AT514829A1 - Mit einem Verstärkungselement versehenes Objekt, sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Objektes - Google Patents

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AT514829A1
AT514829A1 ATA50635/2013A AT506352013A AT514829A1 AT 514829 A1 AT514829 A1 AT 514829A1 AT 506352013 A AT506352013 A AT 506352013A AT 514829 A1 AT514829 A1 AT 514829A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objekt (17), bestehend aus zumindest einem im Wesent- lichen unverstreckten Kunststoffmaterial (18), wobei das Objekt (17) zumindest ein verstrecktes Verstärkungselement (1) aufweist. Weiters ist ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Objektes angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einem Verstärkungselement versehenes Objekt, wiedies im Anspruch 1 angegeben ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines der¬artigen Objektes, wie dies im Anspruch 26 angegeben ist.
Aus der EP 1 957 259 B1 ist ein Verfahren zum Thermoformen eines thermoplas¬tischen Verbundstoffes bekannt. Der thermoplastische Verbundstoff umfasst eineMatrix und eine Verstärkung, welche beide von einem teilkristallinen Polymer der¬selben Klasse ausgehen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: 1. Anordnen eines Stapels thermoplastischen Verbundstoffs, dessen Tempe¬ratur unterhalb des Schmelzpunkts der Matrix liegt, in einer Form, derenTemperatur zwischen dem Siegel- oder Schmelzpunkt der Matrix und demSchmelzpunkt der Verstärkung liegt; 2. Schließen der Form und 3. Öffnen der Form nach einer Standzeit, wobei die Temperatur der Form nach Ausführung des Schrittes 2 zumindest eineZeit lang zwischen dem Siegelpunkt der Matrix und dem Schmelzpunkt der Ver¬stärkung liegt. Der Schmelzpunkt der Verstärkung liegt hierbei höher als derSchmelzpunkt der Matrix. Der Anteil der Verstärkung soll hierbei mehr als 70 vol.% des Verbundstoffes betragen.
Aus der EP 1 409 244 B1 ist eine Monoaxial verstreckte Polyolefin-Mehrschichtfolie, monoaxial verstrecktes Polyolefin-Mehrschichtband oder -Garndes AB- oder ABA-Typs, mit einem Gesamtstreckverhältnis von mehr als 12 undeinem E- Modul von wenigstens 10 GPa bekannt. Diese Mehrschichtfolie besteht im Wesentlichen aus einer zentralen Schicht (B) eines aus Polyethylen und Polyp¬ropylen ausgewählten Polyolefins und einer oder zwei weiteren Schichten (A) ei¬nes Polyolefins aus der gleichen Klasse wie das Material der zentralen Schicht B.Hierbei ist der DSC-Schmelzpunkt des Materials der anderen Schichten (A) nied¬riger, als der DSC-Schmelzpunkt des Materials der zentralen Schicht (B), wobeidie zentrale Schicht (B) zwischen 50 und 99 Masse-% des Materials und die ande¬ren Schichten (A) zwischen 1 und 50 Masse-% betragen. Dieses Material kannbeispielsweise als Verstärkung in ein weiteres Material gepresst werden, wobeider DSC-Schmelzpunkt des weiteren Materials unter dem DSC-Schmelzpunkt so¬wohl der A- als auch der B-Schicht liegt und die Verarbeitungstemperatur so ge¬wählt wird, dass sie zwischen dem Schmelzpunkt des weiteren Materials und demSchmelzpunkt der A-Schicht liegt. Es ist auch möglich einzelne Schichten des Fil¬mes aufeinander zu stapeln und sie zu verpressen, wobei hierbei die Verarbei¬tungstemperatur so gewählt wird, dass sie zwischen dem Schmelzpunkt der A-Schicht und dem Schmelzpunkt der B-Schicht liegt. Weiters ist ein Verfahren zurHerstellung einer monoaxial verstreckten Polyolefin-Mehrschichtfolie, eines mono¬axial verstreckten Polyolefin-Mehrschichtbands oder -Garns des AB- oder ABA-Typs, mit einem Gesamtstreckverhältnis von mehr als 12 angegeben. Wobei 1. eine Folie, ein Band oder Garn des AB- oder ABA-Typs, im Wesentlichenbestehend aus einer zentralen Schicht (B) eines aus Polyethylen und Po¬lypropylen ausgewählten Polyolefins und einer oder zwei weiteren Schich¬ten (A) eines Polyolefins aus der gleichen Klasse wie das Material der zent¬ralen Schicht B, wobei der DSC-Schmelzpunkt des Materials der anderen-Schichten (A) niedriger ist als der DSC-Schmelzpunkt des Materials derzentralen Schicht (B), wobei die zentrale Schicht (B) zwischen 50 und 99Masse% des Materials und die anderen Schichten (A) zwischen 1 und 50Masse-% betragen, durch Coextrusion bereitgestellt wird und wobei 2. die coextrudierte Folie, das coextrudierte Band oder Garn einer einstufigenoder mehrstufigen Streckung bei einerTemperatur unterhalb des Schmelz¬punkts der zentralen Schicht B unterzogen wird.
Aus der EP 1 403 038 A1 ist ein Verstärkter Gegenstand, mit einem Band, Filmoder Faden aus einem gezogenen thermoplastischen Polymer, die an wenigstenseiner Oberfläche des Gegenstands angebracht sind bekannt. Der Gegenstandumfasst festes aushärtendes oder thermoplastisches Material von im Wesentli¬chen derselben Zusammensetzung des Bands, Films oder Fadens. Hierbei wirddas Band, der Film oder der Faden an den Gegenstand mittels einer Hitzebehand¬lung und/oder durch Anwenden von Druck angebracht. Außerdem kann das Band,der Film oder der Faden ein Polyester und/oder ein Polyolefin umfassen, vor¬zugsweise ein Polyethylen, ein Polypropylen oder eine Kombination davon. DasBand, der Film oder der Faden kann ein gezogenes thermoplastisches Polymerdes AB- oder ABA-Typs gemäß der EP 1 409 244 B1 sein.
