AT500272A1 - Verfahren zum verbinden von holz-basiselementen mit kunststoff - Google Patents

Description

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5 VERFAHREN ZUM VERBINDEN VON HOLZ-BASISELEMENTEN MIT KUNSTSTOFF 10 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Holz-Basiselementen mit Kunststoff, insbesondere zur Herstellung von Funktionselementen, mittels eines Spritzgießverfahrens, bei welchem das Holz-Basiselement in eine Spritzgießform eingelegt und an der bzw. den vorab gewählten Stellen Kunststoffschmelze eingespritzt wird. 15

Bei den üblichen Produkten aus Holz und Kunststoff, bei welchen der Kunststoffbestandteil im Spritzgussverfahren hergestellt wird, wird die Verbindung zwischen Holz und Kunststoff durch Haftung an der Grenzfläche und / oder durch auf mechanische Weise vorab am Holzbasisteil erstellte Hinterschnitte oder 20 dergleichen hergestellt. Bekannt sind das Herstellen von Holz / Kunststofflaminaten durch Hinter- oder Überspritzen, das Umspritzen von Bauteilen mit Kunststoff, das Anspritzen von Kunststoff - Funktionselementen an Holzbasisteilen, beispielsweise zur Herstellung von Schnapphaken, Schutzüberzügen, Verschleißflächen und dergleichen. 25

Alternativ dazu ist es bekannt, Holz mit polymeren Werkstoffen durch Verleimen, Imprägnieren und Kleben, reaktiv oder mittels Schrauben und Nägeln zu verbinden. Dabei sind Schrauben und Nägel Verbindungselemente, die der Anisotropie des Holzes nicht entsprechen und daher die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen. 30

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mittels eines Spritzgussverfahrens Holz - Basiselemente mit Kunststoff unter Bildung eines Kunststoffteiles derart zu verbinden, dass die Festigkeit und die Dauerhaltbarkeit der Verbindung jene der 2 • · bekannten Methoden übersteigt. Das Verfahren soll es ferner gestatten, diese Verbindung in einem einzigen Arbeitsgang zu erstellen. Das Verfahren soll darüber hinaus eine Vielzahl von Anwendungsbereichen überdecken, in welchen ein Verbund aus Holz mit Kunststoff als Werkstoff vorteilhaft genutzt werden kann. 5

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Prozessparameter beim Spritzgießen derart eingestellt werden, dass die Kunststoffschmelze das Holz-Basiselement irreversibel eindrückt und / oder in dieses eindringt und / oder dieses durchdringt. 10

Das erfindungsgemäße Verfahren nützt daher den von Natur aus vorhandenen anisotopen Aufbau von Holz, indem die Holzstruktur gezielt partiell beschädigt, insbesondere deformiert, geöffnet oder dergleichen wird, sodass sich an diesen Stellen die Kunststoffschmelze und schließlich das ausgehärtete Kunststoffmaterial 15 mit dem Holz fest und dauerhaltbar verbinden können. Während des Spritzgießens werden durch den einwirkenden Spritzdruck Freiräume im oder am Holzbauteil gebildet. Die Kunststoffschmelze lässt derart Einbuchtungen entstehen, welche sie auffüllt, in das Holz hinein gedrückte Kunststoffschmelze 20 bildet Einlagerungen. Höhere Drücke vergrößern den Fließquerschnitt. Das

Anbringen von mechanischen Hinterschnitten oder eine vorbereitende Bearbeitung des Holzeinlegeteiles sind beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Die für die Anwendung spezifischen und relevanten Eigenschaften der Holzkomponente bleiben voll erhalten. Die Position jener Bereiche des 25 Holzeinlegeteiles, welche von Kunststoff eingedrückt oder durchflossen werden sollen, kann vorab konstruktiv vorgegeben werden. Diese Bereiche sind durch die Auswahl der Holztype, durch die Auswahl des Kunststoffmaterials, die Geometrie des Einlegeteiles, die Geometrie des Formnestes sowie durch die Prozessparameter gezielt beeinflussbar. 30

Dabei kann die Kunststoffschmelze am Holz-Basiselement in der Art von Hinterschneidungen wirkende Einbuchtungen bilden. Diese Einbuchtungen entstehen vor allem an Stellen, an welchen beim Anspritzen quer zur Faserlängsrichtung des Holzes Druck ausgeübt wird. Dies ist eine der « · · « ··*··* · 9 · · ······· ♦ · V * * ·· ··· ·# ·»· ·· · ··· ·♦ 3 Möglichkeiten, eine sehr haltbare Verbindung des Kunststoffteiles mit dem Holz-Basisteil herzustellen.

Eine noch intensivere Verbindung des Kunststoffes bzw. der Kunststoffschmelze 5 mit dem Holz-Basiselement lässt sich dann erzielen, wenn das Holz-Basiselement derart angespritzt wird, dass die Kunststoffschmelze in dieses eindringt und mindestens eine im Wesentlichen in Holzfaserrichtung verlaufende Einlagerung bildet. Unter entsprechendem Spritzdruck ist es aber auch möglich, dass im Holz-Basiselement quer zur Holzfaserrichtung verlaufende Einlagerungen aus Kunststoff 10 entstehen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kunststoffeinlagerungen und / oder die mit Kunststoff gefüllten Einbuchtungen und dergleichen an vorab konstruktiv festgelegten Stellen des Holz-Basiselementes gebildet. Dadurch lassen 15 sich Einlagerungen von Kunstoff am Holz-Basiselement an Stellen, wo sie unerwünscht wären, vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von Bauteilen, bei denen die Kunststoffschmelze an der Außenseite eine sichtbare Überspritzung 20 bildet. Es können aber auch Teile derart hergestellt werden, dass das Holz-Basiselement angespritzt wird und keine Überspritzung erfolgt.

Um Einbuchtungen und Einlagerungen am Holz-Basiselement auszubilden ist ein Spritzdruck im Bereich von 10 bar bis 2500 bar günstig. Der Forminnendruck 25 beträgt zwischen 50 bar und 1400 bar.

Als Kunststoffmaterial sind die für Spritzgussverfahren üblichen Kunststoffe verwendbar. So kann der Kunststoff insbesondere ein Thermoplast sein, wobei die Temperatur der Kunststoffschmelze zwischen +130 °C und +400 °C gewählt wird.

Alternativ dazu kann auch ein reaktiver Kunststoff, beispielsweise ein Elastomer, verwendet werden. In diesem Fall kann die Temperatur des flüssigen Kunststoffes sogar der Raumtemperatur entsprechen bzw. darüber liegen. 30 • · • · · ··· · ♦ · · ····«·· · · • · · · ♦ · · · • · ··· · · · ·♦ · ·· 4

Unerwünschte thermische Schädigungen des Holz-Basiselementes werden nicht nur durch die gewählte Temperatur der Kunststoffschmelze sondern auch durch die Einspritzzeit der Kunststoffschmelze vermieden. Diese Einspritzzeit wird im Bereich von einigen Zehntelsekunden bis einigen Sekunden gewählt. Besonders geeignete 5 Holzsorten für das Holz-Basiselement sind Balsa-, Fichte-, Eichen- oder

Buchenholz, aber auch andere Hölzer, deren Eigenschaftsspektrum den erwähnten Holzsorten zumindest im Wesentlichen entspricht, sind gut geeignet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich, je nach den gewählten 10 Prozessparametern, Einbuchtungen und / oder Einlagerungen im Holz-Basiselement erstellen, die eine Erstreckung von etwa 1 mm bis mehreren Zentimetern aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Holz-Kunststoff-Verbundbauteil, welches nach dem 15 erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Bevorzugt sind derartige Holz-

Kunststoff-Verbundbauteile Sportgeräte, Büroartikel, Fenster, Türen, Möbelstücke, Bodenbeläge, Spielzeuge, Verpackungsgüter, Maschinen- oder Fahrzeugkomponenten, Musikinstrumente, Handwerkszeuge und dergleichen. 20 Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung, die schematisch mehrere Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Griffelement, Fig. 2 das Griffelement in Schrägansicht, 25

Fig. 3 einen axialen Längsschnitt durch einen Schnapphaken, Fig. 4 den Schnapphaken in Schrägansicht,

Fig. 5 einen axialen Längsschnitt durch eine Ausführung eines 30 rotationssymmetrischen Verbindungselementes, Fig. 6 das Verbindungselement in Schrägansicht,

Fig. 7 einen axialen Längsschnitt durch einen Schraubdorn, Fig. 8 den Schraubdorn in Schrägansicht, • * ·· ······ · • · · ······· I · • · · ·· · · · Μ ·»· Μ · ··· ·| 5

