DE2726787B2 - Aus Kunststoff hergestellter Gegenstand' - Google Patents

Aus Kunststoff hergestellter Gegenstand'

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Description

Die Erfindung betrifft einen aus Kunststoff hergestellten Gegenstand mit einem im wesentlichen durchgehenden hohlen Mittelteil und einer im wesentlichen durchgehenden umhüllenden Außenhaut. ·π
Einen solchen Gegenstand beschreibt die DE-OS 61 580. Weil der Mittelteil hohl bzw. mit einem biegeweichen und nicht hoch belastbaren Kunststoff gefüllt ist ist dieser vorbekannte Gegenstand nicht hoch belastbar. Insbesondere ist er relativ biegeweich. Einen w ähnlichen Gegenstand beschreibt im übrigen die CH-PS 70 867.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gegenstand der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der sich durch eine vergrößerte Stabilität und v> insbesondere durch eine erhöhte Biegesteifigkeit auszeichnet, ohne daß dadurch das Gewicht des Gegenstandes bei gegebenem Volumen fühlbar erhöht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch m> gekennzeichnet, daß einstückig mit der Außenhaut des Gegenstandes in dessen Inneren wenigstens ein den Hohlraum überbrückender, die Außenhaut miteinander verbindender Steg vorgesehen ist.
Der neuartige Gegenstand ist somit fühlbar höher y> belastbar und insbesondere biegesteifer, weil nämlich der bzw. die Stege den Hohlraum überbrücken und den Gegenstand dadurch versteifen.
Bevorzugte Ausgestaltungen des neuartigen Gegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist erfolgreich zur Herstellung von in weitem Maße unterschiedlicher Ausführungen von industriell herstellbaren Erzeugnissen mit strukturellen Stegen verwendbar. Gegenstände mit einer komplizierten Geometrie, z. B. Reisefutterale und Batteriegehäuse oder Batteriebehälter können auf diese Weise ,geformt werden. Die mit strukturellen Stegen versehenen Gegenstände finden auch Anwendung in Form von Türen, Möbeln, Baldachinen und Bedachungsteilen, genormten Baueinheiten, Kisten und Kühlern, Schalen für Eßwaren, Teilen für den Kraftfahrzeug- und Flugzeugbau, Telefongehäuse, Musikinstrumentenbet alt er und dergleichen.
Es ist selbstverständlich, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände mit strukturellem Steg durchsichtig sind, wenn sie aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt werden. Dieser Faktor ist für Anwendungsgebiete wichtig, bei denen Lichtdurchlässigkeit verlangt wird.
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigt
F i g. 1 — teilweise im Schnitt — eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von mit Steg oder Stegen versehenen strukturellen Gegenständen;
F i g. 2 — teilweise im Schnitt — eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung der bei der Herstellung von Gegenständen mit strukturellem Schaum als kräfteaufnehmenden Bauteile in der bisherigen Bauart hier jedoch in einer Ausführung, die für die Herstellung von mit einem Steg oder Stegen versehenen strukturellen Gegenständen abgeändert ist;
Fig.3a eine Draufsicht auf einen mit Steg oder Stegen versehenen geformten Gegenstand;
Fig.3b einen Schnitt durch den Gegenstand nach F i g. 3a nach der Linie 36-36;
F i g. 4a eine Draufsicht eines anderen geformten, mit Steg oder Stegen versehenen strukturellen Gegenstandes nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig.4b einen Schnitt durch den Gegenstand nach F i g. 4a nach der Linie 46-46;
Fig.5 und 6 schematisch im Schnitt je eine Seitenansicht der inneren Formkonstruktion zur Herstellung eines mit Steg oder Stegen versehenen strukturellen Gegenstandes;
Fi g. 7 eine Ansicht eines Querschnitts des geformten Gegenstandes, wobei der Schnitt nahe dem einen Stirnende des Gegenstandes verläuft, und
F i g. 8 eine schematische Draufsicht auf eine Formanordnung, die zur Durchführung der Erfindung verwendet wird und zwei Einspritzstellen besitzt.
In der Zeichnung ist in der Ausführungsform nach F i g. I eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt; hier trägt eine Presse 10 eine Form 12 und wird dem Formhohlraum 18 einerseits durch einen Mehrfach-AnschluOkopf 14 hindurch plastisch formbarer Kunststoff und andererseits durch eine hohle Düsenstange 16 hindurch und in den Kunststoff hinein Druckmittel zugeführt. Der Kunststoff wird von einer Fördervorrichtung 20 aus zugeführt, die eine zum Schmelzen dienende Strangpresse mit großer Scherfestigkeit, eine Kombination der Strangpresse mit einem Sammler (wie sie bei dem strukturellen Schaumverfahren verwendet wird), eine Einspritzvorrichtung mit Kolbon in Kombination eines
Zylinders mit einem Sammler oder eine übliche Einspritzformvorrichtung aufweisen kann, die eine heizbare Strangpresse und eine Einspritzformkammer besitzt, in der das Schmelzen und die Ansammlung des plastisch verformbaren Kunststoffs erfolgt
Der Kunststoff wird von der Fördervorrichtung 20 dem Mehrfach-Anschlußkopf 14 durch eine Leitung 22 hindurch zugeführt Das Druckmittel wird durch eine Einlaßleitung 24 der inneren Bohrung 17 der hohlen Dflsenstange 16 zugeführt und durch eine Ventilvorrichtung 26 zweckentsprechend geregelt
Eine pneumatische Antriebsvorrichtung 28, die einen Druckmittel-Einlaß 30 und einen Druckmittel-Auslaß 32 besitzt, ist durch einen Schaft 34 mechanisch mit der hohlen Düsenstange verbunden, die derart beweglich gelagert ist, daß sie innerhalb des Mehrfachanschluß-Kopfes 14 gehoben und gesenkt werden kann.
Wie in F i g. 1 dargestellt ist werden die Leitung 22 und der Durchtrittskanal 36 des Anschlußkopfes mit Kunststoff gefüllt Der Formhohlraum 18 wird teilweise mit Kunststoff 38 gefüllt. Die hohle Düsenstange 16 wurde durch Betätigung der pneumatischen Antriebsvorrichtung 28 so weit gesenkt daß er den Strom des Kunststoffes durch den Durchtrittskanal 36 des Anschlußkopfes unterbricht und sich das untere Ende der Düsenstange 16 nahe bei oder innerhalb des Formhohlraumes befindet, in welchem das Verfahren des Unterdrucksetzens durch das Druckmittel begonnen werden kann.
Das Druckmittel wird durch geeignete Steuerung der Ventilvorrichtung 26 zum Eintritt in den Kunststoff 38 zugelassen, der sich in dem Formhohlraum 18 befindet. Der plastisch formbare Kunststoff nimmt die Umrißform der Wände des Formhohlraumes an und erzeugt den mit ein oder mehreren Stegen verseh jnen strukturellen Gegenstand, der eine Außenhaut, einen durchlaufenden hohlen Mittelteil und in diesem Mittelteil angeordnet mindestens einen an die Haut angeschlossenen Steg oder eine solche Rippe besitzt.
Der Druck auf das Druckmittel wird aufrechterhalten, bis der mit Steg versehene strukturelle Gegenstand sich selbst trägt Hierauf wird die Ventilvorpchtung 26 betätigt und die hohle Düsenstange 16 bis über die Ventilvorrichtung 26 mittels des pneumatischen Antriebs 28 angehoben, wobei diese Ventilvorrichtung einen nach außen führenden Kanal 40 öffnet und das Austreten des Druckmittels aus dem in der Form befindlichen geformten Gegenstand durch die öffnung 41 gestattet.
Wie bei der Ausführu.igsform nach F i g. 2 gezeigt, wurde liier die Strangpreß- und Sammlervorrichtung der gewöhnlich zum Fornispritzen von strukturellem Schaum verwendeten Art so abgeändert, daß sie als Fördervorichtung 20 für den plastisch formbaren Kunststoff dient. Dem Einlaßtrichter einer üblichen Strangpresse 21, die zum Plastifizieren des plastisch formbaren Kunststoffes dient, können massive Kunslstoffteilchen zugeführt werden. Der Kunststoff wird dann durch die Leitung 22 hindurch einem Sammler 42 zugeführt, der einen beweglichen Kolben 44 besitzt und eine Kammer bildet, die zur Aufnahme des Kunststoffes 38 dient, bevor dieses durch den Durchtrittskanal 36 des Mehrfach-Anschlußkopfes zu der hohlen Düsenstange 16 durchtritt. Alle anderen Teile der Vorrichtung in der Ausführung nach cig. 2 sind die gleichen wie in der Ausführung nach Fig. I. Durch die Verwendung des Sammlers 42 der zun Formspritzen strukturellen Schaumes bekannten Bauart läßt sich der Kunststoff zu dem Mehrfach-Anschlußkopf 14 fördern, aus dem er zu der Form hin in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 abgegeben wird,
Flache, rechteckige, mit einem Steg oder Stegen versehene strukturelle Gegenstände wurden mit der Vorrichtung nach der allgemeinen, in F i g. 2 gezeigten Bauart hergestellt Fig.3a zeigt in Draufsicht einen solchen mit Stegen versehenen strukturellen Gegen-ο stand 45, der für allgemeine Zwecke aus nichtmodifiziertem Kristallinen-Polystyrol in einer flachen rechteckigen Form mit den Kantenlängen 76,2 cm · 25,4 cm · 0,95 cm hergestellt wurde. Wie in der Zeichnung ersichtlich, wird eine Vielzahl von an die
is Haut angeschlossenen strukturellen Stegen 46 hergestellt deren Richtung im allgemeinen zu der Einspritzstelle 48 hin verläuft.
Der Querschnitt nach F i g. 3b zeigt die hohle innere Konstruktion des mit strukturellem Steg versehenen
2i) Gegenstands nach F i g. 3a und 'Vx Gestalt der strukturellen Stege 46, von denen einige :τ. Querschnitt als die Teile 46a, andere in Seitenansicht als die Teile 466 im Schnitt nach der Linie 30-30der Fig.3a in Fig.3b dargestellt sind. Der für die Herstellung des Gegen-
2) stands nach Fig.3a und 3b verwendete Druckmitteldruck betrug 28 kp/cm2.
F i g. 4a zeigt eine Draufsicht eines mit einem anderen strukturellen Steg in der gleichen Weise hergestellten Gegenstandes wie der mit struktureüem Steg oder
Jo Stegen hergestellte Gegenstand nach Fig.3a und 3b, wobei jedoch ein geringerer Druckmitteldruck in Größe von 14 kp/cm2 (bar) angewendet wurde. Wie aus der Draufsicht nach Fig.4a und dem Querschnitt nach Fig.4b ersichtlich, hat der Druck des Druckmittels
)"> nicht dazu ausgereicht, denjenigen Grad von Stegbildung zu erreichen, wie er bei den Gegenständen nach F i g. 3a und 3b erreicht wurde. Dies ergab sich aus einer Verringerung der Grenzschichten-Scherspannung, der Geschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit,
■to die sich ihrerseits aus dem angewendeten geringeren Dm· kmitteldruck bei der Herstellung des Gegenstandes nach F i g. 4a und F i g. b ergaben.
Es wurde gefunden, daß die Anordnung der Stege eine deutliche Variable bei der Herstellung struktureller
•r> Stege darstellt. Zum Beispiel wurde festgestellt, daß eine Durchführung des Arbeitsganges mit einer Mehrfachdüse nicht zur Vergleichmäßigung und Verteilung bzw. zur regelmäßigen Anordnung dler Stege beiträgt, sondern daß die erzeugten Stege vorzugsweise gegen die Düse
Ίΐι der Quelle des Druckmittels gerichtet sind. Wie vorstehend angewendet, bedeuten die Ausdrücke »regelmäßige Anordnung« und »im wesentlichen regelmäßige Anordnung«, daß mindestens ein Steg in dem mit strukturellem Steg oder Stegen versehenen
">"> Gegenstand in einer vorgegebenen Stellung angeordnet ist.
Es wurde jedoch gefunden, daß mit strukturellen Stegen versehene Gegenstände auf folgende zwei Arten mit regelmäßiger jteganordnung hergestellt werden
mi können:
(1) Durch Verwendung massiver Kuns'stoffeinsätze. Es wurde jedoch festgestellt, daß sich durch Anwendung dieses Hilfsmittels zufolge örtlicher
'■"> Schwäche um d.-n Einsatz herum ein unerwünschter Gegenstand bildete.
(2) Durch Verwendung eines Formhohlraumcs mit vielfacher Wandstärke. Die Verwendung einer
Form mit einer Wandungsgestalt gemäß Fig. 5 läßt das Druckmittel vorzugsweise durch den Kunststoff durchströmen, der sich in dem dickeren Kanai befindet, statt durch den dünneren Kanal zu strömen. Die Verwendung einer Form mit einer Einkerbung 51, wie sie in F i g. 6 gezeigt ist, läßt den Strom der Kunststoffströmung so verlaufen, daß die Dicke des Polymers um die Einkerbung herum abgeändert und die Dicke des Werkstückes sowie die mechanischen Charakteristika um die Rippe herum begünstigt werden.
Im Fall des zweiten Weges der Vergleichmäßigung der Ausbildung, wie in F i g. 5 dargestellt ist, veranschaulicht der Querschnitt nach Fig. 7 das mit den Längenabmessungen 91,8 cm · 38,1 cm ■ 1,27 cm erhaltene "werkstück, wobei die Form in ^wei Auseniiiüe zerlegt war, bei denen Keilstangen 50 mit 0,95 cm · 0,95 cm in unterschiedlichen Längen verwendet wurden. Die Rippen 52 werden um die Keilstangen herum gebildet, und die hohlen inneren Taschen 54 werden nur in den dicken Abschnitten aufrechterhalten. Es wurde gefunden, daß das Druckmittel niemals über die Keilstangen hinweg strömte und durch das polymere Material wirksam blockiert wurde.
Bei einer zusätzlichen abgeänderten Ausführungsform wird ein fertig gestellter Gegenstand mit strukturellem Steg oder Stegen nach seiner Herstellung nachträglich gefüllt. Der hohle Innenraum dieses Gegenstandes kann durch die offene Einspritzstelle 48 hindurch derart gefüllt werden, daß ein gefüllter Gegenstand mit inneren strukturellen Stegen und einer Außenhaut gebildet wird. In gleicher Weise können mit einem oder mehreren strukturellen Stegen versehene Gegenstände mit aufgeschäumtem Kunststoff durch Einspritzen einer aufschäumbaren Kunststoffmischung durch die Öffnung der Einspritzstelle 48 oder eine andere Stelle hindurch gefüllt werden, wobei die Mischung in den hohlen Innenraum des mit strukturellem Steg versehenen Gegenstandes eingefüllt wird. Im Falle einer Füllung des Innenraumes des mit strukturellem Steg oder Stegen versehenen Gegenstandes mit aufgeschäumtem Kunststoff, empfiehlt es sich, eine ,geeignete Zahl von Auslaßkanälen durch die Außenhaut oder die Seitenwände des Gegenstandes hindurch zu !Führen, um den Druck abzubauen und den Austritt des Aufschäummittels zuzulassen.
Es ist natürlich möglich, die massiv gefüllten oder mit Schaum gefüllten Innenräume der mit strukturellen Stegen versehenen Gegenstände aus dem gleichen oder einem anderen Kunststoff herzustellen, der zur Herstellung des mit strukturellem Steg oder Stegen versehenen Gegenstandes dient. Jedoch sind die gemäß dem Ausführungsbeispiel hergestellten, mit strukturellen Stegen versehenen Gegenstände entweder in der Außenhaut oder bei einer Vielzahl von an die Haut angeschlossenen und in dem Gegenstand eiiinniiciiucii Stegen vorzugsweise im wesentlichen frei von aufgeschäumten Teilen.
Bei der Vorrichtung der in Fig. 2 gezeigten Bauart wurden zwölf Formen zur Herstellung einer Anzahl mit strukturellen Stegen versehenen Gegenstände verwendet, um die Bedeutung der Abmessungen der Form für die Stegbildung zu veranschaulichen. Die Abmessungen des Formhohlraumes betrugen 15,24 cm· 15,24 cm
■ Did.ü f oder 25.4 cm · 25.4 cm · Dicke t und 71.2 cm
■ 20.3 cm ■ Dicke ι. wobei r=0,314cm bzw. 0,63 cm bzw. 1,27 cm betrug. Ferner wurden einige Werkstücke mit den Abmessungen 71,2 cm · 20,3 cm ■ 5,08 cm dadurch hergestellt, daß zwei Raiimen (Formhälften) mit 2,54 cm Dicke aufeinander gesetzt wurden. Die nachstehenden Zahlentafeln geben die als Ergebnis insgesamt erhaltenen Zahlen an.
Strukturelle Stege wurden aus Polyäthylen hoher Dichte bei verhältnismäßig geringem Druck bei allen Beispielen bis zu 234 cm Dicke gebildet. Bei den Mustern mit 5,08 cm Dicke oder bei dicken Mustern mit kleiner bemessenen Quadratseiten ist die Anwendung höherer Drücke im allgemeinen erforderlich, um die Stegbildung zu bewirken.
Zahlentafel I
Muster mit 15.2 cm ■ 15.2 cm ■ Dicke /
Lange Dicke Dicke L/i Druckmitteldruck Stegbildung Zahl der Stege
/. in cm r in cm / in cm in kp/cm: (bar)
15.2 0.314 0.314 48 56 ja zahlreich
15,2 0.628 0.628 24 56 ja zahlreich
15,2 1,27 1.27 12 14 nein 0
15,2 1,27 12 56 ja 1
15,2 1.27 12 84 ja 3
15,2 2.54 6 (28-112) ja 1
Zahlentafel II
25,4cm -25,4cm -Dicke ι
Länge Ui Druckmitteldruck Stegbildung Zahl der Stege
L in cm in kp/cm2 (bar)
25,4 80 42 ja zahlreich
25,4 40 28-70 ja zahlreich
25.4 20 7-70 ja zahlreich
7 Lh I IJi 27 26 787 Stcgbildung 8
Fnrlset/ιιημ 10 224 nein
Länge
/. in cm		 Dicke
ι in cm		 10 112 Druckmitteldruck
in kp/cm (bar)		 ja Zahl der Stege
25,4 2,54 10 56 7 ja 0
25,4 2,54 10 28 14 i.i 2
25,4 2.54 IO 14 21 ja 1
25.4 2,54 10 28 ja 2
25.4 2,54 56 4
25,4 2.54 84 5
Zahlentafel III Stcghildung
20,3 cm -71, 24 cm · Dicke ja
Lunge
/. in cm		 Dicke
/ in cm		 Druckmitteldruck
in kp/cm2 (bar)		 ja Zahl der Stege
71.2 0.314 14-28 ja zahlreich
71.2 0,628 28 ja zahlreich
7IJ 1.27 28 ja 8<Anzahl N<I2
71.2 2.54 28-42 3 < Anzahl N<6
71.2 5.0X 42 I
Strukturelle Werkstücke mit einem oder mehreren Stegen wurden auch geformt aus Styrol-Acrylnitrilmischpolymerisat (Copolymerisat C-Il), Polypropylen, Polycarbonat, Polysulfon, hoch-schlagfestem oder mittel-schlagfestem kristallinen Polystyrol, Äthylen-Vinylacetatmischpolymerisat und mit Kaliumcarbonat-FmII-stoff gefülltem Polyäthylen hoher Dichte. 5,08 cm dicke Stücke zeigten deutlich, daß mit strukturellen Stegen versehene Gegenstände zur Herstellung von Türen, Möbeln und auf anderen Absatzgebieten verwendet werden können, wobei eine wesentlich höhere Dicke verlangt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern in unterschiedlicher Weise die Erfindung näher.
Beispiel 1
Pellets (Kügelchen) aus Polyäthylen hoher Dichte, die in massivem Zustand eine Dichte von 0,962 g/cm3 bei 25°C und einen Schmelzbeiwert von 0,8 g/min haben, wurden in den Fülltrichter einer zweistufigen Strangpresse eingefüllt. Die Strangpresse enthielt eine Schnecke von 635 cm Durchmesser, bei der sich L : D= 24 :1 (L= Länge, D= Durchmesser) verhielt und deren wirksame Gangtiefe in der ersten Stufe 0,28 cm und in der zweiten Stufe 0343 cm betrug; das Verdichtungsverhältnis betrug in der ersten Stufe 4/1 und in der zweiten Stufe 3,26/1. Das Kunstharz wurde bei Umlauf der Strangpreßschnecke mit 18,0 U/min plastifiziert und einem Sammler der Bauart nach F i g. 2 zugeführt, der ein Gesamtvolumen von 7550 cm3 besaß.
Aus dem teilweise gefüllten Sammler wurde das Kunstharz bei einer Temperatur von 250° C in einen Formhohlraum mit den Abmessungen 035 cm · 25,4 cm · 943 cm eingespritzt, dessen Volumen 2210 em3 betrug. Das Volumen des Kunststoffes betrug 1639 cm3 bezogen auf Polyäthylen mit hoher Dichte im massiven Zustand bei 25° C. Die Form wurde auf 25° C gehalten.
In die Form wurde Stickstoffgas mit einem Druck von 28 kp/cm-' (bar) eingespritzt. Durch den inneren Druck wurde die Form zur Expansion gebracht, während der Kunststoff sich abkühlte; der Gasdruck wurde abgebaut, und das endgültige Produkt besaß die Abmessungen von 1,68 cm · 25,4 cm · 91,4 cm, was einer Werkstückdichte von 42,6%, derjenigen im massiven Zustand des Kunstharzes entspricht. Das Produkt besaß eine massive einstückige Hülle mit einer Vielzahl von an die Haut angeschlossenen Verstärkungsstegen und einem ununterbrochenen hohlen Mittelteil.
Beispiel 2
Für allgemeine Verwendungszwecke nicht modifizierte kristalline Polystyrolpellets mit einer Dichte im massiven Zustand von 1,05 g/cm3 bei 25° C und einer Strangpreß-Plastometerleistung von 750,0 mg/min wurden in den Fülltrichter der zweistufigen Strangpresse nach Beispiel 1 eingefüllt. Das Kunstharz wurde die mit 33 U/min umlaufende Strangpreßschnecke plastifiziert und einem Sammler zugeführt, der ein Gesamtvolumen von 460 cm3 besaß.
Von dem teilweise gefüllten Sammler wurde das Kunstharz bei einer Temperatur von 255° C in einen Formhohlraum mit den Abmessungen 035 cm ■ 25,4 cm ■ 78,4 cm (wobei eine der Fonnwandungen Strukturgefüge besaß) und der ein Volumen von 1840 cm3 besaß, eingespritzt Das Kunststoffvolumen betrug 1750 cm3 bezogen auf die Dichte des kristallinen Polystyrols bei 25° C in massivem Zustand. Die Form wurde auf 21 ° C gehalten.
Das Gas wurde in die Form mit einem Druck von 28 kp/cm2 (bar) eingespritzt Die Form wurde zur Expansion gebracht, während der Kunststoff kühlte; der Gasdruck wurde abgebaut und das Endprodukt hatte die Abmessungen 135 cm · 25,4 cm · 763 cm, was einer Dichte des Werkstücks von 63% des massiven Kunstharzes entspricht Das Produkt war durchsichtig
und besaß eine massive einstückige Hülle mit einer spiegelbildlichen Struktur und mit einer Vielzahl von an die Haut und einen im allgemeinen durchlaufenden hohlen Mittelteil angeschlossenen Stegen oder Rippen.
Beispiel 3 '
Pellets aus Bisphenol-A-polycarbonat mit einer Dichte von 1,57 g/cm3 bei 25°C im massiven Zustand wurden in den Fülltrichter der zweistufigen Strangpresse nach Anspruch 1 eingefüllt. Das Kunstharz in wurde durch die mit 33 U/min umlaufende Strangpreßschnecke plastifiziert und zu einem Sammler überführt, dessen Gesamtvolumen 7540 cm3 betrug.
Von dem teilweise gefüllten Sammler wurde das Kunstharz bei einer Temperatur von 270°C in einen r» Formhohlraum (eine seiner Wandungen war strukturiert) mit den Abmessungen 0,95 cm · 25,4 cm · 78,4 cm und einem Volumen von 2060cm; eingespriizi. Das Kunststoffvolumen betrug 78,75 cm3 bezogen auf die Dichte des Polycarbonats im massiven Zustand bei jd 25° C. Die Form wurde auf 160° C gehalten.
Das Gas wurde in die Form unter einem Druck von 28 kp/cm2 (bar) eingespritzt. Das Werkstück wurde auf eine Temperatur von 25°C gekühlt; der Gasdruck wurde abgebaut, und das Endprodukt hatte die >■-> Abmessungen 0,95 cm ■ 25,4 cm · 78,4 cm, was einer Dichte des Werkstücks von 70% des massiven Kunstharzes entspricht. Das Produkt war durchsichtig und besaß eine einstückige massive Hülle mit spiegelbildlicher Strukturierung und mit einer Vielzahl von an «> die Haut und einen im allgemeinen durchlaufenden hohlen Mittelteil angeschlossenen Stegen.
Beispiel 4
Pellets für allgemeine Verwendungszwecke aus r> hoch-schlagfestem Polystyrol mit einer Dichte von 1,04 g/cm3 bei 25°C wurden mit einer Strangpreßleitung von 450 mg/min mit 1% Farbstoff gemischt und dem Fülltrichter der Zweistufen-Strangpresse nach Beispiel 1 zugeführt. Das Kunstharz wurde durch die mit w 33 U/min umlaufende Sii'angpreßschnecke plastifiziert und in einen Sammler übergeführt, der ein Gesamtvolumen von 7560 cm3 besaß.
Von dem teilweise gefüllten Sammler wurde das Kunstharz bei einer Temperatur von 27O°C in den r> Formhohlraum einer Form eingespritzt, die zur Herstellung von Batteriegehäusen oder Batteriebehälter-i dient, wobei die Abmessungen des quadratischen Bodens 42,0 cm · 42,0 cm betrugen. Der Boden stand senkrecht zu den kontinuierlich angeschlossenen vier ~>n Seitenwänden, von denen jede 88 cm hoch war. Der Bodenhohlraum war 0,95 cm dick, während alle vier Seitenwände 0,635 cm Wandstärke besaßen. Ein dicker Wandhohlraum von 1,59 cm. 2^4 cm lief um die Oberkante der Seitenwände herum. Das Gesamtvolu- >ί men des Hohlraumes betrug ungefähr 171,60 cm3. Das Kunststoffvolumen betrug 2330 cm3 bezogen auf die Dichte in massivem Zustand des hoch-schlagfesten Polystyrols bei 25" C. Die Form wurde bei 22° C gehalten. Das Gas wurde in die Form mit einem Druck μ von 21 kp/cm2 (bar) eingespritzt. Das Werkstück wurde auf eine Temperatur von 22° C gekühlt; der Gasdruck wurde abgebaut und das Endprodukt war ein eingefärbtes Batteriegehäuse oder Batteriebehältei von gleicher geometrischer Abmessung wie der Formhohlraum. Das Produkt entspricht einer Dichte des Werkstückes von 83%, derjenigen des massiven Kunstharzes. Ein in Teile zerlegtes Muster zeigte eine massive einstückige Hülle mit einer Mehrzahl von mit der Haut und einem im allgemeinen ununterbrochenen hohlen Mittelteil verbunden Stegen oder Rippen.
Beispiel 5
Pellets aus Polyäthylen hoher Dichte, die in massivem Zustand bei 25" C 0,962 g/cm3 beträgt, und mit einem Schmelzbeiwert von 0,8 g/min wurden mit 1% Farbstoff gemischt und in den Fülltrichter der zweistufigen Strangpresse nach Beispiel 1 eingefüllt. Das Kunstharz wurde durch die Strangpreß-Schnecke bei einer Drehzahl von 30 U/min plastifiziert. Zu Beginn der zweiten Stufe wurde Stickstoffgas in den Kunststoff mit einem Differenzdruck von 28 kp/cm: (bar) eingespritzt. In der zweiten Stufe wurde die Mischung von Gas unJ Polymer homogenisiert und einem Sammler zugefiihr·, der ein Gesamtvolumen von 7560 cm1 besaß. Die Strangpresse und uci Säniiiuci würden unter einem höheren Druck gehalten als der Aufschäumdruck.
Aus dem teilweise gefüllten Sammler wurden 682 g der aufschäumbaren Mischung bei einer Temperatur von 25O0C in den im allgemeinen ununterbrochenen hohlen Mittelteil des mit strukturellen Stegen versehenen Produkts nach Beispiel 2 durch den offenen Einspritzkanal hindurch eingespritzt. Um den Austritt des aufschäumenden Polyäthylens hoher Dichte zu gestatten, ware eine Anzahl von Austrittskanälen vorab durch die Außenkanten gebohrt worden.
Das Werkstück wurde gekühlt und dann geprüft. Der eingefärbte Schaum füllte im wesentlichen den durchgehenden Hohlraum, der eingesprengt zwischen der Vielzahl von Stegen hindurchging.
Beispiel 6
Pellets aus hoch-schlagfestem, für allgemeinen Anwendungszwecke dienendem Polystyrol mit einer Dichte von 1,04 g/cm3 bei 25°C wurden in den Fülltrichter der zweistufigen Strangpresse nach Beispiel 1 eingefüllt, wobei die Plastifizierungsleistung der Strangpresse 450 mg/min betrug. Das Kunstharz wurde durch die Schnecke der Strangpresse, die mit 35 U/min umlief, plastifiziert und zu einem Sammler überführt, der ein Gesamtvolumen von 460 cm3 besaß.
Von dem teilweise gefüllten Sammler wurde das Kunstharz durch zwei Einspritzstellen hindurch bei einer Temperatur von 2200C in einen Formhohlraum mit den Abmessungen 1,27 cm · 38,2 cm · 91,7 cm eingespritzt, der in zwei Abschnitte durch Verwendung von einem Satz von regelmäßig angeordneten Keilstangen mit den Abmessungen 0,95 cm · 0,95 · Länge L der Keilstangen zerlegt war. Es wurden vier Keilstangen mit der Länge L\ = 12,7 cm und eine mit der Länge Li= 17,8 cm und zwei Keilstangen mit der Länge Li = 24,2cm benutzt, die alle wie in Fig.8 gezeigt angeordnet waren. Das gesamte Hohlraumvolumen betrug ungefähr 4320 cm3. Das Volumen des Kunststoffes betrug 3870 cm3 bezogen auf die Dichte in massivem Zustand des hoch-schlagfesten Polystyrols bei 25° C. Die Form wurde bei 22° C gehalten.
Das Gas wurde in die Form unter einem Druck von 14 kp/cm2 (bar) eingespritzt. Die Form wurde, während der Kunststoff kühlte, zu geringfügiger Expansion gebracht; der Gasdruck wurde abgebaut, und das Endprodukt hatte die Abmessungen 1,43 cm · 382 cm · 91,7 cm, wobei das Volumen der eingesetzten Keilstangen unverändert blieb. Dieses Ergebnis entspricht einer Dichte des Werkstuckes von 78%, derjenigen des Kunstharzes im massiven Zustand.
Il
Ein zerlegtes Muster zeigte eine massive einstückige Hülle (Au3enhaut) mit einer Mehrzahl von Verstärkungsstegen, die an die Haut und an das im allgemeinen durchlaufende hohle Mittelstück angeschlossen waren. In jedem Falle wurden (ähnlich wie nach F i g. 7) Stege rings um die vorgegebene Anordnung der Keilstangen herum gebildet.
Da sowohl die erfindungsgemäßen Gegenstände mit strukturellem Steg oder Stegen als auch die zum Stand der Technik gehörigen Gegenstände mit strukturellem Schaum Erzeugnisse geringer Dichte sind, werden die Biegeeigenschaften von beiden nachstehend mit denjenigen von massivem Material aus dem gleichen Kunststoff, d. h. aus Polyäthylen hoher Dichte, gemäß der folgenden Zahlentafel verglichen.
Die Dichte D von den erfindungsgemäß hergestellten Körpern mit strukturellen Stegen erhält in der nachstehenden Zahientafei den Zusatz SW. Die Dichte von mit im inneren Hohlraum mit aufgeschäumtem strukturellen Material gefüllten Körpern erhält in der nachstehenden Zahlentafel den Zusatz SF. Die angegebenen Dichtezahlen bezeichnen das Verhältnis der Dichte einer Probe zu der für einen massiven Körper mit 1,0 angegebenen Dichte.
Zahlentalcl IV
Dichte (D) für nach Streckgren/e Biegemodul nach
dem Verfahren SW in kp/cnr ASIM-I)-T1X) bei
oder SI" ausgebil (I05 N/nr) 1% Sekante in
dete Körper kp/cnr
(UY N/nr')
0,45/SW 74,76 524,3
0,45/SF 72,1 459,9
0,68/SW 112,0 833,0
0,68/SF 114.S0 744,0
1,0 bei massivem 28.0 105.0
Für Anwendungsfälle, in denen äquivalente Biegefestigkeit verlangt wird, würde durch die Ausführungsform SW ein gutes Ergebnis bei einer Dichte von 0,39 geliefert, welche eine Ausführungsform S17 bei einer Dichte von 0,45 liefern würde-, die Aucführungsform SW würde bei einer Dichte von 0,6 das gleiche Ergebnis vie die Ausführungsform SF bei einer Dichte 0,68 liefern.
Es ist zu beachten, daß Produkte mit gewöhnlichem strukturellem Schaum, die in einer kalten Form erzeugt werden, üblicherweise eine Drall-Oberfläche haben. Ein Körper, der mit einer kürzlich entwickelten Technologie hergestellt ist, erlaubt die Produktion von Gegenständen mit strukturellem Schaum und glatter Oberfläche, erfordert aber die Verwendung einer heißen Form, was eine ungefähr 50%ige Erhöhung der Dauer eir.er Arbeitsperiode und bis zu einer ungefähr 25%igen Erhöhung der Formkosten mit sich bringt. Die gemäß
Körper
Es ist somit ersichtlich, daß bei identischen Dichten 0,45 für SF und SW die Streckgrenzen ungefähr einander gleich sind, der Biegemodul für SW jedoch 14% größer ist. In gleicher Weise sind für die Dichte D=0,68 die Streckgrenzenwerte wiederum nahezu einander gleich, während der Biegemodul für SW 12% größer ist. Die Bedeutung der höheren Werte für die Biegemoduli läßt sich besser verständlich in Form der Biegefestigkeit bzw. Steifigkeit ausdrucken:
Biegefestigkeit = c · (Dicke)3 · Modul
an UMU-
uci U.I ι iiiuuiig iici gcaiciiicu vjcgciiaiaiiui.
rellem Steg oder Stegen haben glatte Werkstückoberflächen bei Verwendung einer kalten Form, wobei wesentliche Ersparnisse bei der Herstellung der Form, bei der Dauer einer Arbeitsperiode und an Energieverbrauch erzielt werden.
Die Werkstücke mit strukturellem Steg oder Stegen können aus thermisch unstabilem Kunstharz (z. B. Polyvinylchlorid) und aus vernetzbaren und wärmehärtenden Kunstharzen hergestellt werden, wie es vorstehend erläutert wurde. Bauteile können auch aus zur Erhöhung der Festigkeit verstärktem thermoplastischen Material hergestellt werden.
Gemäß der Imenkonstruktion, die bei der Herstellung eines oder mehrerer struktureller Stege angewendet wird, werden ungefähr 50% der geformten Dicke gekühlt, während etwa 100% der geformten Wandstärken im Falle des Verfahrens mit Herstellung eines strukturellen Schaumes gekühlt werden müssen. Außerdem erhöht die verringerte Wärmeleitfähigkeit eines mit strukturellem Schaum versehenen Produkts gegenüber einem mit strukturellem Steg oder Stegen versehenen Produkt gleicher Dichte die erforderliche Kühlzeit. Zufolge der Möglichkeit, bei der Herstellung struktureller Stege Produkte mit glatter Oberr'äche in einer kalten Fc ·■> herzustellen, kann ferner eine kostengünstig: eitung mit Werkzs'jgen und
Formgestaltung angewendet werden. Die gesamte Summe all dieser Unterschiede von der Herstellung strukturellen Schaumes besteht darin, daß die mit strukturellem Steg oder Stegen geschaffenen Produkte mit wesentlichen Ersparnissen beim Entwurf der Formgestalt und der Formherstellung und bei der Dauer der Arbeitsperiode und dem Energieverbrauch entstehen, wobei die Arbeitsperiode als die zur Herstellung eines Produkts notwendige Gesamtzeit definiert ist.
Hier/u 4 Malt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    1, Aus Kunststoff hergestellter Gegenstand mit einem im wesentlichen durchgehenden hohlen Mittelteil und einer im wesentlichen durchgehenden umhüllenden Außenhaut, dadurch gekennzeichnet, daß einstöckig mit der Außenhaut des Gegenstandes (45) in dessen Inneren wenigstens ein den Hohlraum überbrückender, die Außenhaut miteinander verbindender Steg (46) vorgesehen ist
    Z Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Nähe der Einspritzstelle (48) angeordneter Steg (46) im allgemeinen in einer Richtung auf einen Einspritzkanal zu dem hohlen Mittelteil hin verläuft
    3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Mittelteil massiven Kunststoff als Füllung enthält
    4. Gegess^nd nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daii der hohle Mittelteil massiver, polymeren Kunststoff enthält
    5. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Mittelteil aufgeschäumten Kunststoff als Füllung enthält
    6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Mittelteil aufgeschäumten polymeren Kunststoff enthält
    7. Gegenstand nach Anspruch 1—5, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Stege (46) vorgesehen jo sind.
    8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 2 — 7, dadurch gekennzeichnet, daß von der Einspritzstelle (48) abliegende Stege (461 im allgemeinen in der Richtung des Druckmittelstromt, in den durch den r> hohlen Mittelteil gebildeten Formhohlraum verlaufend angeordnet sind.
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