DE202014011401U1 - Kabelverteilerschrank aus geschäumtem WPC - Google Patents

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Abstract

Kabelverteilerschrank, mit Wänden und wenigstens einer Tür, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelverteilerschrank wenigstens teilweise aus durch Zugabe eines Treibmittels geschäumtem WPC (wood plastic composite) besteht, wobei das WPC Holzfasern mit einer Faserlänge von 75-300µm, einen Holzfaseranteil von 40 bis 60 Gew.-% und einen Treibmittelanteil von 1 bis 4 Gew.-% enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kabelverteilerschrank mit Wänden, vorzugsweise Seitenwänden, einer Rückwand, einer oberen Wand und einer Bodenwand, und wenigstens einer Tür. Solche Kabelverteilerschränke werden in der Regel im Freien aufgestellt, wo sie der Witterung ausgesetzt sind. Der Sockel eines Kabelverteilerschranks ist häufig teilweise in das Erdreich eingelassen.
  • Die Erfindung betrifft auch die Bereitstellung neuer Materialien zur Herstellung derartiger Verteilerschränke vorzugsweise im Spritzgießverfahren.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelverteilerschrank anzugeben, der zu einem bedeutenden Teil aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. Derartige Materialien werden WPC (wood plastic composite) genannt, wobei es sich um holzfaserverstärkte Kunststoffe handelt. Dabei ist es unerläßlich, dass das Material des Kabelverteilerschranks, der im Freien steht, nicht verfällt, so dass verhindert ist, dass der Holzanteil während der langen Nutzungsdauer des Schranks verfault. Außerdem muss das Material dem Kabelverteilerschrank und seinem Sockel eine hohe Festigkeit verleihen, damit diese allen einwirkenden Kräften zuverlässig Stand halten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung sieht vor, dass der Kabelverteilerschrank wenigstens teilweise aus durch Zugabe eines Treibmittels geschäumtem WPC besteht, wobei das WPC Holzfasern mit einer Faserlänge von 75 bis 300 µm, einen Holzfaseranteil von 40 bis 60 Gew.-% und einen Treibmittelanteil von 1 bis 4 Gew.-% enthält. Dieses Material ist in dem bevorzugten Spritzgießverfahren gut zu verarbeiten und verleiht dem Kabelverteilerschrank eine hohe Festigkeit, was auch für einen zugehörigen Sockel des Kabelverteilerschranks wichtig ist. Das Material hält über einen sehr langen Zeitraum allen Witterungseinflüssen stand, was auch für den Sockel gilt, der teilweise in das Erdreich eingelassen ist und einer lang anhaltenden Feuchtigkeit ausgesetzt sein kann. Der Kabelverteilerschrank ist ökologisch hervorragend, da er zum großen Teil aus nachwachsendem Rohstoff besteht, wobei seine Herstellung auch ökonomisch vorteilhaft ist.
  • Der Kabelverteilerschrank muss nicht vollständig aus WPC bestehen, sondern es können auch andere Materialien für Teile des Kabelverteilerschranks verwendet werden. Bevorzug ist jedoch, dass alle Wände und Türen aus dem geschäumten WPC bestehen, was auch für die Wände des zugehörigen Sockels bevorzugt der Fall ist. Das erfindungsgemäß verwendete Material hat auch nach langer Nutzungsdauer die erforderliche Standfestigkeit.
  • Das erfindungsgemäß vorgesehene Treibmittel wird nicht nur zur Verringerung der Materialdichte und damit des Bauteilgewichts eingesetzt, sondern der durch das Treibmittel entstehende Innendruck unterstützt zusätzlich die Werkzeugfüllung während des Spritzgussvorgangs. Die Erfindung sieht dabei vor, dass ein endothermes chemisches Treibmittel, bevorzugt ein Treibmittelmasterbatch auf Basis von Natriumbicarbonat, eingearbeitet in ein geeignetes Polymerträgermaterial, eingesetzt wird, das eine hohe Temperatureinwirkung vermeidet, was zu einer Zerstörung der Holzfasern führen würde.
  • Die geringsten Dichten werden bei dem erfindungsgemäßen Material durch drei endotherme Treibmittel erreicht, nämlich durch Expancel 951 MB 120, LUVOPOR 9537 der Firma Lehmann Voss & Co. und Zebra-Chem, Zebra-Cell A 015K. Der optimale Treibmittelanteil für den Einsatz beim Spritzgussverfahren mit geschäumtem Thermoplastmaterial liegt zwischen 1% und 2%, jedoch kann bei einer sehr komplexen Geometrie des Formwerkzeugs ein etwas höherer Treibmittelbedarf bestehen.
  • Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Holzfaser-verstärkten Kunststoff sind grundsätzlich alle thermoplastischen Kunststoffe mit einer Verarbeitungstemperatur unter 200°C geeignet. Besonders geeignet ist dabei die Gruppe der Polyolefine, die sich besonders gut mit den Holzfasern verbinden lassen. Insbesondere Polypropylen (PP) hat sehr gute Eigenschaften für diesen Einsatzbereich.
  • Bei der Naturfaserverstärkung des Kunststoffs handelt es sich um Holzfasern und Holzmehl aus Weichhölzern mit Faserlängen von bis zum 300 µm, wobei der größte Anteil Faserlängen zwischen 75 µm und 100 µm haben sollte. Ein Holzanteil von etwa 30 Gew.-% ist aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll und bringt unzureichende Biegeeigenschaften des fertigen Kabelverteilerschranks mit sich. Rezepturen mit über 60 Gew.-% Holzanteilen haben sich als schwer verarbeitbar erwiesen. Dagegen zeigen Rezepturen mit 40 Gew.-% Holzanteil gute Verarbeitungseigenschaften und eine hohe Schlagzähigkeit des fertigen Produkts auf. Rezepturen mit 50 bis 60 Gew.-% Holzanteil sind aus ökonomischer Sicht vorteilhaft und zeichnen sich durch gute Biegefestigkeiten des fertigen Kabelverteilerschranks aus. Als optimaler Holzanteil wird die für das erfindungsgemäße Material daher ein Wert von 40 bis 60 Gew.-% vorgeschlagen.
  • Die Herstellung des erfindungsgemäßen WPC-Schaums verläuft grundsätzlich in zwei Schritten. Um das Holz zusammen mit den Additiven in die Polymermatrix einzuarbeiten, wird im ersten Schritt das WPC-Compound auf einer Compoundier-Maschine hergestellt. Im zweiten Schrift wird das Compound durch Zugabe von Treibmitteln aufgeschäumt und damit in die endgültige Konsistenz gebracht.
  • Um eine reibungslose Verarbeitbarkeit für die Spritzgußschritte zu gewährleisten, wird zunächst ein homogenes Granulat hergestellt. In dem oben erwähnten Compounder wird die thermoplastische Polymermatrix zusammen mit den verschiedenen Additiven wie Haftvermittler, vorwiegend Maleinsäureanhydrid (MSA), Stabilisatoren, wobei hier vorwiegend Antioxidantien zum Einsatz kommen, und den Holzfasern gemischt. Durch einen Granulierungsschritt wird am Ende das eigentliche Compound fertiggestellt, das im Anschluss problemlos bei den nachfolgenden Lager-, Förder- und Spritzgussverfahren verwendet werden kann.
  • Für eine möglichst schonende Compoundierung wird der Einsatz eines Doppelschneckenextruders mit einer möglichst späten Zuführung der Holzfasern vorgeschlagen, da so einer möglichen Faserschädigung entgegen gewirkt wird.
  • Da nach der Herstellung des Compounds eine Wasseraufnahme nicht auszuschließen ist, erfolgt vor dem Spritzguss ein Trocknungsvorgang. Dabei wird ein schonender Trocknungsvorgang bei einer Temperatur um 80°C, maximal 110 °C mit einer Verweilzeit von ca. 2 bis 6 Stunden empfohlen. Für das Spritzgussverfahren wird eine Zylindertemperatur der Spritzgussmaschine zwischen 150°C und 190°C vorgeschlagen. Die Werkzeugs-temperatur sollte auf etwa 40°C eingestellt sein. In Abhängigkeit vom Holzgehalt betrug bei erfolgreichen Tests die Zykluszeit zwischen 57 s und 72 s. Die Verarbeitungstemperatur sollte auf alle Fälle unter 200 °C liegen, damit keine thermische Zerstörung der Holzfasern erfolgt.
  • Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Beispiel eines Herstellungsprozesses beschrieben.
  • Zur Herstellung von WPC-Compund werden Doppelschneckenextruder mit Entgasung eingesetzt.
  • Bei der Compoundierung werden sämtliche erforderlichen Additive getrennt über eigene Dosierungen am Extruder zugeführt. Ist dies ausstattungsabhängig nicht darstellbar, muss bereits zuvor eine entsprechende prozentuale Mischung hergestellt werden. Die entsprechende Vormischung kann dann zusammen mit dem Polymermatrixmaterial über den Haupteinzug dem Extruder zugegeben werden.
  • Zur Schonung der Holzfasern empfiehlt es sich, diese erst später über eine Dosierung an der Seitenfütterung am Extruder dem bereits aufgeschmolzenen Polymer zuzugeben. Polymere und Additive lassen sich in der Regel problemlos dosieren, doch die Holzfasern neigen stark zur Brückenbildung, weshalb sogenannte Agitationssysteme zum Schütteln oder Rühren des Holzes benötigt werden. Der Feuchtanteil der Holzfasern, der vor der Verarbeitung mit einer geeigneten Messmethode bestimmt werden muss, wird durch eine entsprechend höhere Dosierung kompensiert, um den erforderlichen Holzanteil im WPC-Compound sicher zu stellen. Zur eigentlichen Granulierung kann eine Unterwassergranulierung eingesetzt werden; es eignen sich aber auch die Stranggranulierung und ähnliche Verfahren.
  • Das compoundierte WPC-Rohmaterial kann problemlos in Behältern gelagert werden.
  • Aufgrund einer möglichen Feuchteaufnahme des Compound muss der eigentlichen Spritzgussverarbeitung ein Trockenschritt (Trockenlufttrockner) vorangehen. Eine ausreichende Trocknung auf eine Restfeuchte < 0,5% verbessert die weiteren Verarbeitungsprozesse. Je nach ermittelter Ausgangsfeuchte des Granulates liegt die Trocknungstemperatur zwischen 80 - 110 C° und 2 bis 6 Stunden.
  • Nach erfolgter Trocknung wird das WPC-Compound an die Dosierstation der Spritzgussmaschine gefördert. Je nach Rezeptur erfolgt nun jeweils eine gravimetrische Dosierung des EPC-Compund, des Farbmasterbatch und des chemischen Treibmittelmasterbatch in die Schnecke der Spritzgussmaschine, wo die Homogenisierung und Aufschmelzung des Materialgemisches erfolgt. Nach Erreichen der erforderlichen Massetemperatur von ca. 190°C und einer ausreichenden Dosierung erfolgt die eigentliche Formgebung durch den Spritzgießvorgang. Die Verabreichung erfolgt im sogenannten TSG-Schaumguss-verfahren, was ein Zusammenwirken des Einspritzvorgangs mit der Treibmittel-expansion beinhaltet und so zu einem homogen gefüllten Spritzgussteil, auch bei großen Dimensionen, führt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen WPC-Material lassen sich Kabelverteilerschränke und zugehörige Sockel mit hoher Festigkeit herstellen, wobei das Material auch in ständiger Berührung mit feuchtem Erdreich nicht verfallen kann. Die fertigen Produkte sind ökologisch hervorragend, da sie zum großen Teil aus nachwachsendem Rohstoff bestehen, wobei der nachwachsende Rohstoff ein regionales Produkt sein sollte. Die fertigen Produkte sind auch ökonomisch vorteilhaft.

Claims (9)

  1. Kabelverteilerschrank, mit Wänden und wenigstens einer Tür, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelverteilerschrank wenigstens teilweise aus durch Zugabe eines Treibmittels geschäumtem WPC (wood plastic composite) besteht, wobei das WPC Holzfasern mit einer Faserlänge von 75-300µm, einen Holzfaseranteil von 40 bis 60 Gew.-% und einen Treibmittelanteil von 1 bis 4 Gew.-% enthält.
  2. Kabelverteilerschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wand und/oder wenigstens eine Tür aus dem geschäumten WPC besteht.
  3. Kabelverteilerschrank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wände aus dem geschäumten WPC bestehen.
  4. Kabelverteilerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Türen aus dem geschäumten WPC bestehen.
  5. Kabelverteilerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kabelverteilerschrank auf einem Sockel befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel wenigstens teilweise aus dem geschäumten WPC besteht.
  6. Kabelverteilerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wand, vorzugsweise alle Wände des Sockels aus dem geschäumten WPC bestehen.
  7. Kabelverteilerschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzfasern aus Weichhölzern, vorzugsweise aus einem Gemisch aus Fichte und Tanne bestehen.
  8. Kabelverteilerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das WPC einen Kunststoff aus der Gruppe der Polyolefine, vorzugsweise Polypropylen, und einen Haftvermittler enthält.
  9. Kabelverteilerschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ein endotherm reagierendes chemisches Treibmittel ist und dass der Treibmittelanteil 1 bis 2 Gew.-% beträgt.
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