DE102010008263A1 - Pressure tank for accommodating e.g. water in sanitary technology, has plastic container designed as injection molding part with layer arranged at interior periphery of container and/or external periphery of container - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pressure vessel, in detail with the features of the preamble of
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Druckbehälters.The invention further relates to a method for producing such a pressure vessel.
Unter einem Druckbehälter im Sinne der Erfindung wird ein Behälter verstanden, welcher durch einen Hohlraum umgebende und unter vordefinierten Betriebsbedingungen zumindest temporär einer Druckdifferenz, meist einem erhöhten Innendruck ausgesetzte Wandungen charakterisiert ist. Der dabei im vom Hohlraum beschreibbaren Innenraum anliegende Druck ist größer oder kleiner, als der Umgebungsdruck. Druckbehälter dienen der Aufnahme von Medien in Form von Gasen, fluiden Medien oder festen Stoffen oder Gemischen aus diesen und sind hinsichtlich ihrerer Funktionen vielseitig einsetzbar. Dabei kann das im Druckbehälter aufgenommene Medium bereits unter Druck in diesen eingebracht oder aber der Druck erst nachträglich bei Bedarf temporär auf dieses ausgeübt werden. Die Druckbehälter können als Lagerbehälter, Druckspeicher, Wärmespeicher, Filtergehäuse, Ventilgehäuse, Pumpengehäuse, Zählergehäuse, verfahrenstechnische Behälter fungieren.In the context of the invention, a pressure vessel is understood to mean a vessel which is characterized by walls surrounding a cavity and, under predefined operating conditions, at least temporarily exposed to a pressure difference, usually an increased internal pressure. The pressure applied in the cavity which can be written on by the cavity is greater or smaller than the ambient pressure. Pressure vessels are used to hold media in the form of gases, fluid media or solids or mixtures thereof and are versatile in terms of their functions. In this case, the medium taken up in the pressure vessel can already be introduced under pressure into this or else the pressure can only be exerted subsequently on demand temporarily. The pressure vessels can act as storage containers, pressure accumulators, heat accumulators, filter housings, valve housings, pump housings, meter housings, procedural containers.
In vielen Einsatzbereichen werden heutzutage verstärkt Bauteile aus Metall durch Bauteile aus Kunststoff ersetzt. Dies gilt insbesondere im Bereich der Sanitär- und Heizungstechnik, sowie dem Automobilbau. Dabei werden insbesondere Druck führende Bauteile als Spritzgussbauteile ausgeführt. Die Auswahl des jeweiligen Werkstoffes/Materials erfolgt anhand der gestellten Anforderungen. Häufig verwendete thermoplastische Kunststoffe sind dabei Polyethylen, Polypropylen, Polyacetal, Polyphenylether, Polysulfon, Polyamid, Polyphthalamid, Polyethersulfon mit und ohne Verstärkungsmaterialien. Da die in den Druck führenden Bauteilen geführten oder befindlichen Medien einen starken Einfluss auf das Alterungsverhalten der Materialien aufweisen und die Medien oft auch durch höhere Temperaturen und Druckdifferenzschwankungen charakterisiert sind, bedarf es bei längerem Gebrauch hochwertiger und durch eine erhöhte Festigkeit und Verschleißbeständigkeit charakterisierter Materialien, weshalb häufig hochwertige Polymere verwendet werden.In many applications nowadays metal components are increasingly being replaced by plastic components. This is especially true in the field of sanitary and heating technology, as well as the automotive industry. In particular, pressure-carrying components are designed as injection-molded components. The selection of the respective material / material is made on the basis of the requirements. Frequently used thermoplastics are polyethylene, polypropylene, polyacetal, polyphenyl ether, polysulfone, polyamide, polyphthalamide, polyethersulfone with and without reinforcing materials. Since the media carried or located in the pressure-bearing components have a strong influence on the aging behavior of the materials and the media are often characterized by higher temperatures and pressure difference fluctuations, it is necessary to use high-quality and characterized by increased strength and wear resistance for prolonged use materials, which is why often high quality polymers are used.
Ein wesentlicher Hauptnachteil aller verwendeten Kunststoffe im Vergleich zu metallischen Werkstoffen besteht jedoch im verhältnismäßig geringen Elastizitätsmodul und der höheren Kriechneigung unter dauerhafter Belastung, das heißt konstanter Druckbelastung. Der geringere Elastiztätsmodul verursacht vor allem eine Deformation der Bauteile unter Druckbelastung. Dies ist insbesondere an Verbindungs- oder Dichtungsstellen oder zwischen beweglichen Komponenten sehr negativ, da es hier aufgrund der Deformation zur Leckagen kommen kann. Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden oft faserverstärkte Kunststoffe, in der Regel mit Glasfaserverstärkung, beispielsweise PA66 mit 30% Glasfasern in der Heizungstechnik eingesetzt. Die Verwendung von Glasfasern stellt dabei die gängigste und auch eine kostengünstige Lösung zur Erhöhung des Elastizitätsmoduls in thermoplastischen Kunststoffen dar. Problematisch bei dieser Lösung gestaltet sich allerdings, dass die Verstärkung, das heißt die Elastizitätsmodulerhöhung überwiegend in Faserrichtung erfolgt und somit der Elastizitätsmodul richtungsabhängig vom Füllverhalten des Bauteiles im Spritzgussprozess ist. Ein weiteres wesentliches Problem stellen die Bindenähte dar. Da Druckbehälter in der Regel Anschlussbereiche benötigen, muss zwangsläufig die Kunststoffschmelze beim Füllen um den Werkzeugkern, welcher nachher die Öffnung des Bauteils darstellt, herumfließen. Somit entsteht zwangsläufig um diesen Anschluss des Druckbehälters herum eine ungünstige Faserorientierung und eine Bindenaht. Diese stellt eine erhebliche Schwachstelle des Anschlussbereiches dar, da Anschlussbereiche besonders durch äußere Einflüsse belastet sind wie beispielsweise Anschlusskräfte, Montagekräfte etc.A major major disadvantage of all plastics used in comparison to metallic materials, however, is the relatively low modulus of elasticity and the higher creep under permanent load, that is, constant pressure load. The lower modulus of elasticity causes above all a deformation of the components under pressure load. This is very negative in particular at connecting or sealing points or between moving components, since leaks may occur here due to the deformation. To counteract this problem, often fiber-reinforced plastics, usually with glass fiber reinforcement, for example PA66 with 30% glass fibers used in heating technology. The problem with this solution, however, is that the reinforcement, ie the increase in modulus of elasticity, takes place predominantly in the fiber direction and thus the modulus of elasticity depends on the direction of filling of the polymer Components in the injection molding process is. Another important problem is the weld lines. Since pressure vessels generally require connection areas, the plastic melt inevitably has to flow around the tool core during filling, which subsequently forms the opening of the component. Thus inevitably arises around this connection of the pressure vessel around an unfavorable fiber orientation and a weld line. This represents a significant weak point of the connection area, since connection areas are particularly burdened by external influences such as connection forces, assembly forces, etc.
