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Verfahren zur Herstellung von Surfbrettern
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Surfbrettern
und insbesondere von Segel-Surfbrettern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Für Surfbretter, und insbesondere für Segel-Surfbretter wurde in den
letzten Jahren ein immer größerer Markt erschlossen. Ein den heutigen und den zukünftigen
Verhältnissen angepaßtes und mark tge rechtes Surfbrett muß folgende Bedingungen
erfüllen: es muß zum einen in einem "flexiblen" Verfahren herstellbar sein, um mit
seiner Gestaltung den sich schnell ändernden Markterfordernissen jederzeit gerecht
werden zu können. Zum anderen müssen die Herstellungskosten für derartige Bretter
optimiert werden. Nicht zuletzt muß ein erfolgreiches Segel-Surfbrett den mit der
Verbreitung des Sports einhergehenden höheren Ansprüchen der den Sport Betreibenden,
insbesondere hinsichtlich des Gewichts, der Schlagfestigkeit und
des
dynamischen Verhaltens des Bretts, voll gerecht werden.
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Man kennt bislang mehrere Verfahren zur Herstellung von Segel-Surfbrettern
9 die im wesentlichen in vier Gruppen eingeteilt werden können.
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In die erste Gruppe fällt das handwerkliche Laminierverfahren9 bei
dem zunächst ein Schaumstoffblock derart bearbeitet wird, daß eine gewünschte Brettform
entsteht.
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Auf diesen vorbearbeiteten Schaumstoff.ern werden dann Matten aus
Glasfaser-Polyester laminiert. Gemäß einer Abwandlung dieses Verfahrens werden Glasmatten
in ein Werkzeug eingelegt, in das nach luftdichtem Verschließen und Anlegen von
Vakuum Harz eingesaugt wird. Dieses Verfahren ist als Vakuum-Injektionsverfahren
b#'annt. Mit diesem Verfahren läßt sich ein Segel-Surfbrett herstellen, das sich
zwar durch geringes Gewicht auszeichnet, jedoch andererseits eine sehr geringe Bruchdehnung
aufweist, so daß die in der sogenannte GFK-Technik hergestellten Surfbrettschalen
relativ schlag- und kerbschlagempfindlich sind. Ein weiterer Nachteil dieses von
handwerklichen Fertigungsmethoden bestimmten Laminierverfahrens ist darin zu sehen,
daß es nicht automatisiert werden kann, so daß der Lohnanteil an den Fertigungskosten
sehr hoch ist. Der Marktanteil der nach diesem Verfahren hergestellten Surfbretter
wird deshalb in großem Maße durch die Lohnkosten festgelegt, so daß sich abx ab###en
läßt, wann dieses Verfahren in Zukunft nicht mehr konkurrenzfähig sein wird.
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Um den zukünftigen Marktanforderungen gewachsen zu sein, muß ein maschinell
ausführbares Fertigungsverfahren in Betracht gezogen werden, das in großem Maße
rationali-
siert werden kann. Ein derartiges Herstellungsverfahren
stellt das Heißrotationsverfahren dar, bei dem ein aus Blech- oder Galvanoschalen
gefertigtes und aus zwei Hälften zusammengesetztes Rotationswerkzeug kardanisch
aufgehängt, über zwei Achsen angetrieben und dabei durch direkte Beheizung oder
durch Zufuhr von Heißluft aufgewärmt wird. Bei einer Variante dieses Heißrotationsverfahrens'
d.h. beim reinen Heißrotationsverfahren wird in das Hohlwerkzeug Polyäthylenpulver
(PE-Pulver) eingefüllt, das in der kardanisch aufgehängten und eine komplizierte
Antriebsbewegung ausführenden Hohlform an der heißen Innenwandung ansintert und
dann ausschmilzt. Die bei diesem Verfahren entstehenden nahtlosen Schalen werden
nach Einlegen in eine Stützform mit PUR-Schaumstoff ausgeschäumt.
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Hauptsächliche Nachteile dieses Verfahrens sind teure und praktisch
nicht reparierbare Werkzeuge, sowie die komplizierte Schwenk- und Drehbewegung,
die nur durch langwierige Versuche derart optimiert werden kann, daß eine Schale
mit annähernd gleichmißiger Wanddicke entsteht.
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Ein weiterer Nachteil ist in der langen Anfertigungszeit zu sehen,
die je nach Brettlänge und Materialeintrag zwischen 20 und 40 Minuten allein für
die Schale beträgt.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das für dieses Verfahren
einsetzbare Polyäthylen nur mäßige mechanische Eigenschaften, insbesondere eine
geringe Steifigkeit, Abriebfestigkeit, sowie eine sehr beschränkte Dekorationsfähigkeit
besitzt, die bei einem Segel-Surfbrett aber von besonderer Bedeutung sind. In einer
Abwandlung dieses Heißrotationsverfahrens versucht man deshalb, den steiferen und
zäheren Werkstoff Polyamid-6 (PA-6) zu verarbeiten. Dieses Verfahren ist als PA-Reaktionsgießverfahren
bekannt. Dabei wird - wie beim Heißrotationsverfahren - ebenfalls ein geschlossenes
Hohlraumwerkzeug verwendet; in Nxlrandluncy werden in dieses Werkzeug zwei sehr
genau dosierte Anteile von
Caprolactam-Schmelzen eindosiert 9 die
beim Aufheizen infolge einer anionischen Polymerisation zu PA-6 ausreagieren. Die
Nachteile dieses Verfahrens liegen wiederum darin, daß die Zykluszeiten verhältnismäßig
lang sind und die Maschineneinstellung, d.h insbesondere der Bewegungsablauf der
Hohlform nur mit sehr großem versuchstechnischem Aufwand optimiert werden kann,
um die Entstehung des Polymeren PA-6 aus dem niedermolekularen Ausgangsprodukt in
den gewünschten Zeit-Temperaturgrenzen zwecks Ausbildung der angestrebten Festigkeitseigenschaften
und Vermeidung eines nicht umgesetzten Caprolactamanteils sicherzustellen. Im übrigen
ist die nach diesem Verfahren arbeitende Anlage verhältnismäßig teuere bezogen auf
die Anschaffungskosten dieser Anlage ist die Produktionsausbringung bei diesem Verfahren
beschrankt. Weil die Verhältnisse innerhalb des Hohlraumwerkzeugs nur sehr schwer
zu beherrschen sind, muß man bei diese n Verfahren sehr aufwendige Kontrollmaßnahmen
zur Qualitätssicherung vorsehen bzw. ergreifen, die den Kostenaufwand dieses Verfahrens
zusätzlich anheben. Es hat sich gezeigt, daß die nach diesem Verfahren hergestellten
Surfbrettschalen verhältnismäßig große Wanddickenunterschiede aufweisen, so daß
die sehr guten mechanischen Eigenschaften des Konstruktionswerkstoffs PA-6, der
relativ teuer ist, nur sehr beschränkt ausgenützt werden können. Um an kritischen
Stellen eine erforderliche Mindestdicke von zumindest 2 mm sicherzustellen, muß
bei diesem Verfahren an anderen Stellen der Brettschale eine relativ größere Schalendicke
in Kauf genommen werden, wodurch das Gewicht der Brettschale nicht unter 10 kg gesenkt
werden kann.
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Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man wegen
des Durchscheinens des erforderlichen Füll-Schaumstoffs nur eingefärbtes Material
verarbeiten kann.
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Das durchscheinende Naturmaterial ist nicht marktfähig, so daß die
Schale zusätzlich lackiert werden muß. Diese
Lackierung ist mit
einem die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellenden Arbeitsaufwand verbunden,
durc; den darüber hinaus das Gewicht des Surfbretts um bis zu 2 kg angehoben wird.
Dies ist insbesondere deshalb nicht mehr vertretbar, weil diese Gewichtszunahme
keinen Beitrag zur Erhöhung der Stabilität und Schlagfestigkeit des Surfbretts leisten
kann. Zusätzliche technische Schwierigkeiten treten dadurch auf, daß die Lackierung
auf dem Polyamid abriebfest sein muß. Im übrigen setzt die relativ große Wasseraufnahme
des Polyamids - im Sättigungszustand kann PA-6 bis zu 10 % Wasser aufnehmen - der
Anwendung dieses Verfahrens dann Grenzen, wenn ein extrem leichtes Surfbrett geschaffen
werden soll.
