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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Artikels mit
einem Hohlraum aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Kunststoffhohlprofil.
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Hintergrund
der Erfindung
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Beim
Herstellen von Artikeln, insbesondere Hohlprofilen aus thermoplastischem
Kunststoff werden Verfahren eingesetzt, bei denen nach dem Einbringen
einer Kunststoffschmelze in einer formgebenden Werkzeugkavität ein noch
schmelzeflüssiger Kernbereich
durch ein Gas wie CO2 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Treibmit tel 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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren nach den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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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,
inndem 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.
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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 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.
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Mit
Hilfe des nachgeschalteten Einbringens des mit Druck beaufschlagten
Fluides in dem 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
auftreten, vermieden sind, insbesondere auch bei dünnen Wandstärken.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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Schäben haben
den Vorteil, daß sie
eine Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, in einem Umfang bis zum Fünffachen ihres Eigengewichtes
aufnehmen können
und trotzdem rieselfähig
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 15 mm bis etwa
20 mm 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.
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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 Polymermaterialien 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
Verfü gung,
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.
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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 plastifizierten Kunststoff
wesentlich schwieriger ist als dies für chemische Treibmittel der
Fall ist.
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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 Kunststoffmaterials
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 Kunststoffschmelze nachträglich zu verdrängen, was
zu geringeren Wandstärken
des hergestellten Artikels führt.
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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.
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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 271.2 bar im Bereich der
Siedepunktskurve 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.
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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 ein gebrachten Fluides
in der Regel dazu, daß der
Kunststoff in größerem Umfang
verändert
wird, insbesondere nachgeformt.
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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.
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Eine
weitere Gewichtsreduzierung des Artikels ist bei einer zweckmäßigen Fortbildung
der Erfindung dadurch erreicht, daß die Wandung mit geschäumten Wandstrukturen
gebildet wird.
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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.
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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.
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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.
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Das
Verfahren wird zweckmäßig in Verbindung
mit thermoplastischen Kunststoffmaterialien angewendet.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß als Kunststoffschmelze
eine vernetzend eingestellte Kunststoffschmelze eingebracht wird.
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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.
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Bei
einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß vor dem
Entformen 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 CO2 oder
Stickstoff verwendet. Die Temperatur des eingebrachten Kühlfluides
wird einem gewünschten
Abkühlprozeß entsprechend
eingestellt, insbesondere unter Beachtung der spezifischen Gegebenheiten
des verwendeten Kunststoffmaterials.
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Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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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 Werkzeugkavität
erfolgt, nämlich
mittels zumindest teilweiser Aufschäumung der Schmelze, sodaß Schaumstrukturen
entstehen. In einer anderen Ausgestaltung wird eine nicht-schäumbare Kunststoffschmelze
eingebracht.
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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.
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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
221.2 bar 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 Kunststoffmasse anzupassen.
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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.
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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 Umschaltmarkierung
vermieden wird, wie sie beispielsweise im Stand der Technik auftreten.
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Durch
Variation von Druck und/oder Temperatur kann die Struktur von geschäumten Wandungsabschnitten
in der Wandung des Artikels innerhalb der Wandstärke beeinflußt werden.
Um eine besonders geringe Wandstärke
zu erreichen, kann der Wasserdampf auch pulsierend eingebracht werden.
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Zur
Herstellung von Dampf kommen alle Flüssigkeiten in Betracht, die
unter sicherheits- und umweltrelevanten Gesichtspunkten verwendbar
sind. Bei unterschiedlichen Geometrien mit Wandstärkenverdickungen
an verschiedenen Stellen des Artikels kann der Dampf auch durch
separate Leitungssysteme zu den jeweiligen Dickstellen geführt werden
und durch zeitliche Variation zu unterschiedlichen Zeitpunkten der
Füllung
der Werkzeugkavität
eingebracht werden.
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Beim
Einsatz von physikalischem Treibmittel zur Herstellung eines schäumbaren
Grundmaterials erfolgt der Zusatz von CO2 oder
Stickstoff und besonders bevorzugt der Einsatz von Wasser, das einem Trägermaterial
beispielsweise Schäben
zugemischt und in einen Kunststoff bzw. in eine Kunststoffschmelze
eingebracht wird. Dabei kann die Zugabe des Wassers auch durch ein
superabsorbierendes Polymermaterial erfolgen, das ebenfalls als
Wasserträger
in Betracht kommt. Auch sind Abmischungen von beiden Trägermaterialien
möglich.
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Ein
Zykluszeitreduzierung wird bei der Herstellung erreicht, wenn nach
dem Einbringen des Dampfes der Durchfluß von Wasser oder kalter Gase durch
den dann gebildeten Hohlraum erfolgt, was zu einer Innenkühlung des
Artikels führt.
Hierbei kann die Kühltemperatur
auf die werkstoffspezifischen Gegebenheiten des verwendeten Kunststoffs
eingestellt werden. Die Innenkühlung
ist nicht nur mittels Wasser möglich;
es können
alle Flüssigkeiten
oder Gase eingesetzt werden, die zu einer intensiven Innenkühlung führen, beispielsweise
CO2 oder Stickstoff.