DE102014104801B4 - Plastic composite component - Google Patents
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Abstract
Kunststoffverbundbauteil, hergestellt durch Sandwichspritzgießen eines Außenhautmaterials und eines Kernmaterials, die ineinandergespritzt sind, wobei das Außenhautmaterial das Kernmaterial umhüllt, bei dem das Außenhautmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff und das Kernmaterial aus einem Compound aus einem thermoplastischen Matrixmaterial sowie recycelten, zerkleinerten Fasern gebildet ist und zur Aufnahme dynamischer Lasten mit einem flexiblen Scharnierbereich ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Scharnierbereich elastisch vorspannbar ist und das Kernmaterial im Scharnierbereich entlang der neutralen Faser angeordnet ist und das Kernmaterial aus einem Compound mit einem Anteil der Karbonfasern von 5 bis 95 % gebildet ist, die eine Länge von bis zu 15 mm aufweisen. A plastic composite member made by sandwich injection molding a skin material and a core material which are molded together, the skin material wrapping the core material, wherein the skin material is made of a thermoplastic resin and the core material is made of a compound of a thermoplastic matrix material and recycled, crushed fibers and for receiving formed dynamic loads with a flexible hinge region, characterized in that the hinge region is elastically prestressed and the core material is arranged in the hinge region along the neutral fiber and the core material is formed from a compound with a proportion of carbon fibers of 5 to 95%, the one Have a length of up to 15 mm.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverbundbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a plastic composite component with the features of the preamble of
Aus der
Die Herstellung von Kunststoffverbundbauteilen im Sandwichspritzgussverfahren ist ein bekanntes Mehrkomponenten-Verfahren, mit welchem Bauteile hergestellt werden, die über ein innenliegendes Kernmaterial sowie ein das Kernmaterial in der Regel vollständig umhüllendes Außenmaterial verfügen.The production of plastic composite components in the sandwich injection molding process is a well-known multi-component process, are produced with which components which have an inner core material and a core material usually completely enveloping outer material.
Beim Sandwichspritzgießen wird der Quellfluss der Massen beim Einströmen in die Werkzeugkavität genutzt. Die Schmelzen füllen die Kavität vom Anschnitt her nacheinander. Die zunächst einströmende Formmasse, das Außenhautmaterial, legt sich kontinuierlich an die Wand, wohin sie zuletzt von der im Innern strömenden zweiten Komponente, dem Kernmaterial geschoben wird. Zwei Spritzeinheiten arbeiten auf einem Spritzkopf zusammen, der es je nach Steuerung gestattet, die Massen aus allen Spritzeinheiten beliebig einströmen zu lassen. Der Quellfluss sorgt dafür, dass ein vollständiges einander Umhüllen beider Komponenten bis hin zu kleinsten Wanddicken einwandfrei gelingt.In sandwich injection molding, the source flow of the masses is used as it flows into the mold cavity. The melts fill the cavity successively from the gate. The initially flowing molding compound, the outer skin material, lays continuously against the wall, where it is ultimately pushed by the second component, the core material, which flows in the interior. Two injection units work together on one spray head, which, depending on the control, allows the masses from all injection units to flow in as desired. The source flow ensures that a complete wrapping of both components up to the smallest wall thicknesses succeeds perfectly.
Ein Beispiel eines derartigen Kunststoffverbundbauteils in Form eines Karabinerhakens mit einem Außenhautmaterial sowie einem darin angeordneten Kernmaterial umfassend faserverstärkten Kunststoff ist aus der prioritätsbegründenden
Die
Es ist ferner bekannt, Kunststoffbauteile, die hohen mechanischen Belastungen standhalten, aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen, die Karbonfasern in thermoplastischer oder duromerer Bindung aufweisen. Derartige Karbonfaserbauteile haben sich beispielsweise im Fahrzeugbau bewährt, jedoch sind sie nach wie vor aufgrund ihres komplizierten Herstellungsprozesses sehr kostenintensiv. Andererseits führt die in den letzten Jahren verstärkt vorgenommene Verwendung derartiger Karbonfaserstoffe zu einer stetig wachsenden Anzahl ausgedienter Altteile z.B. durch Ausschuss, Verschleiß und dergleichen. Es bietet sich daher an, für derartige Altteile eine sinnvolle weitere Verwendung zu finden.It is also known to produce plastic components which withstand high mechanical loads from fiber composites comprising carbon fibers in a thermoplastic or duromeric bond. Such carbon fiber components have been proven, for example, in vehicle construction, but they are still very expensive due to their complicated manufacturing process. On the other hand, the increased use of such carbon fiber fabrics in recent years leads to a steadily increasing number of old waste items, e.g. by rejects, wear and the like. It therefore makes sense to find a meaningful further use for such old parts.
Aus der
Die Erfindung hat die Aufgabe die Nachteile des genannten Standes der Technik zu überwinden.The invention has the object to overcome the disadvantages of the cited prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoffverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The object is achieved by a plastic composite component having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen 2 bis 3 beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described in the
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun überraschend gefunden, dass es möglich ist, aus derartigen Compounds eines thermoplastischen Matrixmaterials sowie recycelten zerkleinerten Karbonfasern Kunststoffverbundbauteile mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften herzustellen, wenn diese im Sandwichspritzgussverfahren als Kernmaterial verwendet werden und mit einem Außenhautmaterial verarbeitet werden, welches das Kernmaterial umhüllt, wobei das Außenhautmaterial aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff ausgewählt ist und der Scharnierbereich elastisch vorspannbar ist und das Kernmaterial im Scharnierbereich entlang der neutralen Faser angeordnet ist und das Kernmaterial aus einem Compound mit einem Anteil der Karbonfasern von 5 bis 95 % gebildet ist, die eine Länge von bis zu 15 mm aufweisen.In the context of the present invention, it has now surprisingly been found that it is possible to produce plastic composite components with advantageous mechanical properties from such compounds of a thermoplastic matrix material and recycled comminuted carbon fibers, if they are used as core material in sandwich injection molding and are processed with a skin material which is the core material wherein the outer skin material is selected from a suitable thermoplastic material and the hinge region is elastically prestressed and the core material is arranged in the hinge region along the neutral fiber and the core material is formed from a compound with a proportion of the carbon fibers of 5 to 95%, the one Have a length of up to 15 mm.
Die Länge der Karbonfasern wird im Prinzip nur durch die verfügbaren Durchmesser der erzeugten und im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffverbundbauteile verarbeiteten Pellets bzw. Granulatkörner beschränkt, so dass Längen von bis zu 15 mm als geeignet angesehen werden.The length of the carbon fibers is in principle limited only by the available diameters of the pellets or granules produced and processed during the production of the plastic composite components according to the invention, so that lengths of up to 15 mm are considered suitable.
Im Ergebnis erhält man Kunststoffverbundbauteile, die sich spritzgusstechnisch einfach herstellen lassen und eine Haptik entsprechend dem Außenhautmaterial aufweisen, jedoch durch das verwendete Kernmaterial und den darin enthaltenen Anteil an recycelten zerkleinerten Karbonfasern eine deutlich gesteigerte mechanische Festigkeit aufweisen.As a result, obtained plastic composite components, which can be produced easily injection molding technology and have a feel corresponding to the outer skin material, but by the core material used and the proportion of recycled comminuted carbon fibers contained therein have a significantly increased mechanical strength.
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist das Außenhautmaterial aus einem Polyamid, z.B. PA6, einem Polyolefin, z.B. Polypropylen oder auch einem Polyacetal gebildet. Alternativ dazu kann das Außenhautmaterial auch aus anderen geeigneten Kunststoffen gebildet sein. Beispiele solcher geeigneter Kunststoffe umfassen ein Polyester, z.B. PBT, oder auch Polyphenylensulfid (PPS) oder ein Polyetheretherketon (PEEK). According to one proposal of the invention, the outer skin material is formed from a polyamide, for example PA6, a polyolefin, for example polypropylene or else a polyacetal. Alternatively, the skin material may be formed of other suitable plastics. Examples of such suitable plastics include a polyester, for example PBT, or else polyphenylene sulfide (PPS) or a polyether ether ketone (PEEK).
Das thermoplastische Matrixmaterial des Kernmaterials ist vorteilhaft entsprechend zum Außenhautmaterial ausgewählt, d.h. weiter bevorzugt identisch zum Außenhautmaterial ausgebildet, um eine innige stoffliche Verbindung während des Sandwichspritzgießens zwischen dem Außenhautmaterial und dem Matrixmaterial des Kernmaterials zu erreichen. Es versteht sich jedoch, dass anstelle der identischen Auswahl der Rohstoffe für Außenhautmaterial und Matrixmaterial auch lediglich entsprechend kompatible Kunststoffe miteinander kombiniert werden können.The thermoplastic matrix material of the core material is advantageously selected according to the skin material, i. more preferably identical to the outer skin material, in order to achieve an intimate material connection during the sandwich injection molding between the outer skin material and the matrix material of the core material. It is understood, however, that instead of the identical selection of the raw materials for outer skin material and matrix material only correspondingly compatible plastics can be combined.
Überraschenderweise ist es im Rahmen der Erfindung möglich, Kunststoffverbundbauteile auszubilden, die zur Aufnahme dynamischer Lasten ausgebildet sind, indem die Positionierung des Kernmaterials so gewählt wird, dass es auch im Scharnierbereich entlang der neutralen Faser angeordnet ist. In einem solchen Fall kann das Kunststoffverbundbauteil auch hohe dynamische Lasten aufnehmen, ohne dass die Karbonfasern brechen, da sie entlang der neutralen Faser nur geringfügigen bis gar keinen Verformungen ausgesetzt sind.Surprisingly, it is within the scope of the invention possible to form plastic composite components which are designed to receive dynamic loads by the positioning of the core material is chosen so that it is also arranged in the hinge area along the neutral fiber. In such a case, the plastic composite component can also accommodate high dynamic loads without the carbon fibers breaking because they are exposed to little or no deformation along the neutral fiber.
Es ist überdies zu erwarten, dass das Kernmaterial zusätzlich zu oder anstelle der Karbonfasern auch andere recycelte Faseranteile, z.B. Glasfasern enthalten kann.It is also to be expected that the core material will contain, in addition to or in place of the carbon fibers, other recycled fiber contents, e.g. May contain glass fibers.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Kunststoffverbundbauteil in Gestalt eines Karabinerhakens in perspektivischer Darstellung, -
2 den Karabinerhaken gemäß1 in der Aufsicht.
-
1 an inventive plastic composite component in the form of a snap hook in perspective view, -
2 according to thesnap hook 1 in the supervision.
Aus den
In an sich bekannter Weise umfasst der Karabinerhaken
Der dargestellte Karabinerhaken
Die Figuren zeigen dabei die Konfiguration des Karabinerhakens
Diese endgültige Position wird dadurch erreicht, dass der Schnapper
Der Schnapper befindet sich dann in der so genannten Öffnungsstellung, in der er die Einführöffnung
Dabei umgreift ein Verriegelungselement in Form einer Nut
Um eine gute Formbarkeit des Karabinerkörpers
Sodann wird in die noch flüssige Seele des Außenhautmaterials das Kernmaterial bzw. die Kernkomponente aus einem hochfesten faserverstärkten Kunststoff eingespritzt, welches sodann als Kernmaterial von dem bereits vorhandenen Außenhautmaterial eingeschlossen wird.Then, the core material or the core component is injected from a high-strength fiber-reinforced plastic in the still fluid soul of the outer skin material, which is then included as a core material of the already existing outer skin material.
Das Kernmaterial besteht aus einem Compound umfassend ein thermoplastisches Matrixmaterial, welches im Ausführungsbeispiel ebenfalls aus PA6 gebildet ist, sowie recycelte zerkleinerte Karbonfasern einer Länge von bis zu 15 mm und einem Anteil der Karbonasern von 5 bis 95%. Das Kernmaterial liegt in Form von Pellets oder Granulat vor, wie es z.B. in der
Im Ergebnis erhält man einen Karabinerkörper
Um eine Überbelastung der Karbonfasern des Kernmaterials z.B. im dynamisch belasteten Scharnierbereich
Ein solcher Karabinerhaken weist für die genannten Anwendungszwecke z.B. als Materialkarabiner hinreichende Festigkeitswerte auf, lässt sich jedoch in einem einzigen Arbeitsgang aus einem einzigen Teil fertigen, ohne dass es weiterer Montage- und Fügearbeiten bedarf und weist beispielsweise gegenüber einem konventionell aus Aluminium hergestellten Karabinerhaken eine Gewichtsersparnis von etwa 50 - 60 % auf.Such a snap hook has for the applications mentioned, for. As Karabiner sufficient strength values, but can be made in a single operation from a single part, without further assembly and joining work requires and has, for example, over a conventional aluminum snap hooks a weight savings of about 50 - 60%.
Der Fachmann wird erkennen, dass sich die im Rahmen der Erfindung herstellbaren Kunststoffverbundbauteile für eine große Zahl von Anwendungen und Bauteile eignen, selbst wenn diese dynamisch belastet sind.The person skilled in the art will recognize that the plastic composite components that can be produced within the scope of the invention are suitable for a large number of applications and components, even if they are dynamically loaded.
Es können somit unter wirtschaftlich sinnvoller Nutzung der Abfälle von Faserverbundwerkstoffen neue hochbelastbare Kunststoffverbundbauteile erzeugt werden.It can thus be produced economically useful use of the waste of fiber composites new high-strength plastic composite components.
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Owner name: BARLOG PLASTICS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BAHSYS GMBH & CO. KG, 51491 OVERATH, DE Owner name: BAHSYS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BAHSYS GMBH & CO. KG, 51491 OVERATH, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: WAGNER ALBIGER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BARLOG PLASTICS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BAHSYS GMBH, 51491 OVERATH, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |