AT8899U1 - Verfahren zur herstellung eines kunststoff-formteiles und danach hergestelltes kunststoff-formteil - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles und ein, bevorzugt nach diesem Verfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Formteile voneinander getrennt und auf Prozesstemperatur erwärmt im offenen Zustand mit der die Oberflächenschicht bildenden Kunststoffkomponente in der gewünschten Schichtstärke beschichtet werden, wobei entweder die Formteile oder die Auftragevorrichtung, beispielsweise ein Extruder, oder beide Teile entlang einer oder mehrerer Achsen bewegt werden. Anschließend wird wenigstens ein Formteil mit einer weiteren, geschäumten oder schaumbildenden Kunststoffkomponente aus einer zweiten Auftragevorrichtung beschichtet und die Formteile dann zusammengefügt, wobei die Werkstücksteile miteinander verschmelzen. Dann wird die geschlossene Form mit ihrem Inhalt in bekannter Weise bis zur Entnahmetemperatur abgekühlt und das Kunststoff-Formteil entnommen und gegebenenfalls entgratet.

Description

2 AT 008 899 U1

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil unter Anwendung der Technologie des Rotationsformens von Kunststoffen. 5 Das Rotationsformen ist als technisches Verfahren zum Formen von Hohlartikeln aus Kunststoff seit langem bekannt und wird in zahlreichen verschiedenen Formen und unter einer Vielzahl von Bezeichnungen in hohem Maße verwendet, wie etwa als Ausgießverfahren und Rotationsgießen. Hierbei wird ein verformbares Material über die innere Oberfläche einer erwärmten Form verteilt, wobei diese Form um eine oder mehrere Achsen in Bewegung versetzt wird, io Anschließend erfolgt ein Erstarren durch Abkühlung.

Die Bewegung der Form kann eine kontinuierliche Rotation um eine Achse unter Kombination mit einer Bewegung um eine andere Achse oder um andere Achsen beinhalten, oder es kann sich dabei lediglich um eine Hin- und Herbewegung um zwei oder mehr Achsen handeln. 15

Das Material wird im allgemeinen um die Form in Pulverform eingeführt, und das Erwärmen der Form ruft das Schmelzen des Materials an den erwärmten Flächen der Formwandungen hervor. Das Erwärmen der Form kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Form einer Gasflamme ausgesetzt wird oder ein Heißluftstrom zur Einwirkung gelangt. Es ist aber auch 20 denkbar, die Form in einem Ofen auf die entsprechende Temperatur aufzuheizen.

Die Form selbst besteht in der Regel aus zwei Teilen, die in geeigneter Weise, beispielsweise durch Flansche zusammengehalten werden. Nach dem Erstarren des Formlings im Innern der Form werden die Teile voneinander getrennt und der Formling entfernt. 25

Nach diesem bekannten Verfahren ist es sowohl möglich Hohlkörper ohne Öffnung - eventuell ausgenommen einem Entlüftungsloch - als auch Körper mit wesentlichen Öffnungen herzustellen, entsprechend jenen Bereichen der Form, die absichtlich während des Verformungsvorganges im kalten Zustand belassen wurden, sodass die plastische Kunststoffmasse diese Bereiche 30 nicht überzogen hat.

Die bekannten Verfahren des Rotationsformens sind in der Lage, Hohlartikel mit unterschiedlichen geometrischen Formen und in einem sehr umfangreichen Bereich von Größen herzustellen. 35

Es ist auch bekannt, ein schaumbildendes Harz beim Rotationsformen einzusetzen, welches unter Bildung eines Schaums das Innere eines ansonsten hohlen Innenraums des solcherart hergestellten Gegenstandes ausfüllt. Solche schäumenden Harze dienen u.a. auch dazu, das Bauteilgewicht zu reduzieren, einen höheren Isolationswert bereit zu stellen oder die Steifigkeit 40 des resultierenden Erzeugnisses zu erhöhen.

So wird in der US 3,814,778 ein Verfahren beschrieben, welches die Herstellung eines geschäumten Verbundgegenstandes mit einer äußeren Hautschicht zum Inhalt hat, bei der eine Mischung aus zwei Bestandteilen in die Rotationsgießform platziert wird, wobei der erste Be-45 standteil ein gepulvertes thermoplastisches Harz und der zweite Bestandteil ein teilweise quervernetztes oder quervernetzbares gekörntes thermoplastisches Harz ist. Dabei neigt das gepulverte Plastikmaterial dazu, an der gesamten inneren Oberfläche der Gießform anzuhaften, um eine Oberflächenbeschichtung auszubilden, wobei das gekörnte Plastikmaterial an dieser Oberflächenschicht anhaftend den Schaumkörper ausbildet. 50

In ähnlicher Weise beschreibt die CA 983,226 ein Einstufen-Rotationsgießverfahren zur Herstellung von Gegenständen mit fester Haut und geschäumtem Inneren, bei dem als Gießpulver eine Mischung von gepulvertem, nichtschäumendem Ethylenpolymer und, in Pelletform, ein schäumbares Ethylenpolymer eingesetzt wird. 55 3 AT 008 899 U1

Eine Reihe jüngerer Patente stellt verschiedene Ausführungsformen dar mit Kombinationen eines schäumbaren Harzes mit einem zweiten Polymer mit geringerer Teilchengröße oder geringerem Schmelzpunkt als dem Harz, sodass das zweite Polymer letztlich die Hautschicht des geschäumten Endgegenstandes bildet, z.B. US 5,532,282 und 5,366,675.

Alle diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass es der äußeren Hautschicht häufig an ausreichender Dicke und Gleichmäßigkeit mangelt, um den Qualitätsansprüchen verschiedener Anwendungen an die ästhetischen und leistungsbezogenen Eigenschaften zu erfüllen. Aus Sicherheitsgründen werden meist Wandstärken von 4,5 mm aufwärts gewählt, um keine schädlichen Auswirkungen durch Wandstärkenunterschiede von +/-20% in Kauf nehmen zu müssen. Weiters ist es nach diesen bekannten Verfahren nicht möglich, die Außenhaut farblich unterschiedlich zu gestalten, was für bestimmte Anwendungsfälle oft erwünscht wäre. Ebenfalls nachteilig ist, dass die Schaumdichte nicht unter 50% gewählt werden kann, da bei den bekannten Verfahren nur chemische Treibmittel verwendet werden können. Die hohe Wandstärke und Schaumdichte bedingt jedoch einen hohen Materialeinsatz und einen hohen Energieverbrauch.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine komplette Schaumfüllung nicht angestrebt wird, da hierbei der Innendruck im Formwerkzeug über einen kritischen Wert ansteigen kann, wodurch das Werkzeug beschädigt werden würde. Für nahezu raumfüllende Schaumkerne sind entsprechend stabilere Werkzeugformen erforderlich, die einem gewissen Innendruck stand halten können. Diese Werkzeuge sind jedoch entsprechend teuer in der Herstellung und eigenen sich daher nicht für Kleinserien.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit vollständig glatter, gleichmäßig dicker Oberflächenschicht geringerer Wandstärke nach dem Rotationsgießverfahren und einen nach diesem Verfahren hergestellten Formkörper bereitzustellen, welcher einen vollständig oder partiell raumfüllenden Schaumkern mit einem Schaumgewicht von 25 kg je Kubikmeter oder weniger aufweist. Dabei soll die Wandstärke je nach Anforderung in beliebiger Stärke herstellbar sein.

Diese Aufgaben werden erfüllt durch ein Verfahren, das die im Anspruch 1 genannten technischen Merkmale und durch einen Formteil, der die im unabhängigen Anspruch 9 genannten technischen Merkmale aufweisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Formteiles werden zwei voneinander getrennte, auf Prozesstemperatur erwärmte Formteile im offenen Zustand mittels eines Oberflä-chen-Materialextruders mit bereits geschmolzenem Granulat aus beispielsweise Polyethylen, im Gießverfahren in der gewünschten Schichtstärke beschichtet. Dabei können entweder die Form oder die Aufgabevorrichtung oder beide Teile bewegt werden.

In einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird zur Herstellung der Oberflächenschicht Kunststoffpulver oder -granulat auf die heiße Form aufgebracht, wo das Pulver bzw. Granulat sofort schmilzt und dabei die Oberflächenhaut bildet. Bevorzugt ist die heiße Form dabei elektrostatisch aufgeladen. Dabei kann während des Pulver- oder Granulatauftrages und gegebenenfalls auch einige Zeit danach zum schnelleren Aufschmelzen zusätzliche Wärme mittels eines Strahlers eingebracht werden.

Im folgenden Verfahrensschritt wird entweder in eine oder in beide Formhälften die schäumende Kunststoffkomponente frei expandierend, raumfüllend oder in beliebiger Schichtstärke und Dichte eingebracht, wobei beispielsweise mittels C02 oder Butan geschäumt wird, wodurch Schaumgewichte von 25 kg je Kubikmeter oder weniger erzielt werden können.

Im dritten Verfahrensschritt werden die beiden Formhälften zusammengefügt, wobei die Werkstückhälften miteinander verschmelzen. Anschließend wird die geschlossene Form mit ihrem

Claims (14)

1. 4 AT 008 899 U1 Inhalt in bekannter Weise bis zur Entnahmetemperatur abgekühlt und das Kunststoff-Formteil entnommen. Dieses Verfahren ermöglicht auch den zusätzlichen Einsatz von Kaltschaumsegmenten, von 5 Festteilen, beispielsweise in Form von Rippen oder Spanten, von Versteifungselementen oder von hohlraumfüllenden Körpern, bevorzugt aus gleichartigem Werkstoff, aber auch aus anderem Material. Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Kunststoff-Formteiles ist nach io diesem Verfahren auch die Herstellung eines Multiwandaufbaues möglich, beispielsweise in folgender Art: PE-Außenschicht - Armierung - PE-Schaum - PP - Rippen mit z.B. Anschraublaschen - Schaum - PP - usw. in beliebiger Reihenfolge. Das erfindungsgemäße Verfahren wird seinem Prinzip nach in den Figuren 1 bis 6 veranschau-15 licht. Darin zeigt Figur 1 das Beschichten der unteren Hälfte 1 einer zweiteiligen Form mit einer bereits geschmolzenen Kunststoffkomponente, wobei hier beispielhaft ein Oberflächen-Materi-alextruder 2 eingesetzt wird. Alternativ dazu kann aber auch ein Granulat oder Pulver mit her-20 kömmlichen Aufgabevorrichtungen eingebracht werden. Der Formteil wird dabei um eine Drehachse geschwenkt, was durch die Pfeile angedeutet ist. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, die Schwenkbewegung um mehr als eine Achse auszubilden, ebenso ist es möglich die Aufgabevorrichtung zu bewegen. 25 In Figur 2 wird die obere Hälfte 3 der Form nach demselben Prinzip beschichtet. Anschließend wird - wie aus Fig. 3 ersichtlich - eine Formhälfte, beispielsweise wie hier die Formhälfte 1, mittels eines Schaumextruders 4 mit einer schäumenden Kunststoffkomponente 6 gefüllt, wobei die Schaumfüllung bereits gemäß den Konturen der zweiten Formhälfte ausgebildet sein kann. Zur Schäumung kann dabei eine zusätzliche Gasquelle 5, befüllt mit beispielsweise C02 oder 30 Butan-Gas vorgesehen sein. In Figur 4 wird das Zusammenfügen der beiden Formenteile angedeutet. Dabei verschmelzen die Kunststoffkomponenten miteinander. Nach einer Abkühlphase werden die Formenteile, wie in Figur 5 angedeutet, wieder voneinander getrennt und das fertige Kunststoff-Formteil kann 35 entnommen werden. In Figur 6 wird das Entgraten der Überstände angedeutet. Ansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteiles nach dem Prinzip des Rotationsgie ßens, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießformteile voneinander getrennt und auf Prozesstemperatur erwärmt im offenen Zustand mit der die Oberflächenschicht bildenden Kunststoffkomponente in der gewünschten Schichtstärke beschichtet werden, wobei entweder die Formteile oder die Auftragevorrichtung, beispielsweise ein Extruder, oder beide 45 Teile entlang einer oder mehrerer Achsen bewegt werden, anschließend wenigstens ein Formteil mit einer weiteren, geschäumten oder schaumbildenden Kunststoffkomponente, bevorzugt aus einer zweiten Auftragevorrichtung, beschichtet und die Formteile dann zusammengefügt werden, wobei die Werkstücksteile miteinander verschmelzen, anschließend die geschlossene Form mit ihrem Inhalt in bekannter Weise bis zur Entnahmetempe-50 ratur abgekühlt und das Kunststoff-Formteil entnommen und gegebenenfalls entgratet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Oberflächenschicht bildende Kunststoffkomponente bereits in geschmolzenem Zustand mittels eines Extruders auf die Formteile aufgebracht wird. 55 5 AT 008 899 U1
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Oberflächenschicht Kunststoffpulver auf die heiße Form aufgebracht wird, wo das Pulver sofort schmilzt und dabei die Oberflächenhaut bildet, wobei die heiße Form bevorzugt elektrostatisch aufgeladen ist. 5
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Bestreuen der Form mit Pulver oder Granulat und gegebenenfalls eine bestimmte Zeit nachher mittels eines Strahlers zusätzliche Wärme zum schnelleren Aufschmelzen des Pulvers oder Granulates eingebracht wird. 10
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schaumkern bildende Kunststoffkomponente frei expandierend, bevorzugt raumfüllend oder in beliebiger Schichtstärke und Dichte in eine oder mehrere Formteile aufgetragen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Einbauelemente vor dem Zusammenfügen der Formteile eingebracht werden, wie etwa Kaltschaumsegmente, kompakte Festteile, beispielsweise in Form von Rippen oder Spanten, Versteifungselemente oder hohlraumfüllende Körper, auch aus anderem Material.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä chenschicht als Multiwandaufbau aus verschiedenen Kunststoffen, mit oder ohne zusätzlichen Elementen, wie etwa Armierungen ausgebildet wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä- 25 chenschicht auf einzelnen Formenteilen in unterschiedlichen Schichtstärken aufgetragen wird.
9. 9. Kunststoff-Formteil mit einer bevorzugt geschlossenen Oberflächenhaut und einem Kern aus geschäumtem Kunststoff, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 30 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhaut beim Zusammenfügen der be schichteten, mit Schaum gefüllten Formteile aufgrund ihres Energieinhaltes entlang ihrer Berührungsflächen unter Ausbildung eines Überstandes miteinander verschmilzt.
10. 10. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhaut 35 eine definierte Schichtstärke aufweist, wobei die Schichtstärke an vorbestimmten Stellen des Teiles auch unterschiedlich sein kann.
11. 11. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkern ein definiertes Schaumgewicht von maximal 25 kg je Kubikmeter oder weniger auf- 40 weist.
12. 12. Kunststoff-Formteil nach Anspruch 9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzliche Einbauelemente enthält, wie etwa Kaltschaumsegmente, kompakte Festteile, beispielsweise in Form von Rippen oder Spanten, Versteifungselemente oder hohlraumfüllen- 45 de Körper, auch aus anderem Material.
13. 13. Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht als Multiwandaufbau aus verschiedenen Kunststoffen, mit oder ohne zusätzlichen Elementen, wie etwa Armierungen ausgebildet ist. 50
14. 14. Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht in unterschiedlichen Farben ausgebildet ist. 55 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen