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Die Erfindung betrifft einen Kunststoff, ein Bauteil aus einem derartigen Kunststoff, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffs oder eines derartigen Bauteils.
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Zur Feststellung einer Schädigung eines Bauteils aus Kunststoff, wie beispielsweise einem Polycarbonat – oder Polymethylmethaacrylatkunststoff, werden mechanische Werkstoffprüfungen, wie beispielsweise Biegeversuche oder Schlagversuche, durchgeführt. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein hoch belastetes Element einer Lagerung handeln. Die Werkstoffprüfungen führen dabei häufig zur Herabsetzung einer Festigkeit des zu prüfenden Materials oder sogar zu dessen Zerstörung. Alternativ zu Werkstoffprüfungen der Bauteile aus Kunststoff, kann vorgesehen sein, dass diese in regelmäßigen Abständen ohne weitere Prüfung durch neue Bauteile ersetzt werden, was bei insbesondere hochpreisigen Bauteilen zu hohen Kosten führt
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In der
EP 0 538 580 A1 ist zur Feststellung von Druck- oder Stoßstellen eines Bauteils aus Kunststoff eine Beschichtung für diese Bauteile vorgesehen. Die Beschichtung besteht dabei aus einem Lack in dem mit Farbstoff gefüllte Mikrokapseln eingemischt sind. Bei einer Druck- oder Stoßstelle am Bauteil ändert die Beschichtung ihre Farbe, wodurch diese Stelle visuell erkennbar ist und auf eine Beschädigung rückgeschlossen werden kann.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass mit dieser Beschichtung Beschädigungen bzw. Druck- oder Stoßstellen am Bauteil nur an dessen Oberfläche erkennbar sind.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kunststoff und ein Bauteil mit einem derartigen Kunststoff zu schaffen, bei denen eine umfassende Prüfung des Zustands des Kunststoffs bzw. des Bauteils mit geringen Kosten möglich ist, ohne diese zu zerstören oder dessen Festigkeit herabzusetzen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffs oder eines derartigen Bauteils zu schaffen, das äußerst kostengünstig und einfach ausführbar ist.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Kunststoffs gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, hinsichtlich des Bauteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist ein Kunststoff einen darin eingebetteten Indikator auf. Der Indikator ist dabei derart ausgestaltet, dass dieser, insbesondere zum Erkennen von Schädigungsstellen im Kunststoff, ab einer bestimmten Verformung oder bei einer Verformung des Kunststoffs im Bereich des Indikators der Indikator eine Information ausgibt.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass beispielsweise Schädigungsstellen von Kunststoffen die durch die Verformung des Kunststoffs entstehen, durch die vom Indikator ausgegebene Information einfach erfassbar sind. Da der Indikator im Kunststoff eingebettet ist, erfolgt die Ausgabe einer Information nicht nur bei einer Verformung des Kunststoffs an dessen Oberfläche, sondern auch bei Verformungen im Inneren des Kunststoffs. Eine Werkstoffprüfung ist durch den erfindungsgemäßen Kunststoff nicht mehr notwendig, wodurch ein Ausbau des Bauteils, wie im Stand der Technik, obsolet ist. Des Weiteren kann es nicht mehr notwendig sein ein Bauteil mit einem derartigen Kunststoff in regelmäßigen Abständen auszutauschen, da ein Austausch erst dann zu erfolgen hat, wenn tatsächlich eine Schädigungsstelle auftritt, was eben auf einfache Weise durch den Indikator angezeigt ist.
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Vorzugsweise ist der Indikator zumindest eine Kapsel, die mit einem Stoff gefüllt ist. Die Kapsel ist dabei derart ausgestaltet, dass ab einer bestimmten Verformung des Kunststoffs im Bereich der Kapsel der Stoff aus dieser austritt, insbesondere um die Schädigung des Kunststoffs anzuzeigen.
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Die Information und/oder der Stoff kann kostengünstig und einfach visuell und/oder spektroskopisch erfassbar sein.
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Um die Festigkeit des Kunststoffs durch den Indikator im Wesentlichen nicht zu beeinflussen, ist die Kapsel als Mikrokapsel ausgebildet und weist hierdurch eine äußerst geringe Größe auf.
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Mit Vorteil ist der Stoff ein Farbstoff, insbesondere eine Fluoreszenzfarbstoff. Als Farbstoff kann er beispielsweise bei einem transparenten Kunststoff visuell erfasst werden. Handelt es sich um einen Fluoreszenzfarbstoff, so können spektroskopische Verfahren, wie beispielsweise Fluoreszenzmessungen, durchgeführt werden.
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Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Kapseln in dem Kunststoff derart eingebettet, dass das Volumen des Kunststoffs weitestgehend auf Schädigungen kontrollierbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei unterschiedliche Kapseltypen der Kapsel in den Kunststoff eingebettet. Die Kapseltypen unterscheiden sich dadurch, dass diese jeweils einen anderen Stoff umfassen, insbesondere Farbstoffe mit unterschiedlichen Farben, und dass diese jeweils bei unterschiedlichen Verformungen, insbesondere unterschiedlichen Größen von Verformungen, den Stoff freigeben. Beispielsweise kann bei geringen Verformungen der erste Kapseltyps einen grünen Farbstoff freigeben, während der zweite Kapseltyp erst bei größeren Verformungen einen roten Farbstoff freigibt. Werden dann bei einer visuellen Prüfung des Kunststoffs keine Farbstoffe oder nur grüne Farbstoff erfasst, so kann daraus gefolgert werden, dass nur geringe Verformungen bei dem Kunststoff bisher eingetreten sind und ein Austausch noch nicht notwendig sein kann. Sind dagegen rote Farbstoffe erkennbar, dann würde dies auf große Verformungen des Kunststoffs hinweisen, was dann beispielsweise zur Folge hat, das Bauteil mit diesem Kunststoff auszutauschen.
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Bevorzugter Weise besteht der Kunststoff aus einem Polycarbonat- oder Polymethylmetaacrylat.
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Erfindungsgemäß besteht ein Bauteil aus einem derartigen Kunststoff. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um eine hohen Belastungen ausgesetzte Sichtscheibe für eine Maschine handeln. Eine Beschädigung des Bauteils ist dann auf kostengünstige Weise feststellbar.
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Um einen derartigen Kunststoff oder ein derartiges Bauteil kostengünstig und einfach herzustellen wird der oder werden die Indikatoren im geschmolzenen Zustand des Kunststoffs in diesen eingemischt. Anschließend wird der Kunststoff ausgehärtet.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bauteil mit einem erfindungsgemäßen Kunststoff gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die einzige Figur zeigt ein Bauteil 1, dass aus einem erfindungsgemäßen Kunststoff 2 besteht, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Kunststoff 2 weist dabei eine Vielzahl als Mikrokapseln 4 ausgebildete Indikatoren auf, wobei zur vereinfachten Darstellung nur eine Mikrokapsel 4 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich um eine Sichtscheibe für eine Maschine, das eine etwa quaderförmige Form aufweist. Die Mikrokapseln 4 sind in den Kunststoff 2 eingebettet.
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Eine jeweilige Mikrokapsel 4 ist als Hülle ausgebildet, die einen Farbstoff umfasst bzw. damit befüllt ist. Die Mikrokapseln 4 sind in der Figur beispielhaft als kugelförmige Körper dargestellt. Allerdings können die Mikrokapseln 4 eine beliebige Form aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass sie einen Stoff, insbesondere Farbstoff, umfasst.
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Bei einer Verformung bzw. Deformation oder ab einer bestimmten Verformung bzw. Deformation der Mikrokapsel 4, entsteht eine Öffnung in der Hülle, wodurch der Farbstoff aus der Mikrokapsel 4 austritt. Bei der Öffnung handelt es sich beispielsweise um einen Bruch in der Hülle. Da die Mikrokapseln 4 in den Kunststoff 2 fest eingebettet sind, werden diese bei einer Verformung des Kunststoffs, beispielsweise einer Dehnung, einer Stauchung oder einer Scherung, mitverformt. Die Mikrokapsel 4 sind entweder derart ausgebildet, dass die Öffnung schon generell bei einer Verformung entsteht, oder dass die Öffnung erst ab einer bestimmten Verformung entsteht. Durch die sich ergebende Öffnung tritt dann der Farbstoff aus der Mikrokapsel 4 aus und ist visuell und/oder spektroskopisch erfassbar. Somit können Schäden des Kunststoffs bzw. des Bauteils, die bei einer Verformung oder ab einer bestimmten Verformung auftreten durch den ausgetretenen Farbstoff der Mikrokapseln 4/der Mikrokapsel 4, die im Bereich dieser Verformung eingebettet sind/ist, erkannt werden.
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Die Größe der Verformung, bei der die Hülle der Mikrokapsel 4 bricht, ist Abhängig von der Festigkeit der Hülle. Je größer die Festigkeit, desto größer ist die Verformung, bei der die Hülle der Mikrokapsel 4 aufbricht.
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Zur Erfassung von unterschiedlichen Größen von Verformungen des Kunststoffs 2 werden unterschiedliche Kapseltypen der Mikrokapseln 4 eingesetzt. In dem Ausführungsbeispiel sind dabei drei unterschiedliche Kapseltypen vorgesehen. In der Figur ist der Einfachheit halber jeweils nur eine Mikrokapsel 6, 8 und 10 eines jeweiligen Kapseltyps mit einem Bezugszeichen versehen. Die Mikrokapseln 6, 8, 10 der Kapseltypen unterscheiden sich zum einen dadurch, dass sie jeweils einen anderen Farbstoff beinhalten und zum anderen, dass die Hüllen der Mikrokapseln 6, 8, 10 unterschiedliche Festigkeiten haben. Die Mikrokapsel 6 weist beispielsweise einen grünen Farbstoff, die Mikrokapsel 8 einen gelben Farbstoff und die Mikrokapsel 10 einen roten Farbstoff auf. Die Mikrokapsel 6 ist dann derart ausgestaltet, dass sie schon bei geringen Verformungen des Kunststoffs 2 im Bereich dieser. Mikrokapsel 6 den grünen Farbstoff freigibt. Dagegen wird bei den Mikrokapseln 8 des zweiten Kapseltyps der gelbe Farbstoff erst bei größeren Verformungen freigegeben und die roten Farbstoffe der Mikrokapseln 10 des dritten Kapseltyps erst bei noch größeren Verformungen. Durch die Größe der Verformung kann auf die Größe der Beschädigung des Kunststoffs 2 geschlossen werden. Sind beispielsweise bei der visuellen Prüfung des Bauteils 1 nur grüne Farbstoffe erkennbar so weist dies auf geringe Verformungen des Kunststoffs 2 hin. Sind dagegen auch zusätzlich gelbe Farbstoffe vorhanden, dann ist der Kunststoff 2 bereits durch größere Verformungen eventuell beschädigt. Bei erkennbaren roten Farbstoffen sind die Verformungen des Kunststoffs 2 dann noch größer.
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Der Kunststoff 2 besteht beispielsweise aus Polycarbonat – oder Polymethylmetaacrylat. Zur Herstellung eines derartigen Kunststoffs 2 werden die mit Farbstoff gefüllten Mikrokapseln 4 mit dem durch hohe Temperaturen verflüssigten Kunststoff 2 vermischt und zusammen mit diesem abgekühlt, wodurch eine Einbettung der Mikrokapseln 4 in die Kunststoffstruktur bzw. in das Kunststoffgerüst erfolgt.
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Alternativ ist als Farbstoff ein Fluoreszenzfarbstoff einsetzbar, der spektroskopisch beispielsweise durch Fluoreszenzmessungen erfassbar ist.
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Die Mikrokapseln 4 können beispielsweise nur in bestimmten Bereichen des Bauteils 1 angeordnet werden, insbesondere in Bereichen, wo hohe Belastungen (Spannungen) auftreten.
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Offenbart ist ein Kunststoff mit einem darin eingebetteten Indikator, wobei der Indikator derart ausgestaltet ist, das insbesondere zum Erkennen von Schädigungsstellen im Kunststoff, ab einer bestimmten Verschiebung innerhalb des Kunststoffs im Bereich des Indikators der Indikator eine Information ausgibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Kunststoff
- 4
- Mikrokapsel
- 6
- Mikrokapsel
- 8
- Mikrokapsel
- 10
- Mikrokapsel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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