Werden Druckbehälter zylindrisch ausgeführt, muss im Spritzgussverfahren oftmals der Zylinder längs entlang der Zylinderachse gefüllt werden, damit dieser aus verstärktem Kunststoff nicht unrund wird und keine ungünstigen Bindenaht entsteht. Dies führt zu einer Faserorientierung quer zur eigentlichen Belastungsrichtung der Zylinderwand. Die sich dabei noch ergebende Verstärkung und Festigkeit in der Hauptbelastungsrichtung gestaltet sich allerdings sehr ungünstig und ist oft unzureichend.If pressure vessels are cylindrical, the cylinder often has to be filled longitudinally along the cylinder axis in the injection molding process so that it does not become out of round in reinforced plastic and no unfavorable weld line is formed. This leads to a fiber orientation transverse to the actual loading direction of the cylinder wall. However, the resulting gain and strength in the main load direction is very unfavorable and is often insufficient.
Andererseits führt eine hohe Faserverstärkung zu einer Erhöhung der Sprödigkeit des Materials und einer drastischen Herabsetzung der Druckdehnung. Ein sprödes und plötzliches Versagungsverhalten ist bei druckbeaufschlagten Bauteilen, welche Flüssigkeiten beinhalten, wie zum Beispiel in der Sanitärtechnik, allerdings unerwünscht, da ein Austausch vor dem Versagen eines Bauteils, bei dem die ganze Wohnung unter Wasser stehen kann, nicht mehr möglich ist. Bei langsamem duktilem Versagen tropft es zunächst und der Schaden kann noch vor dem Totalversagen behoben werden.On the other hand, a high fiber reinforcement leads to an increase in the brittleness of the material and a drastic reduction in the compressive strain. However, a brittle and sudden failure behavior is undesirable for pressurized components that incorporate fluids, such as sanitary technology, because replacement is no longer possible prior to the failure of a component that may flood the entire dwelling. With slow ductile failure it drips first and the damage can be repaired even before the total failure.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen Druckbehälter zu schaffen und den Berstdruck sowie die Deformation unter Druckbeaufschlagung zu verbessern sowie die hierfür verwendeten Materialien ideal zu nutzen und möglichst einfach und kostengünstig herzustellen. The invention is therefore based on the object to provide a cost-effective pressure vessel and to improve the bursting pressure and the deformation under pressurization and to use the materials used for this purpose ideal and as simple and inexpensive to manufacture.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein erfindungsgemäßer Druckbehälter, umfassend einen, einen Hohlraum bildenden und druckdicht verschließbaren Kunststoffbehälter, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbehälter als Spritzgussteil mit zumindest einer an seinem Innen- und/oder Außenumfang angeordneten Lage, insbesondere Folie ausgebildet ist.A pressure vessel according to the invention comprising a plastic container which forms a cavity and can be closed in a pressure-tight manner is characterized in that the plastic container is designed as an injection molded part with at least one layer, in particular film, arranged on its inner and / or outer circumference.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Hinterspritzen oder zumindest teilweises Umspritzen einer Lage, insbesondere Folie gelöst, um die mit Druck beaufschlagbare Wandung zu verstärken und die Deformation des Behälters minimal zu halten. Die Ausführung als Verbundbauteil erlaubt die Abstützung und Aufnahme größerer Druckkräfte gegenüber reinen Kunststoffbehältern. Durch die gezielte Anordnung der zumindest einen Folie oder auch mehrerer Folien können ferner einzelne Bereiche des Druckbehälters gezielt verstärkt werden.According to the invention, the object is achieved by the injection molding or at least partially encapsulating a layer, in particular film, in order to reinforce the pressure-loadable wall and to minimize the deformation of the container. The design as a composite component allows the support and absorption of greater pressure forces compared to pure plastic containers. Due to the targeted arrangement of the at least one film or even more films, individual regions of the pressure vessel can furthermore be purposefully reinforced.
Unter einer Lage werden dünne flächige Gebilde verstanden, die durch eine erheblich größere Erstreckung in Längen- und Breitenrichtung als in Höhenrichtung charakterisiert sind. Diese werden vorzugsweise von Folien gebildet, welche in unterschiedlichsten Ausführungen vorliegen können. Diese sind vorzugsweise in Form von Walzwerksfertigprodukten oder gezogenen flächigen Gebilden ausgeführt.A layer is understood as meaning thin, flat structures which are characterized by a significantly greater extent in the length and width direction than in the vertical direction. These are preferably formed by films, which may be present in various designs. These are preferably designed in the form of finished rolling products or drawn sheet-like structures.
Diese Lage können jedoch auch zumindest ein Gewebe, Gelege, Gitter- oder andere Netzstruktur oder einen Prepreg, das heißt ein mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägniertes Fasergewebe, insbesondere Glasfasergewebe, umfassen. Die Wahl der Ausbildung der Lage, insbesondere Struktur erlaubt ferner die gezielte Einflussnahme auf die Erhöhung der Festigkeit und die Verstärkungsrichtung in unterschiedlichen Belastungsrichtungen.However, this layer can also comprise at least one woven fabric, scrim, grid or other network structure or a prepreg, that is to say a fiber fabric preimpregnated with thermoplastic, in particular glass fiber fabric. The choice of the training of the situation, in particular structure also allows the targeted influence on the increase in strength and the direction of reinforcement in different directions of loading.
