten Materialien gewonnen werden.Due to their suitability for recycling, fiber-based materials are increasingly being used for containers in the packaging industry, some of which are also made from already recycled materials.

Dabei ist es bekannt, Formkörper aus faserbasierten Materialien in einem Tiefzieh-Verfahren mittels Presswerkzeugen herzustellen. Als Presswerkzeug wird ein Werkzeug umfassend einen Stempel und eine Matrize bezeichnet, zwischen welchen ein Umformen zu dem Formkörper (oder einem Halbzeug) erfolgt. Eine Herstellung eines Formkörpers aus einem mehrlagigen faserbasierten Material mittels Verpressens ist beispielsweise aus WO 2019/209160 A1 bekannt, wobei ein Verpressen unter hohem Druck zwischen ca. 40 und 200 kg/cm^2 und bei hohen Temperaturen zwischen ca. 100 bis 300°C erfolgt.It is known to produce molded bodies from fiber-based materials in a deep-drawing process using compression molding tools. A compression molding tool is a tool comprising a punch and a die, between which the molded body (or semi-finished product) is formed. The production of a molded body from a multi-layer fiber-based material by compression molding is known, for example, from WO 2019/209160 A1 known, whereby pressing takes place under high pressure between approx. 40 and 200 kg/cm^2 and at high temperatures between approx. 100 and 300°C.

Aufgrund einer besseren Dehnbarkeit ist es weiter bekannt, als Ausgangsmaterial ein faserbasiertes Tissue-Material einzusetzen. Als faserbasiertes Tissue-Material wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein gekrepptes, als Zuschnitt oder bahnförmig bereitgestelltes Material aus einem Faserstoff, beispielsweise Zellstoff, Holzstoffe und/oder Altpapierstoff, bezeichnet. Bei dem faserbasierten Tissue-Material handelt es sich insbesondere um ein Tissue-Papier. Aufgrund der Kreppung weist das Tissue-Material gegenüber anderen faserbasierten Materialien eine verbesserte Dehnbarkeit auf. Das faserbasierte Tissue-Material ist in einer Ausgestaltung einlagig. In anderen Ausgestaltungen ist ein mehrlagiges faserbasierte Tissue-Material vorgesehen, wobei mindestens eine Lage des mehrlagigen Tissue-Materials für eine verbesserte Dehnbarkeit gekreppt ist.Due to its improved extensibility, it is also known to use a fiber-based tissue material as the starting material. In the context of this application, a fiber-based tissue material refers to a creped material made of a fibrous material, for example, cellulose, mechanical pulp, and/or recycled paper, provided as a blank or in web form. The fiber-based tissue material is, in particular, tissue paper. Due to the creping, the tissue material has improved extensibility compared to other fiber-based materials. In one embodiment, the fiber-based tissue material is single-ply. In other embodiments, a multi-ply fiber-based tissue material is provided, wherein at least one layer of the multi-ply tissue material is creped for improved extensibility.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit einem geringen Energieaufwand zu schaffen.It is an object of the invention to provide a device and a method for producing a shaped body with low energy consumption.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.This object is achieved by the device according to claim 1 and the method according to claim 5. Advantageous embodiments emerge from the subclaims and from the following description of exemplary embodiments.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers aus einem ein- oder mehrlagigen faserbasierten Tissue-Material umfassend ein Presswerkzeug mit einem Stempel und einer Matrize geschaffen, wobei das faserbasierte Tissue-Material bahnförmig oder als Zuschnitt dem Presswerkzeug zuführbar und mittels des Presswerkzeugs zur Herstellung des Formkörpers umformbar ist, und wobei der Stempel als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet ist.According to a first aspect, a device for producing a shaped body from a single- or multi-layer fiber-based tissue material is provided, comprising a pressing tool with a punch and a die, wherein the fiber-based tissue material can be fed to the pressing tool in web form or as a blank and can be formed by means of the pressing tool to produce the shaped body, and wherein the punch is designed as an ultrasonic forming tool.

Die Begriffe „ein“, „eine“ sind im Zusammenhang mit der Erfindung als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter auszulegen. Insbesondere weist das Presswerkzeug in Ausgestaltungen mehrere Stempel auf, welche jeweils mit einer Vertiefung der Matrize oder mit einer zugeordneten, eine einzige Vertiefung aufweisenden Matrize zusammenwirken. Sofern mehrere Stempel vorgesehen sind, sind diese je nach Ausgestaltung in einer oder mehreren Reihen angeordnet.In the context of the invention, the terms "a" and "an" are to be interpreted as indefinite articles and not as number words. In particular, in certain embodiments, the pressing tool comprises several punches, each of which interacts with a recess in the die or with an associated die having a single recess. If several punches are provided, they are arranged in one or more rows, depending on the embodiment.

Als Ultraschall-Formwerkzeug wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein Stempel eines Presswerkzeugs bezeichnet, welche mittels eines Ultraschall-Generators und eines zwischen Ultraschall-Generator und dem Ultraschall-Formwerkzeug angeordneten Schallwandlers in Longitudinal-Schwingungen versetzbar ist. Der Stempel ist dabei in Ausgestaltungen als unmittelbar an dem Schallwandler angeordnete Sonotrode gestaltet. In anderen Ausgestaltungen ist der Stempel mit der Sonotrode verbunden.In the context of this application, an ultrasonic forming tool refers to a punch of a press tool that can be set into longitudinal vibration by means of an ultrasonic generator and a sound transducer arranged between the ultrasonic generator and the ultrasonic forming tool. In some embodiments, the punch is designed as a sonotrode arranged directly on the sound transducer. In other embodiments, the punch is connected to the sonotrode.

Das Ultraschall-Formwerkzeug ist betreibbar, sodass dieses beim Einführen des Stempels in eine Vertiefung der Matrize zum Umformen des Tissue-Materials in Schwingungen versetzt wird, welche auf das Tissue-Material überragen werden. Die Gestaltung des Stempels als Ultraschall-Formwerkzeug erlaubt dabei ein Umformen des Tissue-Materials mit einem geringeren Kraftaufwand.The ultrasonic forming tool can be operated so that when the punch is inserted into a recess in the die to form the tissue material, it is set into vibrations that are transmitted to the tissue material. The design of the punch as an ultrasonic forming tool allows the tissue material to be formed with less force.

Zudem erlaubt das Ultraschall-Formwerkzeug kurze Prozesszeiten und eine gleichmäßigere Kraftverteilung für ein Umformen.In addition, the ultrasonic forming tool allows for short process times and a more even force distribution for forming.

Das faserbasierte Tissue-Material wird in Ausgestaltungen als Materialbahn, insbesondere auf einer Rolle, bereitgestellt. Eine Zuführeinrichtung für das faserbasierte Tissue-Material ist dabei durch den Fachmann geeignet gestaltbar, um einen Transport und eine Zufuhr des Tissue-Materials zu dem Presswerkzeug unter Vermeidung unzulässiger Bahnspannungen zu erlauben.The fiber-based tissue material is provided in embodiments as a material web, in particular on a roll. A feed device for the fiber-based tissue material can be suitably designed by a person skilled in the art to allow transport and feeding of the tissue material to the pressing tool while avoiding excessive web tension.

Der hergestellte Formkörper ist beispielsweise eine Kaffeekapsel, welche mit einem Kaffeepulver befüllt wird. Ein Ausformen des Formkörpers und ein Befüllen erfolgen dabei je nach Ausgestaltung in einer gemeinsamen Anlage oder in zwei getrennten Anlagen.The manufactured molded body is, for example, a coffee capsule filled with coffee powder. Depending on the design, the molding and filling of the molded body take place in a single system or in two separate systems.

In einer Ausgestaltung ist eine dem Presswerkzeug vorgeschaltete Einrichtung zum Befeuchten des faserbasierten Tissue-Materials vorgesehen. Durch das Befeuchten wird eine Verformbarkeit des Tissue-Materials weiter verbessert. Bei einem zum Befeuchten zugeführten Fluid handelt es sich in Ausgestaltungen um Wasser. In anderen Ausgestaltungen ist dem Fluid ein Zusatzstoff beigefügt, welcher nach einem Trocknen des Tissue-Materials in diesem verbleibt. Bei dem Zusatzstoff handelt es sich in einer Ausgestaltung um einen Zusatzstoff für eine Sauerstoff-Barriere. In einer Ausgestaltung dient der Zusatzstoff alternativ oder zusätzlich als Wasserdampfbarriere und/oder Fett-Barriere, sodass alle Anforderungen an Lebensmittelverpackungen erzielt werden können. Bei dem Zusatzstoff handelt es sich in Ausgestaltungen um Proteine und/oder Wachse, die biologisch abbaubar sind, sodass der Formkörper mit dem oder den Zusatzstoffen kompostiert werden kann.In one embodiment, a device for moistening the fiber-based tissue material is provided upstream of the pressing tool. The moistening further improves the deformability of the tissue material. In some embodiments, a fluid supplied for moistening is water. In other embodiments, an additive is added to the fluid, which remains in the tissue material after it has dried. In one embodiment, the additive is an additive for an oxygen barrier. In one embodiment, the additive serves alternatively or additionally as a water vapor barrier and/or fat barrier, so that all requirements for food packaging can be met. In some embodiments, the additive is proteins and/or waxes that are biodegradable, so that the molded body can be composted with the additive(s).

Die Matrize ist in Ausgestaltungen porös und/oder weist Entlüftungsbohrungen auf. Dabei kann ein in einer Vertiefung der Matrize vorhandenes Medium beim Einführen des Stempels über die Matrize entweichen. In Ausgestaltungen ist die Matrize mit einer Einrichtung für eine Gas- und/oder Feuchtigkeitsabfuhr, wie eine Vakuumpumpe oder ein Gebläse, verbunden, mittels welcher eine Gas- und/oder Feuchtigkeitsabfuhr über die Matrize beim oder nach dem Umformen bewirkt wird. Dadurch ist insbesondere bei einem vorgeschalteten Befeuchten ein schnelles Trocknen des Tissue-Materials während des Umformens oder nach dem Umformen möglich.In some embodiments, the die is porous and/or has vent holes. A medium present in a recess of the die can escape through the die upon insertion of the punch. In some embodiments, the die is connected to a device for gas and/or moisture removal, such as a vacuum pump or a blower, by means of which gas and/or moisture is removed through the die during or after forming. This enables rapid drying of the tissue material during or after forming, particularly with pre-moistening.

In einer Ausgestaltung ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Matrize bei oder nach einem Umformen für ein Trocknen des Formkörpers beheizbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist in Ausgestaltungen das Ultraschall-Formwerkzeug betreibbar, um ein Trocken des faserbasierten Tissue-Materials in dem Presswerkzeug durch Verdampfen zu bewirken. Dadurch kann in Ausgestaltungen auf eine zusätzliche Heizeinrichtung verzichtet und so ein Energiebedarf weiter verbessert werden.In one embodiment, a heating device is provided, by means of which the die can be heated during or after forming to dry the molded body. Alternatively or additionally, in embodiments, the ultrasonic forming tool can be operated to dry the fiber-based tissue material in the pressing tool by evaporation. This eliminates the need for an additional heating device in some embodiments, thus further reducing energy consumption.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein mehrlagiges faserbasiertes Tissue-Material und/oder zwei oder mehr ein- oder mehrlagige faserbasierte Tissue-Materialien dem Presswerkzeug zuführbar sind, wobei Lagen des oder der Tissue-Materialien im Presswerkzeug miteinander verpressbar sind. Bei einem mehr als zwei Lagen aufweisenden Ausgangsmaterial sind dabei zumindest die äußeren Lagen gekreppt, sodass ein Formkörper mit riss- und faltenfreien Oberflächen geschaffen wird.In a further embodiment, it is provided that a multi-layer fiber-based tissue material and/or two or more single- or multi-layer fiber-based tissue materials can be fed to the pressing tool, wherein layers of the tissue material(s) can be pressed together in the pressing tool. In the case of a starting material comprising more than two layers, at least the outer layers are creped, creating a molded body with crack- and wrinkle-free surfaces.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem ein- oder mehrlagigen faserbasierten Tissue-Material geschaffen, wobei das faserbasierte Tissue-Material bahnförmig oder als Zuschnitt einem Presswerkzeug mit einem Stempel und einer Matrize zugeführt und mittels des Presswerkzeugs umgeformt wird, und wobei der Stempel als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet ist und zum Umformen des Tissue-Materials in Schwingungen versetzt wird.According to a second aspect, a method for producing a shaped body from a single- or multi-layer fiber-based tissue material is provided, wherein the fiber-based tissue material is fed in web form or as a blank to a pressing tool with a punch and a die and is formed by means of the pressing tool, and wherein the punch is designed as an ultrasonic forming tool and is set into vibration to form the tissue material.

Wie beschrieben, ist aufgrund der Gestaltung des Stempels als Ultraschall-Werkzeugs ein Umformen mit einem geringen Kraftaufwand und mit kürzeren Prozesszeiten gegenüber herkömmlichen Verfahren möglich.As described, due to the design of the punch as an ultrasonic tool, forming is possible with little force and with shorter process times compared to conventional methods.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das faserbasierte Tissue-Material vor einem Umformen in dem Presswerkzeug befeuchtet wird. Ein Befeuchten erfolgt dabei je nach Ausgestaltung mittels Wasser und/oder mittels einem Fluid umfassend Zusatzstoffen.In one embodiment, the fiber-based tissue material is moistened before forming in the pressing tool. Depending on the embodiment, moistening is carried out using water and/or a fluid containing additives.

Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein dem faserbasierten Tissue-Material zum Befeuchten zugeführtes Fluid in dem Presswerkzeug verdampft wird. Eine verbleibende Restfeuchte beträgt in Ausgestaltungen maximal ca. 5% bis ca. 15% beträgt. Ein Verdampfen erfolgt dabei in Ausgestaltungen aufgrund einer mittels des Ultraschall-Formwerkzeugs erzeugten Wärme, wobei auf eine zusätzliche Heizeinrichtung verzichtet werden kann.In one embodiment, a fluid supplied to the fiber-based tissue material for moistening is evaporated in the pressing tool. The remaining residual moisture content in some embodiments is a maximum of approximately 5% to approximately 15%. Evaporation occurs in some embodiments due to heat generated by the ultrasonic forming tool, whereby an additional heating device can be dispensed with.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Matrize porös ist und/oder Entlüftungsbohrungen aufweist, wobei aus der Matrize verdrängte Luft und/oder das verdampfte Fluid über die Matrize entweicht. In einer Ausgestaltung sind Öffnungen der Matrize mit der Umgebung verbunden, wobei die Luft und/oder das verdampfte Fluid passiv entweicht- In anderen Ausgestaltungen ist die Matrize mit einer Einrichtung für eine Feuchtigkeits- und/oder Gasabfuhr, wie einer Vakuumpumpe oder einem Gebläse, verbunden, mittels welcher eine Feuchtigkeits- und/oder Gasabfuhr über die Matrize bewirkt wird. Dadurch ist ein schnelles Trocknen des Tissue-Materials während des Umformens oder nach dem Umformen möglich.In one embodiment, the die is porous and/or has vent holes, whereby air displaced from the die and/or the vaporized fluid escapes through the die. In one embodiment, openings in the die are connected to the environment, whereby the air and/or the vaporized fluid escapes passively. In other embodiments, the die is equipped with a device for moisture and/or gas removal, such as a vacuum pump or a blower. This allows moisture and/or gas to be removed via the matrix. This allows for rapid drying of the tissue material during or after forming.

In Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass ein mehrlagiges faserbasiertes Tissue-Material und/oder zwei oder mehr ein- oder mehrlagige faserbasierte Tissue-Materialien dem Presswerkzeug zugeführt werden, wobei Lagen des oder der Tissue-Materialien im Presswerkzeug miteinander verpresst werden. Die Anzahl der Lagen ist dabei je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar, sodass ein Formkörper mit einer für den jeweiligen Anwendungszweck geeigneten Wandstärke geschaffen wird.In embodiments, it is provided that a multi-layer fiber-based tissue material and/or two or more single- or multi-layer fiber-based tissue materials are fed to the pressing tool, with layers of the tissue material(s) being pressed together in the pressing tool. The number of layers can be selected by the person skilled in the art depending on the application, so that a molded body with a wall thickness suitable for the respective application is created.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen schematisch:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers umfassend ein Presswerkzeug;
  • 2 in einer geschnittenen Darstellung ein Detail des Presswerkzeugs der Vorrichtung gemäß 1; und
  • 3 ein zweitens Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers umfassend ein Presswerkzeug.
Further advantages and aspects of the invention emerge from the claims and from the description of exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. The figures schematically show:
  • 1 a first embodiment of a device for producing a shaped body comprising a pressing tool;
  • 2 in a sectional view a detail of the pressing tool of the device according to 1 ; and
  • 3 a second embodiment of a device for producing a shaped body comprising a pressing tool.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Formkörpers 2 aus einem bahnförmig, auf einer Rolle bereitgestellten, faserbasierten Tissue-Material 3. 1 shows schematically a first embodiment of a device 1 for producing a shaped body 2 from a web-shaped, fiber-based tissue material 3 provided on a roll.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung 1 umfasst eine schematisch dargestellte Zuführung 4 für Tissue-Material 3, eine Einrichtung 5 zum Befeuchten des zugeführten Materials 3 und ein Presswerkzeug 6.The schematically illustrated device 1 comprises a schematically illustrated feed 4 for tissue material 3, a device 5 for moistening the fed material 3 and a pressing tool 6.

Das in 1 dargestellte Presswerkzeug 6 umfasst vier Stempel 60 sowie eine Matrize 61 mit zugehörigen Vertiefungen 610 für die vier Stempel 60. Die Zahl und Anordnung der Stempel 60 ist jedoch lediglich beispielhaft. In anderen Ausgestaltungen sind weniger, beispielsweise auch nur ein Stempel 60, oder mehr als vier Stempel 60 vorgesehen. In wieder anderen Ausgestaltungen sind die Stempel 60 alle in einer Reihe quer zur Transportrichtung des Materials 3 oder in zwei oder mehr hexagonal versetzt angeordneten Reihen angeordnet.The 1 The pressing tool 6 shown comprises four punches 60 and a die 61 with associated recesses 610 for the four punches 60. However, the number and arrangement of the punches 60 is merely exemplary. In other embodiments, fewer, for example, only one punch 60, or more than four punches 60 are provided. In yet other embodiments, the punches 60 are all arranged in a row transverse to the transport direction of the material 3 or in two or more hexagonally offset rows.

2 zeigt schematisch einen Stempel 60 und einen Ausschnitt der Matrize 61 mit einer Vertiefung 610. Der Stempel 60 ist als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet, wobei eine mittels eines nicht dargestellten Ultraschall-Generators erzeugte hochfrequente elektrische Wechselspannung über einen ebenfalls nicht dargestellten Schallwandler in eine mechanische Longitudinalschwingung umgewandelt wird. Je nach Gestaltung dient der Stempel 60 dabei als Sonotrode oder ist an einer zwischen den Schallwandler und dem Stempel 60 angeordneten Sonotrode befestigt. 2 shows a schematic representation of a punch 60 and a section of the die 61 with a recess 610. The punch 60 is designed as an ultrasonic forming tool, wherein a high-frequency alternating electrical voltage generated by an ultrasonic generator (not shown) is converted into a mechanical longitudinal oscillation via a transducer (also not shown). Depending on the design, the punch 60 serves as a sonotrode or is attached to a sonotrode arranged between the transducer and the punch 60.

Dank der Schwingungsanregung des Stempels 60 kann eine für ein Ausformen des Formkörpers 2 notwendige Kraft gegenüber einer beispielsweise aus WO 2019/209160 A1 bekannten Vorrichtung reduziert werden. Zudem kann auf ein Beheizen des Presswerkzeugs 6 verzichtet werden. In Ausgestaltungen ist dennoch zusätzlich eine Heizeinrichtung an dem Presswerkzeug 6, insbesondere für ein Beheizen der Matrize 61 vorgesehen.Thanks to the vibration excitation of the punch 60, a force necessary for forming the molded body 2 can be reduced compared to a force resulting, for example, from WO 2019/209160 A1 known device. Furthermore, heating of the pressing tool 6 can be dispensed with. In some embodiments, however, a heating device is additionally provided on the pressing tool 6, in particular for heating the die 61.

Beim Ausformen des Formkörpers 2 in dem Presswerkzeug 6 erfolgt gleichzeitig ein Trocknen des Formkörpers 2. Für ein Abführen der Feuchtigkeit ist die Matrize 61 in Ausgestaltungen porös und/oder weist in 2 schematisch dargestellte Kanäle 612 auf, über welche ein Entlüften der Matrize 61 beim Ausformen sowie ein Abführen der aufgrund der Schwingungsanregung verdampften Feuchtigkeit möglich ist. In Ausgestaltungen ist eine in den Figuren nicht dargestellte Einrichtung für eine Feuchtigkeits- und/oder Gasabfuhr, wie einer Vakuumpumpe oder einem Gebläse, vorgesehen. Die Einrichtung ist mit der Matrize 61 verbunden, um beim oder nach dem Umformen eine Feuchtigkeits- und/oder Gasabfuhr über die Matrize zu bewirken.During the molding of the molded body 2 in the pressing tool 6, the molded body 2 is dried at the same time. To remove the moisture, the die 61 is porous in some embodiments and/or has 2 Schematically illustrated channels 612, through which the die 61 can be vented during forming and the moisture evaporated due to the vibration excitation can be removed. In some embodiments, a device (not shown in the figures) for removing moisture and/or gas, such as a vacuum pump or a blower, is provided. The device is connected to the die 61 to effect moisture and/or gas removal via the die during or after forming.

