DE102022132684A1

DE102022132684A1 - Tragbares Gerät zur Herstellung eines Probenkörpers und Verfahren zur Bewertung eines Probenkörpers

Info

Publication number: DE102022132684A1
Application number: DE102022132684.5
Authority: DE
Inventors: Sebastian Krull
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Tragbares Gerät (1) zur Herstellung eines Probenkörpers (100), insbesondere Hand- oder Tischgerät, mit:
einem Presswerkzeug (17), das eingerichtet ist um eine definierte Menge an Kunststoffgranulat (30) aufzunehmen und durch Aufbringen von Druck zu einem Probenkörper (100) in Form einer flachen Scheibe zu verpressen, und
mit einer Heizvorrichtung (15), die dazu eingerichtet ist, das Presswerkzeug zu erwärmen.

Description

Um die Nachhaltigkeit von Kunststoffprodukten zu verbessern, wird in der Industrie allgemein und auch in der Fahrzeugindustrie ein vermehrter Einsatz von Recyclingkunststoffen angestrebt. Hierbei ist jedoch sicherzustellen, dass die Recyclingkunststoffe die technischen und optischen Anforderungen erfüllen, die an sie gestellt werden.
In Recyclingkunststoffen findet sich üblicherweise ein vorgegebener Anteil an recycliertem Kunststoff. Beim Serieneinsatz und dem Lieferantenscreening von Recyclingkunststoffen ist jedoch die Herkunft des Feldstocks nicht immer bekannt und bei der Qualität des angelieferten Kunststoffgranulats kann es zu sehr starken Schwankungen durch verschiedene Fremdstoffe kommen.
Derzeit gibt es noch kein vereinheitlichtes Prüfsystem, nach dem die Lieferanten die optische Qualität eines aus ihrem Rohmaterial hergestellten Bauteils klassifizieren können/müssen. Teilweise werden aus den Recyclinggranulaten Probebauteile hergestellt, die lackiert und zeitraffergealtert werden um optische Fehler wie Stippen oder Pickel bewerten zu können, die aus Sicht eines Premiumherstellers der Kraftfahrzeugindustrie nicht tolerabel/ freigabefähig sind.
Stark vereinzelt stellen Granulathersteller aus den Recyclinggranulaten Folien her, die als Probenkörper bezogen werden können. Diese werden auf Extruder-Folienanlagen hergestellt, die hochkomplex sind, so dass Folien von unterschiedlichen Anlagen nur bedingt miteinander vergleichbar sind. Zudem verfügen nicht alle Kunststofflieferanten über solche Anlagen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache Möglichkeit anzugeben wie unterschiedliche Kunststoffgranulate zuverlässig miteinander verglichen werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein tragbares Gerät zur Herstellung eines Probenkörpers nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Bewertung eines Probenkörpers nach Patentanspruch 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Es wird ein tragbares Gerät zur Herstellung eines Probenkörpers angegeben mit einem Presswerkzeug, das eingerichtet ist um eine definierte Menge an Kunststoffgranulat aufzunehmen und durch Aufbringen von Druck zu einem Probenkörper in Form einer flachen Scheibe zu verpressen, und mit einer Heizvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Presswerkzeug zu erwärmen.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Bewertung eines Probenkörpers angegeben, wobei ein Probenkörper in Form einer flachen Scheibe unter Verwendung eines tragbares Geräts aus einer definierten Menge Kunststoffgranulat hergestellt wird und anschließend der Probenkörper hinsichtlich optischer Parameter bewertet wird. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße tragbare Gerät zur Durchführung des Verfahrens verwendet.
Das tragbare Gerät ist klein und portabel. Vorzugsweise handelt es sich um ein Handgerät, welches während der Benutzung vom Benutzer gehalten werden kann. Alternativ kann es auch als Tischgerät ausgestaltet sein, so dass es zur Benutzung in der Nähe des zu prüfenden Materials abgestellt werden kann. Das tragbare Gerät weist ein Presswerkzeug auf, in dem eine vorgegebene Menge von Kunststoffgranulat aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann hierzu eine Vertiefung mit vorgegebenem Volumen in einem Teil des Presswerkzeugs ausgebildet sein. Diese wird mit Kunststoffgranulat befüllt. Das Kunststoffgranulat basiert auf einem thermoplastischen Kunststoff und kann noch weitere Inhaltsstoffe aufweisen. Bei dem Kunststoffgranulat handelt es sich vorzugsweise um ein Recyclingmaterial, das einen vorgegebenen Anteil an recycliertem Material enthält.
Um das Kunststoffgranulat vor dem Verpressen zu plastifizieren, weist das tragbare Gerät weiterhin eine Heizvorrichtung auf. In einer Ausgestaltung kann die Heizvorrichtung in das Presswerkzeug integriert sein. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise als Induktionsheizung ausgestaltet sein und ein oder mehrere Induktionsspulen aufweisen. Ähnlich einer E-Zigarette können die Granulatkörner mittels der Heizvorrichtung aufgeheizt werden, bis die für das Verpressen notwendige Temperatur erreicht ist.
Das Presswerkzeug weist vorzugsweise zwei zueinander korrespondierende Werkzeugteile auf sowie eine Pressvorrichtung. Die Werkzeugteile korrespondieren insofern miteinander, dass sie aufeinander zu bewegbar ausgestaltet sind, wobei durch die Zustellbewegung zwischen den Werkzeugteilen vorhandenes Kunststoffgranulat zu einer flachen Scheibe verpresst wird. Es kann ein Endanschlag vorgesehen sein, wodurch die Dicke der resultierenden Kunststoffscheibe vorgegeben ist. Die Zustellbewegung kann vorzugsweise quer zur Scheibenoberfläche erfolgen.
Die für das Verpressen des Kunststoffgranulats notwendige Druck wird mittels der Pressvorrichtung aufgebracht. Vorzugsweise ist der Druck manuell aufbringbar. Beispielsweise kann es sich um eine Schraubvorrichtung handeln. Die Schraubvorrichtung kann zwei oder mehr Schraubverbindungen aufweisen, die umfangsseitig am Presswerkzeug angeordnet sind, so dass durch Betätigung der Schraubverbindungen der Abstand der Werkzeugteile zueinander einstellbar ist.
Im Presswerkzeug wird der aufgeheizte Kunststoff plastisch zu einem Probenkörper in Form einer dünnen Scheibe mit definierter und immer gleicher Wanddicke verformt. Der Begriff „dünne Scheibe“ beschreibt dabei, dass die Wanddicke der Scheibe um ein Vielfaches geringer ist als die restlichen Abmessungen der Scheibe, vorzugsweise um mehr als den Faktor 100 oder mehr als den Faktor 1000.
Vorzugsweise ist der Probenkörper eine Folie mit einer Wanddicke von weniger als 100 µm. Vorzugsweise liegt die Wanddicke des Probenkörpers im Bereich von 30 bis 70 Mikrometer. Das Herstellen einer Folie als Probenkörper erleichtert die optische Auswertung, da die Probenkörper aufgrund der geringen Wanddicke transluzent sind und das Auffinden von Fehlstellen im Material erleichtert wird.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Presswerkzeug des tragbaren Geräts derart ausgestaltet ist, dass der Probenkörper eine Probenfläche im Bereich von 15 bis 25 cm² hat. Die Probenfläche ist quer zur Wanddicke des Probekörpers ausgerichtet. Insbesondere kann ein Probenkörper mit einer kreisförmigen Probenfläche erzeugt werden. Alternativ sind jedoch auch andere Geometrien möglich. Die Probenfläche ist vorzugsweise eine plane Oberfläche. Ein Probenkörper mit den voranstehend beschriebenen Abmessungen bildet eine aussagekräftige Stichprobe und erlaubt eine zuverlässige Bewertung der Materialqualität.
Der mit dem tragbaren Gerät erzeugte Probenkörper kann anschließend aus diesem herausgenommen werden und beispielsweise an einem externen Durchlichtmikroskop oder Auflichtmikroskop analysiert werden.
In einer Ausgestaltung weist das tragbare Gerät weiterhin eine integrierte Bildbetrachtungsvorrichtung auf. Diese kann beispielsweise in das tragbare Gerät integriert sein, z.B. in ein Werkzeugteil des Presswerkzeugs. Die Bildbetrachtungsvorrichtung kann ein Guckloch oder eine Lupe sein. Alternativ kann die Bildbetrachtungsvorrichtung auch eine Bilderfassungsvorrichtung sein. Der Erfassungsbereich der Bildbetrachtungsvorrichtung vorzugsweise so ausgerichtet, dass der Probenkörper für die Bilderfassung im Presswerkzeug verbleiben kann.
Vorzugsweise ist die die Bilderfassungsvorrichtung für eine optische Bilderfassung eingerichtet. Beispielsweise kann die Bilderfassungsvorrichtung eine Kamera und/oder ein Mikroskop beinhalten. Weiterhin kann in dem tragbaren Gerät eine Leuchtvorrichtung vorgesehen sein. Diese ist dazu eingerichtet, einen im Presswerkzeug hergestellten Probenkörper zu be- und/oder durchleuchten.
Die Bewertung des Probenkörpers dient der Analyse der optischen Qualität des Probenkörpers. Vorzugsweise wird hierzu ein Auflicht- oder Durchlichtbild der Probenfläche bewertet. Bei der Analyse werden optische Parameter, wie beispielsweise die Anzahl an Stippen oder Pickeln im Probenkörper, gezählt oder anderweitig bewertet, z.B. wird die Verteilungsdichte oder Größe bewertet.
Das tragbare Gerät ermöglicht es auf einfache Art und Weise Probenkörper mit immer gleichen Abmessungen herzustellen. Hierdurch wird eine Vergleichbarkeit unterschiedlicher Kunststoffgranulate gegeben. Die Herstellung der Probenkörper kann mit geringem Aufwand erfolgen, was die Analyse schnell und preiswert macht. Indem der Probenkörper mittels eines tragbaren Gerätes hergestellt wird, wird die Analyse ortsflexibel durchführbar.
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem tragbaren Gerät beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigt in schematischer Darstellung:

1 ein beispielhaftes tragbares Gerät,
2 eine Draufsicht auf ein erstes Werkzeugteil,
3 einen mittels des tragbaren Geräts hergestellten Probenkörper.

1 zeigt ein beispielhaftes tragbares Gerät 1 zur Herstellung eines Probenkörpers 100. Das tragbare Gerät 1 weist ein Presswerkzeug 10 auf. Das Presswerkzeug 10 ist zweiteilig ausgebildet mit einem ersten Werkzeugteil 12 und einem dazu korrespondierenden zweiten Werkzeugteil 14. Im ersten Werkzeugteil 12 ist eine Vertiefung 13 vorgesehen, siehe 2, in der eine definierte Menge an Kunststoffgranulat 30 aufgenommen wird. Bei dem Granulat 30 handelt es sich vorzugsweise um ein Recyclingmaterial, d. h. das Granulat enthält einen definierten Anteil an recycliertem Kunststoff. Die Vertiefung ist zylinderförmig ausgebildet. Weiterhin weist das erste Werkzeugteil 12 eine Heizvorrichtung 15 mit beispielhaften vier Heizelementen 16 (zum Beispiel Induktionsspulen) auf, die eingerichtet ist um das Kunststoffgranulat 30 in der Vertiefung 13 im ersten Werkzeugteil 12 bis zur Schmelztemperatur zu erhitzen. Beispielsweise wird das Kunststoffgranulat 30 ähnlich einer E-Zigarette aufgeheizt.
Ist das Kunststoffgranulat 30 ausreichend plastifiziert, werden die beiden Werkzeugteile 12, 14 mittels einer Pressvorrichtung 17, hier in Form einer Schraubverbindung, aufeinander zu bewegt. Hierdurch wird Druck auf das erhitzte Kunststoffmaterial 30 aufgebracht. Das zweite Werkzeugteil 14 greift in die Vertiefung 13 im ersten Werkzeugteil 10 ein, wodurch das vorhandene Kunststoffmaterial 30 zu einem Probenkörper 100 in Form einer flachen Scheibe verpresst wird. 3 zeigt beispielhaft den resultierenden Probenkörper 100 in einer Draufsicht und perspektivischen Ansicht. Der Probenkörper 100 ist vorzugsweise eine Folie und hat eine Wanddicke D im Bereich von 30 bis 70 Mikrometer. Der Probenkörper 100 hat vorzugsweise eine Probenfläche A im Bereich von 15 bis 25 cm².
Das tragbare Gerät gemäß 1 ist als Handgerät ausgestaltet und weist einen Handgriff 18 auf, mit dem es vom Benutzer gehalten werden kann. Eine alternative Ausgestaltung als Tischgerät (nicht dargestellt) würde beispielsweise anstelle des Handgriffs einen Sockel zum Aufstellen des Tischgeräts beinhalten.
Der Probenkörper 100 wird nach seiner Herstellung analysiert. Dies kann unter einem externen Auflicht- oder Durchlichtmikroskop erfolgen. Optional weist das tragbare Gerät 1 eine integrierte Bildbetrachtungsvorrichtung 19, hier in Form einer Kamera oder eines Mikroskops, und eine Leuchtvorrichtung 20 auf, zur Be- oder Durchleuchtung des Probenkörpers 100. Zur Analyse wird ein Auflicht- oder Duchlichtbild der Probenfläche (A) ausgewertet, z.B. hinsichtlich Anzahl an Stippen oder Pickeln.
Bezugszeichenliste

1: tragbares Gerät
10: Presswerkzeug
12: erstes Werkzeugteil
13: Vertiefung
14: zweites Werkzeugteil
15: Heizvorrichtung
16: Heizelementen
17: Pressvorrichtung
18: Handgriff
19: Bildbetrachtungsvorrichtung
20: Leuchtvorrichtung
30: Kunststoffgranulat
100: Probenkörper
A: Probenfläche
D: Wanddicke

Claims

Tragbares Gerät (1) zur Herstellung eines Probenkörpers (100), insbesondere Hand- oder Tischgerät, mit: einem Presswerkzeug (10), das eingerichtet ist um eine definierte Menge an Kunststoffgranulat (30) aufzunehmen und durch Aufbringen von Druck zu einem Probenkörper (100) in Form einer flachen Scheibe zu verpressen, und mit einer Heizvorrichtung (15), die dazu eingerichtet ist, das Presswerkzeug zu erwärmen.
Tragbares Gerät nach Patentanspruch 1, bei dem der Druck manuell aufbringbar ist.
Tragbares Gerät nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, bei dem die Heizvorrichtung (15) in das Presswerkzeug (10) integriert ist.
Tragbares Gerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, weiterhin mit einer integrierten Bildbetrachtungsvorrichtung (19).
Tragbares Gerät nach Patentanspruch 4, wobei die Bildbetrachtungsvorrichtung (19) für eine optische Bilderfassung eingerichtet ist und das tragbare Gerät (1) weiterhin eine Leuchtvorrichtung (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen im Presswerkzeug (10) hergestellten Probenkörper (100) zu be- und/oder durchleuchten.
Verfahren zur Bewertung eines Probenkörpers, bei dem unter Verwendung eines tragbaren Geräts (1), insbesondere nach einem der vorangehenden Patentansprüche, aus einer definierten Menge Kunststoffgranulat (30) ein Probenkörper (100) in Form einer flachen Scheibe hergestellt wird und anschließend der Probenkörper (100) hinsichtlich optischer Parameter bewertet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem der Probenkörper (100) eine Folie ist und eine Wanddicke (D) im Bereich von 30 bis 70 Mikrometer hat.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, bei dem der Probenkörper (100) eine Probenfläche (A) im Bereich von 15 bis 25 cm² hat.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, bei dem die Bewertung anhand eines Auflicht- oder Durchlichtbilds der Probenfläche (A) erfolgt.