AT508511B1 - METHOD FOR PRODUCING AN ARTICLE WITH A CAVITY OF A PLASTIC MATERIAL - Google Patents
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- AT508511B1 AT508511B1 AT0933607A AT93362007A AT508511B1 AT 508511 B1 AT508511 B1 AT 508511B1 AT 0933607 A AT0933607 A AT 0933607A AT 93362007 A AT93362007 A AT 93362007A AT 508511 B1 AT508511 B1 AT 508511B1
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/58—Moulds
- B29C44/583—Moulds for making articles with cavities
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Artikels mit einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Kunststoffhohlprofil, bei dem in einer für den Artikel formgebenden Werkzeugkavität nach dem Einbringen einer ein Treibmittel enthaltenden, schäumbaren Kunststoffschmelze ein Zwischenprodukt mit Wandabschnitten und einem von den Wandabschnitten zumindest teilweise umgebenen Innenbereich sowie geschäumte Strukturen aufweisend gebildet wird, indem die schäumbare Kunststoffschmelze in der Werkzeugkavität zumindest teilweise aufgeschäumt wird, bei einer Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes ein von einer Wandung zumindest teilweise umgebener Hohlraum erzeugt wird, indem ein mit Druck beaufschlagtes Fluid in dem Innenbereich eingebracht wird, und nach der Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes, die weiterhin einen Abkühlprozeß umfasst, der Artikel mit dem Hohlraum aus der Werkzeugkavität entformt wird.The invention relates to a method for producing an article with a cavity made of a plastic material, in particular plastic hollow profile, in which in a mold cavity forming the article after the introduction of a foaming plastic melt containing a blowing agent an intermediate with wall sections and one of the wall sections at least partially surrounded Formed by the foamable plastic melt in the mold cavity is at least partially foamed, in a further processing of the intermediate product of a wall at least partially surrounded cavity is generated by a pressurized fluid is introduced in the inner region, and after the further processing of the intermediate product, which further comprises a cooling process, the article with the cavity from the mold cavity is removed from the mold.
Description
österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15Austrian Patent Office AT508 511 B1 2011-03-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Artikels mit einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Kunststoffhohlprofil.Description: The invention relates to a method for producing an article having a cavity made of a plastic material, in particular a plastic hollow profile.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
[0002] Beim Herstellen von Artikeln, insbesondere Hohlprofilen aus thermoplastischem Kunststoffwerden Verfahren eingesetzt, bei denen nach dem Einbringen einer Kunststoffschmelze in eine formgebende Werkzeugkavität ein noch schmelzflüssiger Kernbereich durch ein Gas wie C02 oder Stickstoff aber auch durch Wasser aus der Werkzeugkavität wieder verdrängt wird, wobei die Werkzeugkavität mit der Kunststoffschmelze gefüllt wird und anschießend ein Fluid, zum Beispiel ein Gas oder Wasser, mit einem hohen Druck zugeführt wird, der abhängig von der Art des eingesetzten Kunststoffmaterials in der Druckhöhe variiert werden kann. Die bekannten Verfahren werden auch als Gasinnendruckverfahren (GID) und Wasserinjektionstechnik (WIT) bezeichnet.In the manufacture of articles, in particular hollow profiles made of thermoplastic material, methods are used in which after the introduction of a plastic melt in a forming Werkzeugkavität a still molten core area is displaced by a gas such as C02 or nitrogen but also by water from the Werkzeugkavität again, said the tool cavity is filled with the plastic melt and subsequently a fluid, for example a gas or water, is supplied at a high pressure, which can be varied depending on the type of plastic material used in the pressure level. The known methods are also referred to as internal gas pressure method (GID) and water injection technique (WIT).
[0003] In einer Ausgestaltung erfolgt das Einführen des mit Druck beaufschlagten Fluides nach einer Teilfüllung der Werkzeugkavität mit der Kunststoffschmelze, was dazu führt, dass im Kernbereich Schmelzevolumen verdrängt wird und durch die Verdrängung der Kernschmelze die Restkavität des Werkzeuges, die nach der Teilfüllung noch frei war, auch gefüllt und somit der herzustellende Artikel gebildet wird. Nachteilig bei dem Verfahren ist jedoch, dass die Zuschaltung des mit Druck beaufschlagten Fluides zu einer sichtbaren Störung der Oberfläche des hergestellten Artikels führt, da die Front der eingebrachten Kunststoffschmelze bei der Zuschaltung des Fluides in der Werkzeugkavität kurzzeitig zum Stehen kommt und dann erst durch das Fluid weiter in Fließrichtung bewegt wird.In one embodiment, the introduction of the pressurized fluid is carried out after a partial filling of the mold cavity with the plastic melt, which leads to the fact that melt volume is displaced in the core area and by the displacement of the meltdown the Restkavität of the tool, which is still free after the partial filling was, also filled and thus the article to be produced is formed. A disadvantage of the method, however, is that the connection of the pressurized fluid leads to a visible disturbance of the surface of the manufactured article, since the front of the introduced plastic melt briefly comes to a halt during the connection of the fluid in the mold cavity and then only by the fluid is moved further in the flow direction.
[0004] Aus diesem Grund ist ein Alternativverfahren entwickelt worden, bei dem zunächst die gesamte Werkzeugkavität gefüllt wird und dann die Kunststoffschmelze aus dem Kernbereich zeit- oder druckabhängig in eine Nebenkavität ausgeschoben wird. Das Material in der Nebenkavität kann in der Regel als Recyclat der Neuware wieder zugegeben werden.For this reason, an alternative method has been developed in which initially the entire mold cavity is filled and then the plastic melt is pushed out of the core area time or pressure dependent in a Nebenkavität. The material in the secondary cavity can usually be added again as a recyclate of the virgin material.
[0005] Nachteilig bei beiden Verfahrensgestaltungen ist jedoch, dass das mit Druck beaufschlagte Fluid eine zusätzliche Innenkühlung verursacht und somit die Wandstärke des hergestellten Artikels im Hinblick auf eine dünne Wandung eher negativ beeinflusst.A disadvantage of both process designs, however, is that the pressurized fluid causes additional internal cooling and thus rather negatively affects the wall thickness of the manufactured article with respect to a thin wall.
[0006] Oft besteht die Forderung, den Artikel besonders leicht auszuführen, indem innerhalb der Wandung eine Schaumstruktur hergestellt wird. In dem Dokument EP 0 714 745 B1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in den dickwandigen Bereich eines Formteils eine schaumbildende Flüssigkeit injiziert wird, um Einfallstellen zu vermeiden. Die Injektion einer schaumbildenden Flüssigkeit, die üblicherweise als Treibmittel bezeichnet wird, in einen Massestrom führt zu einer ungleichmäßigen Verteilung in der Kunststoffschmelze, insbesondere bei einem Füllungsgrad der Werkzeugkavität von > 90%, besonders wenn die hinter den Injektionsstellen liegenden Bereiche nicht mehr erreichbar sind. Die Schaumbildung führt bestenfalls zu einem Volumenausgleich bei der Schwindung, so dass bei dem hergestellten Artikel kein durchgehender Hohlraum entsteht, sondern lediglich einzelne kleine in sich abgeschlossene Hohlräume, die im allgemeinen Sprachgebrauch als Lunker bezeichnet werden.Often there is a requirement to carry out the article particularly easily by a foam structure is produced within the wall. The document EP 0 714 745 B1 describes a method in which a foam-forming liquid is injected into the thick-walled area of a molded part in order to avoid sink marks. The injection of a foam-forming liquid, commonly referred to as a blowing agent, into a mass flow results in an uneven distribution in the plastic melt, particularly at a fill level of the tool cavity of > 90%, especially if the areas behind the injection sites are no longer accessible. The foaming leads at best to a volume compensation in the shrinkage, so that in the manufactured article no continuous cavity is formed, but only individual small self-contained cavities, which are commonly referred to as voids.
[0007] Die WO 03/018284 A1 beschreibt einen Artikel mit einem Hohlraum und aus einem geschäumten Kunststoffmaterial, wobei das Problem einer nicht einheitlichen Oberfläche durch die Struktur mit offenen Zellen dadurch gelöst wird, dass in die Werkzeugkavität vor dem Einbringen der Kunststoffschmelze eine Folie eingebracht wird, die in Folge die Oberfläche des Artikels bildet. Das Einbringen der Folie in die Werkzeugkavität macht jedoch das Herstellungsverfahren kompliziert.WO 03/018284 A1 describes an article with a cavity and made of a foamed plastic material, wherein the problem of a non-uniform surface is solved by the structure with open cells in that introduced into the mold cavity before introducing the plastic melt a film which in turn forms the surface of the article. The introduction of the film into the mold cavity, however, complicates the manufacturing process.
[0008] Die DE 24 61 580 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem zuerst eine plastische, treibmittelhaltige Masse in einer solchen Menge in einen mit Druckmedium beaufschlagten Formhohlraum eingefüllt wird, die kleiner ist als dessen Volumen. Anschließend wird in das Innere der im 1/9 österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15DE 24 61 580 A1 discloses a method in which first a plastic, blowing agent-containing mass is filled in such an amount in a pressurized medium mold cavity, which is smaller than its volume. Subsequently, in the interior of the 1/9 Austrian Patent Office AT508 511 B1 2011-03-15
Formhohlraum befindlichen Masse komprimiertes Gas eingeführt, bis der Formhohlraum mit der plastischen, nunmehr einen hohlen Innenraum einschließenden Kunststoffmasse ausgekleidet ist. Danach wird das komprimierte Gas unter Aufschäumen der Kunststoffmasse abgelassen, wodurch der aus glatter, nicht geschäumter Außenhaut und porigem Kern bestehende Spritzgusskörper erhalten wird.Mold cavity mass compressed gas introduced until the mold cavity is lined with the plastic, now a hollow interior enclosing plastic mass. Thereafter, the compressed gas is discharged while foaming the plastic compound, whereby the smooth, non-foamed outer skin and porous core existing injection molded body is obtained.
[0009] Ein Aufschäumen der mit Treibmittel versehenden Kunststoffmasse wird beim Einbringen in den Formhohlraum zunächst gerade unterbunden. Erst beim Ablassen des zum vorherigen Ausbilden des Hohlraums eingebrachten Fluids entstehen in dem Formhohlraum Umgebungsbedingungen, die das Schäumen des Kunststoffes zulassen. Das Schäumen führt dann zum vollständigen Ausfüllen des zuvor gebildeten Hohlraums, welcher auf diese Weise wieder verschwindet. Zweck des am Ende des Prozesses stattfindenden Schäumens ist es also, den zuvor hergestellten Hohlraum wieder zu füllen.Foaming the propellant-providing plastic compound is initially just prevented when introduced into the mold cavity. Only when discharging the introduced to the previous formation of the cavity fluid arise in the mold cavity ambient conditions that allow the foaming of the plastic. The foaming then leads to the complete filling of the previously formed cavity, which disappears in this way again. The purpose of foaming taking place at the end of the process is therefore to refill the previously prepared cavity.
[0010] Beim Verfahren nach der DE 101 14 418 A1 wird ein Fluid in ein noch nicht ausgehärtetes Kunststoffmaterial eingespritzt, wobei das Kunststoffmaterial noch schmelzflüssig ist, wenn bereits die Flüssigkeit eingespritzt wird, um die Zykluszeit des Spritzgusszyklus zu reduzieren. Ein Zwischenprodukt mit Wandabschnitten und einem von den Wandabschnitten zumindest teilweise umgebenen Innenbereich wird bei diesem Verfahren somit nicht gebildet.In the method according to DE 101 14 418 A1, a fluid is injected into a not yet cured plastic material, wherein the plastic material is still molten when already the liquid is injected to reduce the cycle time of the injection molding cycle. An intermediate product with wall sections and an inner region at least partially surrounded by the wall sections is thus not formed in this method.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Artikels mit einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial anzugeben, bei dem im Verlauf der Herstellung an der Artikeloberfläche entstehende Oberflächenstörungen, beispielsweise Umschaltmarkierungen, besser vermieden werden.The object of the invention is to provide a method for producing an article with a cavity made of a plastic material, in which in the course of manufacture on the article surface resulting surface defects, such as switching markers are better avoided.
[0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by a method according to independent claims 1 and 2. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims.
[0013] Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Artikel mit einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial geschaffen, insbesondere Kunststoffhohlprofil, bei dem: in einer für den Artikel formgebenden Werkzeugkavität nach dem Einbringen einer ein Treibmittel enthaltenden, schäumbaren Kunststoffschmelze ein Zwischenprodukt mit Wandabschnitten und einem von den Wandabschnitten zumindest teilweise umgebenen Innenbereich und geschäumte Strukturen aufweisend gebildet wird, indem die schäumbare Kunststoffschmelze in der Werkzeugkavität zumindest teilweise aufgeschäumt wird, bei einer Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes ein von einer Wandung zumindest teilweise umgebener Hohlraum erzeugt wird, indem ein mit Druck beaufschlagtes und über Raumtemperatur erhitztes Fluid in den Innenbereich eingebracht wird, und nach der Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes, die weiterhin einen Abkühlprozess umfasst, der Artikel mit dem Hohlraum aus der Werkzeugkavität entformt wird.According to one aspect of the invention, a method for producing an article is provided with a cavity made of a plastic material, in particular plastic hollow profile, in which: in an article for forming tool cavity after the introduction of a blowing agent containing, foamable plastic melt an intermediate product with wall sections and an interior region which is at least partially surrounded by the wall sections and foamed structures is formed by at least partially foaming the foamable plastic melt in the mold cavity, during further processing of the intermediate product a cavity which is at least partially surrounded by a wall is produced by a pressurized and pressurized cavity fluid heated above room temperature is introduced into the interior, and after the further processing of the intermediate product, which further comprises a cooling process, the article with the cavity from the mold cavity is removed from the mold.
[0014] Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Artikel mit einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial geschaffen, insbesondere Kunststoffhohlprofil, bei dem: in einer für den Artikel formgebenden Werkzeugkavität nach dem Einbringen einer Kunststoffschmelze ein Zwischenprodukt mit Wandabschnitten und einem von den Wandabschnitten zumindest teilweise umgebenen Innenbereich gebildet wird, bei einer Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes ein von einer Wandung zumindest teilweise umgebener Hohlraum erzeugt wird, indem ein mit Druck beaufschlagtes und über Raumtemperatur erhitztes Fluid in den Innenbereich eingebracht wird, und nach der Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes, die weiterhin einen Abkühlprozess umfasst, der Artikel mit dem Hohlraum aus der Werkzeugkavität entformt wird.According to a further aspect of the invention, a method for producing an article is provided with a cavity made of a plastic material, in particular plastic hollow profile, in which: in an article mold for the mold cavity after the introduction of a plastic melt an intermediate product with wall sections and one of the Wall sections at least partially surrounded inner region is formed in a further processing of the intermediate product of a wall at least partially surrounded cavity is created by a pressurized and heated over room temperature fluid is introduced into the interior, and after the further processing of the intermediate product, which further Cooling process comprises, the article with the cavity from the mold cavity is removed from the mold.
[0015] Mit Hilfe des nachgeschalteten Einbringens des mit Druck beaufschlagten Fluides in den Innenbereich im Rahmen der Weiterbearbeitung des Zwischenproduktes wird insbesondere die Qualität der Wandung des Artikels optimiert. Es entsteht eine einheitliche Artikeloberfläche, auf der Störungen, wie sie im Stand der Technik beispielsweise in Form von Umschaltmarkierungen 2/9 österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15 auftreten, vermieden sind, insbesondere auch bei dünnen Wandstärken.With the help of the downstream introduction of the pressurized fluid into the interior in the context of further processing of the intermediate product, in particular the quality of the wall of the article is optimized. The result is a uniform article surface on which disturbances, as occur in the prior art, for example in the form of switching marks 2/9 Austrian Patent Office AT508 511 B1 2011-03-15 are avoided, especially with thin wall thicknesses.
[0016] In einer bevorzugten Gestaltung des Verfahrens wird die Wandung des Artikels gebildet, indem durch das Einbringen des Fluides die Wandabschnitte des Zwischenproduktes gegen die Innenwand der Werkzeugkavität gedrückt und so verdichtet werden, wenigstens soweit, dass eventuelle Oberflächenstörungen im Bereich der Außenfläche der Wandabschnitte des Zwischenproduktes beseitigt werden. Mittels einer durch das eingebrachte Fluid wahlweise erzeugten Verdichtung oder Komprimierung kann auch die Wandstärke der Wandung minimiert werden. Raumtemperatur ist üblicherweise als eine Temperatur von 23°C definiert.In a preferred embodiment of the method, the wall of the article is formed by pressed by the introduction of the fluid, the wall portions of the intermediate product against the inner wall of the Werkzeugkavität and so compressed, at least to the extent that any surface defects in the outer surface of the wall sections of the Intermediate be eliminated. By means of a compression or compression optionally generated by the introduced fluid, the wall thickness of the wall can also be minimized. Room temperature is usually defined as a temperature of 23 ° C.
[0017] Auch kann vorgesehen sein, dass durch das Einbringen des mit Druck beaufschlagten Fluides eine Nachformung des Artikels und wahlweise eine Ausformung weiterer Konturbereiche des Artikels, die von dem Zwischenprodukt nur in einer Vorform oder gar nicht umfasst sind, ausgeführt wird.It can also be provided that by the introduction of the pressurized fluid, a reshaping of the article and optionally a shaping of further contour regions of the article, which are of the intermediate product only in a preform or not included, is executed.
[0018] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenbereich des Zwischenproduktes zumindest teilweise als Zwischenprodukthohlraum erzeugt wird, indem beim Bilden des Zwischenproduktes mittels eines in der Werkzeugkavität eingebrachten Injektionsfluides ein Teil der eingebrachten Kunststoffschmelze wieder aus der Werkzeugkavität verdrängt wird. Der Umfang, in welchem Kunststoffschmelze nachträglich wieder verdrängt wird ist insbesondere dadurch steuerbar, zu welchem Zeitpunkt mit dem Einbringen des Injektionsfluides begonnen wird. Je mehr Kunststoffschmelze noch plastisch ist, um so mehr kann verdrängt werden. Der Hohlraum des herzustellenden Artikels kann so in optimierter Weise vorgeformt werden. Bevorzugt ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als Injektionsfluid eine Flüssigkeit, ein Gas oder Dampf verwendet wird. Auf diese Weise sind die bekannten Technologien nach dem Gasinnendruckverfahren und dem Wasserinjektionsverfahren nutzbar.An advantageous development of the invention provides that the inner region of the intermediate product is at least partially generated as an intermediate product cavity by a part of the introduced plastic melt is displaced from the mold cavity again during formation of the intermediate product by means of an injection fluid introduced in the mold cavity. The extent to which plastic melt is subsequently displaced again is in particular controllable at which point in time the introduction of the injection fluid is started. The more plastic melt is still plastic, the more can be displaced. The cavity of the article to be produced can thus be preformed in an optimized manner. In one embodiment of the invention, it is preferably provided that a liquid, a gas or steam is used as the injection fluid. In this way, the known technologies according to the internal gas pressure method and the water injection method can be used.
[0019] Durch das Einbringen der Kunststoffschmelze in der Werkzeugkavität wird insbesondere erreicht, dass der innere Druck der Kunststoffschmelze zu einer eigenständigen Ausbreitung innerhalb der Werkzeugkavität führt. Druck- und/oder Temperaturbedingungen in der Werkzeugkavität veranlassen ein Aufschäumen, wie dieses als solches für die Kunststoffschäumung bekannt ist. Hierbei entstehen dann auch die geschäumten Strukturen. Die Ausbildung der geschäumten Strukturen hat darüber hinaus den Vorteil, dass eine weitere Gewichtsreduzierung für den hergestellten Artikel erreicht wird.By introducing the plastic melt in the mold cavity is achieved in particular that the internal pressure of the plastic melt leads to an independent spread within the Werkzeugkavität. Pressure and / or temperature conditions in the mold cavity cause foaming, as this is known as such for plastic foaming. This then also the foamed structures. The formation of the foamed structures has the additional advantage that a further reduction in weight for the manufactured article is achieved.
[0020] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenbereich des Zwischenproduktes innere geschäumte Strukturen umfassend gebildet wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wandabschnitte des Zwischenproduktes äußere geschäumte Strukturen umfassend gebildet werden. Bevorzugt werden in einer Ausgestaltung der Erfindung die inneren geschäumten Strukturen mit einer gröberen Porenstruktur als die äußeren geschäumten Strukturen gebildet. Alternativ oder wahlweise kombiniert ermöglichen diese Verfahrensgestaltungen die Ausbildung eines Zwischenproduktes und letztlich eines Artikels mit anwendungsbezogenen Eigenschaften hinsichtlich Form und Struktur.An advantageous development of the invention provides that the inner region of the intermediate product is formed integrally foamed internal structures. Furthermore, it can be provided that the wall sections of the intermediate product are formed integrally with outer foamed structures. In one embodiment of the invention, the inner foamed structures having a coarser pore structure are preferably formed as the outer foamed structures. Alternatively or optionally combined, these process designs enable the formation of an intermediate product and ultimately an article with application-related properties in terms of shape and structure.
[0021] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die inneren geschäumten Strukturen beim Erzeugen des Hohlraumes wenigstens teilweise in dem Hohlraum aufgehen, wenn das Fluid in dem Innenbereich eingebracht wird, wodurch die Menge an Kunststoff im Bereich des Hohlraumes des hergestellten Artikels möglichst gering gehalten wird. Unter Aufgehen wird hier verstanden, dass die Poren der geschäumten Strukturen aufgebrochen werden und so gemeinsam mit anderen Hohlraumstrukturen einen gemeinsamen größeren Hohlraum bilden. Dieses wird bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung weiter dadurch optimiert, dass bei dem Artikel der Hohlraum als ein von den geschäumten Strukturen im wesentlichen freier Hohlraum gebildet wird, was zur weiteren Gewichstminderung beiträgt.Preferably, in one embodiment of the invention, it is provided that the inner foamed structures at least partially rise in the cavity when generating the cavity, when the fluid is introduced into the inner region, whereby the amount of plastic in the region of the cavity of the article produced as possible is kept low. By rising, it is meant here that the pores of the foamed structures are broken up and thus together with other cavity structures form a common larger cavity. This is further optimized in an expedient development of the invention in that in the article, the cavity is formed as a substantially free of the foamed structures cavity, which contributes to further Gewichstminderung.
[0022] Zum leichteren Einstellen der der Kunststoffschmelze zugesetzten Treibmittelmenge ist bei einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass als schäumbare Kunststoffschmelze eine ein Trägermaterial enthaltende Kunststoffschmelze eingebracht wird, wobei das Trägermaterial in die Kunststoffschmelze eingemischt und mit dem Treibmittel beladen ist. Als 3/9 österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15To facilitate setting the plastic melt added amount of blowing agent is provided in a preferred development of the invention that as foamable plastic melt containing a carrier material plastic melt is introduced, wherein the carrier material is mixed into the plastic melt and loaded with the propellant. As 3/9 Austrian Patent Office AT508 511 B1 2011-03-15
Trägermaterial kann ein Material ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Materialien verwendet werden: holzartige Bestandteile von Einjahrespflanzen (Schäben), ein superabsorbierendes Polymermaterial und eine Mischung hieraus. Diese Trägermaterialien eignen sich insbesondere bei der Verwendung von Wasser als Treibmittel.Support material may be a material selected from the following group of materials: woody constituents of annual plants (shives), a superabsorbent polymer material and a mixture thereof. These support materials are particularly suitable when using water as a blowing agent.
[0023] Schäben haben den Vorteil, dass sie eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in einem Umfang bis zum Fünffachen ihres Eigengewichtes aufnehmen können und trotzdem rieselfällig bleiben. Die Schäben können durch vorgeschaltete Vorbehandlungsschritte in ihrem Feinheitsgrad eingestellt werden, wobei der Feinheitsgrad der Partikel vorteilhafterweise zwischen pulvrig und einer maximalen Länge von etwa 15mm bis etwa 20mm eingestellt wird. Die feinkörnigen Bestandteile der Schäben dienen als Kristallisationsbeschleuniger (Keimbildner für Kristalle in kristallinen Werkstoffen) und verbessern so die Werkstoffeigenschaft. Bei den Einjahrespflanzen handelt es sich beispielsweise um Hanf, Jute, Sisal oder Kenaf, aber auch Öllein oder Miscanthus.Shocks have the advantage that they can absorb a liquid, in particular water, in an amount up to five times their own weight and still remain tricky. The shives can be adjusted by upstream pre-treatment steps in their degree of fineness, wherein the degree of fineness of the particles is advantageously set between powdery and a maximum length of about 15mm to about 20mm. The fine-grained components of the shives serve as a crystallization accelerator (nucleating agent for crystals in crystalline materials) and thus improve the material properties. The annual plants are, for example, hemp, jute, sisal or kenaf, but also oil or miscanthus.
[0024] Kombiniert mit den Partikeln aus pflanzlichem Material oder alternativ hierzu kann als Trägermaterial ein superabsorbierendes Polymermaterial zugemischt werden, insbesondere eine vernetzte Polyacrylsäure. Es können Partikel aus natürlichen und/oder synthetischen superabsorbierenden Materialien verwendet werden. Synthetische superabsorbierende Materialien weisen den Vorteil auf, dass sie im Vergleich zu natürlichen superabsorbierenden Materialien auch bei höheren Temperaturen beständig sind, so dass höhere Schäumtemperaturen ermöglicht werden. Superabsorbierende Polymermaterialien können in großen Mengen Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, aufnehmen, wobei sie hierdurch quellen. Bei superabsorbierenden Polymermaterialen handelt es sich um vernetzte, unlösliche Polymere, die aufgrund ihrer Struktur ein Vielfaches ihres Eigengewichtes an Wasser oder wässrigen Lösungen aufnehmen können. Aufgrund des hierbei stattfindenden Quellprozesses entsteht ein Hydrogel. Zur Bildung von Hydrogelen sind alle vernetzten Polymere in der Lage, die genügend polare Gruppen erhalten. Es stehen superabsorbierende Polymermaterialien zur Verfügung, die bis zur tausendfachen Menge ihres Eigengewichtes an Flüssigkeit aufnehmen können. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die Menge des Trägermaterials, welches zugemischt wird, gering zu halten.Combined with the particles of vegetable material or, alternatively, can be admixed as a carrier material, a superabsorbent polymer material, in particular a crosslinked polyacrylic acid. Particles of natural and / or synthetic superabsorbent materials may be used. Synthetic superabsorbent materials have the advantage that they are also resistant at higher temperatures compared to natural superabsorbent materials, thus enabling higher foaming temperatures. Superabsorbent polymer materials can absorb large quantities of liquids, especially water, thereby swelling. Superabsorbent polymer materials are crosslinked, insoluble polymers which, owing to their structure, can absorb many times their own weight in water or aqueous solutions. Due to the swelling process, a hydrogel is formed. For the formation of hydrogels, all crosslinked polymers are capable of obtaining enough polar groups. There are superabsorbent polymer materials available that can absorb up to a thousand times their own weight of liquid. In this way it is possible to keep the amount of the carrier material which is admixed low.
