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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Gegenständen aus mindestens zwei thermoplastischen Materialien.
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Gegenstände aus thermoplastischem Material besitzen eine Reihe von Vorteilen,
insbesondere im Hinblick auf ihre Herstellung, ihre Leichtigkeit und ihre
Stabilität im Verlaufe der Zeit.
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Sie besitzen jedoch den wichtigen Nachteil, daß sie starken mechanischen
Kräften nicht zu widerstehen vermögen.
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Zur Überwindung dieses Nachteils ist bereits vorgeschlagen worden, sie mit
Rippen zu versehen, sie zu überdimensionieren oder sie auf einem metallischen Kern
aufzubauen, wobei diese Lösungen für die in dieser Weise erhaltenen
Gegenstände die Folge haben, daß sich ihr Gewicht oder ihr Volumen erhöht ebenso wie ihre
Herstellungskosten.
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Wie in der FR-A-2 443 912 und der Präambel des Anspruchs 1 angegeben ist, ist
weiterhin versucht worden, Gegenstände aus zwei thermoplastischen
Materialien dadurch herzustellen, daß man nacheinander das Formen des ersten
thermoplastischen Materials und dann das Formen des zweiten thermoplastischen
Materials durchführt.
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Diese Lösung führt jedoch zu einer erheblichen Steigerung der Herstellungszeit
und damit einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten.
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Die vorliegende Erfindung ist nun darauf gerichtet, ein einfaches und
kostengünstiges Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, Gegenstände aus
mindestens zwei verschiedenen thermoplastischen Materialien herzustellen und
welches es insbesondere ermöglicht, sie lokal zu verstärken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin eine besonders einfache
und wirtschaftliche Arbeitsweise.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus
mindestens zwei verschiedenen thermoplastischen Materialien, gemäß dem man
bestimmten Stellen der offenen Form ein erstes thermoplastisches Material mit
hoher Viskosität bei der Verformungstemperatur und ein zweites
thermoplastisches Material mit niedriger Viskosität bei der Verformungstemperatur zuführt,
wobei die beiden thermoplastischen Materialiendazu in der Lage sind, bei der
Verformung zu verschmelzen und in zur Ausfüllung der Form ausreichenden
Mengen vorhanden sind, wobei die beiden thermoplastischen Materialien
gleichzeitig in die Form extrudiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit darin, zwei thermoplastische
Materialien mit deutlich verschiedener Viskosität gleichzeitig in ein und dieselbe
Form einzuführen, wobei man Sorge dafür trägt, daß diese beiden
thermoplastischen Materialien zu der gewünschten Stelle geführt werden, wo das
thermoplastische Material mit hoher Viskosität verbleiben soll.
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Hierzu kann man gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein koaxiales oder
doppelschichtiges Extrusionsmundstück verwenden, welches man aus der
geöffneten Form entnimmt, bevor man diese zum Formen des Gegenstands wieder
verschließt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2
bis 5 beschrieben.
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Von der Anmelderin durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß ein
thermoplastisches Material mit niedriger Viskosität ein thermoplastisches Material
mit hoher Viskosität nur wenig verdrängt und sich in dem Rest der Form verteilt,
wobei die angewandten hohen Preßdrücke, die sich im Bereich von mehreren 100
kg/cm² erstrecken, vielmehr erwarten lassen würden, daß die beiden
thermoplastischen Materialien dem Zufall folgend fließen würden und sich in der gesamten
Form verteilen würden.
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Diese Untersuchungen dienten der Bestätigung einer zufällig gefundenen
Feststellung der Anmelderin beim Verdrängen eines ersten Kunststoffmaterials
durch ein zweites Kunststoffmaterial in einer Extruderschnecke.
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Bei der Bewegungsperiode, während der das erste Kunststoffmaterial noch nicht
vollständig durch das zweite Kunststoffmaterial ausgetrieben worden ist, ergab
das Extrusionsmundstück ein aus den beiden Kunststoffmaterialien gebildetes
Coextrudat.
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Beim Formen eines Gegenstandes aus diesem Extrudat hat sich gezeigt, daß eines
der beiden Kunststoffmaterialien an der Stelle verblieben ist, an der das Extrudat
abgeschieden worden ist, während das andere Kunststoffmaterial weitergeströmt
ist und den Rest der Form ausgefüllt hat.
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Spätere experimentelle Untersuchungen haben diese Möglichkeit bestätigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man mit
Vorteil ein erstes thermoplastisches Material, welches bei der Formtemperatur
eine solche Viskosität besitzt, daß sich eine Fließstrecke von etwa 100 mm ergibt,
und ein zweites thermoplastisches Material, welches bei der Formtemperatur
eine solche Viskosität aufweist, daß sich eine minimale Fließlänge von 600 mm
ergibt, wobei diese Fließlängen oder Fließstrecken für jedes Kunststoffmaterial
definiert sind als die Strecke, die das thermoplastische Material durchläuft, wenn
es bei einem Druck von 1,2 10&sup8; Pa in eine spiralförmige Form injiziert wird, wie
sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
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Diese Spirale umfaßt drei Gänge mit einem Abstand E von 10 mm. Der
spiralförmige Kanal, der in der in der Fig. 6 dargestellten Schnittansicht sichtbar ist,
umfaßt einen trapezoldalen Abschnitt mit einer Dicke e von 3 mm, einer kleinen
Basis 1 von 10 mm und einer großen Basis L von 11 mm.
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Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Vefahren es insbesondere
ermöglicht, in wirtschaftlicher Weise das Problem der mechanischen Festigkeit von
Gegenständen aus thermoplastischem Material zu lösen.
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Insbesondere genügt es zur lokalen Verstärkung eines Gegenstandes, das
erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchzuführen, daß man als
thermoplastisches Material hoher Viskosität ein thermoplastisches, gegebenenfalls
kostspieliges Material verwendet, welches in kaltem Zustand eine erhebliche
mechanische Festigkeit aufweist, und als thermoplastisches Material niedriger Viskosität
ein kostengünstiges thermoplastisches Material einsetzt, welches dazu in der
Lage ist, während des Formvorgangs mit dem Material hoher Viskosität zu
verschmelzen
und die nicht verstärkten Bereiche des herzustellenden Gegenstandes
zu bilden.
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Als Beispiele für thermoplastische Materialien mit guter mechanischer Festigkeit
in kaltem Zustand kann man jene nennen, die mit Verstärkungsfasern gefüllt
sind.
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In nicht einschränkender Weise kann man hierzu Fasern aus Leinen,
Kohlenstoff, Kevlar, Glas oder Polypropylen einsetzen.
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Diese Fasern können kurz oder lang und isotrop oder gemäß einer gegebenen
Richtung orientiert sein.
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Das verstärkte thermoplastische Material kann weiterhin durch Coextrusion der
Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Material erhalten werden.
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In diesem Fall wird das erhaltene Extrudat seinerseits mit dem
Kunststoffmaterial niedriger Viskosität coextrudiert in der Weise, daß die Verstärkungsfasern in
Richtung der Beanspruchungslinien des herzustellenden Gegenstandes geführt
werden.
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Die Verwendung eines verstärkten thermoplastischen Materials führt zu dem
Vorteil, daß die Anwesenheit der verstärkenden Fasern nicht nur der Steigerung
der mechanischen Festigkeit dieses verstärkten thermoplastischen Materials in
kaltem Zustand dient, sondern auch die Viskosität dieses thermoplastischen
Materials bei der Verformungstemperatur erhöht, in der Weise, daß das gleiche,
jedoch nicht mit dem Füllstoff versehene thermoplastische Material als
thermoplastisches Material niedriger Viskosität verwendet werden kann, da sich ein
erheblicher Unterschied zwischen der Viskosität des mit dem Füllstoff versehenen
thermoplastischen Materials und der Viskosität des nicht mit dem Füllstoff
versehenen thermoplastischen Materials ergibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin geeignet zur Herstellung von
Gegenständen aus thermoplastischem Material, welche Bereiche mit einer guten
thermischen Beständigkeit aufweisen.
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Ganz allgemein ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu geeignet, in einfacher
und wirtschaftlicher Weise Gegenstände herzustellen, welche lokal
unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
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Hierzu genügt es, ein thermoplastisches Material hoher Viskosität bei der
Verformungstemperatur auszuwählen, welches in kaltem Zustand die gewünschten
Eigenschaften besitzt, und ein thermoplastisches Material geringer Viskosität,
welches vorzugsweise kostengünstig ist und dazu in der Lage ist, während des
Formens mit dem Material hoher Viskosität zu verschmelzen, einzusetzen und in
dieser Weise sich ergänzende Bereiche des Formgegenstandes auszubilden.
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Die Erfindung besitzt weiterhin den Vorteil, daß das Verformungsverfahren in
sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann dadurch, daß die beiden
thermoplastischen Materialien in der gleichen Zeit zugeführt werden, welche dazu
erforderlich wäre, ein einziges Kunststoffmaterlal zuzuführen.
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Vorzugsweise scheidet man das thermoplastische Material hoher Viskosität
direkt gegen die Wand der Form ab, d.h. ohne daß man eine Schicht aus dem
niedrigviskosen thermoplastischen Material zwischen der Form und dem
thermoplastischen Material hoher Viskosität zwischenschaltet.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform wendet man die sogenannte Spritz-
Preß-Technik an. Hierzu verschließt man die Form teilweise und injiziert die
beiden thermoplastischen Materialien in geeigneter Menge durch die
Spritzöffnungen ein, welche auf vorbestimmte Bereiche der Form gerichtet sind.
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Diese Art der Injektion kann als eine Extrusion angesehen werden aufgrund der
Tatsache, daß das thermoplastische Material beim Erreichen der Form dem
Atmosphärendruck unterliegt, was bei einer Extrusion der Fall ist.
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Nach der Injektion erfolgt das vollständige Verschließen der Form, wobei sie
durch das Fließen des thermoplastischen Materials niedriger Viskosität
ausgefüllt wird.
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Man kann bei dieser Ausführungsform auch die Form gleichzeitig schließen,
indem man die beiden thermoplastischen Materialien einspritzt.
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Die Erfindung sei im folgenden beispielhaft und in nicht einschränkender Weise
unter Bezugnahme auf eine in der beigefügten Zeichnung dargestellte
Ausführungsform erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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- Fig. 1 eine schematische perspektivische Unteransicht einer
Kraftfahrzeugmotorverkleidung.
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- Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiteiligen Form zur Herstellung der in Fig. 1
dargestellten Motorverkleidung, wobei die Schnittansicht dem Schnitt längs der
Linie II-II durch die in der Fig. 1 dargestellte Verkleidung entspricht,
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- Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende analoge Ansicht, welche eine erste Stufe der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht,
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- Fig. 4 eine analoge Ansicht zu der Fig. 2, welche eine zweite Stufe der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht, und
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- Fig. 5 und 6 eine spiralförmige Form, welche die Fließlänge der
thermoplastischen Materialien zu bestimmen geeignet ist.
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Die Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeugmotorverkleidung, d.h. einen Gegenstand, der
unterhalb des Motors angeordnet wird, um den Motor gegen den Steinschlag von
der Straße zu schützen.
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Diese Verkleidung liegt in Form einer Platte 1 vor, welche zwei seitliche
Ausnehmungen 2 für die Fahrzeugaufhängung und eine zentrale Ausnehmung 3
aufweist, welche nach hinten offen ist und Platz für das Ende des Motorblocks läßt.
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Die dargestellte Verkleidung umfaßt zwei plane horizontale Abschnitte, nämlich
einen abgesenkten Umfangsbereich 4 und einen erhöhten inneren Bereichs,
welche durch den geneigten Abschnitt 6 verbunden sind.
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Diese Ausbildung der Verkleidung dient dazu, ihr eine bestimmte Steifigkeit zu
verleihen.
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Die vordere Innenkante der Verkleidung umfaßt eine in bezug auf die
Zeichenebene nach oben gerichtete Leiste 7.
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Die gesamte Verkleidung wird üblicherweise in einem einzigen Schritt geformt.
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Nicht dargestellte Öffnungen oder Löcher können später vorgesehen werden, um
die Befestigung der Verkleidung am Fahrgestell des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch die Form für die Herstellung der
dargestellten Verkleidung, wobei die Schnittansicht längs der Linie II-II der Fig. 1
gezeigt ist.
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Bei der in dieser Zeichnung dargestellten Stellung befindet sich die Form in
halbgeöffnetem Zustand, d.h. ihr unterer Teil 8 und ihr oberer Teil 9 sind voneinander
entfernt.
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Der Formhohlraum umfaßt den Bereich 7', welcher der Randleiste 7 entspricht,
den Bereich 5', der dem oberen planen Bereich 5 entspricht, den Bereich 6', der
dem geneigten Bereich 6 entspricht, und den Bereich 4', der dem unteren flachen
Abschnitt der Verkleidung entspricht.
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Erfindungsgemäß führt man durch Coextrusion zwei thermoplastische
Materialien mit unterschiedlicher Viskosität, die miteinander verschmolzen werden
können, jenen Bereichen der Form zu, die dem Abschnitt 12 der Verkleidung
entsprechen, den man mechanisch zu verstärken wünscht.
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Aufgrund dieser Tatsache scheidet man, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, die
beiden thermoplastischen Materialien 10, 11 durch gleichzeitige Extrusion in
dem Bereich 12' der Form ab, und zwar mit Hilfe eines beweglichen Zweischicht-
Extrusionsmundstücks, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist und zwei
Versorgungskanäle aufweist.
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Die anfänglich von dem Coextrudat ausgefüllte Oberfläche ist in der Fig. 1 mit der
gestrichelten Linie dargestellt.
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Die Verschiebung des Extrusionsmundstücks längs des Bereichs 12' der Form
ermöglicht es, die Verstärkungsfasern des ersten thermoplastischen Materials 10
parallel zu der Kante der Verkleidung 1 auszurichten.
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Als Beispiele für Kombinationen von für die Herstellung der dargestellten
Verkleidung
verwendbaren
thermoplastischen Materialien kann man die folgenden
Produkte nennen:
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Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, wird das erste thermoplastische Material 10 in
einer geringeren Menge als das zweite thermoplastische Material 11 in die Form
eingebracht.
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Die beiden Materialien werden in dieser Weise nebeneinander derart in die Form
eingebracht, daß das thermoplastische Material hoher Viskosität 10 direkt mit
der Form in Kontakt steht.
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Das Verhältnis der Mengen von erstem und zweitem thermoplastischem Material
wird in Abhängigkeit von dem Anteil bestimmt, der nach dem Abkühlen der
thermoplastischen Materialien in dem fertigen Gegenstand vorhanden sein soll.
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Bei der dargestellten Ausführungsform führt man die etwa 2,5-fache Menge des
zweiten thermoplastischen Materials 11 in bezug auf das erste thermoplastische
Material 10 zu.
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Erfindungsgemäß muß die Gesamtmenge des der Form zugeführten
thermoplastischen Materials im wesentlichen gleich oder größer sein als das Volumen des
herzustellenden Gegenstandes, wobei es sich versteht, daß man das Schrumpfen
der Kunststoffmaterialien berücksichtigen muß.
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Nachdem eine ausreichende Menge der beiden thermoplastischen Materialien in
die geöffnete Form eingebracht worden ist, schließt man diese, was zur Folge hat,
daß die beiden thermoplastischen Materialien fließen, wie es in der Fig. 4
dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß hat die deutliche Differenz der Viskosität der beiden
thermoplastischen Materialien zur Folge, daß das erste Material im wesentlichen im
Bereich 12' der Form verbleibt, während das zweite Material den Rest der Form
ausfüllt.
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Nach dem Verfestigen der beiden thermoplastischen Materialien erhält man die
in der Fig. 1 dargestellte Verkleidung, an der man deutlich erkennt, daß das
verstärkende thermoplastische Material 10 sich im wesentlichen im Bereich 12 der
Verkleidung befindet, während das nicht verstärkte thermoplastische Material
11 den Rest der Verkleidung bildet.
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Aufgrund der Tatsache, daß die beiden thermoplastischen Materialien durch
gleichzeitige Extrusion in der Form abgeschieden werden, ist die Maßnahme der
Abscheidung nicht länger, als wenn die Verkleidung aus einem einzigen
thermoplastischen Material hergestellt würde.
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Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ohne
Verlängerung der Herstellungszeit und damit ohne merkliche Erhöhung der Kosten die
Herstellung einer Verbund-Verkleidung mit ausgezeichneter mechanischer
Festigkeit aus zwei thermoplastischen Materialien.
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Es versteht sich, daß die oben beschriebene Ausführungsform keinerlei
Einschränkung darstellen soll und daß sämtliche wünschenswerten
Modifizierungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den
beigefügten Ansprüchen niedergelegt ist.