-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, einen Bausatz zur Herstellung eines Bauteils und ein Bauteil. Das Bauteil kann jeweils insbesondere ein Behälter sein.
-
Bauteile, insbesondere Behälter für den Transport und die Aufbewahrung von Lebensmitteln und anderen Gütern, wie sie beispielsweise in Flugzeugen verwendet werden, sind täglich großen Belastungen ausgesetzt und müssen daher entsprechend hohen Anforderungen genügen.
-
Beispielsweise im Flugzeug verwendete Behälter bestehen im Allgemeinen aus einem Gehäuse mit einer Rahmenstruktur, das über ein Scharnier mit einer Tür verbunden ist. An der Tür befindet sich eine Schließvorrichtung, damit der jeweilige Inhalt des Behälters vor Diebstahl geschützt werden kann. An den Seitenwänden im Inneren des Behälters befinden sich gemeinhin Ausformungen, auf denen beispielsweise Schubladen oder Tabletts eingeschoben werden können.
-
Die Transportbehälter sind in der Regel aus Aluminium hergestellt. Durch Stoßbelastungen können sich derartige Behälter jedoch stark verformen. Das kann dazu führen, dass Schubladen nicht mehr eingeschoben werden können oder dass die Tür klemmt. Der Behälter ist dann nicht mehr voll funktionsfähig und muss ggf. repariert werden.
-
In der Druckschrift
US 4 098 424 A „Transport container” wird ein Behälter beschrieben, der für die Verwendung im Flugzeug geeignet ist und auf einem Wagen oder Trolley transportiert werden kann. Der Behälter besitzt zwei Türen auf den gegenüberliegenden Seiten, die über Scharniere mit der Rahmenstruktur verbunden sind und in einem Winkel von bis zu 270° geöffnet werden können. Die Profile der Rahmenstruktur enthalten zwei U-Profile in einem rechten Winkel zueinander sowie ein geschlossenes Profil. Die Eckverbinder zur Verbindung der Rahmenstruktur haben Schlitze, so dass sie in die Profile passen und durch Druck miteinander verkeilt werden können.
-
In der Druckschrift
EP 0 066 547 A2 „Servierwagen” wird ein Servierwagen aus einem Gehäuse beschrieben, das in einem Stück mit den daran angeordneten Schließvorrichtungen und eventuell vorhandenen Ausformungen für Schubfächer oder Tabletts aus einem Kunststoff geformt wird.
-
In der Druckschrift
DE 10 2007 003 357 A1 „Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem Faserverbundmaterial” wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Faserverbundmaterial durch Schweißen mit einem thermoplastischen Material verbunden wird.
-
In der Druckschrift
DE 102 39 319 B4 „Zweikomponenten Kunststoffbehälter” wird ein Behälter aus mindestens zwei Kunststoffen und ein Verfahren zur Herstellung dessen beschrieben. Die beiden Kunststoffe sind dabei stoffschlüssig miteinander verbunden. Zur Herstellung des Behälters wird der erste Teil des Behälters in Bezug auf eine Spritzgussform angeordnet und der zweite Kunststoff auf den ersten in einem Bereich auf- oder angespritzt, der durch eine hervorstehende Dichtlippe oder eine in den ersten Kunststoff hineinragende Dichtnut gebildete Dichtleiste begrenzt ist.
-
In der Druckschrift
US 4 414 166 A „Laser joining of thermoplastic and thermosetting materials” wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein duroplastischer und ein thermoplastischer Werkstoff durch einen Laserstrahl miteinander verbunden werden.
-
In der Druckschrift
DE 41 20 133 A1 „Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines solchen” wird ein Bauteil beschrieben, das aus einem Stoffverbund aus einem Faserverbundbauteil und einem thermoplastischen Spritzteil besteht. Dabei ist das Faserverbundbauteil zumindest teilweise unmittelbar von dem Material des thermoplastischen Spritzteils umspritzt.
-
In der Druckschrift
DE 10 2007 003 357 A1 „Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem Faserverbundmaterial” wird ein Verfahren zur Verbindung eines thermoplastischen Materials mit einem Faserverbundmaterial beschrieben, bei dem die beiden Materialien miteinander verschweißt werden.
-
In dem Druckschrift
DE 199 63 886 A1 „Verfahren zum Verbinden eines Verbundkörpers mit einem Bauelement” wird ein Verfahren zum Verbinden eines Verbundkörpers mit einem Bauelement beschrieben. Der Verbundkörper besteht dabei insgesamt oder teilweise aus in einer Kunststoffmatrix gebundenen Naturfasern. Die Verbindung zwischen Bauelement und Verbundkörper wird durch das ganze oder partielle Aufbringen eines identischen oder verträglichen Kunststoffmaterials erzielt. Letzteres wird in einem reaktiven Zustand aufgebracht und dann ausgehärtet.
-
In der Druckschrift
WO 2006/128413 A1 „Thermoplast-Duroplast-Verbund und Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem duroplastischen Material” wird ein Verbund aus einem duroplastischen und einem thermoplastischen Material beschrieben, wobei die beiden Teile durch eine sich zwischen diesen beiden Teile befindliche Haftvermittlerschicht verbunden sind.
-
In der Druckschrift
DE 10 2013 114 829 A1 „Faserverstärktes Duroplastbauteil mit Funktionsschicht zum Verbinden mit einem Thermoplastbauteil” wird ein Verfahren zur stoffschlüssigen Verbindung eines faserverstärkten Duroplastbauteils mit einem Thermoplastbauteil beschrieben, bei dem während des Härteprozesses eine Funktionsschicht auf den Fügebereich des Duroplastbauteils oder die Werkzeugform der Aushärtevorrichtung aufgebracht wird.
-
In der Druckschrift
DE 10 2005 005 750 B4 „Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Materials mit einem duroplastischen Material und Thermoplast-Duroplast-Verbund” werden ein Verfahren und ein Thermoplast-Duroplast-Verbund beschrieben, bei dem die Verbindung zwischen einem duroplastischen Material und einem thermoplastischen Material durch die Verwendung von Partikeln aus Sulfo- oder Sulfophosphatgläsern hergestellt wird. Die Partikel werden während des Erhitzens aufgeschmolzen und erstarren anschließend beim Abkühlen nach dem Verbindungsprozess wieder, so dass eine feste chemische Verbindung zwischen duroplastischen und thermoplastischem Material bewirkt wird.
-
In der Druckschrift
DE 34 13 721 A1 „Anordnung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen aus unterschiedlichen Kunststoffen” wird eine Anordnung zum Verbinden von Bauteilen beschrieben. Dabei besteht mindestens ein Bauteil aus einem gepressten Duroplast und mindestens ein anderes aus ein im Spritzgussverfahren bearbeiteten Thermoplast. Das Duroplastbauteil wird in eine Spritzgießform eingelegt und vom Thermoplast angespritzt, wobei eines der beiden Bauteile an der Berührungsfläche beider Bauteile um ein Maß hinterschnitten ist, das kleiner ist als die maximale Schwindung des Spritzteils senkrecht zur allgemeinen Berührungsfläche. Spritz- und Pressteil hintergreifen sich nicht kraftschlüssig in einem Winkel zu dieser Schwindungsrichtung.
-
In der Druckschrift
DE 198 35 029 A1 „Verbundbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung” wird ein Verbundbauteil beschrieben, das aus einem Faserverbundbauteil und mindestens einem Krafteinleitungselement besteht. Im Bereich des Krafteinleitungsbereichs verfügt das Faserverbundbauteil über einen Verdrillungsbereich sowie wahlweise Durchflussgassen. Zur Erzeugung des Krafteinleitungselements wird ein thermoplastisches Material vorzugsweise durch Spritzgießen um das Faserverbundbauteil geformt.
-
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Technik bereitzustellen, die insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität verbesserte Bauteile wie beispielsweise Behälter ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß Anspruch 1, einen Bausatz zur Herstellung eines Bauteils gemäß Anspruch 8 und ein Bauteil nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Herstellen eines Bauteils, beispielsweise eines Behälters, insbesondere einer (vorzugsweise standardisierten) Transporteinheit zur Verwendung in einem Zug, auf einem Schiff oder in der Luftfahrt (z. B. in einem Flugzeug). Es umfasst ein direktes Anformen je mindestens eines Randelements aus einem (vorzugsweise thermoplastischen) Polymer an zwei oder mehr Bauteilkomponenten. Das Anformen erfolgt dabei mittels eines urformenden Verfahrens (beispielsweise mittels Spritzguss, Spritzpressen, Pressen, Extrudieren und/oder eines Schmelzschichtungsverfahrens). Die Bauteilkomponenten bestehen jeweils mindestens teilweise aus einem (vorzugsweise faserverstärkten) duroplastischen Material. Die Randelemente der zwei oder mehr Bauteilkomponenten werden dann aneinander fixiert. Das Fixieren kann ein formschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder stoffschlüssiges Verbinden der Randelemente umfassen.
-
Ein erfindungsgemäßer Bausatz dient der Herstellung eines Bauteils, beispielsweise eines Behälters. Er umfasst mindestens zwei Bauteilkomponenten, die jeweils mindestens teilweise aus einem duroplastischen Material bestehen und an denen jeweils mindestens ein Randelement aus einem Polymer angeformt ist. Die Randelemente weisen in mindestens einem Bereich eine aneinander angepasste Form auf (beispielsweise korrespondierende Oberflächen, die bei einem Zusammensetzen der Bauteilkomponenten flächig aneinander anliegen und/oder ineinander eingreifen können). So können die Randelemente zusammengesetzt bzw. aneinander fixiert werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Bauteil umfasst mindestens zwei Bauteilkomponenten, die mindestens teilweise aus einem duroplastischen Material bestehen und an denen jeweils mindestens ein Randelement aus einem Polymer (vorzugsweise einem thermoplastischen Material) kraft- und/oder formschlüssig direkt angeformt ist (vorzugsweise mittels eines urformenden Verfahrens). Das Randelement des ersten Bauteils ist mit dem Randelement des zweiten Bauteils in mindestens einem Bereich kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Das Bauteil kann insbesondere ein Behälter wie beispielsweise eine (vorzugsweise standardisierte) Transporteinheit (z. B. zur Verwendung in einem Zug, auf einem Schiff oder in der Luftfahrt (z. B. in einem Flugzeug)) sein.
-
Infolge der Verwendung eines (insbesondere faserverstärkten) duroplastischen Materials weist ein mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Bauteil bzw. ein aus einem erfindungsgemäßen Bausatz hergestelltes Bauteil bzw. ein erfindungsgemäßes Bauteil ein relativ geringes Gewicht und dabei eine hohe Stoßfestigkeit und eine elastische Verformbarkeit auf. Dadurch kann eine hohe Lebensdauer des jeweiligen Bauteils auch bei großer Belastung erreicht werden, und aufgrund des geringen Gewichts eignet sich das Bauteil insbesondere für einen Transport (beispielsweise in einem Flugzeug). Zudem kann durch das Material des Bauteils (im Vergleich zum oxidierenden Aluminium) eine geringe Verschmutzung beispielsweise der Hände beim Arbeiten mit dem Bauteil erreicht werden.
-
Die Materialien des Bauteils gewähren zudem eine große Farbvielfalt, so dass beispielsweise Bauteile (bzw. Bauteilkomponenten) verschiedener Funktionalität durch entsprechende Farben gekennzeichnet sein können bzw. werden können. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann entsprechend ein Bestimmen einer vorgesehenen Funktionalität des herzustellenden Bauteils und ein Auswählen einer Farbe des duroplastischen Materials für mindestens eine der Bauteilkomponenten auf Grundlage der bestimmten Funktionalität umfassen. Ein erfindungsgemäßer Bausatz kann mindestens drei Bauteilkomponenten umfassen, von denen mindestens zwei sich in ihrer Farbe unterscheiden und wahlweise zur Herstellung des Bauteils an der dritten Bauteilkomponente fixiert werden können.
-
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das duroplastische Material ein SMC-Material (Sheet Molding Compound) umfasst. Ein solches ist leicht zu verarbeiten (im Pressverfahren), so dass insbesondere auf einfache Weise spezielle Ausgestaltungen des Bauteils bewirkt werden können. SMC-Material besitzt zudem eine hohe Stoßfestigkeit; selbst auftretende Schäden bleiben in der Regel lokal beschränkt und führen nicht zu einer Einschränkung der Funktionalität des Bauteils.
-
Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Fertigen mindestens einer der Bauteilkomponenten umfassen, beispielsweise mittels eines Pressverfahrens. Das Fertigen kann ein Ausbilden von integralen Ausformungen (beispielsweise funktionellen lokalen Erhebungen oder Vertiefungen) des Bauteils umfassen; ist das Bauteil ein Behälter, kann das Fertigen beispielsweise ein Ausbilden mindestens eines monolithisch im Behälter ausgebildeten Griffelements (z. B. Eingriffs), mindestens einer Schiene zur Beladung des Behälters (z. B. mit Schubladen und/oder Tabletts) umfassen und/oder mindestens einer Ausformung zur Montage einer Schließvorrichtung umfassen. Ein nachträgliches Einbringen bzw. Befestigen (z. B. durch Ankleben oder Anschrauben) der jeweiligen Elemente kann dadurch entfallen.
-
Das SMC-Material kann mit einem Gewebe oder Gelege verstärkt werden oder (worden) sein. Dadurch kann die Schlagzähigkeit des Bauteils weiter verbessert werden, zudem kann das Risiko von Faserausbrüchen reduziert oder sogar beseitigt werden.
-
Insbesondere bevorzugt sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen mindestens eine oder beide Bauteilkomponente(n) im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist/sind bzw. wird/werden (wobei derartige Platten beispielsweise Eingriffe, Löcher, Ausbuchtungen und/oder sonstige integrale Ausformungen wie oben erwähnt aufweisen können).
-
Die Randelemente der Bauteile können zusammen eine Rahmenstruktur des Bauteils ausbilden. Aufgrund der großen Schlagzähigkeit des (thermoplastischen) Polymers als Material der Randelemente weist ein derartige Rahmenstruktur (und damit das Bauteil) eine hohe Festigkeit und Stabilität auf. Zudem kann die Rahmenstruktur auf einfache Weise mit abgerundeten Ecken und Kanten hergestellt werden, wodurch die Sicherheit des Bauteils (beispielsweise Behälters) erhöht werden kann.
-
Beispielsweise im Falle einer flächigen (z. B. plattenförmigen) Bauteilkomponente kann das Randelement an einem die Fläche begrenzenden Rand verlaufen. Insbesondere kann das mindestens eine Randelement mindestens eine der Bauteilkomponenten zu mindestens der Hälfte oder sogar ganz umranden.
-
Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Bauteil ein Behälter mit einer Tür oder Klappe. Mindestens ein Randelement einer der Tür benachbarten Bauteilkomponente kann dabei so ausgebildet werden bzw. sein, dass es die Tür bzw. Klappe in deren geschlossenem Zustand mindestens teilweise umgibt. Auf diese Weise kann die Tür bzw. Klappe im geschlossenen Zustand mindestens teilweise in den restlichen Behälter eingelassen sein. So kann ein gewaltsames Aufbrechen des Behälters durch Aufbiegen der Tür bzw. Klappe erschwert oder sogar verhindert werden.
-
Das direkte Anformen mindestens eines der Randelemente an eine Bauteilkomponente kann durch (Montage-)Spritzguss erfolgen. Insbesondere kann dabei mittels einer Überspritzung (beispielsweise eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials der Bauteilkomponente) mit dem (thermoplastischen) Polymer ein Kraftschluss erzielt werden. So kann eine besonders dauerhafte Anbindung des mindestens einen Randelements an einer jeweiligen Bauteilkomponente durch Montagespritzguss hergestellt werden.
-
Ein zusätzlicher Formschluss kann durch ein geeignetes Profil der Bauteilkomponente erreicht werden: Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bausatzes weist mindestens eine der Bauteilkomponenten mindestens eine Vertiefung und/oder mindestens eine Öffnung (z. B. Durchströmöffnung) und/oder mindestens einen Materialvorsprung auf, die/der mit einem Teil des Polymers eines Randelements ausgefüllt bzw. umgeben ist. Entsprechend umfasst in einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Anformen mindestens eines der Randelemente ein Ausfüllen mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einer Öffnung und/oder ein Einfassen mindestens eines Materialvorsprungs in bzw. an jeweiligen Bauteilkomponenten mit einem Teil des Polymers. Auf diese Weise können jeweils besonders solide Verbindungen von Randelement(en) und Bauteilkomponenten bewirkt werden; auf Klebstoff und/oder Haftvermittler (Primer) kann dabei verzichtet werden.
-
Ein Bauteil gemäß einer speziellen vorteilhaften Ausführungsform verfügt über ein programmierbares oder nicht-programmierbares System, beispielsweise ein RFID-System zur automatischen Lokalisierung und/oder Identifikation des Behälters und ggf. dessen Inhalt.
-
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.
-
Es zeigen schematisch:
-
1: ein Bauteil gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in geschlossenem Zustand;
-
2: das Bauteil der 1 ohne Tür; und
-
3: eine Detailansicht zweier erfindungsgemäß verbundener Bauteilkomponenten.
-
In 1 ist als spezielles Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Bauteils eine Standardeinheit 1 für den Transport und die Aufbewahrung von Lebensmitteln oder Zollwaren in der Luftfahrt dargestellt. Die Standardeinheit 1 ist dabei als Quader ausgebildet und dazu eingerichtet, mit anderen gleichartig geformten Standardeinheiten gestapelt sowie auf einem Rollwagen, beispielsweise auf einem Flugzeug-Servierwagen transportiert zu werden.
-
Die Standardeinheit 1 umfasst eine Behälterbodenplatte, eine Behälterdeckenplatte und Behälterwandplatten als Bauteilkomponenten 2. Diese sind jeweils vollständig von einem Randelement 3 umrandet, das an die Bauteilkomponenten 2 angeformt ist. Die Randelemente 3 der verschiedenen Bauteilkomponenten sind aneinander fixiert und bilden so zusammen eine Rahmenstruktur aus.
-
Die Standardeinheit 1 weist eine Tür 4 auf, die in der in 1 dargestellten Situation geschlossen ist. Die Tür 4 ist dabei in das aus den Bauteilkomponenten 2 und den daran angeformten Randelementen 3 gebildete Gehäuse eingelassen und über ein Scharnier 9 mit dem Gehäuse verbunden.
-
An der Behälterdeckenplatte und an der Tür 4 sind jeweils Handgriffe 5 befestigt. An der Tür ist eine Vorrichtung zur Anbringung eines Etiketts 8 vorhanden sowie eine Schließvorrichtung 7 zur Sicherung des Inhalts der Standardeinheit 1 gegen Diebstahl. Die Tür 4 weist zudem eine Betätigungsgriff 6 zur Öffnung der Tür 4 auf.
-
Die Bauteilkomponenten 2 sind vorzugsweise aus einem Sheet Molding Compound-Material (SMC) hergestellt, die Randelemente 3 bestehen aus einem (thermoplastischen) Polymer (in der Figur nicht sichtbar); die Materialien sind dabei vorzugsweise so ausgewählt, dass sie den (Brandschutz-)Anforderungen für die Luftfahrt genügen. Die Tür 4 kann ebenfalls mindestens teilweise aus SMC-Material bestehen.
-
In 2 ist die Standardeinheit 1 ohne die Tür 4 dargestellt; dadurch wird ein Einblick ins Innere der Standardeinheit gewährt, so dass Ausformungen 10 zum Halten von Schubladen oder Tabletts sichtbar sind. Die Ausformungen 10 weisen Aussparungen 13 auf; dadurch kann Gewicht eingespart werden.
-
In 3 sind zwei erfindungsgemäß verbundene Bauteilkomponenten 2 in einer Detailansicht dargestellt. An die Bauteilkomponenten 2 wurden dabei in einem ersten Schritt jeweils Randelemente 3 angeformt und dabei Umspritzungen 12 ausgebildet. Im Querschnitt ist zudem zu erkennen, dass die Bauteilkomponenten in einem Randbereich jeweils Öffnungen 11 aufweisen, die mit dem Polymer des Randelements 3 ausgefüllt wurden, so dass zusätzlich ein Formschluss erzielt wurde.
-
Die Randelemente 3 der beiden Bauteilkomponenten 2 weisen eine aneinander angepasste Form auf, die im vorliegenden Fall jeweils durch eine ebene Kontaktfläche realisiert wird. In einem zweiten Verfahrensschritt wurden die umspritzten Bauteilkomponenten 2 beispielsweise mittels eines Fügeverfahrens (insbesondere durch Heiß-Gas-Schweißen oder Kleben) an den Kontaktflächen aneinander fixiert.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Herstellen eines Bauteils 1. Es umfasst ein Anformen je mindestens eines Randelements 3 aus einem Polymer an zwei oder mehr Bauteilkomponenten 2. Die Bauteilkomponenten bestehen jeweils mindestens teilweise aus einem duroplastischen Material, und das Anformen erfolgt mittels eines urformenden Verfahrens. Das Verfahren umfasst zudem ein Fixieren der Randelemente 3 der zwei oder mehr Bauteilkomponenten 2 aneinander.
-
Ein erfindungsgemäßer Bausatz zur Herstellung eines Bauteils 1 und ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 umfassen jeweils mindestens zwei Bauteilkomponenten 2 mit daran angeformtem Randelement 3.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 4098424 A [0005]
- EP 0066547 A2 [0006]
- DE 102007003357 A1 [0007, 0011]
- DE 10239319 B4 [0008]
- US 4414166 A [0009]
- DE 4120133 A1 [0010]
- DE 19963886 A1 [0012]
- WO 2006/128413 A1 [0013]
- DE 102013114829 A1 [0014]
- DE 102005005750 B4 [0015]
- DE 3413721 A1 [0016]
- DE 19835029 A1 [0017]