Bezüglich der verwendeten Materialien und ihres Aufbaus ist die einzelne Lage, insbesondere Folie als eine der nachfolgend genannten Ausführungen oder eine Kombination aus diesen ausgebildet:
- – Metallfolie, insbesondere Aluminiumfolie oder Edelstahlfolie
- – Kunststofffolie, insbesondere Kunststofffolie mit mindestens einer Schicht des gleichen thermoplastischen Kunststoffs, wie der hinterspritzte Kunststoff
- – Gewebe aus Metall oder Glasfasern oder Kohlefasern
- – Gelege aus Metall oder Glasfasern oder Kohlefasern
- – Gitter- und/oder Netzstruktur aus Kunststoff oder Metall
- – Prepreg, insbesondere mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägniertes Fasergewebe, insbesondere Glasfasergewebe,
- - Metal foil, in particular aluminum foil or stainless steel foil
- - Plastic film, in particular plastic film with at least one layer of the same thermoplastic material, as the back-injected plastic
- - Fabric of metal or glass fibers or carbon fibers
- - Clutches of metal or glass fibers or carbon fibers
- - Grid and / or network structure made of plastic or metal
- Prepreg, in particular fiber fabric preimpregnated with thermoplastic, in particular glass fiber fabric,
Die Ausbildung erfolgt dabei ein- oder mehrschichtig, wobei die einzelnen oben genannten möglichen Schichtstrukturen wiederum beschichtet oder durch anderweitige Oberflächen oder Zusätze funktionalisiert sein können. In vorteilhafter Weise können auch magnetische oder funktionalisierte Folien zum Einsatz gelangen.The training is carried out in one or more layers, wherein the individual above-mentioned possible layer structures in turn can be coated or functionalized by other surfaces or additives. Advantageously, magnetic or functionalized films can also be used.
In besonders vorteilhafter Ausführung werden Metallfolien, insbesondere Aluminiumfolien oder Edelstahlfolien verwendet. Diese sind durch eine geringere Kriechneigung und höheren E-Moduls der Kunststoff des Kunststoffbehälters charakterisiert, so dass die Festigkeit einer derartigen Verbindung sehr stabil ist. Diese weisen ferner eine gute Formanpassbarkeit auf. Die Metallfolie mit einer Dicke im Bereich von 50 μm bis 1000 μm, bevorzugt 100 μm bis 400 μm, besonders bevorzugt 100 μm bis 200 μm last sich unerwartet gut handhaben, stanzen, in ein Formwerkzeug, insbesondere ein Spitzgusswerkzeug, einlegen und mittel Spritzdruck verformen. Am fertigen Bauteil sind unerwartet keine scharfen Kanten oder kantige Enden der Folie ausgebildet. Dies auch nicht in Bereichen von Folienüberlappungen. Der realisierbare Spitzdruck im Spritzgusswerkzeug beim Spritzgussprozess von 100–2500 bar, bevorzugt 500–2000 bar, besonders bevorzugt 800–1500 bar reicht aus um die Metallfolie zu verformen.In a particularly advantageous embodiment, metal foils, in particular aluminum foils or stainless steel foils are used. These are characterized by a lower creep and higher modulus of elasticity of the plastic of the plastic container, so that the strength of such a compound is very stable. These also have good conformability. The metal foil with a thickness in the range of 50 .mu.m to 1000 .mu.m, preferably 100 .mu.m to 400 .mu.m, particularly preferably 100 .mu.m to 200 .mu.m load unexpectedly well handled punching, in a mold, in particular an injection mold, insert and deform medium injection pressure. On the finished component unexpectedly no sharp edges or edged ends of the film are formed. This also not in areas of overlaps. The realizable peak pressure in the injection molding tool in the injection molding process of 100-2500 bar, preferably 500-2000 bar, more preferably 800-1500 bar is sufficient to deform the metal foil.
Die Verwendung einer elektrisch leitfähigen Metallfolie kann zusätzlich der Temperierung des im Druckbehälter befindlichen Mediums dienen. Auch eignen sich Metallfolien hervorragend für die Ausbildung und Übernahme weiterer Funktionen, wie der Ausbildung von Schraubenaufnahmen für Blech- oder Schneidschrauben. Diese Schraubenaufnahme kann dann aufgrund der Kunststoff-Metall-Verbindung wesentlich höhere Kräfte übertragen als herkömmliche Verbindungen einer Schraube in Kunststoff. Auf das Einlegen von mechanisch bearbeiteten und damit aufwendigen Metalleinlegern mit Gewinde kann verzichtet werden.The use of an electrically conductive metal foil may additionally serve for the temperature control of the medium in the pressure vessel. Also, metal foils are ideal for training and take on other functions, such as the formation of screw holes for sheet metal or Tapping screws. This screw receptacle can then transmit much higher forces than conventional compounds of a screw in plastic due to the plastic-metal compound. On the insertion of mechanically machined and therefore expensive metal inserts with thread can be dispensed with.
Eine Kunststofffolie kann eine Einschicht oder Mehrschichtfolie sein. Vorzugsweise ist die Kunststofffolie dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite der Folie aus dem gleichen thermoplastischen Polymer besteht, wie der hinterspritzte Kunststoff und/oder ist versteckt. Eine verstreckte Kunststofffolie hat im Vergleich zum gleichen spritzgegossenen unverstärkten Kunststoff einen höheren E-Modul und eine höhere Festigkeit. Des weiteren kann eine Kunststofffolie bei Rissen im spritzgegossenen Kunststoff dichtend wirken und ein plötzliches Versagen verhindern, da eine unverstärkte Kunststofffolie eine sehr hohe Reissdehnung aufweist. Des weiteren besteht bei einer verstärkten Kunststofffolie die Möglichkeit den in Abhängigkeit des Verstärkungsstoffes und Herstellungsprozesses unterschiedlichen E-Modul der Kunststofffolie positive zu nutzen.A plastic film may be a monolayer or multilayer film. Preferably, the plastic film is characterized in that at least one side of the film consists of the same thermoplastic polymer as the back-injected plastic and / or is hidden. A stretched plastic film has a higher modulus of elasticity and higher strength compared to the same injection molded unreinforced plastic. Furthermore, a plastic film may have a sealing effect on cracks in the injection-molded plastic and prevent a sudden failure, since an unreinforced plastic film has a very high elongation at break. Furthermore, with a reinforced plastic film, it is possible to make positive use of the plastic film's modulus of elasticity depending on the reinforcing material and the production process.
Die Ausbildung als Gewebe, Gelege oder Gitter- oder Netzstrukturen erlaubt die gezielte Einstellung von Vorzugsrichtungen einzelner Eigenschaften der den Kunststoffbehälter verstärkenden Lage.The training as a fabric, scrim or grid or network structures allows the targeted setting of preferred directions of individual properties of the plastic container reinforcing layer.
In besonders vorteilhafter Ausführung weist die Lage, insbesondere Folie eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, bevorzugt 50 μm bis 600 μm, besonders bevorzugt 100 μm bis 200 μm auf.In a particularly advantageous embodiment, the layer, in particular film has a thickness in the range of 10 .mu.m to 1000 .mu.m, preferably 50 .mu.m to 600 .mu.m, more preferably 100 .mu.m to 200 .mu.m.
Das zur Ausbildung der Lage, insbesondere Folie am Außen- und/oder Innenumfang verwendete Halbzeug ist in diesem Dickenbereich flexibel, einfach handhabbar und leicht verformbar und und erlauben dadurch eine optimale Anpassung ihrer Form an die des Kunststoffbehälters vor und/oder während der Verfahrens des Hinterspritzens und gegebenenfalls gezielt gewünschte weitere Verformungen. Durch die Wahl des geeigneten Materials der Folien und deren Dicke kann der Verstärkungseffekt der Wandung des Druckbehälters örtlich gezielt beeinflusst und eingestellt werden.The semifinished product used to form the layer, in particular film on the outer and / or inner circumference, is flexible, easy to handle and easily deformable in this thickness range and thereby permits optimum adaptation of its shape to that of the plastic container before and / or during the process of back injection and optionally selectively desired further deformations. By choosing the suitable material of the films and their thickness of the reinforcing effect of the wall of the pressure vessel can be selectively influenced locally and adjusted.
Derartige Lagen, insbesondere Folien als Halbzeug sind wickelfähig, können leicht auf- und abgerollt werden, zusätzlich bearbeitet, insbesondere beschichtet werden. Da diese ferner leicht in den ebenen Zustand verbringbar sind, können diese leicht zugeschnitten oder gestanzt werden.Such layers, in particular films as semi-finished are windable, can be easily rolled up and down, additionally processed, in particular coated. Further, since these are easily brought into the flat state, they can be easily cut or punched.
Der Druckbehälter ist durch zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Lagen, insbesondere Folien charakterisiert. Diese können hinsichtlich ihrer Lage gezielt angeordnet und somit an Schwachstellen positioniert werden. Die Verbindung untereinander kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen.The pressure vessel is characterized by at least one, preferably a plurality of layers, in particular films. These can be selectively arranged with regard to their position and thus positioned at weak points. The connection with each other can take place cohesively and / or positively and / or non-positively.
Die Anordnung der Lage, insbesondere Folie kann am Innenumfang, Außenumfang oder an beiden erfolgen.The arrangement of the layer, in particular film can be done on the inner circumference, outer circumference or both.
Die Lage, insbesondere Folie liegt im Fertigungsendzustand des Druckbehälters im verformten Zustand vor. Diese kann auf unterschiedliche Art und Weise fixiert werden. In einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung ist der Kunststoffbehälter an seinem Innen- und/oder Außenumfang mit der zumindest einen Lage, insbesondere Folie stoffschlüssig unter Ausbildung einer Grenzschicht im Fügebereich verbunden. Der Stoffschluss ist derart ausgebildet, dass die Grenzschicht eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, vorzugsweise 10 μm bis 50 μm, besonders bevorzugt 10 μm bis 25 μm aufweist. Diese Grenzschichtdicken gewährleisten neben einer hohen Festigkeit auch die Dichtheit der Verbindung. Die Grenzschicht dient ferner zum Abbau, bzw. Reduktion von Spannungen, bzw. Spannungsspitzen im Verbund zwischen der Lage, insbesondere Folie mit vergleichsweise hohem E-Modul und geringem Wärmeausdehungskoeffizienten bei den Verstärkungslagen, welche die Werkstoffe Metall, Glasfasern oder Kohlefasern beinhalten und dem Abbau, bzw. Reduktion von Spannungen, bzw. Spannungsspitzen am spritzgegossenen Kunststoffbehälter. Den Abbau, bzw. Reduktion von Spannungen, bzw. Spannungsspitzen am spritzgegossenen Kunststoffbehälter bei Belastung, beispielsweise schneller, wechselnder Druckbelastung im Kunststoffbehälter ist eine weitere Aufgabe der Grenzschicht.The layer, in particular foil, is in the deformed state in the final production state of the pressure vessel. This can be fixed in different ways. In a first particularly advantageous embodiment of the plastic container is connected at its inner and / or outer periphery with the at least one layer, in particular film cohesively to form a boundary layer in the joining region. The material bond is formed such that the boundary layer has a thickness in the range of 5 .mu.m to 100 .mu.m, preferably 10 .mu.m to 50 .mu.m, particularly preferably 10 .mu.m to 25 .mu.m. These boundary layer thicknesses ensure not only a high strength but also the tightness of the connection. The boundary layer also serves to reduce or reduce stress, or stress peaks in the bond between the layer, in particular film with a comparatively high modulus of elasticity and low coefficient of thermal expansion in the reinforcing layers, which include the materials metal, glass fibers or carbon fibers and the degradation, or reduction of stresses, or voltage peaks on the injection-molded plastic container. The reduction or reduction of stresses or stress peaks on the injection-molded plastic container under load, for example, faster, changing pressure load in the plastic container is another task of the boundary layer.
