FORMKÖRPER SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN

Abstract

 Formkörper (10, 100) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen, wobei der Formkörper (10, 100) einen aus thermoplastischem Material bestehenden oder dieses enthaltenden Grundkörper (12) mit in dessen Längsrichtung verlaufender Bewehrung (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) umfasst. Es ist vorgesehen, dass die Bewehrung (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) zumindest ein oberflächlich eine Struktur aufweisendes stabförmiges Bewehrungselement ist, wobei die Struktur ausfüllend von dem thermoplastischen Material formschlüssig umschlossen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper umfassend einen aus thermoplastischem Material bestehenden oder dieses enthaltenden Grundkörper mit in dessen Längsrichtung verlaufener Bewehrung mit einer Struktur, die von dem thermoplastischen Material formschlüssig umschlossen ist.

[0002] Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, der aus thermoplastischem Material besteht oder dieses enthält und in dessen Längsrichtung zumindest eine Bewehrung verläuft.

[0003] Ein entsprechender Formkörper in Form einer Eisenbahnschwelle ist der DE 699 29 819 T2 zu entnehmen. Die Eisenbahnschwelle weist einen harten Innenkern als Bewehrung in Form eines langgestreckten Verstärkungselements auf, das seinerseits von einem Außengehäuse aus einem verformbaren Verbundwerkstoff umgeben ist. Das Außengehäuse ist zweischalig ausgebildet und besteht aus Polyethylen und gemahlenen Gummipartikeln.

[0004] Durch die Zweischaligkeit ergeben sich konstruktive und herstellungsbedingte Nachteile, wobei insbesondere eine geometrische Anpassung von Verstärkungselement und Gehäuseschalen erforderlich ist, um eine umfangsseitig geschlossene Schwelle zur Verfügung zu stellen.

[0005] Der DE 699 38 308 T2 ist eine synthetische Schwelle zu entnehmen, die aus einem Verbundwerkstoff besteht. Der Verbundwerkstoff weist eine Kernschicht sowie eine Oberflächenschicht auf, die ein hitzehärtbares Harz enthält, das durch Langfasern verstärkt wird.

[0006] Aus der DE 10 2011 117 760 A1 ist ein thermoplastischer Werkstoff enthaltend Recycling-Polyolefm und Glasfasern bekannt. Aus dem Werkstoff kann ein Formkörper in Form einer Eisenbahnschwelle hergestellt werden. Durch die Verwendung von Glasfasern ist zum einen der Nachteil gegeben, dass beim Compoundieren ein starker Verschleiß der Wellen auftreten kann. Als Recyclematerial ist der Formkörper aufgrund der enthaltenen Glasfasern nicht geeignet.

[0007] Ein Formkörper der eingangs genannten Art in Form einer Verbundschwelle ist der US 5 609 295 A1 zu entnehmen. Innerhalb der Schwelle verläuft ein Doppel-T-Träger, der aus Polyethylen bestehen kann und durch Öffnungen oder gestufte Längsränder strukturiert ist.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen zur Verfügung zu stellen, der eine hinreichende Biegesteifigkeit bzw. Festigkeit aufweist, so dass ein umfassender Einsatz, insbesondere auch im Gleisoberbau möglich ist.

[0009] Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung unter anderem einen Formkörper vor, der sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass das Bewehrungselement stabförmig und ein aus Kunststoff bestehender Voll- oder Hohlstab oder bestehendes Rohrelement ist und außenseitig eine Verzahnungsstruktur wie Wellenstruktur aufweist.

[0010] Erfindungsgemäß ist die Bewehrung zumindest ein oberflächlich eine Struktur aufweisendes stabförmiges Bewehrungselement , das die Struktur ausfüllend von dem thermoplastischen Material formschlüssig umschlossen ist. Dabei besteht das Bewehrungselement insbesondere aus Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK).

[0011] Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik bedarf es keiner in dem Formkörper verteilter Glasfasern, um dem Formköper eine gewünschte Festigkeit zu verleihen. Auch ist es nicht erforderlich, dass ein mehrteiliger Grundkörper hergestellt wird, in dem eine Bewehrung eingebracht wird. Vielmehr verläuft innerhalb des Grundkörpers die Bewehrung, vorzugsweise über dessen Gesamtlänge, wobei die Bewehrung in den Stirnbereichen des Formkörpers zurückversetzt verlaufen kann, also stirnseitig den Formkörper nicht durchsetzt.

[0012] Dabei kann die Bewehrung aus geeigneten Materialien bestehen, um die gewünschte Biegefestigkeit und Steifigkeit sicherzustellen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Bewehrungselement zumindest ein außenseitig profiliertes wie eine Wellenstruktur aufweisendes Stabelement, insbesondere ein aus GFK bestehendes Stab- oder Rohrelement, bevorzugterweise ein Voll- oder Hohlstab oder Rohr aus GFK ist.

[0013] Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Struktur durch ein Außengewinde gebildet wird.

[0014] Es kann quasi ein Gewindestab wie Spindel als Bewehrung benutzt werden, der von dem thermoplastischen Material formschlüssig umschlossen ist.

[0015] Andere Strukturen sind gleichfalls möglich. Es ist jedoch eine Struktur derart zu wählen, dass das Matrixmaterial, also das thermoplastische Material formschlüssig die Bewehrung umgibt. Bevorzugterweise ist daher eine Wellenstruktur oder wellenartige Struktur zu wählen. Andere den Formschluss ermöglichende Strukturen, wie Vertiefungen und Erhöhungen, wie eine Art noppenartige Struktur, sind gleichfalls möglich.

[0016] In hervorzuhebender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das thermoplastische Material aus geschredderten Partikeln besteht. Dabei werden die Partikel einer Wärmebehandlung derart unterzogen, dass bevorzugterweise nicht sämtliche Partikel vollständig schmelzen, sondern zumindest ein Teil der Partikel nur oberflächlich geschmolzen werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels thermokinetischen Mischens. Dabei kann eine thermokinetische Mischvorrichtung benutzt werden, wie diese der US 5 895 790 A zu entnehmen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Ein Zerstören langkettiger Polymermoleküle wird hierdurch vermieden bzw. reduziert.

[0017] Insbesondere ist vorgesehen, dass das Bewehrungselement aus einem Material besteht, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient zumindest in etwa um 0,5 x 10^-1 K^-1 von dem des thermoplastischen Materials abweicht. Eine Längsbewegung des Bewehrungselementes innerhalb des Grundkörpers wird ungeachtet dessen ausgeschlossen, da das thermoplastische Material formschlüssig das Bewehrungselement in Längsrichtung umgibt.

[0018] Insbesondere ist vorgesehen, dass als thermoplastisches Material Polymere, insbesondere Polyolefine benutzt werden, insbesondere ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe Polyethylen, insbesondere LDPE- und/oder HDPE-Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenerphtalat, Polycarbonat, Polyamid, Arcylnitril-Butadin-Styrol, Polymethylmicroacrylat, Polysteren.

[0019] Bevorzugterweise verlaufen in Längsrichtung des Formkörpers zumindest zwei, zumindest vorzugsweise vier stabförmige Bewehrungselemente, wobei zwei jeweils symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind, innerhalb der die Längsachse des Formkörpers verlaufen kann. Insbesondere verläuft die Symmetrieebene bei einem quaderförmigen Formkörper parallel zu den Längsseiten und/oder der Kopf- und Bodenseiten. Aber auch eine ungerade Anzahl von Bewehrungselementen oder z. B. sechs Bewehrungselemente können innerhalb des Formkörpers vorgesehen sein.

[0020] Bevorzugterweise handelt es sich bei dem Formkörper um eine Eisenbahnschwelle.

[0021] Bevorzugterweise handelt es sich bei dem Bewehrungselement um einen Hohlstab oder Rohr aus GFK mit einem Außendurchmesser DA mit 20 mm ≤ DA ≤ 30 mm und/oder einem Innendurchmesser DI mit 10 mm ≤ DI ≤ 20 mm, bevorzugterweise DA = 2 DI.

[0022] Unabhängig hiervon sollte die Querschnittsfläche der Bewehrungselemente, die sich in Längsachsenrichtung des Formkörpers erstrecken, 2 % bis 15 % der Querschnittsfläche des Formkörpers ausmachen. Bevorzugterweise sollte die Querschnittsfläche der Bewehrungselemente zwischen 2,5 % und 10 % der Querschnittsfläche des Formkörpers sein.

[0023] Ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, der aus thermoplastischem Material besteht oder dieses enthält und in dessen Längsrichtung zumindest eine Bewehrung verläuft, zeichnet sich durch zumindest folgende Verfahrensschritte aus:

• zumindest teilweises Aufschmelzen von aus thermoplastischem Material bestehenden Partikeln in einer Mischvorrichtung,
• Pressen des zumindest teilweise aufgeschmolzenen thermoplastischen Materials in ein die Außengeometrie des Formkörpers vorgebendes Werkzeug, in dessen Längsrichtung zumindest ein stabförmiges Bewehrungselement als die Bewehrung verläuft,

wobei das thermoplastische Material gegen ein in Längsrichtung des Werkzeugs verschiebbares an den Querschnitt des Werkzeugs angepasstes Schiebeelement gepresst wird, das von dem zumindest einen Bewehrungselement durchsetzt wird.

[0024] Erfindungsgemäß wird insbesondere geschreddertes, recyceltes thermoplastisches Material, das vorsortiert sein kann, der Mischvorrichtung, insbesondere in Form eines Compounders, zugeführt. Dabei werden die Partikel während des Compoundierens einer Temperatur ausgesetzt, die vorzugsweise im Bereich zwischen 130 °C und 160 °C, vorzugsweise in etwa 150 °C liegt. Dabei sollte die Temperatur während des gesamten Compoundierens im Wesentlichen gleichbleibend gehalten werden. Unabhängig hiervon wirkt auf die Partikel eine Temperatur, durch die ein zumindest oberflächliches Anschmelzen erfolgt, also nicht zwingend ein Durchschmelzen erfolgt, gleichwenn Partikel auch vollständig geschmolzen werden können. Durch das nur teilweise Schmelzen ergibt sich der Vorteil, dass langkettige Polymermoleküle geschont werden mit der Folge, dass das Material an sich bereits in erstarrtem Zustand im Vergleich zu Materialien, die durch Extrudieren hergestellt werden, eine höhere Festigkeit aufweist.

[0025] Die gewünschte Biegesteifigkeit bzw. Festigkeit des Formkörpers ergibt sich insbesondere dadurch, dass in Längsrichtung des Formkörpers zumindest ein stabförmiges Bewehrungselement verläuft, das insbesondere in Form eines aus GFK bestehenden Hohlstabes oder Rohres ausgebildet ist.

[0026] Um sicherzustellen, dass ungeachtet unterschiedlicher linearer Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermoplastischen Materials und des Bewehrungsmaterials eine Verschiebung in Längsrichtung zueinander unterbleibt, ist vorgesehen, dass als Bewehrungselement ein solches verwendet wird, das oberflächlich strukturiert ist, so dass das thermoplastische Material formschlüssig das Bewehrungselement umgeben kann, das erwähntermaßen als Stab, insbesondere als Hohlstab, insbesondere als GFK-Rohrelement ausgebildet sein kann. Die Strukturierung kann durch eine Art Wellenstruktur, insbesondere durch ein Außengewinde erzielt werden. Andere Möglichkeiten, um die gewünschte Struktur und damit den erforderlichen Formschluss durch Eindringen des thermoplastischen Materials in die Oberflächenstruktur sicherzustellen, sind selbstverständlich gleichfalls von der Erfindung erfasst. So kann z.B. auch eine Noppenstruktur gewählt werden.

[0027] Um das stabförmige Element in einem Werkzeug zu fixieren, ist insbesondere vorgesehen, dass von zur Eintrittsöffnung des Werkzeugs gegenüberliegender Stirnseite des Werkzeugs eine werkzeuginnenseitig verlaufende stiftförmige Halterung ausgeht, auf die der Stab gesteckt wird. Hierzu muss dieser in dem entsprechenden Endbereich hohl ausgebildet sein, also bei einem Rundstab endseitig eine Hohlzylindergeometrie aufweisen. Bevorzugterweise werden hier jedoch als stabförmige Elemente Hohlstäbe bzw. Rohre eingesetzt.

[0028] Durch die endseitige Hohlgeometrie des stabförmigen Bewehrungselementes erfolgt das Fixieren an einem Ende. Das Positionieren des gegenüberliegenden Endes wird zunächst durch das durch das Werkzeug mittels des hineingepressten thermoplastischen Materials verschiebbare Schiebeelement erreicht, das von dem Bewehrungselement durchsetzt wird. Dabei erfolgt das Einpressen des Werkzeugs insbesondere mittels einer Axialpresse.

[0029] Des Weiteren kann das stabförmige Element gleichfalls von einem stiftförmigen Element im Eingangsbereich des Werkzeuges fixiert werden. Hierzu muss das Bewehrungselement entsprechend hohl ausgebildet sein.

[0030] Ferner wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bewehrung derart in dem Werkzeug positioniert wird, dass die Bewehrung durch Erstarren des thermoplastischen Materials in dem Werkzeug lagefixiert wird. Somit kann grundsätzlich ein Verbiegen der stabförmigen Bewehrungselemente innerhalb des Werkzeugs unabhängig von der Stellung des Schiebeelementes nicht erfolgen.

[0031] Insbesondere ist vorgesehen, dass als thermoplastisches Material eine Mischung aus Körnern verwendet wird, die aus vorsortiertem recyceltem Kunststoffmaterial bestehen, wobei insbesondere das thermoplastische Material aus Polymeren, insbesondere aus zumindest einem Material aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenerphtalat, Polycarbonat, Polyamid, Arcylnitril-Butadin-Styrol, Polymethylmicroacrylat, Polysteren. verwendet wird.

[0032] Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass nach Befüllen des Werkzeuges dieses endseitig verschlossen und sodann zwangsgekühlt wird. Nach Erstarren des Formkörpers wird dieser aus dem Werkzeug herausgestoßen.

[0033] Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Werkzeug mit den beschriebenen Merkmalen oder einigen dieser.

[0034] Insbesondere wird vorgeschlagen ein Werkzeug zur Herstellung eines aus thermoplastischem Material bestehenden Formkörpers umfassend ein hohlquaderförmiges Gehäuse mit einem in dessen Längsrichtung verschiebbaren Schiebeelement, das von innerhalb des Werkzeugs verlaufenden stabförmigen Bewehrungselementen durchsetzt ist, wobei von rückseitigem Stirnseitenbereich des Werkzeugs eine Halterung mit stiftförmigen Elementen ausgeht, die abschnittsweise von den Bewehrungselementen aufgenommen sind.

[0035] Insbesondere zeichnet sich das Werkzeug dadurch aus, dass die stiftförmigen Elemente hülsenartige Elemente durchsetzen und über diese vorstehen, wobei Länge der hülsenartigen Elemente der Erstreckung des Schiebeelements in Längsrichtung des Gehäuses entspricht.

[0036] Auch besteht die Möglichkeit, dass von öffnungsseitigem Stirnseitenbereich des Werkzeuges stiftförmige Elemente ausgehen, die zumindest abschnittsweise innerhalb der hohlstabförmigen Bewehrungselemente verlaufen.

[0037] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

[0038] Es zeigen:

Fig. 1

einen Formkörper,

Fig. 2

einen Formkörper in Form einer Schwelle,

Fig. 3a, b

einen Abschnitt eines Bewehrungselementes, in Seitenansicht und im Schnitt,

Fig. 4 a, b

einen Einsatz eines Werkzeuges mit Bewehrungselementen, in perspektivischer Darstellung und in Seitenansicht,

Fig. 5

ein Werkzeug mit Blick ins Innere,

Fig. 6

ein Schiebeelement des Einsatzes gemäß Fig. 4a, b und

Fig. 7

einen Schnitt durch einen Formkörper.

[0039] An Hand der Figuren wird die Erfindung erläutert, mittels der Formkörper hergestellt werden, die aus einem thermoplastischen Material bestehen, die in Längsrichtung des Formkörpers verlaufende Bewehrungsstäbe aufweisen, die außenseitig strukturiert sind und formschlüssig von dem thermoplastischen Material umgeben sind.

[0040] Ein entsprechender Formkörper 10 ist der Fig. 1 zu entnehmen. Der Formkörper 10 kann eine Quaderform aufweisen und besteht im eigentlichen Sinne aus einem Grundkörper 12 aus thermoplastischem Material, in dessen Längsrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vier Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 verlaufen, die vorzugsweise die Stirnflächen des Formkörpers 10 durchsetzen oder in diesem enden, ohne dass dies zwingend erforderlich ist.

[0041] Aus der zeichnerischen Darstellung erkennt man des Weiteren, dass die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 paarweise symmetrisch zu Ebenen verlaufen, die parallel zu den Längsseitenflächen bzw. Ober- und Unterseite des quaderförmigen Formkörpers 10 verlaufen.

[0042] Ferner können die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 derart im Randbereich des Formkörpers 10 verlaufen, dass eine Fixierung durch die beim Herstellen erstarrende thermoplastische Materialmasse möglich ist; denn im Randbereich wird die Wärme durch das Werkzeug, in dem der Formkörper 10 hergestellt wird, schnell abgeführt.

[0043] Der Formkörper 10 besteht aus einem Matrixmaterial aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus mehreren Materialien aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenerphtalat, Polycarbonat, Polyamid, Arcylnitril-Butadin-Styrol, Polymethylmicroacrylat, Polysteren.

[0044] Hierzu werden zunächst entsprechende gebrauchte Materialien vorsortiert, geschreddert und getrocknet, wobei die einzelnen geschredderten Körner eine mittlere Größe zwischen 1,0 mm und 15,0 mm, insbesondere zwischen 1,0 mm und 3,0 mm aufweisen sollten. Im gewünschten Mischungsverhältnis - ggf. unter Beimischung von Talkum und/oder einem Vernetzungsmittel und/oder einem Antioxidationsmittel - werden die Materialien sodann einer thermokinetischen Mischvorrichtung zugeführt, in der DE 601 16 496 T2 beschrieben ist, auf deren Offenbarung ausdrückliche Bezug genommen wird. Ergänzend ist auch nachdrücklich auf die Offenbarung der US 5 895 790 A zu verweisen, die ebenfalls zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gehört.

[0045] In der thermokinetischen Mischvorrichtung erfolgt ein Compoundieren der Partikel derart, dass nicht sämtliche Partikel vollständig durchschmelzen, sondern nur in ihren Oberflächen, so dass ein Zusammenhaften, also Agglomerieren erfolgt. Dass nicht sämtliche Partikel durchgeschmolzen sind, ergibt sich aus der Fig. 7, der eine Stirnseite eines Formkörpers zu entnehmen ist, wie dieser prinzipiell in der Fig. 1 dargestellt ist. Man erkennt die bevorzugterweise als Hohlstäbe 14, 16, 18, 20 ausgebildeten Bewehrungsstäbe, die in dem erstarrten thermoplastischen Material verlaufen. Das thermoplastische Material weist nicht vollständig aufgeschmolzene Partikel auf, von denen einige rein beispielhaft mit den Bezugszeichen 22, 24, 26 gekennzeichnet sind.

[0046] In der Mischvorrichtung, die einem Compounder gleichkommt, werden die Partikel vorzugsweise auf maximal 150 °C erhitzt. Als Temperaturbereich ist 130 °C bis 160 °C anzugeben.

[0047] Dadurch, dass nicht sämtliche Partikel vollständig aufgeschmolzen sind, wird ein Zerstören langkettiger Polymermoleküle verhindert bzw. reduziert, so dass das Material selbst bereits eine im Vergleich zu ansonsten aus thermoplastischem Material hergestellten Formkörpern eine höhere Festigkeit aufweist.

[0048] Die gewünschte Biegesteifigkeit bzw. Festigkeit des Formkörpers 10 selbst ergibt sich sodann durch die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20. Ein Abschnitt eines entsprechenden Bewehrungsstabes 28 ist der Fig. 3a, b zu entnehmen. Man erkennt die Hohlkörpergeometrie und die in der Außenfläche vorhandene Struktur, die durch eine Wellengeometrie gebildet sein kann. Andere Strukturen, die ein formschlüssiges Umschließen von dem Matrixmaterial derart ermöglichen, dass ein Verschieben der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 in Längsrichtung des Formkörpers unterbunden wird, sind gleichfalls möglich.

[0049] Als Materialien für die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 kommt insbesondere glasfaserverstärkter Kunststoff in Frage. Ungeachtet dessen sind entsprechende Formkörper 10 problemlos recycelbar, da die Stäbe aus den Formkörpern vor dem Recyceln herausgeschnitten werden können.

[0050] Zur Herstellung entsprechender Formkörper wird ein Werkzeug 30 benutzt, dessen Innengeometrie der Außengeometrie des herzustellenden Formkörpers entspricht, der insbesondere eine Quaderform aufweist. Das Werkzeug 30 weist eine Kastenform mit insbesondere hohlquaderförmiger Geometrie auf.

[0051] Den Fig. 4a, b ist ein Einsatz eines entsprechenden Werkzeuges mit hohlstabförmigen oder rohrförmigen Bewehrungsstäben zu entnehmen, wie diese auch in der Fig. 1 dargestellt und mit den Bezugszeichen 14, 16, 18, 20 gekennzeichnet sind. Der Einsatz weist als wesentliches Element ein Schiebeelement 40 auf, das von den Hohlstäben 14, 16, 18, 20 durchsetzt wird. In der Fig. 4 a ist das Schiebeelement auf der linken Seite teilweise geschnitten. Die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 durchsetzen Öffnungen des Schiebelements 40.

[0052] Zum eindeutigen Ausrichten der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 in dem Werkzeug 30 geht von dem zu der Eintrittsöffnung des Werkzeugs 30 gegenüberliegenden rückseitigen Stirnbereich eine Halterung 140 aus, die im Ausführungsbeispiel zwei zueinander beabstandete und über ein Zapfenelement 142 verbundene Platten 142, 144 umfasst. Von der werkzeuginnenseitig verlaufenden Seite der Platte 142 gehen Hülsen aus, von denen zwei mit den Bezugszeichen 148, 149 gekennzeichnet sind. Die Hülsen werden von Stab- oder Stiftelementen durchsetzt, von denen einige mit den Bezugszeichen 150, 151 gekennzeichnet sind. Die Stabelemente 150, 151 gehen von der rückseitigen Platte 144 aus und erstrecken sich über die Hülse 148 hinaus über eine Länge von z.B. 20 cm bis 40 cm. Auf die freien Enden 152, 153 der Stabelemente 150, 151 werden sodann die Bewehrungselemente 14, 16, 18, 20 geschoben, so dass eine eindeutige räumliche Ausrichtung der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 in dem Werkzeug 30 sichergestellt ist.

[0053] Werkzeugöffnungsseitig können die Hohlstäbe 14, 16, 18, 20 von entsprechenden Stiftelementen gleichfalls gehalten werden, die von einer im Randbereich der Öffnung des Werkzeugs 30 verlaufenden Halterung ausgehen.

[0054] Das Schiebeelement 40 kann in Richtung der Werkzeuglängsachse eine Länge aufweisen, die in etwa der Länge der jeweiligen Hülse 148, 149 mit Ausnahme deren vorderen konisch verlaufenden Endabschnitts 155 entsprechen kann.

[0055] Die stiftförmigen Halterungen (Stabelemente 150, 151) und das Schiebelement 40 dienen dazu, die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 innerhalb des Werkzeugs 30 in ihrer Lage zu fixieren.

[0056] Bevorzugterweise sind die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 als Rohr- bzw. Hohlstäbe ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Vollstäbe oder Vollrohre zu verwenden, die in den Bereichen, in die die Stift- oder Stabelemente 150, 151 zum Fixieren eindringen sollen, hohl ausgebildet sind.

[0057] Zu Beginn des Befüllens des Werkzeugs mit dem zumindest teilweise aufgeschmolzenen thermoplastischen Material befindet sich das Schiebelement 40 im Bereich der Eintrittsöffnung des Werkzeugs 30.

[0058] Wird das Werkzeug 30 nun mit zumindest teilweise aufgeschmolzenem thermoplastischen Material befüllt - dies erfolgt insbesondere durch eine Axialpresse -, so wird das plattenförmige Element 40 in Richtung der Rückseite des Werkzeugs 30 verschoben.