Die in der EP 1 957 259 B1, in der EP 1 403 038 A1 und in der EP 1 409 244 B1beschriebenen Ausführungen besitzen den Nachteil, dass derart hergestellte Ver¬stärkungselemente sehr kostspielig und aufwendig produziert sind, wobei die Fes¬tigkeitseigenschaften und Steifigkeitseigenschaften derartiger Verstärkungsele¬mente nicht ausreichend sind. Dadurch sind auch Verbundobjekte mit derartighergestellten Verstärkungselementen für viele Anwendungsfälle ungeeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objekt, zu schaffen,welches in Verbindung mit einem Verstärkungselement verbesserte Eigenschaftenaufweist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1, so¬wie gemäß Anspruch 26 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Objekt vorgesehen, bestehend aus zumindest einem imWesentlichen unverstreckten Kunststoffmaterial. Das Objekt weist zumindest einverstrecktes Verstärkungselement auf. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die Kom¬bination eines im Wesentlichen un verstreckten Kunststoffmaterials mit einem vers¬treckten Verstärkungselement die positiven Materialeigenschaften der jeweiligenMaterialien miteinander kombiniert werden können. Somit ist es möglich ein Ob¬jekt zu schaffen, welches in gewünschter weise über die positiven Einzeleigen¬schaften der Einzelmaterialien hinausgeht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen 1 m. % und 90 m. %, bevorzugt zwi¬schen 1 m. % und 49 m. % des Gesamtgewichts des Objekts durch zumindest einVerstärkungselement gebildet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die positiven Eigen¬schaften des Verstärkungselementes besonders ausgeprägt werden können.Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass innerhalb dieses Prozentanteiles anVerstärkungselement die positiven und gewünschten Eigenschaften des Matrix¬materiales im Objekt noch ausreichend ausgebildet sind, wodurch hierin ein tech¬nologisch und wirtschaftlich vorteilhaftes Mischungsverhältnis gegeben ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine im Wesentlichen unver¬streckte Kunststoffmaterial des Objekts und das zumindest eine verstreckteKunststoffmaterial des Verstärkungselements aus derselben Kunststoffmaterial¬klasse bestehen. Dies bringt besondere Vorteile in der Rezyklierbarkeit des ent¬standenen Objektes mit sich, da es zu keiner Vermischung mit einem klassen¬fremden Material kommt. Dadurch kann den aktuellen UmweltschutzrichtlinienRechnung getragen werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Verstärkungs¬element im Inneren des Objekts angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass durcheine Anordnung im Inneren des Objektes das Verstärkungselement in dieses inte¬griert sein kann, so dass nicht nur in der Randfaser, sondern auch im Kern desObjektes gewünschte Werkstoffeigenschaften realisiert und eingebracht werdenkönnen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Verstärkungselement derart imObjekt angeordnet ist, sodass eine, während der zweckgemäßen Benutzung desObjekts von außen auf das Objekt einwirkende Deformationskraft, hauptsächlichauf das Verstärkungselement einwirkt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Deformati¬onskraft des Objektes hauptsächlich auf das Verstärkungselement übertragen wirdund das unverstreckte Kunststoffmaterial nur geringfügig belastet wird. Somit kanndas unverstreckte Kunststoffmaterial geringere Festigkeitseigenschaften aufwei¬sen, als das Verstärkungselement.
Weiters kann es zweckmäßig sein, dass das zumindest eine Verstärkungselementstofflich mit dem unverstreckten Kunststoffmaterial verbunden ist. Vorteilhaft isthierbei, dass durch die stoffliche Verbindung das Verstärkungselement dermaßenmit dem unverstreckten Kunststoffmaterial verbunden werden kann, dass dieseVerbindungsstelle im Wesentlichen zumindest ähnliche mechanischen Eigen¬schaften aufweist, wie die mechanischen Eigenschaften des unverstrecktenKunststoffmateriales.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass zumindest ein Verstärkungselement teil¬weise aus dem Objekt herausragt. Vorteilhaft ist hierbei, dass beispielsweise Be¬festigungslaschen aus dem Material des Verstärkungselementes besonders guteFestigkeitseigenschaften aufweisen können.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Verstär¬kungselement zum Verbinden des Objekts mit anderen Objekten, welche ebenfallszumindest ein Verstärkungselement aufweisen können, nutzbar ist. Besondersvorteilhaft ist es, wenn mehrere Objekte mittels einem herausragendem Verstär¬kungselement verbunden werden können, da somit eine überlappende Verbin¬dung zwischen zwei Objekten hergestellt werden kann, ohne dass diese im Vor¬hinein speziell bearbeitet werden müssen.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass Verstärkungselement zumindest ein teil¬kristallines, thermoplastisches Kunststoffmaterial umfasst, wobei das Verstär¬kungselement vorwiegend monoaxial verstreckt ist, und eine senkrecht zur Flaupt-verstreckungsrichtung ausgebildete Querschnittsfläche des Verstärkungsele¬ments, eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist. Vorteilhaft isthierbei, dass durch die monoaxiale Verstreckung des Kunststoffes wesentlicheEigenschaften des Kunststoffmateriales verbessert werden können. Durch dieAusrichtung der Molekülketten in Abzugsrichtung werden für die Anwendunggünstige Verbesserungen erzielt, welche beispielsweise die Erhöhung der Steifig-keits- und Festigkeitseigenschaften betreffen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Verstärkungselements entlangseiner Querschnittsfläche zumindest abschnittsweise zwischen 0,2 und 10 mm, insbesondere zumindest abschnittsweise zwischen 0,3 und 7 mm und bevorzugtzumindest abschnittsweise zwischen 0,4 und 5 mm beträgt. Die genannten Di¬ckenbereiche haben sich in der Handhabung des Verstärkungselementes als be¬sonders vorteilhaft erwiesen. Weiters kann eine Matrix, welche mit einem Verstär¬kungselement der angegebenen Querschnittsflächen versehen wird, gut mit demVerstärkungselement verbunden werden, da die während des Fertigungsprozes¬ses eingebrachte Wärmeenergie hervorragend in die jeweilig zu verbindendenBereiche der beiden Elemente eingebracht werden kann. Des Weiteren bevorzu¬gen die dargestellten Geometrien die materialschlüssige Anbindung bei einemweiterführenden Konsolidierungsprozess mit einer Matrix durch vorteilhafte Flä¬chenanbindungen. Das aus einer Kombination einer Matrix mit einem Verstär¬kungselement derartiger Dicke gewonnene Objekt weist ausgezeichnete Eigen¬schaften bezüglich seiner Steifigkeit, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit auf.