[0025] Ein Fortbildung der Erfindung kann vorsehen, dass als Treibmittel ein Treibmittel ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Treibmitteln verwendet wird: chemisches Treibmittel, physikalisches Treibmittel und eine Mischung hieraus. Es können sowohl chemische als auch physikalische Treibmittel verwendet werden, um das zumindest teilweise Aufschäumen der Kunststoffschmelze in der Werkzeugkavität zu bewirken. Chemische Treibmittel weisen den Vorteil auf, dass sie durch Mischung unterschiedlicher Treibmittelsubstanzen zu einer großen Variationsbreite der Reaktionstemperatur führen, so dass die Verarbeitung auf entsprechend ausgelegten Produktionsmaschinen relativ einfach ist. Ein Nachteil derartiger Treibmittel besteht jedoch darin, dass nach der Reaktion während des Aufschäumens Restsubstanzen im geschäumten Werkstoff verbleiben und dessen Eigenschaften beeinflussen. Physikalische Treibmittel führen in der Regel zu feineren geschäumten Strukturen in dem hergestellten Bauteil oder Artikel, wobei allerdings ein homogenes Einbringen physikalischer Treibmittel in einen plastifi-zierten Kunststoff wesentlich schwieriger ist als dies für chemische Treibmittel der Fall ist.A further development of the invention can provide that the blowing agent used is a blowing agent selected from the following group of blowing agents: chemical blowing agent, physical blowing agent and a mixture thereof. Both chemical and physical blowing agents can be used to effect at least partial foaming of the plastic melt in the mold cavity. Chemical blowing agents have the advantage that they lead to a wide range of variation of the reaction temperature by mixing different blowing agent substances, so that the processing is relatively simple on appropriately designed production machines. However, a disadvantage of such blowing agents is that, after the reaction during the foaming, residual substances remain in the foamed material and influence its properties. Physical propellants generally result in finer foamed structures in the manufactured component or article, but a homogeneous incorporation of physical blowing agents into a plasticized plastic is much more difficult than is the case with chemical blowing agents.
[0026] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mit dem Fluid eine von dem Zwischenprodukt umfasste Kunststoffteilmenge aus der Werkzeugkavität verdrängt wird. Hierdurch kann die von dem Artikel umfasste Menge an Kunststoff weiter vermindert werden, wodurch der Artikel leichter wird. Das Verdrängen von Kunststoff mittels des erhitzten Fluides wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das Fluid eingebracht wird, bevor die Kunststoffschmelze im Innenbereich des Zwischenproduktes abgekühlt ist. Zum Beispiel kann so eine noch plastische Seele des von den Wandabschnitten teilweise umgebenen Innenbereiches verdrängt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird dieses alternativ oder in verstärkter Form erreicht, indem das Fluid mit einer Temperatur eingebracht wird, die mindestens einer Schmelztemperatur des Kunststoffinaterials entspricht Es besteht darüber hinaus so die Möglichkeit, Bereiche des Zwischenproduktes im schmelzflüssigen Zustand zu halten oder wieder in diesen Zustand zu bringen, um hierdurch einen größeren Anteil der eingebrachten Kunststoff- 4/9 österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15 schmelze nachträglich zu verdrängen, was zu geringeren Wandstärken des hergestellten Artikels führt.An advantageous embodiment of the invention provides that is displaced with the fluid from the intermediate product enclosed plastic part from the mold cavity. This can further reduce the amount of plastic included in the article, thereby making the article lighter. The displacement of plastic by means of the heated fluid is achieved, for example, in that the fluid is introduced before the plastic melt has cooled in the interior of the intermediate product. For example, such a still plastic soul of the inner area partially surrounded by the wall sections can be displaced. In one embodiment of the invention this is achieved alternatively or in reinforced form by the fluid is introduced at a temperature corresponding to at least one melting temperature of the plastic material There is also the possibility to keep areas of the intermediate in the molten state or back into this State to bring, thereby displacing a larger proportion of the introduced plastic melt later, resulting in lower wall thickness of the manufactured article.
[0027] Andererseits kann eine zweckmäßige Fortbildung der Erfindung vorsehen, das Fluid mit einer Temperatur eingebracht wird, die kleiner als die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials ist. Auf diese Weise erfüllt das mit Druck beaufschlagte Fluid gleichzeitig eine Kühlfunktion.On the other hand, may provide an expedient development of the invention, the fluid is introduced at a temperature which is lower than the melting temperature of the plastic material. In this way, the pressurized fluid simultaneously performs a cooling function.
[0028] Eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung sieht vor, dass als Fluid eine erhitzte Flüssigkeit, ein erhitztes Gas oder ein erhitzter Dampf verwendet wird. Bevorzugt wird erhitzter Wasserdampf verwendet. Bei der Verwendung von Wasserdampf besteht die Möglichkeit, diesen bis zu dem kritischen Punkt bei 374°C und 271.2bar im Bereich der Siedepunkskurve von Wasser hinsichtlich des Druckes und der Temperatur zu variieren, um so im sogenannten unterkritischen Bereich die Parameter an den herzustellenden Artikel und das verwendete Kunststoffmaterial anzupassen.An expedient embodiment of the invention provides that a heated liquid, a heated gas or a heated steam is used as the fluid. Preferably, heated steam is used. When using steam, it is possible to vary it in terms of pressure and temperature up to the critical point at 374 ° C and 271.2bar in the range of the boiling point curve of water, so that in the so-called subcritical range the parameters on the article to be manufactured and to adapt the plastic material used.
[0029] Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die den Hohlraum zumindest teilweise umgebende Wandung des Artikels mit einer vorbestimmten Wandstärke gebildet wird, indem Druck- und/oder Temperaturwerte des Fluides eingestellt werden. Mittels Einstellen bestimmter Druck- und/oder Temperaturwerte des eingebrachten Fluides wird die Art und Weise beeinflußt, wie das Fluid im Rahmen der Weiterbearbeitung auf das Zwischenprodukt wirkt, d. h. das Kunststoffmaterial des Zwischenproduktes, was insbesondere zur Bildung einer Wandung mit vorbestimmter Wandstärke führt. Erhöhter Druck führt tendenziell zur größeren Verdichtung des Kunststoffes im Bereich der Wandung. Auch führen höhere Temperaturwerte des eingebrachten Fluides in der Regel dazu, dass der Kunststoff in größerem Umfang verändert wird, insbesondere nachgeformt.An expedient development of the invention provides that the cavity at least partially surrounding the wall of the article is formed with a predetermined wall thickness by pressure and / or temperature values of the fluid can be adjusted. By adjusting certain pressure and / or temperature values of the introduced fluid, the way in which the fluid acts on the intermediate product in the course of further processing is influenced, ie. H. the plastic material of the intermediate product, which leads in particular to the formation of a wall with a predetermined wall thickness. Increased pressure tends to result in greater compaction of the plastic in the area of the wall. Also, higher temperature values of the introduced fluid generally cause the plastic to be changed to a greater extent, in particular reformed.
[0030] Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wandung mit Wandungsabschnitten gebildet wird, die eine unterschiedliche Wandstärke aufweisen. Auf diese Weise ist es ermöglicht, Artikel mit unterschiedlichen Wandstärken herzustellen. Neben der Wahl von Parametern des eingebrachten Fluides, nämlich Druck- und Temperaturwerten, kann die Wandstärke insbesondere auch durch die konstruktive Gestaltung der Werkzeugkavität bestimmt werden.In an expedient development of the invention can be provided that the wall is formed with wall sections having a different wall thickness. In this way it is possible to produce articles with different wall thicknesses. In addition to the choice of parameters of the introduced fluid, namely pressure and temperature values, the wall thickness can be determined in particular by the structural design of the Werkzeugkavität.
[0031] Eine weitere Gewichtsreduzierung des Artikels ist bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Wandung mit geschäumten Wandstrukturen gebildet wird.A further weight reduction of the article is achieved in an expedient development of the invention in that the wall is formed with foamed wall structures.
[0032] Der Hohlraum des Artikels kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als ein im Wesentlichen zusammenhängender Hohlraum gebildet werden. Ein im Wesentlichen zusammenhängender Hohlraum ist insbesondere dann gebildet, wenn in dem Hohlraum im Wesentlichen keine Zwischenwände gebildet sind, die den Hohlraum gegebenenfalls teilweise unterbrechen. Dieses unterstützt eine materialsparende Herstellung. Darüber hinaus wird eine weitere Gewichtsreduzierung des hergestellten Artikels unterstützt.The cavity of the article may be formed in a preferred embodiment of the invention as a substantially continuous cavity. A substantially continuous cavity is formed in particular when substantially no intermediate walls are formed in the cavity, which possibly partially interrupt the cavity. This supports a material-saving production. In addition, a further weight reduction of the manufactured article is supported.
[0033] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Fluid mit einer pulsierenden Druckbeaufschlagung eingebracht wird. Hierdurch wird die Ausbildung einer Wandung mit besonders geringer Wandstärke unterstützt.In a preferred embodiment of the invention can be provided that the fluid is introduced with a pulsating pressurization. As a result, the formation of a wall with a particularly low wall thickness is supported.
[0034] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fluid über ein Leitungssystem zu unterschiedlichen Abschnitten des Innenbereiches des Zwischenproduktes geführt wird. Es ist so ermöglicht, das Fluid in der Werkzeugkavität über eine oder mehrere Leitungen gezielt einströmen zulassen. Diese ermöglicht insbesondere auch die Herstellung von Artikeln mit einer komplizierteren Konturgestaltung, beispielsweise Wandstärkeverdickungen. In einer Ausgestaltung kann hierbei vorgesehen sein, dass über das Leitungssystem das mit Druck beaufschlagte Fluid in unterschiedlichen Bereichen der Werkzeugkavität zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingebracht wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fluid is conducted via a line system to different sections of the inner region of the intermediate product. It is thus possible to allow the fluid to flow in the tool cavity via one or more lines targeted. This allows in particular the production of articles with a more complicated contour design, such as wall thickness thickening. In one embodiment, it may be provided that the pressurized fluid is introduced into the tool cavity at different points in time via the line system.
[0035] Das Verfahren wird zweckmäßig in Verbindung mit thermoplastischen Kunststoffmaterialien angewendet. 5/9 österreichisches Patentamt AT508 511 B1 2011-03-15 [0036] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Kunststoffschmelze eine vernetzend eingestellte Kunststoffschmelze eingebracht wird.The method is suitably used in conjunction with thermoplastic materials. An advantageous development of the invention provides that a plastic melt of crosslinking nature is introduced as the plastic melt.
[0037] Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das. Fluid einer zeitlichen Steuerung in Bezug auf den Abschluss des Bildens des Zwischenproduktes entsprechend eingebracht wird. Zweckmäßig wird das Einbringen des Fluides frühestens bei Abschluss des Bildens des Zwischenproduktes begonnen. Mittels Steuern des Zeitpunktes des Einbringens des Fluides kann eingestellt werden, in welchem Umfang das Zwischenprodukt gebildet ist, nämlich ganz oder nur teilweise, und in welchem Umfang das Kunststoffmaterial in der Werkzeugkavität abgekühlt ist.In an expedient development of the invention it can be provided that the fluid is introduced correspondingly to a timing control with respect to the completion of the formation of the intermediate product. Conveniently, the introduction of the fluid is commenced at the earliest upon completion of the formation of the intermediate product. By controlling the timing of the introduction of the fluid can be adjusted, to which extent the intermediate product is formed, namely all or only partially, and to what extent the plastic material has cooled in the mold cavity.
[0038] Bei einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Entfor-men des Artikels aus der Werkzeugkavität in dem Hohlraum zum Abkühlen ein Kühlfluid eingebracht wird. Hierdurch wird die Zykluszeit bei der Herstellung reduziert. Als Kühlfluid können sowohl Wasser als auch kalte Gase verwendet werden. Aber auch andere Flüssigkeiten können zum Einsatz kommen. Als Gase werden beispielsweise C02 oder Stickstoff verwendet. Die Temperatur des eingebrachten Kühlfluides wird einem gewünschten Abkühlprozess entsprechend eingestellt, insbesondere unter Beachtung der spezifischen Gegebenheiten des verwendeten Kunststoffmaterials.In a preferred development of the invention it is provided that prior to Entfor-men of the article from the mold cavity in the cavity for cooling, a cooling fluid is introduced. This reduces the cycle time during production. As the cooling fluid, both water and cold gases can be used. But other liquids can be used. The gases used are, for example, CO 2 or nitrogen. The temperature of the introduced cooling fluid is adjusted according to a desired cooling process, in particular taking into account the specifics of the plastic material used.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
[0039] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments.
[0040] Eine bevorzugt schäumfähige Schmelze eines Kunststoffmaterials, zum Beispiel eines thermoplastischen Kunststoffes, wird mittels Zugabe eines chemischen oder eines physikalischen Treibmittels mit einer an sich bekannten Produktionsanlage für thermoplastische Kunststoffe aufbereitet und anschließend in einer in einem Werkzeug gebildeten Werkzeugkavität eingebracht, die eine dem herzustellenden Artikel entsprechende Innenkontur aufweist. Das Treibmittel führt dazu, dass durch den inneren Druck der Kunststoffschmelze eine eigenständige Ausbreitung innerhalb der Wergzeugkavität erfolgt, nämlich mittels zumindest teilweiser Aufschäumung der Schmelze, sodass Schaumstrukturen entstehen. In einer anderen Ausgestaltung wird eine nicht-schäumbare Kunststoffschmelze eingebracht.A preferably foamable melt of a plastic material, for example a thermoplastic material is prepared by adding a chemical or a physical blowing agent with a known per se production plant for thermoplastic materials and then introduced into a tool cavity formed in a tool, the one to be produced Article has corresponding inner contour. As a result of the internal pressure of the plastic melt, the propellant causes an independent spreading within the cavity of the tool, namely by means of at least partial foaming of the melt, so that foam structures are formed. In another embodiment, a non-foamable plastic melt is introduced.
[0041] Es bildet sich in der Werkzeugkavität ein Zwischenprodukt aus Kunststoff, welches Wandabschnitte und einen von den Wandabschnitten zumindest teilweise umgebenen Innenbereich aufweist, wobei der Innenbereich je nach Ausgestaltung des Verfahrens als Zwischenprodukthohlraum oder als Bereich mit inneren geschäumten Strukturen oder als Kombination hiervon gebildet wird.It forms in the Werkzeugkavität an intermediate product made of plastic, which wall sections and one of the wall sections at least partially surrounded inner region, wherein the inner region is formed depending on the embodiment of the method as an intermediate cavity or as an area with internal foamed structures or a combination thereof ,
[0042] Zur Ausbildung des Artikels mit einem Hohlraum ist vorgesehen, zeitverzögert Dampf, bevorzugt Wasserdampf, in den Innenbereich einzubringen. Bei der Verwendung von Wasserdampf besteht die Möglichkeit, diesen bis zu dem kritischen Punkt bei 374°C und 221.2bar im Bereich der Siedepunktskurve des Wassers im Druck und Temperatur zu variieren und somit im so genannten unterkritischen Bereich dem Verarbeitungsprofil und der Schmelztemperatur der jeweils eingesetzten thermoplastischen Kunststoffinasse anzupassen.To form the article with a cavity is provided, delayed steam, preferably steam, to introduce into the interior. When using steam, it is possible to vary this up to the critical point at 374 ° C and 221.2bar in the boiling point curve of the water in pressure and temperature and thus in the so-called subcritical region of the processing profile and the melting temperature of the thermoplastic used Plastic Inlet adapt.
[0043] Hierdurch besteht die Möglichkeit, bei einer Dampftemperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes der eingesetzten Kunststoffmasse liegt, eine zu starke Abkühlung der Schmelze, die dann zu dem Zwischenprodukt geformt ist, zu vermeiden und eine gleichmäßige Wandstärke bei dem Artikel zu erreichen. Anderseits besteht die Möglichkeit durch Wahl einer höheren Temperatur des Dampfes, die oberhalb der Schmelzetemperatur liegt, größere Bereiche des Zwischenproduktes im schmelzeflüssigen Zustand zu halten, um hierdurch einen größeren Masseanteil zu verdrängen, damit eine geringe Restwandstärke bei dem Artikel erzielt wird.This makes it possible, at a steam temperature which is below the melting point of the plastic mass used, to avoid excessive cooling of the melt, which is then formed into the intermediate product, and to achieve a uniform wall thickness in the article. On the other hand, by choosing a higher temperature of the vapor, which is above the melt temperature, it is possible to keep larger portions of the intermediate in the molten state, thereby displacing a larger mass fraction, so that a small residual wall thickness is achieved in the article.
[0044] Bei Einsatz einer Kunststoffmasse, die mit einem Treibmittel versehen ist, führt die durch das Treibmittel verursachte eigenständige Ausbreitung der Schmelze innerhalb der Werkzeugkavität dazu, dass bei Zuschaltung des unter Druck stehenden Dampfes eine Umschaltmarkie- 6/9When using a plastic mass, which is provided with a blowing agent, caused by the blowing agent independent propagation of the melt within the mold cavity to the fact that when switching on the pressurized steam a Umschaltmarkie- 6/9
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