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Als dritte Gruppe der Herstellungsverfahren ist das Halbschalentechnik-Verfahren
zu nennen. Dabei werden warmgeformte, gespritzte (spritzgegossene) oder gepreßte
Halbschalen ggf. nach Einlegen eines Schaumstoffkerns aus EPS zusammengeklebt bzw.
alternativ zu einer.veschlossen«l Hohlkörperschale gefügt, die anschließend mit
PUR ausgeschäumt wird.
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Bei diesem Verfahren verwendet man hauptsächlich thermoplastische
Kunststoffe aus der Reihe BS, ABS, ASA und SAN, die zu Platten einer Dicke zwischen
2 und 3 mm extrudiert und in einem Positiv- oder Negativ-Warmformverfahren zu Halbschalen
gezogen werden. Eine Variante dieses Warmformverfahrens stellt das sogenannte Doppelziehverfahren
dar, bei dem zwei extrudierte Tafeln gleichzeitig in eine mit zwei Ziehtischen ausgerüstete
Warmformmaschine eingelegt werden. Nach Erreichen der Umformtemperatur wird in einem
Arbeitsgang die obere Platte zur Oberschale und die untere Platte zur Unterschale
hin im Negativ-Warmformverfahren umgeformt. Die beiden Werkzeughälften, auf denen
die Halbschalen liegen, werden anschließend nach dem Zurückfahren der Heizwagen
aufeinan-
dergepreßt, um die Ränder der Halbschalen umlaufend zu
verschweißen. Der vorrichtungstechnische Aufwand ist bei diesem Verfahren relativ
gering, so daß dieses Verfahren sehr rationell erscheint. Dieses Verfahren hat jedoch
den Nachteil, daß nur Kunststoffe verarbeitet werden können, die eine gute Verschweißfähigkeit
aufweisen und deren Plattendicke auf Werte > 2 mm begrenzt ist, da sonst die
Schweißnaht zu schwach wird. Das Gewicht eines nach diesem Verfahren hergestellten
und ausgeschäumten Surfbretts erreicht bei einer Länge zwischen 3,5 und 3,9 m um
die 20 kg. Auch wenn man die Halbschalen im Spritzgießverfahren herstellt, kann
dieses Gewicht nicht unterschritten werden, wodurch dem Einsatzbereich der nach
diesem Verfahren hergestellten Surfbretter Grenzen gesetzt werden, wenn man ein
extrem geringes Gewicht anstrebt. Weil das Haumgewicht der verwend-~"en PUR-oder
EPS-Schaumstoffkerne nicht unter eine bestimmte Ge wichtsgrenze gesenkt werden kann
- ansonsten würde man eine gemischt- oder offenzellige Schaumstoffstruktur erhalten,
die Wasser in unerwünschtem Maße aufnehmen würde - ist das Fahrverhalten derartiger
Surfbretter bedingt durch das relativ große Brettgewicht als nicht optimal zu bezeichnen.
Ein weiterer Nachteil dieses im Warmform- oder im Spritzgießverfahren hergestellten
Surfbretts ist darin zu sehen, daß eine umlaufende Schweißkante von einigen Millimetern
nicht zu vermeiden ist. Diese Schweißkante kann beim Gebrauch des Surfbretts stören,
da beim Abrutschen des Surf-Piloten über die Kante aufgrund der außerordentlich
großen Empfindlichkeit der nassen Körperhaut durch die vorstehenden Teile der Kante
Hautabsc##ürfungen auftreten können. Im Schweißnahtbereich können ferner Spannungen
eingefroren werden, die sich insbesondere bei dynamischen Beanspruchungen, denen
ein Segel-Surfbrett hauptsächlich ausgesetzt ist, negativ auswirken. Außerdem
ist
die Anordnungsmöglichkeit der Schweißkante gezwungenermaßen auf solche Stellen am
Surfbrett begrenzt, wo ein ausreichender Preßdruck auf die zu verbindenden Teile
ausgeübt werden kann. Schließlich sind wegen der - im Vergleich zu sonstigen Warmfontwerfaleen
- verhältnismäßig hohen Anpreßdrücke zur Ausführung des Verfahrens nur Al-oder andere
Metallwerkzeuge anwendbar. Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem zwei Surfbrett-Halbschalen
im Spritzgießverfahren hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden.