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Biegesteifigkeit des Verstärkungsele¬ments bezüglich einer Querachse zwischen 67 N*mm2 und 23*1 0λ6 N*mm2 be¬trägt. Vorteilhafter weise liegt eine Biegesteifigkeit des Verstärkungselementes inden hier angegebenen Wertebereichen, da in weiter Folge durch Verbindung desVerstärkungselementes mit einer Matrix ein Objekt erzeugt werden kann, welchesausgezeichnete Steifigkeitseigenschaften aufweist. Weiters kann dadurch dasVerstärkungselement per se einer sehr stabile Form aufweisen, wodurch es imVerarbeitungsprozess besser verarbeitet werden kann als vergleichbare Verstär¬kungselemente.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Biegesteifigkeit des Verstär¬kungselements bezüglich einer Hochachse zwischen 10*1 0λ3 N*mm2 und 21 *1 0λ9N*mm2 beträgt. Vorteilhafter weise liegt eine Biegesteifigkeit nach DIN53362 desVerstärkungselementes in den hier angegebenen Wertebereichen, da in weiterFolge durch Verbindung des Verstärkungselementes mit einer Matrix, ein Objekterzeugt werden kann, welches ausgezeichnete Steifigkeitseigenschaften aufweist.Weiters kann dadurch das Verstärkungselement per se einer sehr stabile Formaufweisen, wodurch es im Verarbeitungsprozess besser verarbeitet werden kannals herkömmliche Verstärkungselemente.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Biegefestigkeit des Verstärkungsele¬ments zwischen 50 MPa und 800 MPa beträgt. Von Vorteil ist es wenn das Ver¬stärkungselement mindestens die genannte Biegefestigkeit nach ISO 178 auf¬weist, da besonders bei der Verstärkung einer im Vergleich zum Verstärkungsma¬terial dünnschichtigen Matrix gefordert sein kann, dass das Verstärkungsmaterialdie Biegespannungen aufnehmen muss, wobei das Matrixmaterial für die Quer¬druckstabilität verantwortlich ist.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Torsionssteifigkeit des Verstärkungs¬elements um eine Längsachse zwischen 85 N*mm2 und 30*10Λ® beträgt. Vorteil¬haft ist hierbei, dass in weiter Folge durch Verbindung des Verstärkungselementesmit einer Matrix, ein Objekt erzeugt werden kann, welches ausgezeichnete Steifig¬keitseigenschaften aufweist. Weiters kann dadurch das Verstärkungselement perse einer sehr stabile Form aufweisen, wodurch es im Verarbeitungsprozess bes¬ser verarbeitet werden kann als herkömmliche Verstärkungselemente.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das Verstreckungsverhältnis des Verstär¬kungselements zwischen 2 und 40, bevorzugt zwischen 4 und 20 beträgt. Mit ei¬nem vorteilhaften Verstreckungsverhältnis im angegebenen Bereich kann erreichtwerden, dass die Molekülstruktur desVerstärkungselementes ausreichend orien¬tiert wird, um die Makromoleküle entsprechend auszurichten, und somit eine Er¬höhung der Festigkeitswerte, beziehungsweise der Steifigkeitswerte zu erlangen.Weiters definiert dieser Verstreckungsbereich die für das Rohmaterial technischsinnvolle Bandbreite, in der es zu keiner Schädigung der Molekülstruktur kommt.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der Elastizitätsmodul des Verstärkungsele¬mentes entlang der Hauptverstreckungsrichtung zwischen 2.500 MPa und 15.000MPa, bevorzugt zwischen 4.000 MPa und 12.000 MPa beträgt. Von Vorteil isthierbei, dass durch Erhöhung des Elastizitätsmodules gemessen nach ISO 527die Steifigkeit des sich aus einem Verstärkungselement und einer Matrix ergeben¬den Objektes erheblich verbessert werden kann. Besonders günstig kann dieserEffekt beim Einsatz von Materialien sein, welche sich unter Belastung möglichstwenig verformen sollen.
Ferner kann es zweckmäßig sein, das Verstärkungselement (1) entlang derHauptverstreckungsrichtung (2) eine Zugfestigkeit zwischen 100 MPa und 500MPa, insbesondere zwischen 150 MPa und 300 MPa aufweist. Die Erhöhung dernach ISO 527 ermittelten mechanischen Eigenschaften im Zugfall haben den Vor¬teil, dass Objekte, welche mit einem entsprechenden Verstärkungselement aus¬gestattet sind, erhöhte mechanische Performance aufweisen. Die gewünschtenEigenschaften, des Matrixmaterials können dabei beibehalten werden. Beispiels¬weise können Objekte, bei denen der Volumenanteil des Verstärkungsmaterialesim Vergleich zum Volumenanteil des Matrixmateriales groß gewählt wurde, undsomit zwischen 60 vol. % und 90 vol. % beträgt, überproportional hohe Zugfestig¬keitswerte im Objekt ermöglichen. Wird hingegen der Volumenanteil des Verstär¬kungsmateriales im Vergleich zum Volumenanteil des Matrixmateriales klein ge¬wählt, etwa zwischen 1 vol. % und 20 vol. %, so kann im Objekt eine hohe Biege¬festigkeit erreicht werden, Die Menge an Verstärkungsmaterial hängt von der fina¬len Anwendung ab und kann durch geeignete Verfahren spezifisch variiert werden.Als vorteilhaft kann hier vor allem angemerkt werden, dass durch den Einsatz ei¬ner oder mehrerer Lagen an Verstärkungsmaterial, der Anteil an Matrixmaterialreduziert und somit deutlich an Gesamtgewicht eingespart werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement eine Breite vonmaximal 300 mm, insbesondere eine Breite zwischen 5 mm und 150 mm, und be¬vorzugt eine Breite zwischen 10 mm und 25 mm aufweist. Vorteilhaft ist bei einerVerwendung von Verstärkungselementen mit den angegebenen Breiten, dass die¬se durch etablierte Verfahren flexibel und kostengünstig hergestellt werden kön¬nen. Auch die Weiterverarbeitung von Verstärkungsmaterialien mit den genanntenBreiten kann mit modernen Fertigungsanlagen problemlos erfolgen. Darüber hin¬aus sind Verstärkungselemente mit den angegebenen Breiten entsprechend steif,um ein Matrixmaterial ausreichend unterstützen zu können.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement hauptsächlich auseinem Material, ausgewählt aus der Gruppe der Polyolefine, Polyester, Polyamideoder aus Mischungen dieser Materialien besteht. Vorteilhaft bei einer Verwendungeines Verstärkungselementes aus dieser Gruppe von Materialien ist, dass sich mit diesen Materialien durch Verstrecken die angestrebten Eigenschaftsänderungen,wie beispielsweise Festigkeits - oder Steifigkeitserhöhung sehr gut erreichen las¬sen.
Im Speziellen kann vorgesehen sein, dass das Polyolefin ein Polyethylen oder einPolypropylen ist. Besonders diese Materialien werden als vorteilhaft zur Errei¬chung der oben genannten Eigenschaften gesehen.
Im Speziellen kann weiters vorgesehen sein, dass der Polyester ein Polyethylen-terphtalat (PET) oder Polybutylenterphtalat (PBT) ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement Additive enthält.Vorteilhaft bei der Verwendung von Additiven ist, dass diese beispielsweise dieUV-Beständigkeit, Verstreckbarkeit, Festigkeitseigenschaften, Schlagzähigkeit,flammhemmende Eigenschaften usw. verbessern können. Additive können weitersauch zur Erlangung bestimmter optischer Effekte des Verstärkungselementesverwendet werden, etwa durch thermosensitive Additive, Phosphoreszente Additi¬ve oder Farbmasterbatches.
Weiters kann es zweckmäßig sein, dass das Verstärkungselement hinsichtlichseiner senkrecht zur Flauptverstreckungsrichtung ausgebildete Querschnittsflächegeometrisch an das mit dem Verstärkungselement zu verstärkende Bauteil bzw.den jeweiligen Verwendungszweck und/oder Lastfall angepasst ist. Hervorzuhe¬ben ist hierbei, dass bei einer Anpassung des Verstärkungselementes an das zuverstärkende Bauteil, die Verbindung zwischen Verstärkungselement und zu ver¬stärkendem Bauteil vorteilhaft ausgestaltet werden kann.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement an zumindest einerFläche oberflächenbehandelt ist. Eine Oberflächenbehandlung durch mechani¬sche, physikalische oder chemische Verfahren kann dem Verstärkungselementweitere positive Eigenschaften verleihen. Diese können beispielsweise eine ver¬änderte Haptik,eine Veränderung des Reibbeiwertes oder Oberflächenspannungund dergleichen sein.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Oberfläche desVerstärkungselements eine Prägung aufweist. Eine Prägung kann beispielsweiseeine veränderte Haptik und Optik als Vorteil bewirken. Ein weiterer Effekt einerPrägung kann die Vergrößerung der Oberfläche mit sich ziehen, wodurch eineHaftverbindung durch Erhöhung der spezifischen Oberfläche mit einem derartigoberflächenbehandelten Verstärkungselement beispielsweise verbessert werdenkann.
Weiters ist ein Verfahren zur Herstellung eines Objektes, inkludierend einen Ver¬fahrenschritt zum Verbinden von zumindest einem Verstärkungselement mit einemBauteil vorgesehen. Dabei wird zumindest ein verstrecktes Verstärkungselementmit einer aus im Wesentlichen unverstrecktem Kunststoffmaterial bestehendenMatrix verbunden. Besonders vorteilhaft ist in einem derartigen Verfahren zumVerbinden eines Verstärkungselementes, dass dadurch das Verstärkungselementfest mit dem Bauteil verbunden werden kann, sodass die auf das Bauteil wirken¬den Kräfte hervorragend vom Verstärkungselement aufgenommen werden kön¬nen.
Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass das Verstärkungselement während demverbinden mit der Matrix des Objektes spannungsfrei gehalten wird. Vorteilhaft isthierbei, dass diese Verbindung einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement währenddem verbinden mit der Matrix des Objektes, durch Krafteinwirkung unter Span¬nung steht. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass beispielsweise das Schrump¬fen der Matrix im Erkaltungsprozess des Objektes ausgeglichen werden kann, so¬dass das erkaltete Objekt frei von Eigenspannungen ist. Weiters kann dadurcherreicht werden, dass bei Biegewechselspannung die Lebensdauer des Objekteserhöht werden kann. Außerdem durch verbinden eines vorgespannten Verstär¬kungselementes mit einer im Wesentlichen spannungsfreien Matrix erreicht wer¬den, dass dem Bauteil eine gewisse Verformung durch innere Spannungen aufge¬zwungen wird. Vorteilhaft ist auch, dass durch das bereichsweise aufbringen voninneren Spannungen durch derartige Verbindungen, Sollbruchstellen generiertwerden können.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden
Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Verstärkungselementes 1;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Objektes umfassend ein Verstär¬ kungselement 1 und einen unverstreckten Kunststoff 18, welches miteiner Zugkraft beaufschlagt ist;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Objektes umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18, welches nichtkraftbeaufschlagt ist, jedoch innere Spannungen aufweist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Objektes umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18, welches miteiner Zugkraft beaufschlagt ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Objektes, umfassend ein unbelas¬tetes Verstärkungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Objektes, umfassend ein Kraftbe¬aufschlagtes Verstärkungselement 1 und einen un verstreckten Kunst¬stoff 18;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Objektes umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18, welches miteiner biegekraft beaufschlagt ist;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Objektes umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18, welches miteiner Torsionskraft beaufschlagt ist;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Objektes, umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen un verstreckten Kunststoff 18, wobei das
Verstärkungselement 1 im unverstreckten Kunststoff 18 angeordnet istund aus diesem herausragt;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Objektes, umfassend ein Verstär¬kungselement 1 und einen unverstreckten Kunststoff 18, wobei dasVerstärkungselement 1 im un verstreckten Kunststoff 18 angeordnet ist;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Fierstellung einesObjektes, umfassend ein Verstärkungselement 1 und einen unver¬streckten Kunststoff 18;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Fierstellung einesObjektes, umfassend ein Verstärkungselement 1 und einen unver¬streckten Kunststoff 18.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausfüh¬rungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbe¬zeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthal¬tenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichenbzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die inder Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. aufdie unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese La¬geangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 1, sowie das unver¬streckte Kunststoffmaterial 18 aus einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe derPolyolefine, Polyester, Polyamide oder aus Mischungen dieser Materialien be¬steht. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 1 einPolymer ausgewählt aus der Gruppe der der Gruppe der Polyolefine, Polyester,Polyamide oder aus Mischungen dieser Materialien umfasst. Vorteilhaft ist hierbei,dass sich besonders diese Polymere hervorragend für die Verarbeitung in einemExtrusionsprozess eignen. Weiters können diese Kunststoffe sehr gut verstrecktwerden, wodurch sehr gute Festigkeitseigenschaften erreicht werden können.
Im speziellen kann vorgesehen sein, dass das Polyolefin ein Polyethylen oder einPolypropylen ist. Weiters kann vorgesehen sein, dass Polyester ein Polyethylen-terphtalat (PET) oder Polybutylenterphtalat (PBT) ist. Als weitere Kunststoffe sindPolyamide für den Einsatz als Verstärkungselement 1 oder als unverstrecktesKunststoffmaterial 18 denkbar.
Ein Kunststoff im Sinne dieser Beschreibung ist ein organischer, polymerer Fest¬körper, der synthetisch oder halbsynthetisch aus monomeren organischen Mole¬külen oder Biopolymeren hergestellt wird.
Ein Polyolefin im Sinne dieser Beschreibung ist ein Sammelbegriff für aus Alkenenwie Ethylen, Propylen, 1-Buten oder Isobuten durch Polymerisation hergestelltePolymere oder auch Polyolefin-Copolymere Polymere oder auch Polyolefin-Copolymere wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, HDPE, LDPE, oderLLDPE.
Mischungen aus den einzelnen Kunststoffen können durch Vermengung währenddes Extrusionsprozesses hergestellt werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verstärkungselementes 1 in ei¬ner perspektivischen Ansicht. Das Verstärkungselement 1 weist stirnseitig eineQuerschnittsfläche 3 mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsformauf. Es ist jedoch möglich, dass die Querschnittsfläche 3 verschiedene rippenarti¬ge und entlang der Hauptverstreckungsrichtung 19 verlaufende Versteifungsfor¬men 4 aufweist, welche zur Erhöhung der Steifigkeit des Verstärkungselementes 1beitragen können.
Eine Dicke 5 des Verstärkungselementes 1 hat einen wesentlichen Einfluss aufdie Biegesteifigkeit bezüglich einer Querachse 6. Je größer die Dicke 5 des Ver¬stärkungselementes gewählt wird, desto größer ist die Biegesteifigkeit um dieQuerachse 6 des Verstärkungselementes 1. Auch an einer Breitseite 7 des Ver¬stärkungselementes 1 angebrachte Versteifungsformen 4 können zur Erhöhungder Biegesteifigkeit um die Querachse 6 beitragen.
Analog dazu verhält es sich mit einer Breite 8 des Verstärkungselementes 1, wel¬che einen wesentlichen Einfluss auf die Biegesteifigkeit des Verstärkungselemen¬tes 1 um seine Hochachse 9 hat. Auch hier können an einer Schmalseite 10 desVerstärkungselementes 1 angebrachte Versteifungsformen 4 zu einer Erhöhungder Biegesteifigkeit führen.
Zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Verstärkungselementes 1 um eineLängsachse 11 trägt die gesamte Geometrie der Querschnittsfläche 3 wesentlichbei.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 1 zumindest aneiner Oberfläche 12 eine Prägung 13 aufweist. Die Oberfläche 12 umfasst dieBreitseite 7 und die Schmalseite 10. Die Prägung 13 kann beispielsweise eineRautenartige Geometrie sein, welche reliefartig am Verstärkungselement ange¬bracht ist.
Die Prägung 13 kann beispielsweise auch in Form von Mikroporen 14 in das Ver¬stärkungselement 1 eingebracht sein, welche besonders gut dazu geeignet sind,um beispielsweise die Anbindung an ein weiteres Material zu verbessern, bezie¬hungsweise zu ermöglichen. Die Mikroporen 14 können beispielsweise in Formvon Einstichslöchern 15 ausgebildet sein, welche durch eine mechanische Bear¬beitung, beispielsweise mittels nadelwalzen erzeugt wurden.
Eine Prägung 13 kann beispielsweise auch in Form einer Ausfransung 16 zur Er¬höhung der Oberflächenrauheit ausgestaltet sein welche zu einer erhöhten Bin¬dungsfähigkeit der Oberfläche an ein weiteres Material führt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche 12 beispielsweisedurch eine physikalische Oberflächenbehandlung, oder durch eine chemischeOberflächenbehandlung für die Anbindung der Oberfläche 12 an ein weiteresElement vorbereitet wurde.
Hierbei kann es beispielsweise notwendig sein, dass durch das Oberflächenbe¬handlungsverfahren, die Oberflächenspannung erhöht wurde um diese Anbindungzu erleichtern.
Dies kann notwendig sein, da ein unbehandeltes Verstärkungselement 1 eine un¬polare, elektrisch gut isolierende und wasserabweisende Oberfläche 12 aufweisenkann. Diese Oberfläche 12 kann durch Druckfarben, Lösemittel, wässrige Kunst¬stoffdispersionen, Klebstoffe oder Haftvermittler schlecht benetzbar sein. Dies istvor allem bei Polyethylen-, Polypropylen- und Polyestermaterialien der Fall. Auchdie Anbindungsqualität an ein mit dem Verstärkungselement zu verbindendes Ma¬terial kann etwa durch eine unbehandelte Oberfläche schlechter bis unzureichendsein.
Das Ziel einer derartigen physikalischen Oberflächenbehandlung kann beispiels¬weise die Erhöhung der Polarität der Oberfläche 12 sein, wodurch Benetzbarkeitund chemische Affinität deutlich verbessert werden können.
Hierbei kann etwa die Oberflächenspannung, etwa durch ein Physikalisches Ober¬flächenbehandlungsverfahren wie etwa der Coronabehandlung, erhöht werden.
Die Oberflächenspannung die das Verstärkungselement aufweist ist hierbei davonabhängig, wie lange das Oberflächenbehandlungsverfahren bereits zurück liegt.Direkt nach der Oberflächenbehandlung kann etwa eine Oberflächenspannungzwischen 38 mN/m und 44 mN/m an der Oberfläche 12 des Verstärkungselemen¬tes 1 vorliegen. Liegt das Oberflächenbehandlungsverfahren etwa bereits 4 Wo¬chen zurück, so kann eine Verringerung der Oberflächenspannung um ca. 10%festgestellt werden.
Alternativ zur Coronabehandlung kann die Oberflächenspannung durch eineFlammbehandlung, eine Fluorierung oder eine Plasmabehandlung erhöht wordensein.
Eine Testmethode zur Messung der Oberflächenspannung stellt die Randwinkel¬messung bzw. Kontaktwinkelmessung dar. Hierbei wird auf dem Verstärkungs¬element 1 ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche 12 platziert und unter starkerVergrößerung der Randwinkel (Kontaktwinkel) des Tropfens im Vergleich zurOberfläche 12 bestimmt. Je kleiner der Winkel, desto besser ist die Benetzung.
Durch Kontaktwinkelmessungen mit mehreren chemisch reinen Testflüssigkeitenmit bekannter Oberflächenspannung und bekannten dispersiven und polaren An¬teilen können die polaren und dispersiven Anteile der Oberflächenspannung derFolie bestimmt werden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Objektes 17, welches sich im erkal¬teten Zustand befindet und mit einer von außen als Zugkraft einwirkenden Defor¬mationskraft 20 beaufschlagt ist. Die Deformationskraft 20 greift in einer auf dieFlauptverstreckungsrichtung 2 parallelen Linie an, wobei angenommen wird, dasdie Deformationskraft 20 überden gesamten Querschnitt des Objektes 17 verteiltgleichmäßig aufgebracht ist. Flierdurch ergibt sich für das Objekt 17 eine reineZugbeanspruchung.
Das Objekt 17 besteht aus einem im Wesentlichen unverstreckten Kunststoffmate¬rial 18. Das Objekt 17 ist ein Verbundwerkstoff, wobei am unverstreckten Kunst¬stoffmaterial 18 ist ein verstrecktes Verstärkungselement 1 angeordnet ist. DieKontaktfläche 19 zwischen Verstärkungselement 1 und dem unverstrecktenKunststoffmaterial 18 ist vorzugsweise durch eine stoffliche Verbindung ausgebil¬det. Eine derartige stoffliche Verbindung weist vorzugsweise zumindest die me¬chanischen Eigenschaften des un verstreckten Kunststoffmateriales 18 auf. Dieverschiedenen Arten eine stoffliche Verbindung herzustellen werden in weitererFolge noch genauer beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Objektes 17, welches sich im erkal¬teten Zustand befindet und nicht unter der Einwirkung einer Deformationskraftsteht. Weiters wurde das Verstärkungselement 1 beim Anbringen am unverstreck¬ten Kunststoffmaterial 18 vorgespannt. Ein derartiges vorgespanntes Anbringeneines Verstärkungselements 1 an einem un verstreckten Kunststoffmaterial 18 istin einer Prinzipskizze in Fig. 6 ersichtlich.
In der Ansicht in Fig.3 ist ersichtlich, dass im Objekt 17 innere Spannungen vorlie¬gen, obwohl das Objekte 17 mit keiner äußeren Krafteinwirkung beaufschlagt ist.Dieser Effekt kommt daher, dass das Verstärkungselement 1 während des Ver¬bindens mit dem un verstreckten Kunststoffmaterial 18 soweit vorgespannt wurde, dass im erkalteten Zustand des Objektes 17 die inneren Spannungen noch nichtzur Gänze abgebaut sind.
Wie in Fig. 3 ersichtlich baut das Verstärkungselement 1 hierbei eine Innere Zug¬kraft auf, welche in einer Zugspannung im Verstärkungselement 1 resultiert. Dasunverstreckte Kunststoffmaterial 18 hingegen muss dieser Zugkraft des Verstär¬kungselementes 1 mit einer Druckkraft entgegen wirken, wodurch eineDruckspannung im unverstreckten Kunststoffmaterial 18 daraus resultiert.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des bereits in Fig. 3 dargestellten Objek¬tes 17, welches sich im erkalteten Zustand befindet und unter der Einwirkung einerDeformationskraft 20 steht und bei dem das Verstärkungselement 1 entsprechendFig. 3 vorgespannt wurde.
Wie in Fig. 4 ersichtlich kann ein derartig innerlich vorgespanntes Objekt 17 denVorteil mit sich bringen, dass beim Applizieren einer von außen als Zugkraft ein¬wirkenden Deformationskraft 20, diese Deformationskraft 20 zur Gänze vom Ver¬stärkungselement 1 aufgenommen werden kann. Das unverstreckte Kunststoffma¬terial 18, welches nicht so hohe Festigkeitseigenschaften aufweist, wie das Ver¬stärkungselement 1 kann dadurch geschont werden.
Fig. 5 zeigt in einer Prinzipskizze den Vorgang zum Verbinden eines Verstär¬kungselementes 1 mit einem unverstreckten Kunststoffmaterial 18. Wie in dieserSkizze ersichtlich wird das Verstärkungselement 1 in einem unbelasteten Zustandseitlich am unverstreckten Kunststoffmaterial 18 angebracht. Dadurch ergibt sichein Objekt 17, welches im erkalteten Zustand im Wesentlichen frei von innerenSpannungen ist.
Auch in einem derartig verbundenen Objekt 17 kann es jedoch zu minimalen inne¬ren Spannungen kommen. Dies ist etwa der Fall, wenn das Objekt ausgehend vonjener Temperatur in der es spannungsfrei ist, erwärmt wird. Dabei ist es möglich,dass Verstärkungselement 1 und das unverstreckte Kunststoffmaterial 18 unter¬schiedliche Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, wobei durch die Tempera¬turänderung eine unterschiedliche Wärmedehnung hervorgerufen wird.
Dadurch dass das Verstärkungselement 1 jedoch fest mit dem unverstrecktenKunststoffmaterial 18 verbunden ist, können sich diese beiden Materialien nichtunterschiedlich dehnen, wodurch innere Spannungen hervorgerufen werden.
Fig. 6 zeigt in einer Prinzipskizze den Vorgang zum Verbinden eines Verstär¬kungselementes 1 mit einem unverstreckten Kunststoffmaterial 18. Wie in dieserSkizze ersichtlich wird das Verstärkungselement 1 in einem durch eine Zugkraft 21belasteten Zustand seitlich am unverstreckten Kunststoffmaterial 18 angebracht.Hierbei treten nach dem Verbindungsvorgang innere Spannungen im nicht durcheine Deformationskraft belasteten Objekt 17 auf.
In der Fig. 7 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der/des Objektes 17 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.2-4,5,6 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf diedetaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 2-4,5,6 hingewiesen bzw.Bezug genommen.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausprägungsform eines Objektes 17, welches durch einevon außen einwirkende Deformationskraft 20 auf Biegung beansprucht wird. Dasin dieser Ansicht dargestellte Objekt 17 ist im unbelasteten Zustand frei von Ei¬genspannungen. Auch hier ist es jedoch denkbar, dass das Verstärkungselement1 am unverstreckten Kunststoffmaterial 18 vorgespannt ist, um so eine günstigeSpannungsverteilung im belasteten Zustand zu erreichen.
In der Fig. 8 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der/des Objektes 17 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.2-4,5,6,7 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird aufdie detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 2-4,5,6,7 hingewiesenbzw. Bezug genommen.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausprägungsform eines Objektes 17, in welcher das Ver¬stärkungselement 1 zur unterstützenden Aufnahme eines Drehmomentes 22 an einem Torsionsstab 23 ausgebildet ist. Hierbei wird das Verstärkungselement un¬ter einem Winkel 24 von 45° mit dem Torsionsstab 23, welcher aus einem im We¬sentlichen unverstreckten Kunststoffmaterial 18 gebildet ist, verbunden. Wird nunam Torsionsstab 23 das dargestellte Drehmoment 22 appliziert, so tritt diese imVerstärkungselement 1 als Zugkraft auf. Analog zu den vorherigen Beispielenkann auch hier das Verstärkungselement 1 in einem vorgespannten Zustand amTorsionsstab 23 appliziert werden.
In der Fig. 9 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der/des Objektes 17 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.2-4,5,6,7,8 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird aufdie detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 2-4,5,6,7,8 hingewie¬sen bzw. Bezug genommen.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausprägungsform des Objektes 17, in der das Verstär¬kungselement 1 nicht außenliegend ist, sondern in der das Verstärkungselement 1innerhalb des unverstreckten Kunststoffmateriales 18 angeordnet ist. Weiters isthier das Verstärkungselement 1 dermaßen ausgebildet, dass es aus dem Objekt17 herausragt. Hierdurch kann eine Lasche 25 gebildet werden, welche beispiels¬weise dazu geeignet ist, um eine Verbindung mit einem weiteren, ähnlich ausge¬bildeten, Objekt 17 herzustellen. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Lasche25 Bohrungen enthält, um das Objekt 17 beispielsweise mittels einer Nietverbin¬dung oder einer Schraubverbindung mit einem weiteren Gegenstand verbinden zukönnen.
Eine stoffliche Verbindung in der Kontaktfläche 19 zwischen Verstärkungselement1 und dem unverstreckten Kunststoffmaterial 18 kann beispielsweise durch fol¬gende Verfahren hergestellt werden.
Spritzgießen: Das Verstärkungselement 1 wird mit dem im Wesentlichen unver¬streckten Kunststoffmaterial 18 umspritzt. Hierzu muss das Verstärkungselement1 in einer Spritzgießform in seiner Position gehalten werden, um es anschließendmit dem un verstreckten Kunststoffmaterial 18 umspritzen zu können. Um im erkal¬ teten Zustand ein Objekt 17 zu erhalten, welches frei von inneren Spannungen ist,kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 1 vorgespannt in derSpritzgießform aufgenommen wird. Beim Schrumpfen des unverstreckten Kunst¬stoffmateriales 18 während des Abkühlvorganges kann das Verstärkungselement1 mit dem unverstreckten Kunststoffmaterial 18 mitschrumpfen. Hierbei werdendie im Vorhinein aufgebauten inneren Spannungen des Verstärkungselementes 1soweit abgebaut, bis im erkalteten Zustand keine inneren Spannungen im Objekt17 vorliegen. Natürlich ist es auch möglich, wie in Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich, dasVerstärkungselement 1 soweit vorzuspannen, dass im erkalteten Zustand des Ob¬jektes 17 die inneren Spannungen noch nicht zur Gänze abgebaut sind.
In der Fig. 10 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der/des Objektes 17 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.2-4,5,6,7,8,9 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wirdauf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 2-4,5,6, 7,8,9 hin¬gewiesen bzw. Bezug genommen.
Wie in Fig. 10 ersichtlich kann hierbei das Verstärkungselement 1 auch innerhalbeines un verstreckten Kunststoffmaterial 18 durch Spritzguss ummantelt werden,um beispielsweise konstruktiv bedingte Einschnürungen zu verstärken, und somitüber die Länge des Objektes 17 eine gleichmäßige Bruchfestigkeit zu erreichen.
Im Spritzießverfahren kann die Kontaktfläche 19 dadurch hergestellt werden, dassdas unverstreckte Kunststoffmaterial 18 mit der Oberfläche 12 des Verstärkungs¬elementes 1 eine stoffliche Verbindung eingeht. Besonders wenn das Verstär¬kungselement 1 und das unverstreckte Kunststoffmaterial 18 aus einem Kunststoffderselben Kunststoffklasse bestehen ist eine derartige Verbindung gut zu realisie¬ren.
Weiters kann es zweckmäßig sein, dass das Verstärkungselement 1 derart im Ob¬jekt 17 angeordnet ist, sodass eine, während der zweckgemäßen Benutzung desObjekts 17 von außen auf das Objekt 17 einwirkende Deformationskraft 20, zu¬mindest Großteils parallel zur Hauptverstreckungsrichtung 2 des Verstärkungs¬elements 1 wirksam ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Deformationskraft 20 im
Objekt 17 hauptsächlich auf das Verstärkungselement 1 übertragen wird und dasunverstreckte Kunststoffmaterial 18 nur geringfügig belastet wird. Somit kann dasunverstreckte Kunststoffmaterial 18 geringere Festigkeitseigenschaften aufweisen,als das Verstärkungselement 1.
Laminieren: Beim Laminieren kann wie in Fig. 11 ersichtlich das Verstärkungs¬element 1 in einem kontinuierlichen Verfahren mit dem unverstreckten Kunststoff¬material 18 verbunden werden. Hierzu kann die Einwirkung von Hitze und/oderDruck nötig sein. Hierbei ist es nicht nur möglich, dass Kunststoffe durch geringfü¬gige Aufschmelzung einer der beiden Materialien verbunden werden.
Es ist auch möglich, dass das Verstärkungselement 1 beispielsweise mit einemKlebstoff versehen ist. Durch ein mit Klebstoff versehenes Verstärkungselement 1kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein derartig modifiziertes Verstär¬kungselement 1 nicht nur thermisch auf ein zu verstärkendes un verstrecktesKunststoffmaterial 18 aufgebracht werden kann, sondern dass es auch möglich istdas Verstärkungselement 1 im Kaltzustand aufzukleben. Analog dazu ist es auchmöglich, dass das unverstrecktes Kunststoffmaterial 18 mit einem Klebstoff verse¬hen ist.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Klebstoff ausgewählt istaus der Klasse der Schmelzklebstoffe. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dassein derartiger Klebstoff durch Einbringen von Wärmeenergie aktiviert werdenkann, daher im erkalteten Zustand nicht die Tendenz aufweist an nicht verbunde¬nen Oberflächen anzuhaften. Dadurch wird die Handhabung eines mit einem der¬artigen Kunststoff ausgestatteten Verstärkungselementes wesentlich erleichtert.Durch laminieren kann dieser Klebstoff eine stoffliche Verbindung zwischen un¬verstrecktem Kunststoffmaterial 18 und Verstärkungselement 1 hersteilen.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Basispolymere des Schmelzklebstoffesder am Verstärkungselement 1 aufgebracht ist, derselben Kunststoffklasse ange¬hören, wie das Material des Verstärkungselementes 1. Hierbei ist von Vorteil, dassdie Rezyklierbarkeit eines derart ausgebildeten Verstärkungselementes verbessert werden kann. Weiters kann dadurch erreicht werden, dass der Schmelzklebstoffmit dem Verstärkungselement 1 ein nahezu einheitliches Gefüge ausbilden kann.
Alternativ zu der in Fig. 11 dargestellten Materialkombination, in der das Verstär¬kungselement 1 außen angeordnet ist, ist es auch möglich dass in einem derarti¬gen Prozess das Verstärkungselement 1 mittig angeordnet ist und dieses vomunverstreckten Kunststoffmaterial 18 eingeschlossen wird.
In der Fig. 12 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der/des Objektes 17 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig.2- 4.5.6.7.8.9.10 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden,wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 2-4,5,6, 7.8.9.10 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Verpressen: Wie in der Prinzipskizze in Fig. 12 dargestellt wird beim Verpressendas Verstärkungselement 1 unter Einwirkung von Druck und/oder Hitze mit demunverstreckten Kunststoffmaterial 18 verbunden. Hierbei ist es möglich dass demObjekt 17 in der Presse eine bestimmte Form verliehen wird. Durch den Pressvor¬gang kann das unverstreckte Kunststoffmaterial 18, sowie das Verstärkungsele¬ment 1 in die gewünschte Form gebracht werden. Nach Beenden des Pressvor¬ganges wird die Form in der sich das Objekt 17 befindet durch das Verstärkungs¬element 1 aufrecht erhalten. Auch hier ist es denkbar, dass das fertig verpressteund geformte Objekt 17 innere Spannungen aufweist. Diese Spannungen könnenwieder dazu genutzt werden, um beispielsweise das Objekt 17 für einen bestimm¬ten Lastfall auszulegen. Wobei wie im in Fig.3 und Fig.4 dargestellten Ausfüh¬rungsbeispiel, die Formgebung so ausgelegt werden kann, dass bei einer be¬stimmten Belastung durch eine Deformationskraft 20 auf das Objekt 17, die Span¬nungen hervorragend auf unverstrecktes Kunststoffmaterial 18 und Verstärkungs¬element 1 verteilt werden können.
Kaschieren: Beim Kaschieren wird das Verstärkungselement 1 mit dem unver¬streckten Kunststoffmaterial 18 unter Zuhilfenahme einer Zwischenschicht, bei¬ spielsweise in Form eines Klebers, zusammen gefügt. Wie schon beschriebenkönnen hierbei mehrere verschiedene Kleberarten verwendet werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Objektes17, beziehungsweise des Verfahrens zum Herstellen eines Objektes 17, wobei andieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestelltenAusführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverseKombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sindund diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handelndurch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiettätigen Fachmannes liegt. Für die obig beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten eines Objektes 17 welchesmit einem Verstärkungselement 1 verstärkt wird, wurde als Basis ein im Wesentli¬chen unverstrecktes Kunststoffmaterial 18 herangezogen und beschrieben. Es istjedoch auch möglich, dass dieses im Wesentlichen unverstreckte Kunststoffmate¬rial 18 leicht verstreckt ist. Hierbei kann etwa ein Objekt 17 erzeugt werden, wel¬ches ein monoaxial verstrecktes Kunststoffmaterial 18 umfasst, welches mit querzur Verstreckungsrichtung des Kunststoffmateriales 18 aufgebrachten Verstär¬kungselementen 1 versehen ist. Sämtliche Materialkennwerte werden bei Raumtemperatur und unter einer ausrei¬chenden Messgeschwindigkeit ermittelt, sodass es zu keinen Kriechvorgängen imMaterial kommt.
Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den ge¬zeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich ei¬genständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kannder Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind sozu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B.ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtli¬che Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und endenbei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1,2-5,6,7,8,9,10,11,12 gezeigten Aus¬führungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungenbilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sindden Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besserenVerständnis des Aufbaus des Objektes 17 dieses bzw. dessen Bestandteile teil¬weise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenliste 1 Verstärkungselement 2 Hauptverstreckungsrichtung 3 Querschnittsfläche 4 Versteifungsform 5 Dicke 6 Querachse 7 Breitseite 8 Breite 9 Hochachse 10 Schmalseite 11 Längsachse 12 Oberfläche 13 Prägung 14 Mikroporen 15 Einstichloch 16 Ausfransung 17 Objekt 18 unverstrecktes Kunststoffma¬terial 19 Kontaktfläche 20 Deformationskraft 21 Zugkraft 22 Drehmoment 23 Torsionsstab 24 Winkel 25 Lasche

Claims (28)

  1. Patentansprüche 1. Objekt (17), bestehend aus zumindest einem im Wesentlichen unver¬streckten Kunststoffmaterial (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (17)zumindest ein verstrecktes Verstärkungselement (1) aufweist.
  2. 2. Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 1m. % und 90 m. %, des Gesamtgewichts des Objekts durch zumindest ein Ver¬stärkungselement (1) gebildet ist.
  3. 3. Objekt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass daszumindest eine im Wesentlichen unverstreckte Kunststoffmaterial (18) und daszumindest eine verstreckte Kunststoffmaterial des Verstärkungselements (1) ausderselben Kunststoffmaterialklasse bestehen.
  4. 4. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das zumindest eine Verstärkungselement (1) im Inneren des un¬verstreckten Kunststoffmateriales (18) angeordnet ist.
  5. 5. Objekt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einVerstärkungselement (1) derart im unverstreckten Kunststoffmaterial (18) ange¬ordnet ist, sodass eine, während der zweckgemäßen Benutzung des Objekts (17)von außen auf das Objekt (17) einwirkende Deformationskraft (20), hauptsächlichauf das Verstärkungselement (1) einwirkt.
  6. 6. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das zumindest eine Verstärkungselement (1) stofflich mit dem un¬verstreckten Kunststoffmaterial (18) verbunden ist.
  7. 7. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass zumindest ein Verstärkungselement (1) teilweise aus dem unver¬streckten Kunststoffmaterial (18) herausragt.
  8. 8. Objekt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumin¬dest eine Verstärkungselement (1) zum Verbinden des Objekts (17) mit anderenObjekten (17), welche ebenfalls zumindest ein Verstärkungselement (1) aufweisenkönnen, nutzbar ist.
  9. 9. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass Verstärkungselement (1) zumindest ein teilkristallines, thermoplas¬tisches Kunststoffmaterial umfasst, wobei das Verstärkungselement (1) vorwie¬gend monoaxial verstreckt ist, und eine senkrecht zur Hauptverstreckungsrichtung(2) ausgebildete Querschnittsfläche (3) des Verstärkungselements (1), eine imWesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist.
  10. 10. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Dicke (5) des Verstärkungselements (1) entlang seiner Quer¬schnittsfläche (3) zumindest abschnittsweise zwischen 0,2 und 10 mm, insbeson¬dere zumindest abschnittsweise zwischen 0,3 und 7 mm und bevorzugt zumindestabschnittsweise zwischen 0,4 und 5 mm beträgt.
  11. 11. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Biegesteifigkeit des Verstärkungselements (1) bezüglich einerQuerachse (6) zwischen 67 N*mm2 und 23*1 0λ6 N*mm2 beträgt.
  12. 12. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Biegesteifigkeit des Verstärkungselements (1) bezüglich einerHochachse zwischen 10*1 0λ3 N*mm2 und 21 *1 0λ9 N*mm2 beträgt.
  13. 13. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Biegefestigkeit des Verstärkungselements (1) zwischen 50 MPaund 800 MPa beträgt.
  14. 14. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Torsionssteifigkeit des Verstärkungselements (1) um eineLängsachse (11), zwischen 85 N*mm2 und 30*1 0λ6 N*mm2 beträgt.
  15. 15. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstreckungsverhältnis des Verstärkungselements (1) zwi¬schen 2 und 40 beträgt.
  16. 16. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Elastizitätsmodul des Verstärkungselementes (1) entlang derHauptverstreckungsrichtung (2) zwischen 2.500 MPa und 15.000 MPa beträgt.
  17. 17. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) entlang der Hauptverstreckungsrich¬tung (2) eine Zugfestigkeit zwischen 100 MPa und 500 MPa aufweist.
  18. 18. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) eine Breite (8) von maximal 300 mm,insbesondere eine Breite (8) zwischen 5 und 150 mm, und bevorzugt eine Breite (8) zwischen 10 und 25 mm aufweist.
  19. 19. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) hauptsächlich aus einem Material,ausgewählt aus der Gruppe der Polyolefine, Polyester, Polyamide oder aus Mi¬schungen dieser Materialien besteht.
  20. 20. Objekt nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefinein Polyethylen oder ein Polypropylen ist.
  21. 21. Objekt nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyesterein Polyethylenterphtalat (PET) oder Polybutylenterphtalat (PBT) ist.
  22. 22. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) Additive enthält.
  23. 23. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) hinsichtlich seiner senkrecht zurHauptverstreckungsrichtung (2) ausgebildeten Querschnittsfläche (3) geometrischan das mit dem Verstärkungselement (1) zu verstärkende Bauteil bzw. den jewei¬ligen Verwendungszweck und/oder Lastfall angepasst ist.
  24. 24. Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass das Verstärkungselement (1) an zumindest einer Fläche oberflä¬chenbehandelt ist.
  25. 25. Objekt nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindesteine Oberfläche (12) des Verstärkungselements (1) eine Prägung (13) aufweist.
  26. 26. Verfahren zur Herstellung eines Objektes, inkludierend einen Verfah¬renschritt zum Verbinden von zumindest einem Verstärkungselement (1) mit ei¬nem Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein verstrecktes Verstär¬kungselement (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 25 mit einer aus im Wesent¬lichen unverstrecktem Kunststoffmaterial bestehenden Matrix verbunden wird.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver¬stärkungselement (1) während dem verbinden mit der Matrix des Objektes span¬nungsfrei gehalten wird.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver¬ stärkungselement (1) während dem verbinden mit der Matrix des Objektes, durchKrafteinwirkung unter Spannung steht.
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