In einer vorteilhaften Ausführung wird dabei die Grenzschicht aus zumindest einem, thermoplastischen oder einem thermoplastisch Teilvernetzenden oder einem vernetzenden Haftsystem gebildet.
Aufgrund des Stoffschlusses sind die unterschiedlichen Bestandteile – Kunststoffbehälter und Lage, insbesondere Folie hinsichtlich ihrer Position zueinander fest definiert, so dass in Einbaulage die Bereiche erhöhter Festigkeit und Vorzugsrichtung ebenfalls fest vorgegeben sind. Der Stoffschluss über die gesamte Fläche ermöglicht ferner eine druck- und flüssigkeitsdichte Ausführung der Verbindung zwischen Kunststoffbehälter und Lage, sowie eine gute Verteilung der aus einer Belastung hervorgerufenen Kräfte vom Kunststoffbehälter in die Fläche der Lage, insbesondere Folie.Due to the material connection, the different components - plastic container and layer, in particular film with respect to their position firmly defined, so that in the installed position, the areas of increased strength and preferred direction are also fixed. The material connection over the entire surface further enables a pressure and liquid-tight design of the connection between the plastic container and the layer, as well as a good distribution of the forces caused by a load from the plastic container into the surface of the layer, in particular film.
In einer weiteren Ausbildung kann der Kunststoffbehälter zusätzlich oder alternativ an seinem Innen- und/oder Außenumfang mit der zumindest einen Lage, insbesondere Folie formschlüssig verbunden sein. Die zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung ausgeführte formschlüssige Verbindung bietet den Vorteil einer Entlastung des Stoffschlusses. Der Formschluss kann gezielt ausgebildet und ausgerichtet werden und erlaubt die gezielte Krafteinleitung und gegebenenfalls Umlenkung.In a further embodiment of the plastic container may additionally or alternatively be positively connected at its inner and / or outer periphery with the at least one layer, in particular film. The in addition to the cohesive connection executed positive connection offers the advantage of relieving the material bond. The positive connection can be specifically designed and aligned and allows the targeted introduction of force and optionally deflection.
Der Kunststoffbehälter besteht in vorteilhafter Weise aus zumindest einem der nachfolgend genannten Materialen: einem Polymer oder einer Kombination von Polymeren, insbesondere
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Kunststoffbehälter aus einem transparenten oder semitransparenten spritzgegossenen Kunststoff ausgebildet. Dies bietet die Möglichkeit einer visuellen Zustandserfassung für das im Innenraum des Druckbehälters befindliche Medium. In diesem Fall muss eine Lage, insbesondere die Folie ebenfalls transparent oder semitransparent sein oder eine nicht transparente oder nicht semitransparente Lage, insbesondere die Folie entsprechende Ausnehmungen aufweisen. Die Ausnehmungen können im Ebenen Zustand der Folie leicht und kostengünstig, beispielsweise durch stanzen, einzubringen werden.In an advantageous embodiment, the plastic container is formed from a transparent or semi-transparent injection-molded plastic. This offers the possibility of a visual condition detection for the medium located in the interior of the pressure vessel. In this case, a layer, in particular the film, must likewise be transparent or semitransparent or have a non-transparent or non-semitransparent layer, in particular recesses corresponding to the film. The recesses can be easily and inexpensively, for example, by punching, bring in the plane state of the film.
Eine vorteilhafte Ausführung besteht ferner darin, die Endbereiche einer Lage, insbesondere Folie derart zueinander anzuordnen und auszubilden, dass diese sich überlappen und formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch wird die Festigkeit einer derartigen Verstärkung nocheinmal erhöht.An advantageous embodiment further consists of arranging and forming the end regions of a layer, in particular foil, in such a way that they overlap one another and are connected to one another in a form-fitting and / or materially bonded manner. As a result, the strength of such a gain is increased again.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters, insbesondere Druckbehälters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
- – Bereitstellung zumindest einer Lage, insbesondere Folie;
- – Bereitstellung eines Formgebungswerkzeuges zur Ausbildung des Kunststoffgehäuses;
- – Hinter- oder Umspritzen/Vergießen der zumindest einen Lage, insbesondere Folie unter Druck im Formgebungswerkzeug durch Gießen, insbesondere Spritzgießen.
- - providing at least one layer, in particular film;
- - Providing a shaping tool for forming the plastic housing;
- - Back- or encapsulation / potting the at least one layer, in particular film under pressure in the forming tool by casting, in particular injection molding.
Erfindungsgemäß wird somit das Problem einer unerwünschten Deformation des Außenumfanges des Behälters aufgrund von Druck, durch Hinter- oder Umspritzen einer Lage, insbesondere Folie unter Ausbildung des Kunststoffbehälters gelöst. Ein wesentliches Kennzeichen der Lage, insbesondere Folie besteht darin, dass diese wickelfähig ist und einfach aufgerollt und abgerollt, einfach beschichtet und im ebenen Zustand in die gewünschte, der Abwicklung entsprechenende Form gebracht werden kann, das heißt zugeschnitten beziehungsweise gestanzt.According to the invention thus the problem of undesirable deformation of the outer periphery of the container due to pressure, by rear or overmolding a layer, in particular film to form the plastic container is achieved. An essential feature of the situation, in particular film is that this is windable and simply rolled up and unrolled, simply coated and can be brought in the flat state in the desired, the development corresponding shape, that is tailored or stamped.
Als Vorteil des Verfahrens ist zu nennen, das sich die Lage, insbesondere Folie im Spritzgussprozess an die äussere und/oder die innere Kontur des Formwerkzeugs, welche beispielsweise eine kreisförmige zylindrische Kontur bildet, anpasst, d. h. beispielsweise dem Durchmesser der kreisförmigen zylindrischen Kontur unter Änderung des überlappenden Bereiches der Lage, insbesondere Folie, anpasst. Somit sind Passungs- und Masstoleranzprobleme vermieden, welche bei einer Montage entststehen, wenn die Formgebung der Verstärkungslage, insbesondere Folie und die Formgebung des spritzgegossenen Kunststoffbehälters in zwei Verfahrensschritten geschieht. Die Montage einer Folie in beanspruchtem dünnen Dickenbereich ist aufgrund der hohen Flexibilität der Folie kaum möglich.An advantage of the method is to mention that the position, in particular film in the injection molding process to the outer and / or the inner contour of the mold, which forms, for example, a circular cylindrical contour, adapts, d. H. for example, the diameter of the circular cylindrical contour with changing the overlapping region of the layer, in particular film adapts. Thus, fit and Masstoleranzprobleme are avoided, which arise in an assembly when the shaping of the reinforcing layer, in particular film and the shape of the injection-molded plastic container is done in two process steps. The mounting of a film in claimed thin thickness range is hardly possible due to the high flexibility of the film.
Bei dem Formwerkzeug für den Kunststoffbehälter handelt es sich um ein Gusswerkzeug, insbesondere Spritzgusswerkzeug. Dabei kann grundsätzlich zwischen der Formgebung der Lage, insbesondere Folie erst und nur innerhalb des Spritzgusswerkzeuges und einer Vorformgebung außerhalb und anschließenden weiteren Formgebung innerhalb des Spritzgusswerkzeuges unterschieden werden.The molding tool for the plastic container is a casting tool, in particular injection molding tool. In principle, it is possible to differentiate between the shaping of the layer, in particular the film first and only within the injection molding tool and a preforming outside and subsequent further shaping within the injection molding tool.
Erfindungsgemäß wird gemäß einer ersten Ausführung eine zunächst ebene Folie mit deutlich höherem E-Modul, höherer Festigkeit und/oder geringerer Kriechneigung als hochverstärkte thermoplastische Kunststoffe in einem Formwerkzeug für den Kunststoffbehälter, insbesondere Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt beziehungsweise unter Ausbildung der Kunststoffhülse hinterspritzt. Bei diesem Spritzgussprozess wird die Metallfolie und/oder das Verstärkungselement derart positioniert und/oder durch den Spritzdruck der Kunststoffmasse in der gewünschten Weise verformt.According to the invention, according to a first embodiment, an initially flat film with a significantly higher modulus of elasticity, higher strength and / or lower creep is placed as highly reinforced thermoplastic in a molding tool for the plastic container, in particular injection molding tool and injected behind or back-molded to form the plastic sleeve. In this injection molding process, the metal foil and / or the reinforcing element is positioned and / or deformed by the injection pressure of the plastic mass in the desired manner.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind jeweils die Seiten der Lage, insbesondere Folie, die mit der Kunststoffhülse verbunden sind, mit einem Haftvermittler beschichtet, der an der zum Fügen vorgesehenen Fügefläche angebracht, aufgebracht wird und unter den Bedingungen des Spritzgussverfahrens einen Stoffschluss zwischen dem sich ausbildenden Kunststoffteil und der Lage erzeugt. Durch die geeignete Wahl des Haftvermittlers, insbesondere Art und Menge und die Größe der überstrichenen Fläche kann die Festigkeit des erzeugbaren Stoffschlusses zwischen Lage und Kunststoffbehälter beeinflusst und eingestellt werden.In a particularly advantageous embodiment, in each case the sides of the layer, in particular film, which are connected to the plastic sleeve, coated with an adhesion promoter, which is attached to the joining surface provided for joining, applied and under the conditions of the injection molding process a material connection between the forming Plastic part and the situation generated. Due to the suitable choice of the adhesion promoter, in particular the nature and quantity and the size of the swept surface, the strength of the producible material bond between the layer and the plastic container can be influenced and adjusted.
In dieser besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Formgebung der zumindest einen Lage, insbesondere Folie zumindest teilweise durch den Druck während des Spritzgussverfahrens, insbesondere Spritzdruck, vorzugsweise vollständig. Dies bietet die Möglichkeit einer einfachen und schnellen Fertigung in nur einem Arbeitsschritt und vermeidet aufwendige Zusatzverfahren sowie das Erfordernis entsprechender Halteeinrichtugen am Formwerkzeug.In this particularly advantageous embodiment, the shaping of the at least one layer, in particular foil at least partially by the pressure during the injection molding process, in particular injection pressure, preferably completely. This offers the possibility of a simple and quick production in only one step and avoids complex additional procedures and the requirement of appropriate Halteeinrichtugen on the mold.
In einer vorteilhaften Untervariante wird dabei ein Teil der Umformung der Lage, insbesondere Folie durch Relativbewegungen des oder von Teilen des Formwerkgebungszeuges erzeugt. In diesem Fall kann beispielsweise das Schließen des Formwerkzeuges bereits eine Verformung an der Lage, insbesondere Folie bewirken. Ferner können Verformungen während des Gießverfahrens auch durch Relativbewegung des Formgebungswerkzeuges entstehen. Dies können bewegliche Werkzeuge oder auch Werkzeugkomponenten während der Schließbewegung des Werkzeuges sein. Durch bewegliche Werkzeugkomponenten können auch Bewegungen während des Füllvorgangs mit der Kunststoffschmelze erzeugt werden.In an advantageous sub-variant, part of the deformation of the layer, in particular the film, is produced by relative movements of or parts of the forming tool. In this case, for example, the closing of the mold already cause a deformation of the layer, in particular foil. Furthermore, deformations may also occur during the casting process by relative movement of the forming tool. These can be moving tools or even tool components during the closing movement of the tool. By moving tool components and movements during the filling process can be generated with the plastic melt.
Die Verwendung ebener Lagen, insbesondere Folien als Halbzeug ist besonders einfach beim Transport und in der Handhabung. Diese kann einfach aufgerollt, abgerollt, beschichtet und in der Breite und Länge zugeschnitten werden. Sind ferner Durchbrüche, Löcher oder andere Ausnehmungen notwendig, können diese einfach im ebenen Zustand gestanzt werden.The use of even layers, in particular films as a semi-finished product is particularly easy during transport and handling. It can simply be rolled up, unrolled, coated and cut in width and length. Are further breakthroughs, holes or other recesses necessary, these can be easily punched in a flat state.
In einer zweiten Ausführung besteht auch die Möglichkeit, die zumindest eine Lage, insbesondere Folie vor der Positionierung im Formgebungswerkzeug bereits vorzuformen, beispielsweise zu Rollen. In diesem Fall kann die Einbringung ins Formwerkgebungswerkzeug für den Kunststoffbehälter vereinfacht werden und es besteht die Möglichkeit zusätzliche Funktionselemente auszuformen, die außerhalb des umspritzten Bereiches liegen. In a second embodiment, it is also possible to pre-form the at least one layer, in particular foil, prior to positioning in the forming tool, for example into rolls. In this case, the introduction into the molding tool for the plastic container can be simplified and it is possible to form additional functional elements that lie outside the overmolded area.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die zumindest eine Lage, insbesondere Folie derart positioniert, dass mindestens eine entstehende Bindenaht am entsteheneden Kunststoffbehälter überdeckt wird, wodurch die Festigkeit erhöht wird.In an advantageous development, the at least one layer, in particular foil, is positioned in such a way that at least one resulting weld line is covered on the resulting plastic container, whereby the strength is increased.
Zur möglichst genauen Lagefixierung kann die zumindest eine Lage im Formgebungswerkzeug positioniert und mittels Halteeinrichtungen fixiert werden.For the most accurate position fixing, the at least one layer can be positioned in the forming tool and fixed by means of holding devices.
In einer weiteren Weiterentwicklung kann vorgesehen werden, dass der Formgebungsprozess für den Kunststoffbehälter derart ausgeführt wird, dass mehrere einzelne Lagen, insbesondere Folien eingesetzt werden und diese vor oder während des Formgebungsprozesses derart umgeformt werden, dass mindestens zwei Lagen, insbesondere Folien miteinander verbunden werden. Diese Verbindung dient ebenfalls der Erhöhung der Festigkeit.In a further development, it can be provided that the shaping process for the plastic container is carried out in such a way that several individual layers, in particular films, are used and these are formed before or during the shaping process in such a way that at least two layers, in particular films, are joined together. This compound also serves to increase the strength.
Zur Entlastung des Stoffschlusses kann in einer vorteilhaften Ausführung die zumindest eine Lage, insbesondere Folie Ausnehmungen aufweisen, die während des Vergießens formschlüssige Verbindungen mit dem entstehenden Kunststoffbehälter ausbilden. Dieser Formschluss kann gezielt ausgebildet und ausgerichtet werden und erlaubt die gezielte Krafteinleitung und gegebenenfalls Umlenkung.In order to relieve the material bond, in an advantageous embodiment, the at least one layer, in particular film, can have recesses which form positive-locking connections with the resulting plastic container during potting. This form-fitting can be specifically designed and aligned and allows the targeted application of force and, if necessary, deflection.
In vorteilhafter Weiterentwicklung kann die zumindest eine Lage Ausnehmungen aufweisen, die während des Vergießens formschlüssige Verbindungen mit dem entstehenden Kunststoffbehälter und/oder unterschiedlichen Endbereichen der selben Lage oder mit zumindest einer weiteren, d. h. anderen Lage ausbilden. Der Formschluss wird dabei in einem einzigen Verfahrensschritt zeitgleich mit der Herstellung des Kunststoffbehälters erzeugt.In an advantageous further development, the at least one layer can have recesses which, during casting, form positive connections with the resulting plastic container and / or different end regions of the same layer or with at least one further, d. H. train another situation. The positive connection is generated in a single process step at the same time as the production of the plastic container.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage unter Ausbildung eines von Kunststoff freien Überstandes hinterspritzt wird und der Überstand derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser geeignet ist, eine weitere Funktion zu übernehmen, insbesondere mit einem weiteren Bauteil verbunden zu werden. Dabei kann der Überstand kraft-, form- oder stoffschlüssig mit dem weiteren Bauteil unter Übernahme weiterer Funktionen, wie beispielsweise die Gewährleistung einer Abdichtung verbunden werden. Bei diesem weiteren Bauteil kann es sich um den Deckel zum Verschließen des Hohlraumes handeln. Die Verbindung erfolgt dann vorzugsweise druck- und flüssigkeitsdicht und im einfachsten Fall durch Stoffschluss unter Ausnutzung des Lagenmaterials und/oder zusätzlicher Haftvermittler.A further advantageous embodiment is characterized in that at least one layer is back-injected to form a plastic-free projection and the supernatant is designed and arranged such that it is suitable to take on a further function, in particular to be connected to a further component. In this case, the supernatant force, form or cohesively with the other component by taking over other functions, such as ensuring a seal are connected. In this further component may be the lid for closing the cavity. The connection is then preferably pressure and liquid-tight and in the simplest case by material bond taking advantage of the layer material and / or additional adhesion promoter.
Zur zeitgleichen Ausformung von Anschlüssen am Druckbehälter weist die zumindest eine Lage im noch nicht hinterspritzten Zustand vorzugsweise zumindest eine Ausnehmung auf, welche derart im Formgebungswerkzeug positioniert wird, dass in der Ausnehmung im Formgebungswerkzeug ein Anschluss an den Kunststoffbehälter bei Herstellung des Kunststoffbehälters ausgeformt, insbesondere ausgegossen wird.For simultaneous shaping of connections to the pressure vessel, the at least one layer in the not yet injected state preferably has at least one recess which is positioned in the forming tool such that a connection to the plastic container is formed in the recess in the forming tool when the plastic container is produced, in particular poured out ,
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf eine bestimmte Behälterform beschränkt. In vorteilhafter Ausführung ist der Druckbehälter jedoch zylindrisch ausgebildet. Denkbar sind auch Varianten mit vieleckigem Querschnitt, wobei die Übergänge an den Eckbereichen vorzugsweise abgerundet sind, um die Spannung der einzelnen Lage so gering wie möglich zu halten.The solution according to the invention is not limited to a specific container shape. In an advantageous embodiment, however, the pressure vessel is cylindrical. Also conceivable are variants with polygonal cross-section, wherein the transitions at the corner regions are preferably rounded in order to keep the tension of the individual layer as small as possible.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to figures. It details the following:
Die
Die
Die Verfahrensparameter im Spritzguss sind für die jeweiligen thermoplastischen Kunststoffe unterschiedlich, entsprechend der üblichen Parameter, gemäß Herstellerangaben zu wählen. Für Polyamid PA66 mit Glasfaserverstärkung ist beispielsweise eine Werkzeugtemperatur von 80 bis 120°C und eine Schmelzetemperatur von 280 bis 330°C zu wählen. Der Spritzdruck liegt im Verfahren in einem Bereich von 100 bis 2500 bar, bevorzugt 500 bis 2000 bar, besonders bevorzugt 900 bis 1500 bar. Der Nachdruck ist mit 60 bis 70% des genannten Spitzdrucks zu wählen. Zur Ausformung einer Metallfolie ist der Nachdruck bevorzugt gleich groß, wie der Spritzdruck. Besonders bevorzugt ist der Nachdruck 100 bis 150% des Spritzdrucks.The process parameters in injection molding are different for the respective thermoplastics, according to the usual parameters to choose according to the manufacturer. For polyamide PA66 with glass fiber reinforcement, for example, a mold temperature of 80 to 120 ° C and a melt temperature of 280 to 330 ° C is to be selected. The injection pressure is in the process in a range of 100 to 2500 bar, preferably 500 to 2000 bar, more preferably 900 to 1500 bar. The emphasis is to be selected with 60 to 70% of said peak pressure. For forming a metal foil, the emphasis is preferably the same size as the injection pressure. Particularly preferably, the holding pressure is 100 to 150% of the injection pressure.
Gegenüber der Ausführung in
Die
Vorzugsweise wird bei den in den
Die
Demgegenüber verdeutlicht die
In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung in
Es versteht sich, dass bei den in den
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist es vorgesehen, dass die einzelne Lage
Die
Die
In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt dabei die Formgebung weitestgehend während des genannten Verfahrens.In a particularly advantageous embodiment, the shaping takes place as far as possible during the said process.
Die
Die nachfolgenden Sätze stellen weitere Aspekte der Erfindung dar und sind Teil der Beschreibung und keine Ansprüche.The following sentences constitute further aspects of the invention and are part of the description and not claims.
Sätze:Sentences:
-
1. Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters (
1 ), umfassend einen, einen Hohlraum (2 ) bildenden und druckdicht verschließbaren Kunststoffbehälter (3 ), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – Bereitstellung zumindest einer Lage (5 ,5a ,5b ), insbesondere einer Folie; – Bereitstellung eines Formgebungswerkzeuges (14 ) zur Ausbildung des Kunststoffbehälters (3 ); – Hinter- oder Umspritzen/Vergießen der zumindest einen Lage (5 ,5a ,5b ), insbesondere Folie unter Druck im Formgebungswerkzeug (14 ) durch Gießen, insbesondere Spritzgießen.1. Method for producing a pressure vessel (1 ), comprising one, a cavity (2 ) forming and pressure-tight closable plastic container (3 ), characterized by the following features: - providing at least one layer (5 .5a .5b ), in particular a film; - provision of a shaping tool (14 ) for forming the plastic container (3 ); Behind or overmolding / casting of the at least one layer (5 .5a .5b ), in particular film under pressure in the forming tool (14 ) by casting, in particular injection molding. -
2. Verfahren nach Satz
1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (5 ,5a ,5b ) vor oder während des Spritzgießprozesses durch bewegliche Elemente im Formgebungswerkzeug (14 ), insbesondere Spritzgießwerkzeug umgeformt wird.2. Procedure according tosentence 1 , characterized in that the at least one layer (5 .5a .5b ) before or during the injection molding process by moving elements in the forming tool (14 ), in particular injection molding tool is formed. -
3. Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Lage (
5 ,5a ,5b ) derart positioniert wird, dass mindestens eine entstehende Bindenaht am Kunststoffbehälter (3 ) überdeckt wird.3. Method according to one of thesentences 1 to 2, characterized in that the individual layer (5 .5a .5b ) is positioned such that at least one resulting weld line on the plastic container (3 ) is covered.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Druckbehälterpressure vessel
- 22
- Hohlraumcavity
- 33
- KunststoffbehälterPlastic containers
- 44
- Innenumfanginner circumference
- 5, 5a, 5b5, 5a, 5b
- Lagelocation
- 66
- Grenzschichtinterface
- 77
- Fügebereichjoining area
- 88th
- Einsatzcommitment
- 99
- Haftmitteladhesives
- 1010
- Oberflächesurface
- 1111
- Außenumfangouter periphery
- 1212
- Überlappungoverlap
- 13.1, 13.213.1, 13.2
- Endbereichend
- 1414
- Formgebungswerkzeugshaping tool
- 1515
- Ausnehmungrecess
- 1616
- Ausnehmungrecess
- 1717
- Formschlussform-fit
- 1818
- Ausnehmungrecess
- 1919
- FormschlusselementForm-fitting element
- 2020
- Anschlussconnection
- 21, 21a, 21b21, 21a, 21b
- Metallfoliemetal foil
- 2222
- Flächearea
- 2323
- Öffnungopening
- 2424
- Flächearea
- 2525
- Stoßshock
- 2626
- ÜberstandGot over
- 2727
- Deckelcover
- 2828
- Verbindungconnection
- VA–VDVA-VD
- Verfahrensschrittesteps
- LL
- Längsachselongitudinal axis
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R130 | Divisional application to |
Ref document number: 102010064416 Country of ref document: DE Effective date: 20110805 |
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20120517 |
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R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |