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EP4667373A1 - Dreidimensionales formteil aus faserhaltigem material und formwerkzeug zur herstellung von formteilen aus faserhaltigem material - Google Patents

Dreidimensionales formteil aus faserhaltigem material und formwerkzeug zur herstellung von formteilen aus faserhaltigem material

Info

Publication number
EP4667373A1
EP4667373A1 EP25182707.7A EP25182707A EP4667373A1 EP 4667373 A1 EP4667373 A1 EP 4667373A1 EP 25182707 A EP25182707 A EP 25182707A EP 4667373 A1 EP4667373 A1 EP 4667373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molded part
fibrous material
molding
design
area
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
EP25182707.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Till Rupp
Richard Hagenauer
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.)
Kiefel GmbH
Original Assignee
Kiefel 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 Kiefel GmbH filed Critical Kiefel GmbH
Publication of EP4667373A1 publication Critical patent/EP4667373A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D1/00—Rigid or semi-rigid containers having bodies formed in one piece, e.g. by casting metallic material, by moulding plastics, by blowing vitreous material, by throwing ceramic material, by moulding pulped fibrous material or by deep-drawing operations performed on sheet material
    • B65D1/22—Boxes or like containers with side walls of substantial depth for enclosing contents
    • B65D1/26—Thin-walled containers, e.g. formed by deep-drawing operations
    • B65D1/265—Drinking cups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B50/00—Making rigid or semi-rigid containers, e.g. boxes or cartons
    • B31B50/74—Auxiliary operations
    • B31B50/88—Printing; Embossing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B50/00—Making rigid or semi-rigid containers, e.g. boxes or cartons
    • B31B50/59—Shaping sheet material under pressure
    • B31B50/592—Shaping sheet material under pressure using punches or dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D65/00—Wrappers or flexible covers; Packaging materials of special type or form
    • B65D65/38—Packaging materials of special type or form
    • B65D65/46—Applications of disintegrable, dissolvable or edible materials
    • B65D65/466—Bio- or photodegradable packaging materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J7/00—Manufacture of hollow articles from fibre suspensions or papier-mâché by deposition of fibres in or on a wire-net mould

Definitions

  • Fibers such as natural fibers
  • Fibers can also be introduced into molds in a dry state and processed or shaped within them.
  • such fibers can be processed as raw materials for subsequent shaping.
  • Starting materials for further processing can be, for example, so-called webs or sheets, such as airlaid, fluff pulp, paper, etc., as well as multi-layer arrangements of the aforementioned materials, made from a fibrous material, which are then formed in a mold.
  • the evaporating water is routinely extracted during pressing at high temperatures and pressures.
  • steam extraction can occur during pressing at high temperatures and pressures if the fibrous material has a water content of approximately 20% by weight or more, or if it has been locally moistened.
  • the mold surfaces of the molding tools have small openings connected to corresponding channels and devices. During pressing, small protrusions form on the surfaces of the molded parts, with the fibrous material being forced into these openings. The extraction process can further facilitate the formation of these protrusions.
  • these raised sections are perceived as disruptive in terms of design specifications and aesthetics, resulting in very low demand for alternative molded parts made from renewable and easily recyclable fiber-containing materials, which can also be compostable. This is a significant disadvantage, especially considering the goal of increasing the use of sustainable products. Furthermore, these raised sections have the drawback that, when used as capsules for coffee machines or lids for drinking cups, they do not sit flush with the contact surfaces (e.g., the brewing chamber of a coffee capsule) or do not fit optimally against the rim of the cup, thus preventing a sufficient seal. Additionally, these raised sections can make drinking from a lid more difficult.
  • the task is to provide a solution that overcomes the disadvantages of the prior art and enables the production of molded parts from fiber-containing material. enables and provides molded parts made of fiber-containing material that are simply designed, are not subject to any functional limitations in the use of molded parts due to protrusions resulting from manufacturing technology, and meet aesthetic requirements.
  • a three-dimensional molded part made of fibrous material which is produced in a manufacturing process under pressure and thermal influence, wherein a surface of the molded part has at least one design element and/or functional element, which is formed by at least one area with reduced material thickness, wherein the material thickness of the at least one area decreases with an increasing molded part height in one molding direction.
  • design and/or functional elements on the surface of molded parts made of fibrous material with decreasing thickness offers the advantage that, for example, raised areas or other decorative or informational elements can be incorporated into these areas, particularly embossed elements, which do not protrude beyond the surface of the molded part, or only minimally, since these elements can extend from an area that is recessed from the surface.
  • This allows for the production of molded parts that have no protruding elements on the surface in the area of the design and/or functional element compared to adjacent surface areas.
  • design and/or functional elements can be integrated into a surface without visually disrupting it.
  • the design elements and/or functional elements do not have the same material thickness across their entire length, but the difference in material thickness is barely perceptible. Recessed areas in molded parts made of fibrous material are generally visually and tactilely perceptible when they exhibit a certain reduction in material thickness. In the presented solution, the reduction in material thickness does not begin abruptly but rather gradually and can, for example, end abruptly at a lower end in the mold direction. To ensure that the material thickness is not reduced despite the continuous reduction in thickness, the following applies: To create clearly defined areas, for example, a slight reduction in material thickness can initially be implemented in one area of the design element and/or functional element, followed by an area with a more pronounced reduction in material thickness.
  • the reduction in material thickness can begin before the design element and/or functional element, so that the required reduction is achieved within the area of the design element and/or functional element, which is visually and/or haptically perceptible. This means that the initial reduction in shape does not fall within the area of the design element and/or functional element and is not perceptible haptically and/or visually.
  • the surface can have an orientation inclined relative to a vertical axis of the molded part, so that a cross-sectional area of the molded part increases in the molding direction.
  • the design element and/or the functional element may have at least one raised area formed by fibrous material which, during the manufacture of the molded part, was sucked and/or pressed into a corresponding opening in a mold surface of a molding tool when steam escaping from the fibrous material during compression was removed.
  • the at least one raised area can be arranged in a first surface section, which has a different design compared to an adjacent at least one second surface section, with the at least one raised area being integrated into the design of the first surface section.
  • This also includes areas with reduced material thickness. In particular, this can also include depressions, transitions between edge, side and/or bottom areas, embossing, etc.
  • the surface, the design element and/or the functional element can have elevations formed by fibrous material, which are created during the manufacture of the molded part when steam escaping from the fibrous material during pressing is removed into corresponding openings in a mold surface.
  • the molding tool is defined as a molded part formed by suction and/or pressure, with the raised areas forming at least one pattern.
  • this at least one pattern can represent a product feature, a product representation, a product usage instruction, and/or disposal instructions.
  • symbols, letters, numbers, etc. can be formed by indentations, protruding areas, and other surface finishes (e.g., texture, roughness, etc.), with the at least one pattern integrated within such a surface section.
  • a pattern can, for example, form a functional element, which serves, for instance, to snap a first molded part into a corresponding part.
  • a functional element can, for example, form an undercut, which is provided, for instance, in cups and lids to ensure a secure fit.
  • patterns offer, on the one hand, a visually appealing appearance, which can also serve to display product information, usage and waste instructions, and on the other hand, can take a technical aspect into account, whereby patterns can be formed, for example, in the form of a line that facilitates insertion into a receiving space (e.g., brewing chamber for a coffee capsule) or prevents incorrect insertion (formation of raised areas to provide elements according to the principle of "Poka Joke").
  • the at least one pattern can be integrated at least section by section into a transition between at least a first surface section and a second surface section of the surface and/or into a design element on the surface.
  • the at least one pattern When integrating at least one pattern into a first surface section with a different design compared to a second surface section, the at least one pattern can be integrated into a section or area (first surface section) of the molded part's surface that already differs in its design (shape, depth, thickness, etc.) and thus also visually and tactilely from the remaining surface area or adjacent areas (second surface section).
  • This ensures that the raised areas of the at least one pattern are not visually disruptive because they are integrated into an area that is already designed differently for aesthetic and/or technical reasons, and also do not interfere with the use of the molded part. This is because the elevations, due to their integration into a differently designed area, do not stand out from a surface or level, so that no "resting points", "spacer bumps” or the like are formed.
  • raised areas of at least one pattern can be incorporated into regions of a molded part with reduced material thickness, such that no raised areas protrude from the surface to the extent that their protruding ends are essentially flush with the surface contour of the surrounding areas of the second surface section. In other words, raised areas cannot extend beyond a surface plane that spans both the first and second surface sections. Furthermore, raised areas can also be intentionally projected from a surface plane, where they are part of a design feature.
  • first surface section can vary. For example, it can include transitions, general raised areas (i.e., thickened sections), design elements, recesses, decorative features, undercuts, etc. These raised areas can be located on an outer and/or inner surface. They typically extend perpendicularly from the surface and have small dimensions. For example, raised areas can have diameters of 0.5 to 2 mm or corresponding cross-sections. The height of raised areas can range from 0.2 to 1.5 mm. The dimensions can also vary depending on the thickness of the molded part in the area of the material layer associated with the surface, the dimensions of the molded part, the material used, and its intended application. Therefore, the dimensions may differ from the above examples. Molded parts can have various designs and, for example, a round or polygonal cross-section.
  • the at least one design element, functional element and/or pattern can extend over a wall area, an edge area and/or a floor area of a molded part.
  • the protrusions can be arranged on an outer surface of the molded part and extend away from the outer surface of the molded part.
  • At least one raised element can have a cross-section that is at least partially oval, elongated, polygonal, or round. This raised element can be part of a design element or constitute an essential component thereof.
  • patterns can contain information and/or represent a functional element, serving, for example, as a spacer, guide, and/or marker.
  • at least one spacer element can be designed as retaining or spacer ribs (e.g., in containers for hot or cold food/beverages) or as a rough gripping surface with multiple raised elements.
  • At least one raised area can itself be designed as a design element and/or functional element, wherein the at least one raised area has areas with different material thicknesses.
  • the fiber-containing material can contain at least 50% by weight of plant fibers and/or cellulose fibers.
  • a molding tool for producing molded parts from fibrous material wherein the molding tool has at least one molding surface for pressing fibrous material into a three-dimensional molded body, wherein the at least one molding surface surrounds a molding space for pressing the fibrous material, and wherein the at least one molding surface has at least one molding element that increasingly protrudes from the at least one molding surface in the molding direction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a molded part 100 made of fibrous material in a perspective view.
  • the in Fig. 1 The molded part 100 shown is designed as a capsule.
  • the capsule is designed as a coffee capsule and serves to hold coffee powder.
  • the molded part 100 shown can have an inner receiving chamber or surface coated (laminated, coated, etc.) to provide a barrier.
  • the capsule can have its outer surface coated (laminated, coated, etc.) to achieve a barrier effect.
  • Another alternative or additional way to provide barrier properties for molded part 100 is by incorporating additives into the fiber-containing material.
  • the design elements 130 are integrated into the side wall 110, which are used when pressing the fiber-containing material in a mold 200 (see e.g. Fig. 6 ) are trained.
  • the design elements 130 are in Fig. 1 designed as coffee beans, since the embodiment represents a capsule for coffee. It is evident that other design elements 130 can also be created by a corresponding shaping and form of the surface 106.
  • the design elements 130 have a region 140 with reduced wall thickness, as shown with reference to Fig. 3a ) and Fig. 7
  • the side wall 110 forms a second surface section 122 on its surface, which here has a curved shape.
  • the sections with the design elements 130 form first surface sections 120.
  • protrusions 160 are integrated into the transitions 114, 116 and a transition area between the base ring 104 and the base 102, or into the base ring 104 itself, so that these protrusions have no significant influence on the use of the molded part 100, i.e., they do not form any protruding elements located on visible surfaces of the surface 106, nor do they interfere with contact with corresponding surfaces of a processing machine (e.g., a coffee machine).
  • the protrusions 160 on the base 102 and on the edge 150 can also be omitted in other embodiments.
  • first surface sections which differ from the remaining surface 106, in particular the surface 106 of the side wall 110 in the second surface section 122, due to their orientation and arrangement as well as their surface properties.
  • the base 102 for example, has a surface offset from the stand ring 104, so that the central protrusions 160 do not interfere with the use of the molded part 100 and are also barely perceptible visually.
  • the rim 150 has a rougher surface, so that the protrusions 160 on the rim 150 are barely perceptible both visually and to the touch and are also not located on relevant functional surfaces, especially for later use (e.g., coffee machine).
  • FIG. 2 Figure 1 shows a schematic representation of another molded part 100 made of fibrous material in a perspective view.
  • several protrusions 160 on the surface of the side wall 110 form a pattern 162, as schematically indicated by the dashed line.
  • a pattern 162 can also extend beyond the side wall 110 to the edge 150 and/or the base 102.
  • the base 102 and/or the edge 150 can also form a pattern 162.
  • a pattern 162 can be found instead of a curved course, as in Fig. 2
  • the pattern shown can also form a letter, a number, a symbol, or a corresponding string of letters, numbers, and/or symbols.
  • a pattern 162 can also form functional elements, which can be designed as retaining or spacer ribs (e.g., in containers for hot or cold food/beverages) or as a rough gripping surface with a plurality of protrusions 160.
  • FIG. 3 Figure 1 shows schematic representations of the formation of a design element 130 on the surface of a molded part 100 made of fibrous material, where the formation on an outer surface 106 is described here.
  • an analogous design can also be provided on an inner surface 108 if a side wall 110 is inclined accordingly.
  • FIG. 3a Figure 1 shows both a design element 130, which is shaped like a coffee bean, and a section through the design element 130.
  • the design element 130 is formed by at least one area 140 with reduced material thickness, wherein the material thickness of the at least one area 140 decreases with an increasing part height F H in a forming direction F D.
  • the design element 130 has a region 140 with reduced material thickness, as can be seen particularly in the sectional view.
  • the side wall 110 has a decreasing material thickness in the region of the design element 130, which continues to decrease until reaching a second sub-region 144, where it reaches its maximum.
  • the material thickness along the web 132 remains unchanged in the exemplary embodiment.
  • the material thickness of the web 132 can also decrease, with the degree of reduction differing from that of the regions 140 in order to achieve a visually and haptically perceptible difference between the regions 140 and a web 132. This may be necessary, in particular, if, for example, a web 132 has a profile that could abut the mold surface of a molding tool 200 during demolding and be damaged in the process.
  • a step in the first area 142 relative to the outer surface 106 can be tolerated, for example to create a boundary between the first To reach area 142 and surface 106.
  • Such a step can form an undercut in a molded part 100. Up to a certain depth (e.g., 1 mm) or undercut shape, demolding after the molding process in a mold without moving parts can be carried out without damaging the molded part 100.
  • the material thickness decreases with increasing part height F H (see Fig. 4 ), so that demolding can occur without requiring additional movable mold parts on a mold surface of a mold tool part and without, for example, having to move orthogonally to a mold direction F D.
  • the formation of design elements 130 is created here by increasingly thinner areas.
  • FIG. 3b Figure 1 shows a further variant for a design element 130 shaped like a coffee bean, in which elevations are formed along the bridge 132.
  • the design element 130 can be implemented analogously to the execution according to Figure 130.
  • Fig. 3a Areas 140 with reduced material thickness, with the material thickness additionally as in Fig. 3a ) can decrease with increasing part height F H.
  • the material or wall thickness of the web 132 can decrease, or a protrusion 160 can be provided in a sub-area 142 or 144 so that the protrusion 160 does not protrude, or only protrudes slightly, from the overall surface or the surface of a second surface section 122, as for example in Fig. 4 shown schematically.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the formation of a design element 130 on the surface 106 of a molded part 100 made of fibrous material in a further embodiment, wherein an initial area 146 is provided in front of the partial areas 142, 144 with reduced material thickness, which also has a reduced material thickness.
  • the initial area 146 is not part of the design element 130 and serves to provide a minimum reduction in material thickness in the area of the design element 130 so that the design element 130 is clearly distinguished from the surrounding surface 106 of the molded part 100 and thus visually and/or haptically differentiated.
  • an edge 148 is formed, which provides a clear demarcation between The design element 130 and the remaining surface 106 are provided.
  • the initial area 146 is barely perceptible and is perceived as part of the surface design in the second surface section 122 and not as part of the first surface section 120 or the design element 130.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a cross-sectional view of a molded part 100 made of fibrous material with differently formed elevations 160 and design elements 130.
  • the molded part 100 is like the molded parts 100 made of Fig. 1 and 2
  • the part is shown in an orientation advantageous for manufacturing, with the part height F H being determined from the base 102.
  • the individual protrusions 160 are shown on both an outer surface 106 and an inner surface 108 to schematically illustrate the possible positions for protrusions 160.
  • the figure shows Fig. 4 the integration of elevations 160 into transitions 114, where the transitions 114 have a radius that is, for example, in the range of 0.2 to 5 mm. As in Fig.
  • a circumferential groove or a local depression is formed in the transition 114, in which a protrusion 160 is integrated, so that the protrusion 160 hardly protrudes from the outside and is therefore neither visually nor haptically perceptible and/or does not impair any function or use.
  • protrusions 160 can be incorporated in depressions (grooves, craters, etc.), whereby the protrusions 160 do not protrude from the surface of the surrounding second surface sections 122 or only protrude slightly.
  • the side wall 110 of the molded part 100 has two areas 140 with reduced wall thickness, one area having a web 132 or an analogously designed element on which the protrusions 160 are formed and stand out from the design element 130 (lower example), or the protrusions 160 are arranged in, for example, a sub-area 144 with low material thickness, so that the protrusion 160 does not protrude beyond the surface of the surrounding second surface section 122 (upper example).
  • Fig. 5 shows schematic representations of the formation of elevations 160 and design elements 130 on surfaces 106, 108 of a molded part 100.
  • the elevations 160 can be not only circular, but can also have an elongated and/or curved shape. Polygonal cross-sectional shapes are also possible and can be achieved by appropriately forming openings 234 for extracting steam in the mold surfaces of mold tools 200.
  • the elevations 160 can be components of a design element 130 and follow a course of elements (e.g. a bridge 132), or can themselves be a design element, e.g. a letter ("L").
  • character strings or symbols can also be implemented by several appropriately designed elevations 160, which, for example, give a consumer an indication of use or disposal.
  • Fig. 8 shows schematic representations of a molded part 100 with elevations 160, which are in the Fig. 8a) and 8b ) are designed as functional elements 180.
  • the functional elements 180 serve to form an undercut.
  • the molded parts 100 are designed as lids, which can, for example, be placed on a cup. In order for the lids to have a secure hold on a cup, for example on a beaded rim of a cup or the like, they have an undercut.
  • a side wall 170 is already formed with an inwardly tapered side wall section, which forms an undercut.
  • the projections 160 are located in this side wall section, so that the projections 160 form functional elements 180 that reinforce the undercut, further reducing the inner diameter and thus improving the holding effect at an edge.
  • Fig. 8a The raised areas 160 are located on an inner side 172 of the side wall 172.
  • the functional elements 180 can be designed as webs with a freely selectable width or as a continuous raised area 160, as is the case, for example, in Fig. 8b ) is shown.
  • Fig. 8b shows a molded part 100 designed as a lid with a substantially parallel oriented side wall 170, which has a circumferential protrusion 160 as a functional element 180 (undercut) on the inside 172, wherein the undercut is formed only by the protrusion 160.
  • the surveys 160 can, for example, be formed by short or longer sections, as in Fig. 8a ) indicated.
  • a functional element 180 can be formed by a closed elevation 160.
  • a forming tool has corresponding openings for the formation of such functional elements 180 or protrusions 160, which are, for example, slots or slot-like openings (for the designs of the Fig. 8 ) can be executed.
  • the protrusions 160 which form at least one functional element 180, can provide a steam discharge, so that a molded part 100 cannot have any further protrusions 160.
  • Functional elements can also be provided on an outer surface 174.
  • Functional elements 180 can, in addition to providing undercuts, also serve, for example, to provide linear strips or ribs on a surface of a molded part 100, which have a specific function ("cooling fins", retaining strips, etc.).
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a molding tool 200 for the production of molded parts 100 from fibrous material.
  • the forming tool 200 comprises a first tool part 210 and a second tool part 230.
  • the first tool part 210 and the second tool part 230 are made of a metal (e.g., aluminum) or a metal alloy suitable for compressing fibrous material at temperatures ranging from 120 to 300 °C and pressures from 0.2 to 300 N/ mm2 .
  • the tool parts 210 and 230 each have a forming surface 212 and 232, respectively, for compressing fibrous material.
  • the forming surfaces 212 and 232 may also have a special surface coating or design to prevent damage to the forming surfaces 212 and 232 due to moisture contained in the fibrous material and steam escaping during compression.
  • the lower molded part 210 has a heating element 220.
  • the heating element 220 can extend into an upper molded area and/or include additional heating elements.
  • the upper tool part 230 may additionally or alternatively have a heating device with at least one heating element. Heating devices may, for example, have heating elements in the form of electrically controlled heating cartridges, etc.
  • FIG. 6 Figure 1 shows a single pair of two corresponding tool parts 210, 230.
  • a mold 200 can have several pairs of tool parts 210, 230, each of which can be reversibly connected to a tool table or plate. This allows several mold parts 100 to be produced simultaneously in a single molding step.
  • at least one tool table or plate can have a heating device that provides at least basic heating. Additional heating devices 230 can be provided for the pairs of tool parts or for one of the tool parts 210, 230 per pair of tool parts 210, 230.
  • the lower tool part 210 has a substantially smooth forming surface 212.
  • the forming surface 232 has openings 234 through which the moisture that arises during the compression of fibrous material under high pressure and due to the temperature introduced via at least the tool part 210, and which escapes from the fibrous material in the form of vapor, is discharged.
  • channels 236 extend from the openings 234 through the tool part 230.
  • the channels 234 open into a common channel, which is connected via a connection to further devices for discharging the vapor. For example, devices for generating a vacuum can be connected to this channel, so that the generated vapor is actively extracted.
  • a lower tool part 210 can also have openings 234 and channels 236.
  • protrusions 160 form on the inner and/or outer surface 108, 106 of a molded part 100, schematically indicated by the dashed lines, as described above. Although the extent and dimensions of the protrusions 160 are relatively small and can be influenced by appropriately dimensioning the openings 234, they are Surveys 160 are visually and haptically perceptible in previously known designs and molded parts. The already mentioned variations in the designs of Figs. 1 to 5 The proposed solution for integrating elevations 160 into surface sections 120 and design elements 130 offers the advantage that the elevations 160 visually integrate into the shape of a molded part 100 or a design element 130 and are therefore neither visually nor haptically disturbing.
  • the mold 200 shown is simply designed for forming such molded parts 200 and has no moving components on the mold surfaces 212, 231 that are required for integrating the protrusions. Thus, the integration of the protrusion 160 can be easily implemented with the presented mold design.
  • the mold surface 232 has protrusions 238, for example to create an element 130 on the side wall 110 of a molded part 100, as in Fig. 3 shown.
  • a raised area 160 can be integrated into such an area 140, for which a bulge 238 at the selected location has an opening 234 for extracting steam.
  • bulges 238 on the mold surfaces 232 enable forming in the mold direction F D without additional moving elements, since the mold surfaces 212, 232 do not form an undercut in the area of the bulges 238.
  • the bulges form mold elements of the mold tool part 230 and project into the mold space defined by the mold surface 232.
  • mold elements or bulges 238 can be designed such that, for example, areas with reduced material thickness can be formed in mold parts 100, as e.g., in Fig. 7 shown.
  • the openings 234 shown as an example are located in the embodiment at the position of the form surface 232, which serve for the formation of design elements 130 and/or on first surface sections 120.
  • the production of molded parts 100 from a fibrous material includes a step of providing fibrous material, which, for example, has a moisture content between 50 and 70 wt.%, so that steam is generated during pressing, which is carried away from the cavity of a mold tool 200 between the mold surfaces 212, 232. This is necessary. Since steam generation during pressing is crucial, the moisture content, and not the type of material, is the determining factor. For example, steam extraction may only be required locally. Therefore, either a wet or a dry pressing process can be used.
  • preforms made of a fiber-containing material are first prepared and then compressed under thermal influence.
  • the preforms can be prepared by drawing fibers from an aqueous solution (pulp) and forming three-dimensional preforms that essentially already have the shape of the products to be manufactured. Additionally, additives such as starch, chemical additives, wax, etc., can be added to the pulp to influence the properties of the products (e.g., barrier properties) and their processability.
  • the fibers can be, for example, natural fibers such as cellulose fibers or fibers from a fiber-containing source material (e.g., recycled paper).
  • the manufactured molded parts 100 can themselves serve as a starting material for the production of molded parts 100 or other products after their use, or can be composted, because they can generally be completely decomposed and do not contain any harmful, environmentally hazardous substances.
  • the preforms can be further modified and subjected to a pre-pressing step. Subsequently, the preforms are pressed into three-dimensional molded parts 100 in a mold 200 under pressure and heat.
  • the molded parts 100 can be formed from a loose cellulose web (airlaid) or paper which has a sufficient moisture content at least locally.
  • molded parts 100 can vary depending on the desired shape.

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Abstract

Es werden ein dreidimensionales Formteil aus faserhaltigem Material sowie ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material beschrieben, wobei das dreidimensionale Formteil in einem Herstellungsprozess unter Druck und thermischer Einwirkung hergestellt ist, wobei eine Oberfläche des Formteils mindestens ein gestalterisches Element und/oder Funktionselement aufweist, welches durch mindestens einen Bereich mit reduzierter Materialstärke gebildet ist, wobei die Materialstärke des mindestens einen Bereichs mit einer zunehmenden Formteilhöhe in einer Formrichtung abnimmt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Es werden ein dreidimensionales Formteil aus faserhaltigem Material sowie ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material beschrieben.
    • Hintergrund
  • 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 können dabei Naturfasern aufweisen, die bspw. aus nachwachsenden Rohstoffen oder Altpapier gewonnen werden. Die Naturfasern können in einer sogenannten Pulpe mit Wasser und ggf. weiteren Zusätzen, wie z.B. Stärke, vermischt und anschließend geformt werden. Zusätze können zudem Auswirkungen auf die Farbe, die Barriereeigenschaften und mechanische Eigenschaften haben. Eine Pulpe kann einen Anteil an Naturfasern von bspw. 0,1 bis 10 Gew.-% aufweisen. Der Anteil an Naturfasern kann in Abhängigkeit des Verfahrens, welches zur Herstellung von Verpackungen etc. angewandt wird, und der Produkteigenschaften des herzustellenden Produkts variieren. Fasern, wie bspw. Naturfasern, können auch in einem trockenen Zustand in Formwerkzeuge eingebracht und darin bearbeitet bzw. geformt werden. Alternativ können solche Fasern zu Ausgangsmaterialien für eine anschließende Formgebung verarbeitet werden. Ausgangsmaterialien für eine weitere Verarbeitung können bspw. sog. Bahnen oder Bögen, wie bspw. Airlaid, Fluff-Pulp, Papier etc. sowie Mehrschicht-Anordnungen aus den vorstehenden Materialien, aus einem faserhaltigen Material sein, die dann in einem Formwerkzeug umgeformt werden.
  • Bei der Herstellung von Produkten bzw. Formteilen aus einem faserhaltigen Material wird bei einem sogenannten Wet-Prozess während eines Pressvorgangs mit hohen Temperaturen und hohem Druck standardmäßig das verdampfende Wasser abgesaugt. Auch bei trockenen Formprozessen, dem sogenannten Dry-Prozess, kann ein Absaugen von Dampf bei einem Pressvorgang mit hohen Temperaturen und hohem Druck erfolgen, wenn das faserhaltige Material einen Wasseranteil von etwa 20 Gew.-% und mehr aufweist oder zumindest lokal befeuchtet worden ist. Zum Absaugen des Dampfs weisen Formflächen von Formwerkzeugen kleine Öffnungen auf, welche mit entsprechenden Kanälen und Einrichtungen verbunden sind. Während des Verpressens kommt es dann zur Ausbildung von kleinen Erhebungen an den Oberflächen von Formteilen, wobei das faserhaltige Material in die Öffnungen gedrückt wird. Durch das Ansaugen kann die Ausbildung von Erhebungen unterstützt werden.
  • Derartige Erhebungen entstehen als Folge des Absaugens, wobei mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt des zu verpressenden Materials in Kavitäten von Formwerkzeugen zunehmend mehr Dampf entsteht, der über Öffnungen an mindestens einer Formfläche eines Formwerkzeugs abgeführt werden muss. Die Erhebungen sind an einem fertigen Formteil optisch wie auch haptisch wahrnehmbar.
  • Die Erhebungen werden jedoch im Hinblick auf Designvorgaben und ästhetische Aspekte als störend empfunden, so dass bisher die Nachfrage nach alternativen Formkörpern aus nachwachsenden und einfach recyclefähigen faserhaltigen Materialen, welche auch kompostierbar sein können, sehr gering ist. Gerade im Hinblick auf das Ziel, vermehrt nachhaltige Produkte zu verwenden, ist dies ein entscheidender Nachteil. Zusätzlich weisen solche Erhebungen den Nachteil auf, dass diese bei der Verwendung, bspw. bei der Verwendung als Kapsel für eine Kaffeemaschine oder als Deckel für Trinkbecher, wegen den Erhebungen nicht bündig mit Anlageflächen in Anlage kommen (bspw. Brühraum für eine Kaffeekapsel) oder nicht optimal an einem Becherrand anliegen, so dass keine ausreichende Dichtwirkung erreicht werden kann. Ferner können solche Erhebungen bei einem Deckel ein Trinken erschweren.
    • Aufgabe
  • Es besteht demgegenüber die Aufgabe, eine Lösung anzugeben, welche die Nachteile des Stands der Technik behebt, und die Ausbildung von Formteilen aus faserhaltigem Material ermöglicht und Formteile aus faserhaltigem Material bereitstellt, die einfach ausgebildet sind, keinen funktionellen Einschränkungen bei der Verwendung von Formteilen aufgrund von fertigungstechnisch resultierenden Erhebungen unterliegen und ästhetischen Anforderungen Rechnung tragen.
    • Lösung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein dreidimensionales Formteil aus faserhaltigem Material gelöst, das in einem Herstellungsprozess unter Druck und thermischer Einwirkung hergestellt ist, wobei eine Oberfläche des Formteils mindestens ein gestalterisches Element und/oder Funktionselement aufweist, welches durch mindestens einen Bereich mit reduzierter Materialstärke gebildet ist, wobei die Materialstärke des mindestens einen Bereichs mit einer zunehmenden Formteilhöhe in einer Formrichtung abnimmt.
  • Die Ausbildung von gestalterischen Elementen und/oder Funktionselementen an der Oberfläche von Formteilen aus faserhaltigen Material mit einer abnehmenden Materialstärke (Dicke) bietet den Vorteil, dass in diesen Bereich bspw. Erhebungen oder andere Dekorations- oder Informationselemente eingebracht werden können, insbesondere geprägt werden können, die nicht oder nur unwesentlich die Oberfläche des Formteils überragen, da diese Elemente sich ausgehend von einem Bereich erstecken können, der gegenüber der Oberfläche zurückgesetzt ist. Dadurch können Formteile bereitgestellt werden, die keine abstehenden Elemente an der Oberfläche im Bereich des gestalterischen Elements und/oder des Funktionselements gegenüber angrenzenden Bereichen der Oberfläche aufweisen. Zudem können gestalterische Elemente und/oder Funktionselemente in eine Oberfläche integriert werden, ohne dass sie optisch die Oberfläche stören.
  • Die gestalterischen Elemente und/oder Funktionselemente weisen dabei über ihre gesamte Erstreckung nicht die gleiche Materialstärke auf, jedoch ist der Materialstärkenunterschied kaum wahrnehmbar. Vertiefte Bereiche in Formteilen aus faserhaltigem Material sind in der Regel optisch und haptisch wahrnehmbar, wenn diese eine gewisse Reduzierung der Materialstärke aufweisen. Bei der vorgestellten Lösung beginnt die Reduzierung der Materialstärke nicht schlagartig sondern beginnt kontinuierlich und kann bspw. an einem in Formrichtung unteren Ende abrupt enden. Um trotz der kontinuierlichen Materialabnahme im Wesentlichen scharf abgetrennte Bereich zu erzeugen, kann bspw. zunächst eine schwächere Reduzierung der Materialstärke in einem Bereich des gestalterischen Elements und/oder Funktionselements vorgesehen sein, wobei sich dann ein Bereich mit reduzierter Materialstärke anschließt, welcher eine stärkere Reduzierung der Materialstärke aufweist. Zur optimalen Darstellung von gestalterischen Elementen und/oder Funktionselementen kann eine Reduzierung der Materialstärke bereits vor einem gestalterischen Element und/oder Funktionselement beginnen, um dann im Bereich des gestalterischen Elements und/oder des Funktionselements die erforderliche reduzierte Materialstärke zu haben, welche optisch und/oder haptisch wahrnehmbar ist. D.h. der "Anfangsbereich" der Reduzierung in Formrichtung fällt nicht in den Bereich des gestalterischen Elements und/oder Funktionselements und ist haptisch und/oder optisch nicht wahrnehmbar.
  • In weiteren Ausführungen kann die Oberfläche eine gegenüber einer Hochachse des Formteils geneigte Ausrichtung aufweisen, so dass eine Querschnittsfläche des Formteils in Formrichtung zunimmt.
  • In weiteren Ausführungen kann das gestalterische Element und/oder das Funktionselement mindestens eine Erhebung aufweisen, welche durch faserhaltiges Material gebildet ist, welches bei der Herstellung des Formteils beim Abführen von Dampf, der beim Verpressen aus dem faserhaltigen Material austritt, in eine korrespondierende Öffnung in einer Formfläche eines Formwerkzeugs gesaugt und/oder gedrückt worden ist.
  • In weiteren Ausführungen kann die mindestens eine Erhebung in einem ersten Flächenabschnitt angeordnet sein, der gegenüber einem benachbarten mindestens einen zweiten Flächenabschnitt eine verschiedene Ausgestaltung aufweist, wobei die mindestens eine Erhebung in die Ausgestaltung des ersten Flächenabschnitts integriert ist. Hierzu zählen auch Bereiche mit reduzierter Materialstärke. Insbesondere können darunter auch Vertiefungen, Übergänge zwischen Rand-, Seiten- und/oder Bodenbereichen, Prägungen etc. zählen.
  • In weiteren Ausführungen können die Oberfläche, das gestalterische Element und/oder das Funktionselement Erhebungen aufweisen, die durch faserhaltiges Material gebildet sind, welche bei der Herstellung des Formteils beim Abführen von Dampf, der beim Verpressen aus dem faserhaltigen Material austritt, in korrespondierende Öffnungen in einer Formfläche eines Formwerkzeugs gesaugt und/oder gedrückt worden sind, und wobei die Erhebungen mindestens ein Muster ausbilden. In weiteren Ausführungen kann das mindestens eine Muster ein Produktmerkmal, eine Produktdarstellung, einen Hinweis zum Gebrauch eines Produkts und/oder zur Entsorgung des Formteils darstellen. Bspw. können Symbole, Buchstaben, Zahlen etc. durch Vertiefungen, vorstehende Bereiche und andere Oberflächenbeschaffenheiten (z.B. Struktur, Rauigkeit, etc.) gebildet sein, wobei das mindestens eine Muster in einem solchen Flächenabschnitt integriert ist. Weiterhin kann ein Muster bspw. ein Funktionselement ausbilden, welches bspw. zum Verschnappen eines ersten Formteils mit einem korrespondierenden Teil dient. Ein Funktionselement kann bspw. einen Hinterschnitt ausbilden, der z.B. bei Bechern und Deckeln vorgesehen ist, um einen sicher Halt zu gewährleisten.
  • Die Anordnung von Erhebungen als Muster bietet zum einen ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild, was zudem auch zur Darstellung von Produktinformationen, Verwendungs- und Abfallhinweisen dienen kann, und kann zum anderen einem technischen Aspekt Rechnung tragen, wobei Muster bspw. in Form einer Linie ausgebildet sein können, die ein Einsetzen in einen Aufnahmeraum (bspw. Brühraum für eine Kaffeekapsel) erleichtern oder ein falsches Einsetzen verhindern (Ausbildung von Erhebung zur Bereitstellung von Elementen gemäß dem Prinzip "Poka Joke").
  • In weiteren Ausführungen kann das mindestens eine Muster mindestens abschnittsweise in einen Übergang zwischen mindestens einem ersten Flächenabschnitt und einem zweiten Flächenabschnitt der Oberfläche und/oder in ein gestalterisches Element an der Oberfläche integriert sein.
  • Bei der Integration des mindestens einen Musters in einen ersten Flächenabschnitt mit einer gegenüber einem zweiten Flächenabschnitt verschiedenen Ausgestaltung kann das mindestens eine Muster in einen Abschnitt bzw. Bereich (erster Flächenabschnitt) einer Oberfläche des Formteils integriert sein, der sich bereits in seiner Ausgestaltung (Form, Tiefe, Dicke etc.) und damit auch optisch und haptisch vom restlichen Oberflächenbereich bzw. benachbarten Bereichen (zweiter Flächenabschnitt) unterscheidet. Somit wird erreicht, dass die Erhebungen des mindestens einen Musters optisch nicht störend in Erscheinung treten, weil sie in einen ohnehin gestalterisch und/oder technisch begründet anders ausgebildeten Bereich integriert sind, sowie nicht störend bei der Verwendung des Formteils sind, weil die Erhebungen durch die Integration in einen anders ausgebildeten Bereich bspw. nicht von einer Anlagefläche bzw. ebene abstehen, so dass keine "Raststellen", "Abstandsnoppen" oder dergleichen gebildet sind.
  • Es können bspw. Erhebungen des mindestens einen Musters in Bereichen eines Formteils mit reduzierter Materialstärke vorgesehen sein, so dass von der Oberfläche insoweit keine Erhebungen abstehen, als dass die Erhebungen in den Bereichen mit reduzierter Materialstärke maximal so weit abstehen, dass deren abstehenden Enden im Wesentlichen bündig mit dem Oberflächenverlauf der umgebenden Bereiche des zweiten Flächenabschnitts abschließen. In anderen Worten können Erhebungen eine Oberflächenebene, die sich über den ersten Flächenabschnitt und zweiten Flächenabschnitt erstreckt, nicht überragen. Weiterhin können Erhebungen aber auch von einer Oberflächenebene gezielt abstehen, wobei die Erhebungen Teil einer Ausgestaltung sind.
  • Die verschiedene Ausgestaltung eines ersten Flächenabschnitts kann verschiedenartig ausgeführt sein. Bspw. kann die Ausgestaltung Übergange, allgemeine Erhebungen, d.h. verdickte Bereiche, Designelemente, Vertiefungen, Gestaltungselemente, Hinterschnitte etc. betreffen. Dabei können Erhebungen in einem ersten Flächenabschnitt an einer äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche vorgesehen sein. Die Erhebungen selbst erstrecken sich dabei in der Regel lotrecht von der Oberfläche und weisen geringe Abmaße auf. Bspw. können Erhebungen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm bzw. entsprechende Querschnitte aufweisen. Die Höhe von Erhebungen kann bspw. im Bereich von 0,2 bis 1,5 mm liegen. Die Abmaße können auch nach Maßgabe der Schichtdicke des Formteils im Bereich der der Oberfläche zugeordneten Materialschicht und der Dimension des Formteils sowie des verwendeten Materials sowie des Einsatz- und Verwendungszwecks ausgebildet sein und von den vorstehenden, beispielhaften Maßen abweichen. Formteil können verschiedenartig ausgebildet sein und bspw. einen runden oder polygonalen Querschnitt aufweisen.
  • In weiteren Ausführungen kann sich das mindestens eine gestalterische Element, das Funktionselement und/oder Muster über einen Wandbereich, einen Randbereich und/oder einen Bodenbereich eines Formteils erstrecken.
  • In weiteren Ausführungen können die Erhebungen an einer äußeren Oberfläche des Formteils angeordnet sein und sich von der äußeren Oberfläche vom Formteil weg erstrecken.
  • In weiteren Ausführungen kann mindestens eine Erhebung einen mindestens abschnittsweise ovalen, langgestreckten, polygonalen, oder runden Querschnitt aufweisen. Dabei kann die mindestens eine Erhebung ein Teil eines gestalterischen Elements sein oder einen wesentlichen Bestandteil dessen ausmachen. In weiteren Ausführungen können Muster eine Information enthalten und/oder ein funktionelles Element darstellen, das bspw. als Abstandselement, Führungselement und/oder Markierung dient. Dabei kann in weiteren Ausführungsformen mindestens ein Abstandselement als Halte- oder Abstandsrippen (z.B. bei Behältern für heiße oder kalte Speisen/Getränke) oder als raue Grifffläche mit mehreren Erhebungen ausgebildet sein.
  • In weiteren Ausführungen kann mindestens eine Erhebung selbst als gestalterisches Element und/oder Funktionselement ausgebildet sein, wobei die mindestens eine Erhebung Bereiche mit verschiedener Materialstärke aufweist.
  • In weiteren Ausführungen kann das faserhaltige Material mindestens 50 Gew.-% pflanzliche Fasern und/oder Zellulosefasern aufweisen.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material gemäß einer der vorstehenden Ausführungen gelöst, wobei das Formwerkzeug mindestens eine Formfläche zum Verpressen von faserhaltigem Material zu einem dreidimensionalen Formkörper aufweist, wobei die mindestens eine Formfläche einen Formraum zum Verpressen des faserhaltigen Materials umgibt, und wobei die mindestens eine Formfläche mindestens ein Formelement aufweist, das in Formrichtung zunehmend von der mindestens einen Formfläche absteht.
  • Dabei kann das mindestens eine Formelement im Wesentlichen nur soweit in den Formraum ragen, dass dieses parallel zur Formrichtung verläuft, wobei der dazugehörige Formflächenabschnitt der Formfläche, insbesondere im Bereich für eine Seitenwand eines herzustellenden Formteils geneigt zur Formrichtung ist, d.h. in Formrichtung nimmt der Querschnitt bzw. Durchmesser des Formraums zu.
  • Damit ergibt sich eine einfache Erzeugung von gestalterischen Elementen, welche eine Vertiefung zur Ausbildung von gestalterischen Elementen und/oder Funktionselementen aufweisen, wobei im Formwerkzeug für die Ausbildung der gestalterischen Elemente und/oder Funktionselemente und von Bereichen mit geringerer Materialdicke keine Hinterschnitte oder bewegliche Werkzeugkomponenten erforderlich sind.
  • Die vorstehend in Bezug auf das Formteil angegebenen Formteile gelten entsprechend auch für ein Formwerkzeug zur Herstellung solcher Formteile, wobei mit einfachen Mitteln ohne eine komplexe und anfällige Werkzeugausgestaltung Formteile gefertigt werden können, welche die vorstehenden Anforderungen erfüllt und die eingangs genannte Aufgabe löst.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Formteils aus faserhaltigem Material in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines weiteren Formteils aus faserhaltigem Material in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 3
    schematische Darstellungen der Ausbildung eines gestalterischen Elements an der Oberfläche eines Formteils aus faserhaltigem Material;
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Formteils aus faserhaltigem Material mit unterschiedlich ausgebildeten Erhebungen und gestalterischen Elementen;
    Fig. 5
    schematische Darstellungen der Ausbildung von Erhebungen und gestalterischen Elementen;
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material;
    Fig. 7
    eine schematische Darstellung der Ausbildung eines gestalterischen Elements an der Oberfläche eines Formteils aus faserhaltigem Material in einer weiteren Ausführung, und
    Fig. 8
    schematische Darstellungen eines Formteils mit Funktionselementen.
    Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 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".
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Formteils 100 aus faserhaltigem Material in einer perspektivischen Ansicht. Das in Fig. 1 gezeigte Formteil 100 ist als Kapsel ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Kapsel als Kaffeekapsel ausgebildet und dient zur Aufnahme von Kaffeepulver. Vor einem Befüllen und nach der Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Formteils 100 kann eine Beschichtung (Laminierung, Coating, etc.) eines inneren Aufnahmeraums bzw. einer inneren Oberfläche zur Bereitstellung einer Barriere erfolgen. Die Kapsel kann alternativ oder zusätzlich nach einem Befüllen und einem Verschließen einer Beschichtung (Laminierung, Coating, etc.) einer äußeren Oberfläche unterzogen werden, um eine Barrierewirkung zu erzielen. Eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Bereitstellung von Barriereeigenschaften für eine Formteil 100 kann das Einbringen von Zusätzen in das faserhaltige Material bereitstellen.
  • Das Formteil 100 weist einen Boden 102 auf, der über einen Standring 104 verfügt. Der Standring 104 steht von der Fläche des Bodens 102 ab. Das Formteil 100 weist eine sich daran anschließende umlaufende Seitenwand 110 auf. Die Seitenwand 110 ist gegenüber dem Boden 102 leicht geneigt, wobei der Durchmesser eines Aufnahmeraums des Formteils 100 ausgehend vom Boden 102 bis hin zu einem Rand 150 zunimmt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Formkörper 100 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Seitenwand 110 weist einen verdickt oder gestuft ausgebildeten Ring 112 auf. Im Bereich des Rings 112 kann die Materialstärke bzw. die Dicke der Seitenwind 110 stärker bzw. größer sein wie im restlichen Bereich. Alternativ kann im Bereich des Rings 112 der Querschnitt bzw. Durchmesser der Seitenwand 110 zunehmen, um eine im Wesentlichen konstante Wandstärke über die gesamte Seitenwand 110 bereitzustellen. Zwischen dem Ring 112 und der Seitenwand 110 ist ein zweiter Übergang 116 ausgebildet, der einen Radius aufweist. Ein erster Übergang 114 vom Ring 112 zu einem Rand 150 weist ebenfalls einen Radius auf. In der gezeigten Ausführung sind an verschiedenen Stellen Erhebungen 160 an der Oberfläche 106 des Formteils 100 ausgebildet.
  • An der Seitenwand 110 sind drei gestalterische Elemente 130 integriert, die beim Verpressen des faserhaltigen Materials in einem Formwerkzeug 200 (siehe bspw. Fig. 6) ausgebildet werden. Die gestalterischen Elemente 130 sind in Fig. 1 als Kaffeebohnen ausgebildet, da die Ausführungsform eine Kapsel für Kaffee darstellt. Es ist ersichtlich, dass auch andere gestalterische Elemente 130 durch eine entsprechende Ausformung und Gestalt der Oberfläche 106 erzeugt werden können. Die gestalterischen Elemente 130 weisen einen Bereich 140 mit reduzierter Wandstärke auf, wie mit Bezug auf Fig. 3a) und Fig. 7 näher beschrieben. Die Seitenwand 110 bildet an ihrer Oberfläche einen zweiten Flächenabschnitt 122, der hier einen gekrümmten Verlauf aufweist. Die Abschnitte mit den gestalterischen Elementen 130 bilden erste Flächenabschnitte 120.
  • In der Ausführung nach Fig. 1 sind Erhebungen 160, die während eines Formprozesses beim Heißverpressen von faserhaltigem Material aufgrund der Abführung von Dampf, der beim Verpressen unter hohem Druck (0,2 bis 300 N/mm2) und hohen Temperaturen (120 - 300 °C) aus dem faserhaltigen Material austritt, über entsprechende Dampfbohrungen (Öffnungen 234; siehe bspw. Fig. 6) in Formflächen 232 eines Formwerkzeugs 200 entstehen, in die Ausgestaltung der ersten Flächenabschnitte 120 bzw. gestalterischen Elemente 130 integriert.
  • Durch die Integration der Erhebungen 160 in die Ausgestaltung der gestalterischen Elemente 130 ("Kaffeebohne") sind diese Erhebungen 160 kaum wahrnehmbar und fügen sich optisch wie auch haptisch in die Ausgestaltung ein. Im Ausführungsbeispiel mit der Kaffeebohne weist das gestalterische Element 130 im ersten Flächenabschnitt 120 einen Steg 132 auf. Der Steg 132 ragt von den benachbarten Bereiche 140, die jeweils eine geringere Materialstärke bzw. Wandstärke wie der Steg 132 und der zweite Flächenabschnitt 122 aufweisen, hervor. Die Erhebungen 160 an den Stegen 132 sind damit in die verschiedene Ausgestaltung des gestalterischen Elements 130 gegenüber dem zweiten Flächenabschnitt 122 integriert.
  • Ferner sind Erhebungen 160 in die Übergänge 114, 116 und einem Übergangsbereich zwischen Standring 104 und Boden 102 bzw. in den Standring 104 integriert, so dass diese Erhebungen zum einen keinen wesentlichen Einfluss auf die Verwendung des Formteils 100 haben, d.h. keine abstehenden Elemente ausbilden, die an Sichtflächen an der Oberfläche 106 angeordnet sind, oder störend für ein Anliegen an korrespondierenden Flächen einer Verwertungsmaschine (z.B. Kaffeemaschine) sind. Die Erhebungen 160 am Boden 102 und am Rand 150 können in weiteren Ausführungen auch weggelassen sein. Im Ausführungsbeispiel sind diese als Ausführungsoption an weiteren ersten Flächenabschnitten gezeigt, die sich aufgrund der Ausrichtung und Anordnung sowie der Oberflächenbeschaffenheit von der restlichen Oberfläche 106, insbesondere der Oberfläche 106 der Seitenwand 110 im zweiten Flächenabschnitt 122 unterscheiden. Der Boden 102 weist bspw. eine gegenüber dem Standring 104 versetzte Oberfläche auf, so dass die mittigen Erhebungen 160 die Verwendung des Formteils 100 nicht stören und auch optisch kaum wahrnehmbar sind. Der Rand 150 weist eine rauere Oberfläche auf, so dass die Erhebungen 160 am Rand 150 sowohl optisch als auch haptisch kaum wahrnehmbar sind und sich zudem nicht an relevanten Funktionsflächen, insbesondere für eine spätere Verwendung (bspw. Kaffeemaschine), befinden.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Formteils 100 aus faserhaltigem Material in einer perspektivischen Ansicht. In der gezeigten Ausführungsform bilden mehrere Erhebungen 160 an der Oberfläche der Seitenwand 110 ein Muster 162 aus, wie schematisch durch die gestrichelte Linie gezeigt. Ein Muster 162 kann sich auch über die Seitenwand 110 hinaus bis hin zum Rand 150 und/oder dem Boden 102 erstrecken. In weiteren Ausführungen können auch der Boden 102 und/oder der Rand 150 ein Muster 162 aus mehreren Erhebungen 160 aufweisen. Ein Muster 162 kann anstelle eines gekrümmten Verlaufs, wie in Fig. 2 gezeigt, auch einen Buchstaben, eine Zahl, ein Zeichen oder eine entsprechende Buchstaben-, Zahlen- und/oder Zeichenkette ausbilden. In weiteren Ausführungsformen kann ein Muster 162 auch Funktionselemente bilden, die als Halte- oder Abstandsrippen (z.B. bei Behältern für heiße oder kalte Speisen/Getränke) oder als raue Grifffläche mit einer Vielzahl von Erhebungen 160 ausgebildet sein können.
  • Fig. 3 zeigt schematische Darstellungen der Ausbildung eines gestalterischen Elements 130 an der Oberfläche eines Formteils 100 aus faserhaltigem Material, wobei hier die Ausbildung an einer äußeren Oberfläche 106 beschrieben wird. In weiteren Ausführungen kann eine analoge Ausführung bei einer entsprechenden Neigung einer Seitenwand 110 auch an einer inneren Oberfläche 108 vorgesehen sein.
  • Fig. 3a) zeigt sowohl ein gestalterisches Element 130, das als Kaffeebohne ausgebildet ist, sowie einen Schnitt durch das gestalterische Element 130. Das gestalterische Element 130 ist durch mindestens einen Bereich 140 mit reduzierter Materialstärke gebildet, wobei die Materialstärke des mindestens einen Bereichs 140 mit einer zunehmenden Formteilhöhe FH in einer Formrichtung FD abnimmt.
  • Das gestalterische Element 130 weist einen Bereich 140 mit reduzierter Materialstärke bzw. Wandstärke auf, wie insbesondere in der Schnittansicht ersichtlich. In einem ersten Teilbereich 142 weist die Seitenwand 110 im Bereich des gestalterischen Elements 130 eine abnehmende Materialstärke auf, die bis hin zu einem zweiten Teilbereich 144 weiter abnimmt und dabei ihr Maximum erreicht. Die Material- bzw. Wandstärke entlang des Stegs 132 bleibt dabei im Ausführungsbeispiel unverändert. In weiteren Ausführungen kann auch die Material- bzw. Wandstärke des Stegs 132 abnehmen, wobei der Abnahmegrad unterschiedlich gegenüber den Bereichen 140 sein kann, um einen optisch und haptisch wahrnehmbaren Unterschied zwischen Bereichen 140 und einem Steg 132 zu erreichen. Dies kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn bspw. ein Steg 132 einen Verlauf aufweist, welcher beim Entformen mit der Formfläche eines Formwerkzeugs 200 anstößt und dabei beschädigt werden könnte.
  • In weiteren Ausführungen kann die Ausbildung einer Stufe im ersten Bereich 142 gegenüber der äußeren Oberfläche 106 toleriert werden, um bspw. eine Abgrenzung zwischen erstem Bereich 142 und Oberfläche 106 zu erreichen. Eine solche Stufe kann einen Hinterschnitt in einem Formteil 100 bilden. Bis zu einer gewissen Tiefe (bspw. 1 mm) bzw. Hinterschnittausbildung kann damit ein Entformen nach dem Formprozess in einem Formwerkzeug ohne bewegliche Teile erfolgen, ohne dass es zu einer Beschädigung des Formteils 100 kommt.
  • Wie in Fig. 3a) gezeigt nimmt die Materialstärke mit zunehmender Formteilhöhe FH ab (siehe Fig. 4), so dass ein Entformen erfolgen kann, ohne dass zusätzliche bewegliche Formteile an einer Formfläche eines Formwerkzeugteils erforderlich sind und bspw. orthogonal zu einer Formrichtung FD bewegt werden müssen. Die Ausbildung von gestalterischen Elementen 130 wird hier durch zunehmend dünnere Bereiche erzeugt.
  • Fig. 3b) zeigt eine weitere Ausbildungsvariante für ein als Kaffeebohne ausgebildetes gestalterischen Element 130, wobei entlang des Stegs 132 Erhebungen ausgebildet sind. Hierzu kann das gestalterische Element 130 analog zur Ausführung gemäß Fig. 3a) Bereiche 140 mit geringerer Materialstärke aufweisen, wobei zusätzlich die Materialstärke wie bei Fig. 3a) mit zunehmender Formteilhöhe FH abnehmen kann.
  • Zusätzlich kann auch die Material- bzw. Wandstärke des Steges 132 abnehmen oder eine Erhebung 160 in einem Teilbereich 142 oder 144 vorgesehen sein, damit die Erhebung 160 nicht oder nur geringfügig von der Gesamtoberfläche bzw. der Oberfläche eines zweiten Flächenabschnitts 122 absteht, wie bspw. in Fig. 4 schematisch gezeigt.
  • Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Ausbildung eines gestalterischen Elements 130 an der Oberfläche 106 eines Formteils 100 aus faserhaltigem Material in einer weiteren Ausführung, wobei vor den Teilbereichen 142, 144 mit reduzierter Materialstärke ein Anfangsbereich 146 vorgesehen ist, der ebenfalls eine reduzierte Materialstärke aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Anfangsbereich 146 nicht Bestandteil des gestalterischen Elements 130 und dient dazu, im Bereich des gestalterischen Elements 130 eine Mindestreduzierung der Materialstärke bereitzustellen, damit sich das gestalterische Element 130 deutlich von der umgebenden Oberfläche 106 des Formteils 100 abgrenzt und damit optisch und/oder haptisch abgrenzt. Da zwischen dem Anfangsbereich 146 und dem ersten Teilbereich 142 keine homogene Materialstärkenabnahme vorliegt wie im restlichen Bereich 140, wird eine Kante 148 ausgebildet, die eine klare Abgrenzung zwischen gestalterischen Element 130 und restlicher Oberfläche 106 bereitstellt. Dabei ist der Anfangsbereich 146 kaum wahrnehmbar und wird als Bestandteil der Oberflächenausbildung im zweiten Flächenabschnitt 122 wahrgenommen und nicht als Bestandteil des ersten Flächenabschnitts 120 bzw. des gestalterischen Elements 130.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Formteils 100 aus faserhaltigem Material mit unterschiedlich ausgebildeten Erhebungen 160 und gestalterischen Elementen 130.
  • Das Formteil 100 ist wie die Formteile 100 aus Fig. 1 und 2 in einer für die Fertigung vorteilhafte Orientierung dargestellt, wobei die Formteilhöhe FH vom Boden 102 aus bestimmt wird. Die einzelnen Erhebungen 160 sind sowohl an einer äußeren Oberfläche 106 als auch an einer inneren Oberfläche 108 dargestellt, um die möglichen Positionen für Erhebungen 160 schematisch zu zeigen. Weiterhin zeigt Fig. 4 die Integration von Erhebungen 160 in Übergängen 114, wobei die Übergänge 114 einen Radius aufweisen, der bspw. im Bereich von 0,2 bis 5 mm liegt. Wie in Fig. 4 auf der rechten Seite des Formteils 100 gezeigt, ist im Übergang 114 eine umlaufende Nut oder eine lokale Vertiefung ausgebildet, in welcher eine Erhebung 160 integriert ist, so dass die Erhebung 160 von außen kaum absteht und somit weder optisch noch haptisch wahrnehmbar ist und/oder einer Funktion bzw. Verwendung nicht abträglich ist. So können in weiteren Ausführungen Erhebungen 160 in Vertiefungen (Nuten, Kratern, etc.) aufgenommen sein, wobei die Erhebungen 160 die Oberfläche der umgebenden zweiten Flächenabschnitte 122 somit nicht oder nur geringfügig überstehen.
  • An der rechten Seite weist die Seitenwand 110 des Formteils 100 zwei Bereiche 140 mit reduzierter Wandstärke auf, wobei ein Bereich einen Steg 132 oder ein analog dazu ausgebildetes Element aufweist, an dem die Erhebungen 160 ausgebildet sind und vom gestalterischen Element 130 abstehen (unteres Beispiel), oder die Erhebungen 160 in bspw. einem Teilbereich 144 mit geringer Materialstärke angeordnet sind, so dass die Erhebung 160 nicht über die Oberfläche des umgebenden zweiten Flächenabschnitts 122 absteht (oberes Beispiel).
  • Fig. 5 zeigt schematische Darstellungen der Ausbildung von Erhebungen 160 und gestalterischen Elementen 130 an Oberflächen 106, 108 eines Formteils 100. Dabei können Erhebungen 160 nicht nur kreisrund ausgebildet sein, sondern auch einen langestreckten und/oder gekrümmten Verlauf aufweisen. Auch polygonale Querschnittsformen sind möglich und können durch eine entsprechende Ausbildung von Öffnungen 234 zum Absaugen von Dampf in Formflächen von Formwerkzeugen 200 realisiert werden.
  • Erhebungen 160 können dabei Bestandteile eines gestalterischen Elements 130 sein und dabei einem Verlauf von Elementen (bspw. eines Stegs 132) folgen, oder selbst ein gestalterisches Element sein, bspw. ein Buchstabe ("L").
  • In weiteren Ausführungen können auch Zeichenketten oder Symbole durch mehrere entsprechend ausgebildete Erhebungen 160 realisiert werden, die bspw. einem Verbraucher einen Hinweis auf die Verwendung oder Entsorgung geben.
  • Fig. 8 zeigt zeigt schematische Darstellungen eines Formteils 100 mit Erhebungen 160, die in den Fig. 8a) und 8b) als Funktionselemente 180 ausgebildet sind. Die Funktionselemente 180 dienen zur Ausbildung eines Hinterschnitts. In den Figuren sind die Formteile 100 als Deckel ausgebildet, welcher bspw. auf einen Becher aufgesetzt werden kann. Damit die Deckel an einem Becher, bspw. an einem wulstartigen Rand eines Bechers oder dergleichen, einen sicheren Halt aufweisen, weisen diese einen Hinterschnitt auf. In Fig. 8a) ist eine Seitenwand 170 bereits mit einem nach innen sich verjüngenden Seitenwandabschnitt ausgebildet, welcher einen Hinterschnitt bildet. Zur Verstärkung des Hinterschnitts befinden sich die Erhebungen 160 in diesem Seitenwandabschnitt, so dass die Erhebungen 160 Funktionselemente 180 bilden, die den Hinterschnitt verstärken, wobei der innere Durchmesser weiter reduziert und damit eine Haltewirkung an einem Rand verbessert werden.
  • In Fig. 8a) befinden sich die Erhebungen 160 an einer Innenseite 172 der Seitenwand 172. Die Funktionselemente 180 können dabei als Stege mit einer frei wählbaren Breite oder als durchgehende Erhebung 160 ausgeführt sein, wie dies bspw. in Fig. 8b) gezeigt ist. Fig. 8b) zeigt dabei ein als Deckel ausgebildetes Formteil 100 mit einer im Wesentlichen parallel ausgerichtet Seitenwand 170, eine ein umlaufende Erhebung 160 als Funktionselement 180 (Hinterschnitt) an der Innenseite 172 aufweist, wobei der Hinterschnitt hier nur durch die Erhebung 160 gebildet wird.
  • Die Erhebungen 160 können bspw. durch kurze Abschnitte oder längere Abschnitte gebildet sein, wie in Fig. 8a) angedeutet. Alternativ kann ein Funktionselement 180 durch eine geschlossene Erhebung 160 gebildet werden.
  • Ein Formwerkzeug weist für die Ausbildung solcher Funktionselemente 180 bzw. Erhebungen 160 entsprechende Öffnungen auf, die bspw. als Schlitz oder schlitzartige Öffnungen (für die Ausführungen der Fig. 8) ausgeführt sein können. In weiteren Ausführungen können damit nur durch die Erhebungen 160, welche zumindest ein Funktionselement 180 ausbilden, eine Dampfabfuhr bereitgestellt worden sein, so dass ein Formteil 100 keine weiteren Erhebungen 160 aufweisen kann.
  • In noch weiteren Ausführungen können Funktionselemente auch an einer Außenseite 174 vorgesehen sein. Funktionselemente 180 können neben der Bereitstellung von Hinterschnitten bspw. auch dazu dienen, linienartige Leisten oder Rippen an einer Oberfläche eines Formteils 100 bereitstellen, die eine bestimmte Funktion ("Kühlrippen", Halteleisten, etc.) aufweisen.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs 200 zur Herstellung von Formteilen 100 aus faserhaltigem Material.
  • Das Formwerkzeug 200 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein erstes Werkzeugteil 210 und ein zweites Werkzeugteil 230 auf. Erstes Werkzeugteil 210 und zweites Werkzeugteil 230 bestehen aus einem Metall (bspw. Aluminium) oder einer Metalllegierung, welche geeignet sind ein Verpressen von faserhaltigem Material bei Temperaturen im Bereich von 120 bis 300 °C sowie einem Druck von 0,2 bis 300 N/mm2 durchzuführen. Die Werkzeugteile 210, 230 weisen jeweils eine Formfläche 212, 232 zum Verpressen von faserhaltigem Material auf. Die Formflächen 212, 232 können zudem eine spezielle Oberflächenbeschichtung oder Ausgestaltung aufweisen, damit aufgrund der im faserhaltigen Material enthaltenen Feuchtigkeit und des beim Verpressen austretenden Dampfs nicht zu einer Beschädigung der Formflächen 212, 232 kommt.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das untere Formteil 210 eine Heizeinrichtung 220 auf. Die Heizeinrichtung 220 kann sich in weiteren Ausführungen in einen oberen Formbereich erstrecken und/oder weitere Heizelemente aufweisen. In noch weiteren Ausführungen kann das obere Werkzeugteil 230 zusätzlich oder alternativ eine Heizeinrichtung mit mindestens einem Heizelement aufweisen. Heizeinrichtungen können bspw. Heizelemente in Form von elektrisch ansteuerbaren Heizpatronen etc. aufweisen.
  • Fig. 6 zeigt ein einzelnes Paar von zwei korrespondierenden Werkzeugteilen 210, 230. Ein Formwerkzeug 200 kann in weiteren Ausführungen mehrere Paare von Werkzeugteilen 210, 230 aufweisen, die jeweils mit einem Werkzeugtisch bzw. -platte reversibel verbunden sein können. Damit können in einem Formschritt bei der Herstellung gleichzeitig mehrere Formteile 100 hergestellt werden. In weiteren Ausführungen kann zumindest ein Werkzeugtisch bzw. eine Werkzeugplatte eine Heizeinrichtung aufweisen, die zumindest eine Grundbeheizung bereitstellt. Dabei können zusätzlich Heizeinrichtungen 230 für die Paare an Werkzeugteilen oder eines der Werkzeugteile 210, 230 je Paar an Werkzeugteilen 210, 230 vorgesehen sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das untere Werkzeugteil 210 eine im Wesentlichen glatte Formfläche 212 auf. Die Formfläche 232 weist Öffnungen 234 auf, über welche die beim Verpressen von faserhaltigem Material unter hohem Druck und aufgrund der über zumindest das Werkzeugteil 210 eingebrachten Temperatur entstehende und aus dem faserhaltigen Material in Form von Dampf austretende Feuchtigkeit abgeführt wird. Hierzu verlaufen von den Öffnungen 234 Kanäle 236 durch das Werkzeugteil 230. Die Kanäle 234 münden im gezeigten Ausführungsbeispiel in einen gemeinsamen Kanal, der über einen Anschluss mit weiteren Einrichtungen zum Abführen des Dampfs verbunden ist. Bspw. können Einrichtungen zur Erzeugung von Unterdruck damit verbunden sein, so dass ein aktives Absaugen des entstehenden Dampfs erfolgt.
  • In weiteren Ausführungen können mehrere Anschlüsse vorgesehen sein, über welche der Dampf aus einem Werkzeugteil 230 oder 210 abgeführt werden können. So kann in weiteren Ausführungen auch ein unteres Werkzeugteil 210 Öffnungen 234 und Kanäle 236 aufweisen.
  • Aufgrund der Öffnungen 234 kommt es an der inneren und/oder äußeren Oberfläche 108, 106 eines schematisch durch die gestrichelten Linien angedeuteten Formteils 100 zur Ausbildung von Erhebungen 160, wie vorstehend beschrieben. Die Erstreckung der Erhebungen 160 und deren Maße sind zwar verhältnismäßig gering und können durch eine entsprechende Dimensionierung der Öffnungen 234 beeinflusst werden, jedoch sind Erhebungen 160 bei bisher bekannten Ausführungen und Formteilen optisch und auch haptisch wahrnehmbar. Die bereits mit Bezug auf die Ausführungen der Fig. 1 bis 5 vorgestellte Lösung der Integration von Erhebungen 160 in Flächenabschnitte 120 und gestalterische Elemente 130 bietet den Vorteil, dass die Erhebungen 160 optisch sich in die Gestalt eines Formteils 100 oder eines gestalterischen Elements 130 einfügen und damit weder optisch noch haptisch störend sind.
  • Das gezeigte Formwerkzeug 200 ist zur Ausbildung von derartigen Formteilen 200 einfach ausgebildet und weist keine beweglichen Komponenten an den Formflächen 212, 231 auf, die zur Integration der Erhebungen erforderlich sind. Somit kann mit der vorgestellten Werkzeugausbildung die Integration der Erhebung 160 leicht umgesetzt werden.
  • Zur Ausbildung von gestalterischen Elementen 130 mit Bereichen 140 weist die Formfläche 232 Ausbuchtungen 238 auf, um bspw. ein Element 130 an der Seitenwand 110 eines Formteils 100 zu erzeugen, wie in Fig.3 gezeigt. Zusätzlich kann dabei in einen solchen Bereich 140 eine Erhebung 160 integriert werden, wozu eine Ausbuchtung 238 an der gewählten Stelle eine Öffnung 234 zum Absaugen von Dampf aufweist.
  • Die Ausbildung der Ausbuchtungen 238 an den Formflächen 232 ermöglicht ein Formen in Formrichtung FD ohne zusätzliche bewegliche Elemente, da die Formflächen 212, 232 im Bereich der Ausbuchtungen 238 keinen Hinterschnitt ausbilden. Die Ausbuchtungen bilden Formelemente des Formwerkzeugteils 230 und ragen in den Formraum, der durch die Formfläche 232 definiert ist. In weiteren Ausführungen können Formelemente bzw. Ausbuchtungen 238 so ausgebildet sein, dass bspw. Bereiche mit reduzierter Materialstärke in Formteilen 100 gebildet werden können, wie bspw. in Fig. 7 gezeigt.
  • Die beispielhaft gezeigten Öffnungen 234 befinden sich im Ausführungsbeispiel an Position der Formfläche 232, welche für die Ausbildung von gestalterischen Elementen 130 und/oder an ersten Flächenabschnitten 120 dienen.
  • Die Herstellung von Formteilen 100 aus einem faserhaltigen Material umfasst einen Schritt der Bereitstellung von faserhaltigem Material, welches bspw. einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 50 und 70 Gew.-% aufweist, so dass beim Verpressen Dampf entsteht, der aus der Kavität eines Formwerkzeugs 200 zwischen den Formflächen 212, 232 abgeführt werden muss. Da die Entstehung von Dampf beim Verpressen maßgeblich ist, kommt es daher auf den Feuchtigkeitsgehalt und nicht auf die Art des Materials an. So kann bspw. auch nur lokal ein Abführen von Dampf erforderlich sein. Es kann damit ein Wet-Prozess oder ein Dry-Prozess Anwendung finden.
  • In einem sogenannten Wet-Prozess können zunächst Vorformlinge aus einem faserhaltigen Material bereitgestellt werden, die anschließend unter thermischer Einwirkung verpresst werden. Die Bereitstellung der Vorformlinge kann derart 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. 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. Da als Ausgangsmaterial für die Formteile 100 eine faserhaltige Pulpe mit natürlichen Fasern verwendet werden kann, können die hergestellten Formteile 100 nach ihrer Verwendung selbst wieder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Formteilen 100 oder anderen Erzeugnissen dienen oder kompostiert werden, weil diese in der Regel vollständig zersetzt werden können und keine bedenklichen, umweltgefährdenden Stoffe enthalten.
  • Die Vorformlinge können in weiteren Ausführungen einem Vorpressschritt unterzogen werden. Anschließend werden die Vorformlinge in einem Formwerkzeug 200 unter Druck und Wärmeeinwirkung zu dreidimensionalen Formteilen 100 verpresst.
  • Weiterhin können die Formteile 100 aus einer losen Zellulosebahn (Airlaid) oder einem Papier (um)geformt werden, welches mindestens lokal einen ausreichenden Feuchtigkeitsgehalt aufweist.
  • Nach dem Formen im Formwerkzeug 200 kann ein Auswerfen von hergestellten Formteilen 100 erfolgen, welche danach in einer weiteren Einrichtung oder in der gleichen Einrichtung einer Nachbehandlung unterzogen werden können. Eine Nachbehandlung kann bspw. ein Laminieren, Bedrucken, etc. umfassen. In weiteren Ausführungen können Formteile 100 nach ihrer Herstellung anderweitig behandelt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen.
  • Die Ausbildung von Formteilen 100 kann je nach gewünschter Gestalt variieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Formteil
    102
    Boden
    104
    Standring
    106
    äußere Oberfläche
    108
    innere Oberfläche
    110
    Seitenwand
    112
    Ring
    114
    erster Übergang
    116
    zweiter Übergang
    120
    erster Flächenabschnitt
    122
    zweiter Flächenabschnitt
    130
    gestalterisches Element
    132
    Steg
    140
    Bereich
    142
    erster Teilbereich
    144
    zweiter Teilbereich
    146
    Anfangsbereich
    148
    Kante
    150
    Rand
    160
    Erhebung
    162
    Muster
    170
    Seitenwand
    172
    Innenseite
    174
    Außenseite
    180
    Funktionselement
    200
    Formwerkzeug
    210
    erstes Werkzeugteil
    212
    Formfläche
    220
    Heizeinrichtung
    230
    zweites Werkzeugteil
    232
    Formfläche
    234
    Öffnung
    236
    Kanal
    238
    Ausbuchtung

Claims (10)

  1. Dreidimensionales Formteil aus faserhaltigem Material, das in einem Herstellungsprozess unter Druck und thermischer Einwirkung hergestellt ist, wobei eine Oberfläche des Formteils mindestens ein gestalterisches Element und/oder Funktionselement aufweist, welches durch mindestens einen Bereich mit reduzierter Materialstärke gebildet ist, wobei die Materialstärke des mindestens einen Bereichs mit einer zunehmenden Formteilhöhe in einer Formrichtung abnimmt.
  2. Formteil nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche eine gegenüber einer Hochachse des Formteils geneigte Ausrichtung aufweist, so dass eine Querschnittsfläche des Formteils in Formrichtung zunimmt.
  3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gestalterische Element und/oder das Funktionselement mindestens eine Erhebung aufweist, welche durch faserhaltiges Material gebildet ist, welches bei der Herstellung des Formteils beim Abführen von Dampf, der beim Verpressen aus dem faserhaltigen Material austritt, in eine korrespondierende Öffnung in einer Formfläche eines Formwerkzeugs gesaugt worden ist.
  4. Formteil nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Erhebung in einem ersten Flächenabschnitt angeordnet ist, der gegenüber einem benachbarten mindestens einen zweiten Flächenabschnitt eine verschiedene Ausgestaltung aufweist, wobei die mindestens eine Erhebung in die Ausgestaltung des ersten Flächenabschnitts integriert ist.
  5. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberfläche, das gestalterische Element und/oder das Funktionselement Erhebungen aufweisen, die durch faserhaltiges Material gebildet sind, welche bei der Herstellung des Formteils beim Abführen von Dampf, der beim Verpressen aus dem faserhaltigen Material austritt, in korrespondierende Öffnungen in einer Formfläche eines Formwerkzeugs gesaugt worden sind, und wobei die Erhebungen mindestens ein Muster ausbilden.
  6. Formteil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Erhebungen an einer äußeren Oberfläche des Formteils angeordnet sind und sich von der äußeren Oberfläche vom Formteil weg erstrecken.
  7. Formteil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei mindestens eine Erhebung einen mindestens abschnittsweise ovalen, langgestreckten, polygonalen, oder runden Querschnitt aufweist.
  8. Formteil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei mindestens eine Erhebung als gestalterisches Element und/oder Funktionselement ausgebildet ist.
  9. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das faserhaltige Material mindestens 50 Gew.-% pflanzliche Fasern und/oder Zellulosefasern aufweist.
  10. Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen aus faserhaltigem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Formwerkzeug mindestens eine Formfläche zum Verpressen von faserhaltigem Material zu einem dreidimensionalen Formkörper aufweist, wobei die mindestens eine Formfläche einen Formraum zum Verpressen des faserhaltigen Materials umgibt, und wobei die mindestens eine Formfläche mindestens ein Formelement aufweist, das in Formrichtung zunehmend von der mindestens einen Formfläche absteht.
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