Fig. 9 einen Teilschnitt durch den in Fig. 10 in Schrägansicht gezeigten Deckel mit einem Ringschnappelement und / oder einem Griff, 5 Fig. 11 einen Schnitt durch ein Filmscharnier,

Fig. 12 einen Schnitt durch ein Betätigungselement,

Fig. 13 eine Schrägansicht eines Behälters mit Filmscharnieren gemäß Fig. 11 und 10 mit einem Betätigungselement gemäß Fig. 12,

Fig. 14 einen Teilschnitt durch ein Verbindungsteil, Fig. 15 das Verbindungsteil in Schrägansicht, 15 Fig. 16 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines

Verbindungsteiles, Fig. 17 eine Schrägansicht dieses Verbindungsteiles,

Fig. 18 einen Teilschnitt durch eine andere Variante eines Verbindungsteiles, Fig. 19 das Verbindungsteil in Schrägansicht, 20

Fig. 20 bis Fig. 22 eine Ausführung eines Verbindungsteiles mit einem Schnappelement und mit Nuten, wobei Fig. 22 eine Schrägansicht dieses Bauteiles, Fig. 20 eine Detailansicht und Fig. 21 ein Schnitt entlang der Linie ll-ll der Fig. 22 sind, sowie 25

Fig. 23 und 24 einen Verschlussdeckel, Fig. 23 einen Teilschnitt und Fig. 24 eine Schrägansicht.

Die Erfindung befasst sich mit Verfahren zum Verbinden von Holz mit einem 30 Kunststoff mittels Spritzguss. Dabei wird eine dauerhafte Verbindung des während und mittels des Spritzgussverfahrens geformten Kunststoffteiles mit dem Holzbasisteil, wie es nun anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert wird, auf unterschiedliche Weisen erzielt. • · · · ······ φ • · · ······· φ φ • · · ·· I · φ • · «Μ · · · ·Μ ΦΦ 6

Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Bauteile Kombinationen aus Basiselementen aus Holz mit Kunststofffunktionselementen. In den Schnittdarstellungen sind die Holzbestandteile in Faserlängsrichtung des Holzes liniert (schraffiert) gezeichnet, die Funktionselemente aus Kunststoff sind in den 5 Schnittdarstellungen mit einander kreuzenden Linien dargestellt. Jene Bereiche in den Holzbauteilen, die die Verbindungsbereiche des Holzbasiselementes zum Kunststoffmaterial der Kunststoff-Funktionselemente sind, sind mit enger beanstandeten einander kreuzenden Linien gezeichnet. 10 Bei der Herstellung des Kunststoffteiles werden die Grenzflächen zwischen dem Holzbasisteil und dem zu bildenden Kunststoffteil derart gewählt, dass durch die Vorzugsrichtung der Holzfasern und die Geometrie des Holzeinlegteiles ein Eindrücken des Holzes und / oder ein Eindringen der Kunststoffschmelze in das Holzteil möglich ist. Dabei kann die Spritzgussform derart ausgeführt und der 15 Kunststoff derart in die Form eingebracht werden, dass das Holzeinlegeteil entweder außen zumindest teilweise überspritzt wird oder, wenn dies vermieden werden soll, das Holzbasisteil an die Formwand und des Formnest derart gedrückt wird, dass ein Überspritzen von außen nicht stattfindet. 20 Fig. 1 zeigt eine der erfindungsgemäßen Möglichkeiten, ein Holzbasisteil mit einem Kunststoffteil zu umspritzen und zu verbinden, wobei der Kunststoff das Holz an einer konstruktiv festgelegten Stelle gewollt irreversibel und somit beschädigend eindrückt. Das Eindrücken bewirkt das Entstehen zumindest eines die Verbindung herstellenden Hinterschnittes. Wie Fig.1 und 2 zeigen ist das erfindungsgemäß 25 hergestellte Bauteil ein Griffelement 1, welches aus einem zylindrischen Holzschaft 2 und einer den einen Endbereich des Holzschaftes 2 umhüllenden und durch Umspritzen aufgebrachten Kunststoffkappe 3 besteht. Wie der in Fig. 1 gezeigte Längsschnitt verdeutlicht, entstehen beim Anspritzvorgang durch quer zur Faserlängsrichtung ausgeübten Druck zwei Einbuchtungen 2a. Die Einbuchtungen 30 2a wirken wie Hinterschnitte und halten die Kunststoffkappe 3 fest am Holzschaft 2.

In Fig. 3 und 4 ist ein Schnappelement dargestellt, welches ebenfalls aus einem zylindrischen Holzschaft 5 und einem an der einen Stirnseite mit diesem verbundenen Kunststoffteil 6 besteht. Das Kunststoffteil 6 besteht aus zwei • * ·· ···«·· · • · · ······· · · ♦ · · · « · » · • · ··· ·· · ··· ·· 7

Schnappteilen 6a mit außenseitig angebrachten Rastnasen 6b, sodass das Teil 6 in einer entsprechenden Öffnung eines Bauteiles einsetz- und verrastbar ist. Das Kunststoffteil 6 ist an der Stirnseite des Holzschaftes 5 angespritzt worden. Durch die Prozessparameter beim Anspritzen, insbesondere Druck, Temperatur und 5 Zeitdauer, wird erreicht, dass die Kunststoffschmelze zwischen die Holzfasern in der Form von fahnenartigen Einlagerungen 7 eindringt. Diese Einlagerungen 7 sind somit in Richtung der Holzfasern durch ein gewolltes und irreversibles Komprimieren entstanden. 10 Eine Ausführungsform eines Verbindungselementes 14 zeigen Fig. 5 und 6. An der einen Stirnseite eines zylindrischen Holzschaftes 8 wird ein Kunststoffteil 9 durch Anspritzen gebildet und analog zur Ausführung gemäß Fig. 4 und 5 über Einlagerungen 10 der Kunststoffschmelze im Holzschaft 8 mit diesem fest verbunden. Das Kunststoffteil 9 ist mit einer umlaufenden Nut 9a und einem 15 umlaufenden Bund 9b versehen.

Der in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigte Schraubdorn 11 weist ebenfalls einen zylindrischen Holzschaft 12 und ein stirnseitig angespritztes, außenseitig mit einem Schraubgewinde versehenes Kunststoffteil 13 auf. Der Holzschaft 12 ist stirnseitig 20 mit einer Bohrung 12a versehen worden, welche sich beim Spritzvorgang mit Kunststoff füllt. Beim Spritzgießen des Kunststoffteiles 13 werden auch bei dieser Ausführungsvariante die schon erwähnten Prozessparameter - Druck, Temperatur, Zeit - derart gewählt, dass sich vom Boden der Bohrung 12 in Schaftlängsrichtung und daher in Holzfaserrichtung Kunststoffeinlagerungen 15 und entlang der Wände 25 der Bohrung 9 Einbuchtungen 15a bilden.

Eine Ausführungsform, bei der die Kunststoffschmelze das Holzbasisteil durchdringt, zeigen Fig. 9 und 10. Das hergestellte Teil ist eine mit einem Kunststoffgriff oder einem Verbindungselement 16 versehene Holzplatte 17. Der 30 Griff oder das Verbindungselement 16 wird durch Anspritzen der Holzplatte 17 hergestellt. Wie Fig. 9 zeigt, ist die Kunststoffschmelze durch entsprechenden Druck durch die Holzplatte 17 gedrungen und hat in Richtung der Holzfasern und zwischen diesen verlaufende Einlagerungen 18 gebildet. • · ·· ······ t

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Fig. 11 zeigt ein aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehendes Filmscharnier 19, welches mit den beiden Holzbauteilen 20, 21, die durch das Filmscharnier 19 gegenseitig bewegbar sind, erfindungsgemäß verbunden ist. Die beiden Holzbauteile 20, 21 werden durch Anspritzen mit dem Kunststoffmaterial, welches 5 das Filmscharnier 19 bildet, verbunden. Entlang der Holzfasern ausgebildete Einlagerungen 22 der Kunststoffschmelze stellen eine sichere Verbindung des Kunststoffes mit den Holzbauteilen 20, 21 her.

Fig. 12 zeigt ein auf ähnliche Weise hergestelltes und mit einem Holzbauteil 24 10 verbundenes Betätigungselement 23. Auch hier dringt bei entsprechenden Prozessparametern beim Spritzgießen Kunststoffschmelze unter Bildung von Einlagerungen 25 in das Holzbauteil 24 ein.

Fig. 13 zeigt beispielhaft eine praktische Verwendung der in Fig. 11 und 12 15 gezeigten Bauteile bei einem aus Holz bestehenden Behälter 26, welcher mit einem Deckel 27 versehen ist, der ein Betätigungselement 23 in Form eines Verschlusselementes aufweist und mit dem Behälter 26 über zwei erfindungsgemäß erstellte Filmscharniere 19 verbunden ist. 20 Fig. 14 und 15 zeigen ein Verbindungselement 28, wie es beispielsweise beim Verbinden von Möbelbauteilen aus Holz Verwendung finden kann. Das aus Holz bestehende Basisteil 29 wird mit einer Ausnehmung versehen, in welcher ein Kunststoffverbindungsteil 30 durch Anspritzen gebildet wird. Das Verbindungsteil 30 wird mit im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Aufnahmestellen 31 gebildet, 25 sodass entsprechend gegengleich ausgeführte Elemente eines zweiten, nicht gezeigten Bauteiles gegen ein Lösen gesichert eingeschoben werden können. Fig. 14 zeigt einen Schnitt durch das Holzbauteil 29. Die Kunststoffschmelze hat während des Spritzvorganges in Faserrichtung des Holzbauteiles 29 Einlagerungen 32 und quer zur Richtung des Faserverlaufes Einbuchtungen 32a gebildet. 30

Fig. 16 und 17 sowie Fig. 18 und 19 zeigen ebenfalls vielseitig einsetzbare Bauteile 33, 34 aus Holz, die mit Kunststoffverbindungselementen 35, 36, die durch Anspritzen des Holzbauteiles 33, 34 hergestellt werden, versehen sind. Zusätzlich ist im Holzbauteil 33, 34 eine Aufnahmebohrung 37, 38 erstellt worden, die mit • · · · ·#·*·· · * * · ······· · · ··· ·· I « · •· · · · ·· · ··· Μ 9

Kunststoffmaterial ausgekleidet wird und auch ein Innengewinde aufweisen kann. In Richtung der Holzfasern haben sich während des Spritzvorganges in das Holzmaterial hinein reichende Einlagerungen 39, 40 gebildet. An der Außenseite hat die Kunststoffschmelze bei der in Fig. 16 gezeigten Ausführung Einbuchtungen 41 5 entstehen lassen. Fig. 18 und Fig. 19 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Holzfasern um 45 Grad zu jener Fläche des Bauteiles 34 orientiert sind, an welcher das Kunststoffverbindungselement 36 angespritzt wird. Bei beiden Ausführungsformen wird an der Außenseite des Holzbauteiles 33, 34 zur Einleitung von Fixierkräften eine Rillenstruktur im Kunststoffverbindungselement 35, 36 10 gebildet.

Fig. 22 zeigt ein aus Holz bestehendes Bauteil 42, welches außenseitig mit in Holzfaserrichtung verlaufenden und mit Kunststoff 45 ausgekleideten Nuten 43 versehen ist sowie an einer Längsseite eine Ausnehmung mit einem 15 Kunststoffschnappelement 44 aufweist. Auch bei dieser Ausführungsform ist das Kunststoffmaterial der Auskleidung 45 und des Elementes 44 mit dem Holzbauteil 42 derart verbunden worden, dass durch die Prozessparameter während des Spritzgießens Einlagerungen 46 der Kunststoffschmelze im Holz entstanden sind, die in Fig. 21 versinnbildlicht sind. 20

Fig. 24 zeigt ein kreisförmiges Bauteil 47 aus Holz, welches beispielsweise ein Deckel, ein Rad oder dergleichen sein kann. Die angespritzten Kunststoffteile sind ein umlaufender Randsteg 48 und radial verlaufende Verstärkungsrippen 49, die in einem zentralen Verbindungsteil 50 enden. Fig. 23 zeigt einen Schnitt durch den 25 Randsteg 48 des Holzbauteiles 47. Während des Spritzvorganges ist die

Kunststoffschmelze gegen die Faserrichtung in das Holz eingedrungen und hat sich auch in Faserlängsrichtung unter Bildung von Einlagerungen 51 verteilt.

Die Positionen jener Bereiche des Holzeinlegeteiles in der Spritzgussform, welche 30 von der Kunststoffschmelze eingedrückt oder durchdrungen werden, sind konstruktiv vorgegeben. Die Entstehung von Einlagerungen oder Einbuchtungen ist durch die Auswahl der Holztype und des Kunststoffes, durch die Geometrie des Holzeinlegeteiles und die Geometrie des Formnestes, die der Geometrie des zu bildenden Kunststoffteiles entspricht, sowie durch die Prozessparameter 10 • · beeinflussbar. Wie bereits mehrfach erwähnt, werden beim Spritzgießen die wesentlichen Prozessparameter - Druck (Spritzdruck an der Anlage), Temperatur der Kunststoffschmelze und Zeitdauer des Einspritzens - so gewählt, dass in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Holzbasisteiles die Holzstruktur durch ein 5 Eindringen der Kunststoffschmelze partiell geöffnet wird oder an der Oberfläche ein Eindrücken und Entstehen von Einbuchtungen erfolgt. Dabei wird der anisotrope Aufbau von Holz genutzt. Die durch den Spritzdruck gebildeten Freiräume im Holz bewirken somit eine Verteilung des flüssigen Kunststoffes, wobei durch höhere Drücke der Fließquerschnitt vergrößert werden kann. 10

Die sich beim Spritzgießvorgang im Holzbauteil bildenden Einbuchtungen, Deformationen, Einlagerungen oder Bereiche, wo die Kunststoffschmelze das Holzmaterial komplett durchdringt, können unterschiedliche Dimensionen aufweisen. Die Eindringtiefe kann von ca. 1 mm bis zu mehreren Zentimetern 15 reichen. Diese Eindringtiefe liegt somit um eine Größenordnung über den für das Verleimen typischen Werten.

Als Kunststoffmaterial eignet sich vorzugsweise ein Thermoplast, der als flüssige Schmelze unter zeitlich definierter Einwirkung von Druck und mit entsprechender 20 Temperatur in einer Form auf den in die Form eingelegten Holzbasisteil gespritzt wird und durch Abkühlen in der Form erstarrt. Der Kunststoff kann auch ein reaktives Material sein, beispielsweise ein Elastomer, welches in gleicher Weise wie eine Thermoplastschmelze in die Form eingespritzt wird, jedoch durch Reaktion erstarrt. Das Einbringen des Kunststoffes kann im Kompaktspritzguss und / oder in 25 einem Sonderspritzgussverfahren wie Spritzprägen,

Mehrkomponentenspritzgießen, Dekorhinterspritzen, Gasinjektionstechnik und dergleichen erfolgen.

Im Rahmen der Erfindung wird, wie bereits erwähnt, die anisotrope Struktur von 30 Holz ausgenützt. Wie bekannt besteht der größte Teil von Holz aus Zellen, die Tracheen (Fasern) genannt werden und im Baum in Wuchsrichtung angeordnet sind. Sie werden durch eine amorphe Matrix zusammengehalten, die reich an Lignin ist. Die Tracheen sind 2 mm bis 4 mm lang und haben ein Länge / Durchmesser -Verhältnis von 100 : 1. Die Fasern selbst weisen eine Festigkeit auf, die bis zum 11 11 • · * • ·

• · Fünffachen höher liegt als jene des Gesamtverbundes. Die Matrix besitzt daher eine entsprechend geringere Festigkeit.

Holz und Kunststoff sind artverwandte organische Werkstoffe mit unterschiedlichen 5 Eigenschaften, die durch die erfindungsgemäße Verbindung besonders vorteilhaft kombiniert werden können. Beispielsweise besitzt Holz, bezogen auf sein spezifisches Gewicht, hohe Werte für die Festigkeit und Steifigkeit in seiner Vorzugsrichtung (Wuchsrichtung). Quer zur Vorzugsrichtung sind diese Eigenschaften deutlich geringer. Kunststoff weist Vorteile bei der Ausbildung von 10 funktionellen Geometrien auf, es können auch sehr feine Elemente mit Kunststoff gebildet werden, hat ein weitgehend isotropes Werkstoffverhalten, nimmt wenig bis keine Feuchtigkeit auf und kann sehr flexibel, auch gummielastisch, eingestellt werden. Weitere Vorteile sind eine gute Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit. 15 In der nachstehenden Tabelle sind einige charakteristische, besonders für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Holzsorten mit ihrem Raumgewicht und einigen Festigkeitswerten in Faserrichtung angegeben, wobei auch andere Holzsorten verwendbar sind, die ein ähnliches Eigenschaftenspektrum aufweisen:

Holzart Raumgewicht g/cm3 Zugfestigkeit N/mm2 Druckfestigkeit N/mm2 Biegefestigkeit N/mm2 Balsa 0,05 bis 0,13 20 bis 40 5 bis 15 15 bis 23 Fichte 0,40 bis 0,50 80 bis 90 40 bis 50 65 bis 77 Eiche 0,75 bis 0,85 90 bis 110 52 bis 64 90 bis 110 Buche 0,65 bis 0,95 100 bis 140 52 bis 82 90 bis 160 20

An der Spritzgießmaschine wird der Spritzdruck in einem Bereich zwischen 10 bar und 2500 bar eingestellt. Für das Verfahren typische Forminnendrücke liegen zwischen 50 bar bis 1400 bar. Damit liegt man im Bereich der Druckfestigkeiten von Holz und deutlich darüber (1 N / mm2 = 10 bar). Mit Innendrücken in dieser 25 Größenordnung ist somit eine gewollte, gesteuerte, partielle Beschädigung bzw. Deformation der Holzstruktur möglich. Im Vergleich dazu sind die Drücke beim 9 9 k • · · ♦ · ·%· · • · · ·«**·»« ο « • · I ♦ · · · · *· ·«· · · · ··· · · 12

Pressen deutlich niedriger, 10 % bis max. 20 % der für den Spritzguss angeführten Werte.

Das Einlegeteil aus Holz kann nach dem Zuschneiden und vor dem Einlegen in die 5 Form, was manuell oder automatisch erfolgen kann, oberflächlich vorbehandelt werden. Möglich ist ein Aufrauen, Beizen, Anlösen, Waschen, ein mechanisches Bearbeiten durch Schleifen, Fräsen oder ein Herstellen von Bohrungen etc. Zur Verteilung der Kunststoffschmelze können vorgeformte Bohrungen und / oder Nuten vorgesehen werden, dies ist aber nicht zwingend notwendig. 10

Vom erfindungsgemäßen Verfahren unterscheidet sich das Einbringen oder Eindringen von Vergussmassen bei niedrigeren und mittleren Drücken bei etwa 10 bar, max. 50 bar, in Pressen, in bestehende Hohlräume des Holzes wie Ritzen, Löcher etc.. Diese Hohlräume sind nämlich im Holz bereits vorhanden. Beim 15 erfindungsgemäßen Verfahren wird die bestehende Holzstruktur durch höheren Druck partiell geöffnet bzw. deformiert und so die zur Verbindung zur Verfügung stehenden Freiräume für das Kunststoffmaterial erzeugt.

Beim Spritzgießen von Thermoplasten werden die Temperaturen für die Schmelze 20 im Bereich von +130 °C bis 400 °C gewählt. Reaktive Kunststoffe, wie Elastomere, werden auch bei Temperaturen verarbeitet, die darunter liegen, bis zu Raumtemperatur. Obwohl die Temperatur der Kunststoffschmelze zumeinst oberhalb jener der thermischen Beständigkeitsgrenze von Holz liegt, die etwa bei +180 °C liegt, kann durch kurze Einspritzzeiten von wenigen Zehntelsekunden bis 25 einigen Sekunden eine nachträgliche thermische Schädigung vermieden werden. Kurzzeitiger intensiver Kontakt ist jedoch für den Verbindungsprozess vorteilhaft.

Da Holz vergleichsweise gut thermisch isoliert, sind nur die obersten Schichten im Bereich der Kontaktfläche von der Einwirkung höherer Temperaturen betroffen. Die bei der Herstellung von Verbundplatten aus Holz angewandten Pressvorgänge 30 dauern dazu im Vergleich mehrere Minuten, sogar bis zu Stunden beim

Kaltpressen. Die Prozesstemperatur beim Pressen darf daher die thermische Beständigkeitsgrenze nicht überschreiten. • · ·»· • · · fr» ♦ · » Μ»» • · 13 Mögliche Einsatzgebiete für die Herstellung von Bauteilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen in allen Anwendungsbereichen, in denen Holz als Werkstoff genutzt werden kann. Neben den in den Zeichnungsfiguren enthaltenden Beispielen kommen beispielsweise Sportgeräte, wie Skier zur 5 Integration von Bindungselementen, Büroartikel, wie Schreibartikel, Fenster und Türen - etwa angespritzte Verbindungs- und Funktionselemente wie Scharniere etc. - Möbel - insbesondere Verbindungselemente - Bodenbeläge, insbesondere Parkett mit Schnappverbindungen, Spielzeug und Gebrauchsgeräte, beispielsweise feuchtigkeitstunabhängige Verbindungen von Holzstielen und Werkzeugen, 10 Holzteile, die mittels Kunststoffelementen verbunden sind und zueinander bewegt werden, beispielsweise in der Art von Matador oder Lego, in Frage. Weitere Anwendungsbereiche sind Feder- Dämpfersysteme, Transportmittel und Verpackungsgüter, wie Paletten aus Holzbrettern, die mit Kunststoff verbunden sind, Dosendeckel, an die Filmscharniere angespritzt sind, ferner Maschinen- und 15 Fahrzeugkomponenten, wie Gleitschuhe, Bremsbeläge, Lagerschalen, Friktionsscheiben, Keilriemenscheiben, Laufräder, Stützelemente, sowie Funktionselemente von Musikinstrumenten und dergleichen.