Bei dem zugeführten Tissue-Material 3 handelt es sich je nach Ausgestaltung um ein einlagiges oder mehrlagiges faserbasiertes Tissue-Material. Ein faserbasiertes Tissue-Material zeichnet sich durch eine gute Verformbarkeit aus, sodass verhindert wird, dass Risse oder Falten beim Ausformen der Formkörper 2 gebildet werden. Durch das Presswerkzeug 6 mit einem Ultraschall-Formwerkzeug wird das Tissue-Material kompaktiert, sodass ein stabiler Formkörper 2 geschaffen wird.The supplied tissue material 3 is a single-layer or multi-layer fiber-based tissue material, depending on its design. A fiber-based tissue material is characterized by good formability, thus preventing cracks or wrinkles from forming during the molding of the molded bodies 2. The pressing tool 6 with an ultrasonic molding tool compacts the tissue material, creating a stable molded body 2.

Durch ein Befeuchten des Tissue-Materials wird dessen Formbarkeit weiter verbessert. Ein Austrocknen der Formkörper 2 erfolgt dabei bei deren Ausformen in dem Presswerkzeug 6, sodass auf einen weiteren Trocknungsschritt verzichtet werden kann.Moistening the tissue material further improves its formability. The molded bodies 2 dry out during their molding in the press tool 6, so that a further drying step can be omitted.

Je nach Ausgestaltung erfolgt ein Befeuchten ausschließlich mit Wasser oder mit einem Zusatzstoff, mittels welchem dem Formkörper 2 weitere Eigenschaften verliehen werden können.Depending on the design, moistening is carried out exclusively with water or with an additive by means of which the molded body 2 can be given additional properties.

3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Formkörpers 2 ähnlich 1, wobei für gleiche oder ähnliche Bauteile einheitliche Bezugszeichen verwendet werden. Für eine Beschreibung wird auf oben verwiesen. 3 shows schematically a second embodiment of a device 1 for producing a shaped body 2 similar 1 , whereby identical reference numerals are used for identical or similar components. For a description, see above.

Im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß 1 werden bei der Vorrichtung 1 gemäß 3 zwei faserbasierte Tissue-Materialien 3 jeweils auf einer Rolle bereitgestellt, wobei die zwei Materialien 3 überlagert werden und in dem Presswerkzeug 6 miteinander verpresst werden.In contrast to the design according to 1 are used in device 1 according to 3 two fiber-based tissue materials 3 are each provided on a roll, wherein the two materials 3 are superimposed and pressed together in the pressing tool 6.

Bei jedem zugeführten Tissue-Material 3 handelt es sich je nach Ausgestaltungen um ein einlagiges oder mehrlagiges faserbasierten Tissue-Material.Depending on the design, each supplied tissue material 3 is a single-layer or multi-layer fiber-based tissue material.

In wieder anderen Ausgestaltungen werden mehr als zwei bahnförmige Materialien zugeführt, wobei zumindest für die äußeren Materialbahnen ein Tissue-Material eingesetzt wird, sodass Formkörper 2 geschaffen werden, welche an ihren Oberflächen keine Risse oder Falten aufweisen.In still other embodiments, more than two web-shaped materials are fed, wherein a tissue material is used at least for the outer material webs, so that shaped bodies 2 are created which do not have any cracks or wrinkles on their surfaces.

Ein Befeuchten des zugeführten Tissue-Materials 3 erfolgt je nach Anwendungsfall wie schematisch dargestellte von oben, von unten und/oder mittels einer zwischen den Bahnen des Materials 3 und/oder mittels einer zwischen Lagen eines mehrlagigen Materials 3 angeordneten Einrichtung.Depending on the application, the supplied tissue material 3 is moistened as schematically shown from above, from below and/or by means of a device arranged between the webs of the material 3 and/or by means of a device arranged between layers of a multi-layer material 3.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2019/209160 A1 [0004, 0030]WO 2019/209160 A1 [0004, 0030]

Claims (10)

Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers (2) aus einem ein- oder mehrlagigen faserbasierten Tissue-Material (3) umfassend ein Presswerkzeug (6) mit einem Stempel (60) und einer Matrize (61), wobei das faserbasierte Tissue-Material (3) bahnförmig oder als Zuschnitt dem Presswerkzeug (6) zuführbar und mittels des Presswerkzeugs (6) zur Herstellung des Formkörpers (2) umformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (60) als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet ist.Device for producing a shaped body (2) from a single- or multi-layer fiber-based tissue material (3), comprising a pressing tool (6) with a punch (60) and a die (61), wherein the fiber-based tissue material (3) can be fed to the pressing tool (6) in web form or as a blank and can be shaped by means of the pressing tool (6) to produce the shaped body (2), characterized in that the punch (60) is designed as an ultrasonic shaping tool. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Presswerkzeug (6) vorgeschaltete Einrichtung (5) zum Befeuchten des faserbasierten Tissue-Materials (3) vorgesehen ist.Device according to Claim 1 , characterized in that a device (5) upstream of the pressing tool (6) is provided for moistening the fiber-based tissue material (3). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (61) porös ist und/oder Entlüftungsbohrungen (612) aufweist.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the die (61) is porous and/or has vent holes (612). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Formwerkzeug betreibbar ist, um ein Trocken des faserbasierten Tissue-Materials (3) in dem Presswerkzeug (6) durch Verdampfen zu bewirken.Device according to Claim 3 , characterized in that the ultrasonic forming tool is operable to cause drying of the fiber-based tissue material (3) in the pressing tool (6) by evaporation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrlagiges faserbasiertes Tissue-Material (3) und/oder zwei oder mehr ein- oder mehrlagige faserbasierte Tissue-Materialien (3) dem Presswerkzeug (6) zuführbar sind, wobei Lagen des oder der Tissue-Materialien (3) im Presswerkzeug (6) miteinander verpressbar sind.Device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a multi-layer fiber-based tissue material (3) and/or two or more single- or multi-layer fiber-based tissue materials (3) can be fed to the pressing tool (6), wherein layers of the tissue material(s) (3) can be pressed together in the pressing tool (6). Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (2) aus einem ein- oder mehrlagigen faserbasierten Tissue-Material (3), wobei das faserbasierte Tissue-Material (3) bahnförmig oder als Zuschnitt einem Presswerkzeug (6) mit einem Stempel (60) und einer Matrize (61) zugeführt und mittels des Presswerkzeugs (6) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (60) als Ultraschall-Formwerkzeug gestaltet ist und zum Umformen des Tissue-Materials in Schwingungen versetzt wird.Method for producing a shaped body (2) from a single- or multi-layer fiber-based tissue material (3), wherein the fiber-based tissue material (3) is fed in web form or as a blank to a pressing tool (6) with a punch (60) and a die (61) and is formed by means of the pressing tool (6), characterized in that the punch (60) is designed as an ultrasonic forming tool and is set into vibration for forming the tissue material. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das faserbasierte Tissue-Material (3) vor einem Umformen in dem Presswerkzeug (6) befeuchtet wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the fiber-based tissue material (3) is moistened before forming in the pressing tool (6). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem faserbasierten Tissue-Material (3) zum Befeuchten zugeführtes Fluid in dem Presswerkzeug (6) aufgrund einer mittels des Ultraschall-Formwerkzeugs erzeugten Wärme verdampft wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that a fluid supplied to the fiber-based tissue material (3) for moistening is evaporated in the pressing tool (6) due to heat generated by means of the ultrasonic forming tool. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (61) porös ist und/oder Entlüftungsbohrungen (612) aufweist, wobei aus der Matrize (61) verdrängte Luft und/oder das verdampfte Fluid über die Matrize (61) abgeführt wird.Procedure according to Claim 6 , 7 or 8 , characterized in that the die (61) is porous and/or has vent holes (612), wherein air displaced from the die (61) and/or the evaporated fluid is discharged via the die (61). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrlagiges faserbasiertes Tissue-Material (3) und/oder zwei oder mehr ein- oder mehrlagige faserbasierte Tissue-Materialien (3) dem Presswerkzeug (6) zugeführt werden, wobei Lagen des oder der Tissue-Materialien (3) im Presswerkzeug (6) miteinander verpresst werden.Method according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that a multi-layer fiber-based tissue material (3) and/or two or more single- or multi-layer fiber-based tissue materials (3) are fed to the pressing tool (6), wherein layers of the tissue material(s) (3) are pressed together in the pressing tool (6).
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