Das für dieses Verfahren erforderliche Werkzeug ist jedoch so teuer, daß das Verfahren
nur bei sehr großen Stückzahlen in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen durchgeführt
werden kann. Damit verringert sich jedoch die Flexibilität des Verfahrens, so daß
es aus Kostengründen den sich häufig schnell ändernden Markterfordernissen nicht
schnell genug angepaßt werden kann.
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Der vierten Verfahrensgruppe gehört das Extrusions-Blasformverfahren
an, bei dem ein der Surfbrettlänge entsprechender Schlauch, dessen Wanddicke über
der Extrusionslänge geregelt ist, aus einem Scfr#lzenspeicher in wenigen Sekunden
ausgestoßen und in einem zweiteiligen Werkzeug aufgeblasen wird. Dieses Verfahren
ist praktisch auf High-Density-Polyäthylen (HDPE-) beschränkt, da nur dieser Kunststoff
eine derart hohe Schmelzenfestigkeit besitzt, die ein Abreißen des etwa 8 bis 15
kg schweren und bis zu 4,5 m langen heißen Schlauchs von der Düsenlippe verhindern
kann. Auch mit diesem Verfahren läßt sich die Wanddicke des Surfbretts nicht in
den gewünschten engen Grenzen halten, so daß auch dieses Verfahren die schon beins
PA-Reaktionsgießverfahren beschriebenen Nachteile hinsichtlich derllaterialausnützvjng
und der Dicken-Ungleichmäßigkeit aufweist. Ferner fallen bei diesem Verfahren größere
Materialmengen als Anguß, Putzen und Verschnitt
an, wodurch eine
Wiederaufbereitung dieser Materialmengen erforderlich wird. Darüber hinaus sind
die für dieses Verfahren erforderlichen Werkzeuge im Vergleich zu den oben beschriebenen
Verfahren wesentlich teurer, so daß dem mit diesem Verfahren arbeitenden Surfbrett-Hersteller
durch eine hohe Kosten-Vorbelastung nur eine sehr geringe Flexibilität bei der Gestaltung
seiner Produkt-Palette verbleibt. Darüber hinaus entspricht die Oberfläche eines
nach diesem Verfahren hergestellten Surfbretts häufig nicht den vom Markt gestellten
Anforderungen, weil die im Werkzeug zwischen HDPE-Schlauch und Werkzeug-Oberfläche
eingeschlossene Luft zu unregelmäßigen Oberflächenstrukturen führt, die den Gleitwiderstand
des Surfbretts im Wasser ungünstig beeinflussen Aus dem oben Dargelegten ergibt
sich somit z'#sammengefaßt, daß sich mit den bislang bekannten Verfahren hochfeste
und elastische Surfbretter nur mit äußerst großem vorrichtungstechnischem Aufwand,
wie z.B. beim Extrusionsblasformen, herstellen lassen, wobei jedoch diese hochfesten
und dynamisch sehr hoch beanspruchbaren Bretter Nachteile bezüglich der Oberflächenqualität
besitzen.
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Eine Reduzierung des vorrichtungstechnischen Aufwands - wie z.B. beim
iieißrotationsverfahren oder beim Halbschalentechnik-Verfahren - muß mit einer Verminderung
der Surfbrett-Steifigkeit ( vergleiche Halbschalentechnik) bzw. mit einer nur schwer
kontrollierbaren und häufig ungleichmäßigen Wanddicke und einem verminderten Materialaustrag
bei komplizierter tiberwachung dp Verfahrensablaufs (vergleiche Heißrotationsverfahren)
erkauft werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein maschinell mit
möglichst geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ausführbares Verfahren zu schaffen,
das die Her-
stellung extrem leichter und zugleich schagfesterer
Surfbretter ermöglicht, die zudem elastischer sind als die bislang auf dem Markt
befindlichen Surfbretter.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein nach Auffassung der Fachwelt unter Produktionsbedingungen
als nicht warmformfähig angesehener hochfester und insbesondere hoch-schlagfester
Konstruktions-Kunststoff derart modifiziert, daß er im Warmformverfahren umgeformt
werden kann. Der bei diesen Konstruktionswerkstoffen äußerst enge Erweichungs-Temperaturbereich
wird erfindungsgemäß derart gestreckt, daß die das Halbzeug für den Warmformvorgang
bildenden Kunststoffplatten bzw. -schläuche mit vertretbarem technischem Aufwand
auf diesem Temperaturniveau gehalten werden können. Damit gelingt es bei einer bislang
noch nicht erreichten Werkstoffausnützung, , d.h. mit geringstem Werkstoffvoiumen
eine Schale herzustellen, deren spezifische Festigkeit, Schlagzähigkeit und Elastizität
äußerst hoch ist, weil die Wanddicke der Schale an jeder Stelle gleichmäßig dick
oder harmonisch verlaufend gehalten werden kann. Die hohe Festigkeit der erfindungsgemäß
verwendeten Werkstoffe ermöglicht es ferner, die Wanddicke der Brettschale gegenüber
herkömmlichen im Warmformverfahren hergestellten Surfbrettschalen zu verringern,
so daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Surfbre tter trotz
Vergrößerung der snezifischen Festigkeit leichter sind. So kann durch das erfindungsgemäße
Verfahren ein Segel-Surfbrett geschaffen werden, dessen Gewicht gegenüber herkömmlichen
Brettern um bis zu 30 % reduziert ist.Das erfindungsgemäße Verfahren hat den zusätzlichen
Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Auswahl des Kon-
struktionswerkstoffs
auch die Verbindungsnaht bzw.-stelle bei Surfbrett-Halbschalen konstruktionstechnisch
in Bezug auf die Lage, die Größe und die Form optimiert werden kann, weil nunmehr
auf Material-Schwachstellen bzw. auf die Krafteinleitung auf die Schale beim Fügen
durch Schweißen nicht mehr in dem Maße Rücksicht genommen werden muß, wie dies bislang
notwendig war. Auf diese Weise kann mit einem wirtschaftlich konkurrenzfähigen Verfahren
ein in jeder Hinsicht gegenüber herkömmlichen Surfbrettern leistungsfähigeres Surfbrett
geschaffen werden, des sen Betriebszuverlässigkeit bedingt durch die sehr guten
mechanischen Eigenschaften bei dynamischer Beanspruchung, sehr hoch ist.
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Weil die Festigkeit des Ausgangsmaterials so groß ist, gelingt es,
Kunststoffhalbzeuge, beispielsweise Kunststoffplatten bzw. -schalen mit einer Dicke
bis herab zu 1.3 mm zu verwenden, so daß die Wanddicke beispielsweise einer PA-6-Schale
gegenüber herkömmlichen PA-#-Schalen um bis zu 50 % verringert werden kann, ohne
daß an Irgendeiner Stelle der Kunststoffschale Schwachstellen auftreten Bei der
Modifizierung des Ausgangsmaterials zur Erweiterung des Temperaturbereichs,in dem
der das Ausgangsmaterial bildende Kunststoff warmformbar ist, ist es besonders vorteilhaft,
das Granijlat mit einem Sperrmittel zu vermischen, das die Wasseraufnahme der zu
ver#orrnenden Konstruktionswerkstoffe - diese Wasseraufnahme kann bei PA-6 Werte
bis zu 10% annehmen - herabsetzt. Da Gewicht des Surfbretts bleibt durch diese Maßnahme
auch bei langem Einsatz im Wasser konstant.
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Durch die relativ hohe Schmelztemperatur des erfindungsgemäß verarbeiteten
Kunststoffs ist es besonders vorteilhaft, wenn man beim Ausschäumen des Hohlraums
der Brettschale ein PUR-System gemäß Unteranspruch 4 verwendet, dessen Reaktionstemperatur
höher als normal ist, so daß sich eine bessere Verbindung des PUR-Kerns mit der
Innenwand der Brettschale und eine Integral-Schaumstoffstruktur ergibt. Dadurch
gelingt es, den Schaumstoffkern wirksamer zur Versteifung der Surfbrettschale heranzuziehen
und so das dynamische Verhalten des Surfbretts zu verbessern.
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Um den beim Einspannen in die Formeinrichtung möglicherweise auftretenden
Schwierigkeiten zu begegnen, die durch den relativ großen Ausdehnungskoeffizienten
und die kleine Temperaturleitfähigkeit des erfindungsgemäß modifizierten Konstruktionswerkstoffs
bedingt sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn man die Kunststoff-Halbzeuge in
Form von Kunststoffplatten bzw. -schläuchen außerhalb der Formeinrichtung unter
Auflage auf einer dem Halbzeug angepaßten Fläche auf eine Temperatur bringt, die
der Warmformtemperatur relativ nahe kommt. Die weitere Erwärmung der vorgeheizten
Halbzeuge auf die Umformungstemperatur kann dann innerhalb der Formeinrichtung erfolgen,
da die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäß modifizierten Kunst:;toffe auf diesem
Temperaturniveau höher liegt und dadurch die durch Verwölbung hervorgerufenen Aufheizungsprobleme
nicht mehr auftreten können.
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Erfindungsgemäß wird ein weiteres Vorurteil der Fachwelt überwunden,
gemäß dem derartige Konstruktionswerkstoffe auf Basis Polyamid für das Verkleben
oder Verschweißen als nicht geeignet erachtet wurden, weil bislang als Klebstoff
allein
entweder konzentrierte wasserfreie Ameisensäure oder gesättigte Calzium-Chlorid-Phenollösungen
verwendet wurden, die für eine Serienfertigung einer 8 bis 10 m langen umlaufenden
Klebefläche schon aus arbeitshygienischen Gründen sowie wegen der nicht zumutbaren
Geruchsbelästigung und der gesundheitsschädlichen Wirkung nicht in Betracht gezogen
werden konnten. Die anmeldungsgemäßen Schritte führen zu einer verklebten Surfbrettschale,
die praktisch ohne gesundheitliche Belastungen und Geruchsbelästigungen der mit
der Herstellung vertrauten Arbeiter herstellbar ist, wobei die Verbindungsnaht so
elastisch gehalten werden kann, daß auch nach langer Einsatzzeit bei wechselnder
dynamischer Beanspruchung keine Festigkeitsprobleme auftreten.
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Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung
des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, Fig. 2 eine Schnittansicht eines Surfbretts,
und Fig. 3 eine Ansicht der Einzelheit III in Fig. 2.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird zur Herstellung eines hochfesten,
schlagwiderstandsfähigen und sehr leichten Surfbretts ein Granulat oder eine Abmischung
@ochfester therrnoplastischer Kunststoffe aus der Gruppe mit Polyamid-6, gesättigten
Polyestern, wie z.B. PETB und PRTB Polycarbonat (PC) und Polypropylen (PP) in einen
Extruder oder Kalander gegeben wo es plastifiziert wird. Die oben genannten Kunststoffe
zeichnen sich insbesondere durch ihre hervorragenden Festigkeitseigenschaften aus,
wobei
insbesondere PA-6 sehr gute spezifische, d.h. auf die Dichte
bezogene Festigkeitswerte besitzt, die z.B. in der extrem hohen Reißlänge und Dehnfähigkeit
zum Ausdruck kommen. Der Schmelzpunkt dieser Werkstoffe liegt relativ hoch, wobei
der Erweichungsbereich, d.h. der Bereich, in dem der Kunststoff unter Temperatureinwirkung
ohne Umwandlung umformbar ist, sehr klein ist. Weil die Temperatur des Kunststoffs
aufgrund des Werkstoffgefüges und der vorri c#itungstechni schen Randbedingungen
- Beheizung von einer Seite und sich daraus ergebender Temperaturgradient quer zum
Kunststoff-Halbzeug - nicht über den gesamten Querschnitt innerhalb dieses engen
Temperaturbereichs gehalten werden kann, werden diese Konstruktionswerkstoffe als
nicht warmformbar angesehen.
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Durch Versetzen bzw. Abmischen des Granulats aus den obengenannten
Konstruktionswerkstoffen mit einem Zusatz -stoff 1 aus der Reihe Acrylate, Methacrylate,
Styrol-Butadien-Copolymere (SB) und Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymere (ABS),
der die Schmelzenviskosität und die Schlagzä.hip'keit anhebt, kann der Temperaturbereich,
der für die Warmformung zur Verfügung steht, erweitert und somit das Kunststoff-Halbzeug
beispielsweise im Positiv-oder Negativ-Streckziehverfahren bzw. durch Extrusionsblasformer1
umgeformt werden, so daß Halbschalen 2 bzw.
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ein Halbzeug-Schlauch oder Kunststoffschlauch entsteht.
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Um für den Fall, daß als Konstruktionswerkstoff PA-6 verwendet wird,
die Wasseraufnahme dieses Kunststoffs zu reduzieren, ist es vorteilhaft, den Kunststoff
unter Zugabe eines Sperrmittels zu plastifizieren.
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Das plastifizierte Kunststoffmaterial wird anschließend beispielsweise
zu Platten geformt, deren Dicke unter 2 mm, bevorzugterweise zwischen 1.8 und 1.3
mm liegt. Diese Kunststoffplatten werden anschließend abgelängt, so daß eine Halbzeugplatte
entsteht, deren Rand nach dem Formen
nur geringfügig, nachbearbeitet
werden muß. Anschließend wird die Kunststoffplatte in einem Wärmeschrank unter Auflage
auf einer Stützplatte auf eine Temperatur gebracht, die der Schmelz-bzw. Erweichungstemperatur
des Konstruktionswerkstoffs relativ nahe kommt. Weil sich die Kunststoffplatte im
Wärmeschrank nach allen Seiten frei ausdehnen kann, und die Erwärmung in diesem
Schrank von allen Seiten der Platte und damit relativ gleichmäßig erfolgt, verzieht
sich die Kunststoffplatte nicht 9 so daß eine absolut ebene und angewarmte Kunststoffplatte
in die Streckzieheinrichtung eingelegt werden kann.
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Eine Variante dieses Verfahrens besteht darin* von einem Kunststoffschlauch
auszugehen9 der in einem zweiteiligen Werkzeug zu einer Surfbrettschale unter Einwirkung
von Stützluft umgeformt wird.
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Der Streckziehvorgang kann entweder durch Unterdruck oder durch Unterstützung
mittels eines Umformwerkzeugs erfolgen. Bei Verwendunp, von Halbschalen können diese
entweder gleichzeitig in einer Maschine oder getrennt und zeitlich nacheinander
umgeformt werden. Beim Streckziehen werden auch die Ränder entsprechend umgeformt
5 mit denen die Halbschalen vorzugsweise verklebt oder verschweißt werden.
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Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Brett-Halbschalen
miteinander verklei@@ wobei zu diesem Zweck ein PUH-Klebstoff Anwendung findet der
als Ein- oder Zweikomponenten-Klebstoff aufgebaut ist.
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Nach dem Verkleb en liege die Surfbrett-Schale vor. Aufgrund der sehr
hohen Zähigkeit des erfindunpsgemäß zur Anwendung kommer#den Kunststoffs kann die
Klebenaht in
konstruktiver Hinsicht optimiert werden, (Fig.3),
ohne die Festigkeit der überlappenden Schalenränder so weit zu reduzieren, daß eine
Schalen-Schwachstelle entsteht.
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Für den Ausschäumvorgang wird ein an sich bekanntes PUR-System mit
einem Zusatzstoff II gemischt, durch den die Reaktionstemperatur des PUR-Systems
derart angehoben wird, daß das PUR-System die Innenoberfläche der Surfbrettschale
erweichen bzw. anschmelzen kann. Dadurch gelingt es, eine äußerst innige Verbindung
zwischen Surfbrettschale und Surfbrettkern zu schaffen, wodurch die Festigkeit des
Surfbretts insbesondere bei dynamischer Beanspruchung sehr hoch wird.
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Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Surfbrett 1 aus
zwei Brett-Halbschalen 2, die miteinander über eine Kleb- oder Schweißnaht 3 zu
einer Surfbrettschale verbunden sind, die mit einem PUR-System 4 ausgeschäumt ist,
dessen mit der Innenwand der Schale 2 in Kontakt stehende Außenzone 41 zur Andeutung
einer Integral-Schaumstoffstruktur durch eine Doppelschraffur angedeutet ist. Fig.
3 zeigt eine mögliche konstruktiv durchgestaltete Variante einer Klebeverbindung
3, gemäß der der Klebstoff 5 zwischen den Randflächen 21 und 22 der Surfbrett-Halbschale
2 derart eingebettet ist, daß ein vorteilhafter Kraftfluß bei geringstmöglicher
Beanspruchung des Klebers sichergestellt wird.
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Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Herstellung von Surfbrettern,
insbesondere von Segel-Surfbrettern, bei dem zur Bildung einer Brettschale durch
Warmformung von Kunststoffplatten oder -schläuchen entweder zwei Brett-Halbschalen,
die entlang ihrer Ränder über eine umlaufende Naht verbunden werden, oder eine Schlauchhülle
herge-
stellt werden. Die Surfbrettschale umgibt einen Kunststoff-Schaumkern
aus einem PUR- oder EPS-System. Als Ausgangsmaterial für die Brettschale wird ein
thermoplastischer Kunststoff aus den Konstruktionswerkstoffen Polyamid-6 (PA-6)
gesättigten Polyestern (PETP, PBTB), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP) und deren
Mischungen ausqewählt, der bei der Plastifizierung mit Zusatzstoffen aus der Reihe
Acrylate, Methacrylate, Styrol-Butadien-Copolymere (SB)) Mischpolyester, Mischpolyamide
und Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymere (ABS) modifiziert ist, um den Kunststoff
warmformbar zu machen und um die Warmformfähigkeit sowie spezifischen Festigkeitseigenschaften
zu verbessern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hochelastischen,
leichten und schlagfesten SurfbreXts wird anhand nachstehender Beispiele beschrieben,
wobei besonders hervorgehoben werden soll, daß selbstverständlich auch geeignete
Kombinationen der in den verschiedenen Beispielen angegebenen Maßnahmen und Bemessungsregeln
Anwendung finden können.
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Beispiel 1: 85 Teile eines PA-6-Granulates werden mit 15 Teilen eines
Polycaprolactons gemischt; es wird durch Extrusion eine 1,5 mm dicke Platte hergestellt.
Nach Ablängen auf die erforderlichen Abmessungen wird die Platte in eine Warmformmaschine
eingebracht und im Positivverfahren zu zwei Halbschalen verformt. Diese werden ausgetrennt,
nachbearbeitet, auf der Innenseite mit den Ausrüstungsteilen und Verstärkungen versehen,
montiert und nach Einlegen in eine Schäumstützform mit PUR ausgeschäumt. Die ausgeschäumten
Bretter werden entnommen und nach evtl. Nachbearbeitung mit einem PUR-Klebstoff
verfugend verklebt.
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Beispiel 2: Eine ebenso hergestellte Platte von 1,3 mm Dicke bestehend
aus einem Gemisch von PA-6 mit Acrylaten wird in einem Wärmeschrank auf 1800C vorgewärmt,
um die bei der Erwärmung frei werdende Dehnung aufnehmen zu können. Die Platte wird
danach in die Warmformmaschine eingebracht und unverzüglich durch IR-Heizung auf
Umformtemperatur gebracht.
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Anschließend findet die Warmformung und die weitere Behandlung wie
oben beschrieben statt. Für die Verklebung wird ein Zweikomponenten-Klebstoff auf
Basis von Acrylaten benutzt.
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Beispiel 3: Eine Mischung eines gesättigten Polyesters mit Mischpolyestern
auf Basis Terephtalat und Isophthalat wird zu einer Platte einer Dicke von 1,4 mm
extrudiert, die nach Vorwärmen in einem Negativ-Warmformverfahren zu Brettschalen
geformt wird. Die weitere Behandlung findet wie oben beschrieben statt.
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Beispiel 4: Eine Mischung von ABS mit P!eGA wird zu einem Rohr extrudiert,
wonach ein der Brettlänge entsprechendes Stück abgelängt wird. Dieses Rohr wird
ohne starke Abkühlung in ein Hohlkörperwerkzeug nach Aufheizung unter Drehen mittels
Heißluft und IR-Strahlern eingebracht und durch Einbringung von Stützluft aufgeblasen,
so daß eine geschlossene Hülle entsteht. Die angeformten Abschnitte für die Schwert-
und Finnenkästen werden präpariert, die Hülle ausgeschäumt und nach üblichen Methoden
konfektioniert.
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Beispiel 5: Zwei Platten einer Dicke von 1,8 mm aus einer Mischung
mit 55 Teilen PC und 45 Teilen ABS werden in eine Doppel-Ziehwarmformanlage eingelegt,
die es erlaubt#in einem
Arbeitsgang zwei Schalen durch Negativwarmformen
herzustellen, Die eine Schale wird dabei nach oben und die andere nach unten gezogen.
Sofort nach Abschluß des Warmformvorganges wird auf die untere Schale ein EPS-Schaumstoffkern
aufgelegt und unverzüglich werden daraufhin die beiden Werkzeughälften aufeinandergefahren,
so daß ein geschlossener Hohlkörper entsteht. Dieser wird nach Abkühlung ausgetrennt
und fein nachbearbeitet