Claims (17)

1. • · ·· ·····* ν • · · ······>« * · • * * ·· « · · ·· * ♦ * ♦ # · · · · · · 14 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Verbinden von Holz-Basiselementen mit Kunststoff, insbesondere zur Herstellung von Funktionselementen, mittels eines Spritzgießverfahrens, bei welchem das Holz-Basiselement in eine Spritzgießform eingelegt und an der bzw. den vorab gewählten Stellen Kunststoffschmelze eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, die Prozessparameter beim Spritzgießen derart eingestellt werden, dass die Kunststoffschmelze das Holz-Basiselement (2, 5, 8,12,17, 20, 21, 24, 26, 27, 29, 33, 34, 42, 47) irreversibel eindrückt und / oder in dieses eindringt und / oder dieses durchdringt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschmelze am Holz-Basiselement (2, 12, 29, 33) in der Art von Hinterschneidungen wirkende Einbuchtungen (2a, 15a, 32a, 41) bildet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Holz-Basiselement (5, 8, 12, 17, 20, 21, 24, 29, 33, 34, 42, 47) mindestens eine zumindest im Wesentlichen in Holzfaserrichtung verlaufende Einlagerung (7, 10, 15, 22, 25, 32, 39, 40, 46) gebildet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Holz-Basiselement (17, 47) mindestens eine zumindest im Wesentlichen quer zur Holzfaserrichtung verlaufende Einlagerung (18, 51) aus Kunststoff gebildet wird. • · ·· ♦·♦·♦♦ • · · »···«·· • · • · · · f • · * · · ·« · ··· ·· 15
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff - Einlagerungen (7,10,15, 22, 25, 32, 39, 40, 46) und / oder die mit Kunststoff gefüllten Einbuchtungen (2a, 15a, 32a, 41) und dergleichen an vorab konstruktiv festgelegten Stellen des Holz-Basiselementes gebildet 5 werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschmelze an das Holz-Basiselement angespritzt wird, sodass an einer Außenseite keine sichtbare Überspritzung gebildet wird. 10
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche T bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdruck an der Spritzgussanlage zwischen 10 bar und 2500 bar gewählt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Forminnendruck von 50 bar bis 1400 bar eingestellt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast ist. 20
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kunststoffschmelze zwischen +130 °C und 400 °C gewählt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein reaktives Material, beispielsweise ein Elastomer oder Duroplast, ist.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, 30 dass die Temperatur des flüssigen Kunststoffes der Raumtemperatur entspricht oder höher gewählt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeit des Kunststoffes im Bereich von einigen Zehntelsekunden bis 16 ♦ · > ♦ * · ♦♦♦ ♦♦♦ «·»« • « einige Sekunden gewählt wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz-Basiselement aus Balsa-, Fichten,- Eichen- oder Buchenholz oder aus 5 Hölzern im Eigenschaftsspektrum dieser Hölzer hergestellt ist.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Einbuchtung(en) und / oder Einlagerung(en) eine Erstreckung von 1 mm bis mehreren Zentimetern aufweisen. 10
16. 16. Holz - Kunststoff - Verbundbauteil, welches nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.
17. 17. Holz - Kunststoff - Verbundbauteil nach Anspruch 16, dadurch 15 gekennzeichnet, dass es ein Sportgerät, ein Büroartikel, ein Fenster, eine Türe, ein Möbelstück, ein Bodenbelag, ein Spielzeug, ein Verpackungsgut, eine Maschinen- oder Fahrzeugkomponente, ein Musikinstrument, ein Handwerkzeug oder dergleichen ist.