[0059] Sofern sich die Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 im Bereich des Begrenzungswandung des Werkzeugs 30 befinden, erfolgt in diesem Bereich ein relativ schnelles Abkühlen des zumindest teilweise aufgeschmolzenen thermoplastischen Materials und somit ein Erstarren, wodurch eine Lagefixierung der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 in dem Bereich erfolgt, der zwischen Einfüllöffnung des Werkzeuges und dem quaderförmigen Schiebeelement 40 verläuft, das noch einmal in Fig. 6 dargestellt ist. Man erkennt die Durchgangsöffnungen, die eingangs- und ausgangsseitig konisch erweitert sind und die von den Bewehrungselementen 14, 16, 18, 20 durchsetzt werden.

[0060] Ein seitliches Verbiegen der Bewehrungselemente 14, 16, 18, 20 wird insbesondere dadurch vermieden, dass innerhalb deren Enden jeweils stiftförmige Elemente verlaufen, wie dies in Zusammenhang mit den im rückseitigen Bereich des Werkzeugs 30 verlaufenden Stiftelementen 150, 151 erläutert worden ist.

[0061] Ist das Werkzeug 30 mit dem thermoplastischen Material gefüllt, so wird das Werkzeug stirnseitig verschlossen, so dass sich ein Druck aufbauen kann bzw. der Druck gehalten wird.

[0062] Auf Grund der Außenstruktur der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 erfolgt ein formschlüssiges Umschließen der Bewehrungsstäbe 14, 16, 18, 20 durch das erstarrte thermoplastische Material, so dass ungeachtet der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten - die Differenz beträgt zumindest 10^-1 x K^-1 - eine Längsverschiebung zueinander unterbleibt, wodurch wiederum die gewünschte Biegesteifigkeit und Festigkeit des Formkörpers gewährleistet ist.

[0063] Die Querschnittsflächen der Bewehrungselemente 14, 16, 18, 20 sollten zwischen 2 % und 15 % der Gesamtquerschnittsfläche des Formkörpers 10 betragen. Bevorzugterweise sollte der Wert zwischen 2,5 % und 10 % liegen.

[0064] Erfindungsgemäße Formkörper können z.B. als Eisenbahnschwellen ausgebildet sein. Eine solche Schwelle 100 ist in Fig. 2 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Formkörpers 100 insgesamt vier Bewehrungsstäbe 114, 116, 118, 120 vorgesehen, die derart verlaufen, dass ein Eindrehen von Schrauben nicht behindert wird, um Schienenbefestigungs- bzw. -rippenplatten 130, 132 auf der Oberseite der Schwelle 100 befestigen zu können.

[0065] Die Bewehrungsstäbe 114, 116, 118, 120, können paarweise symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sein, die parallel zur Ober- bzw. Unterseite der Schwelle 100 oder zu den Längsseiten verläuft.

[0066] Vor dem Entformen der Formkörper 10, 100 werden diese zwangsgekühlt, um sodann aus dem Werkzeug 30 herausgestoßen zu werden. Dabei erfolgt ein problemloses Abziehen der stiftförmigen Abschnitte 152, 153.

[0067] Vorteil der Verwendung der aus Kunststoff bestehenden Bewehrungselemente 14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120 ist auch, dass ein problemloses Ablängen der Formkörper 10, 100 erfolgen kann, insbesondere auch am Ort der Nutzung.

[0068] Ein weiterer Vorteil der stabförmigen Bewehrungselemente im Vergleich zu dem Doppel-T-Träger als Bewehrungselement nach der US 5 609 295 A1 unter anderem Kostenvorteil erzielt werden; denn die Bewehrungselemente sind im Vergleich zum Matrixmaterial teuer.

[0069] Aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Bewehrungselemente und deren Abstand zueinander nimmt das kostengünstige Matrixmaterial Schubkräfte auf. Diese werden nach dem Stand der Technik unter Verwendung eines Doppel-T-Trägers durch den Steg aufgenommen.

Ansprüche

1. Formkörper (10, 100), umfassend einen aus thermoplastischem Material bestehenden oder dieses enthaltenden Grundkörper (12) mit in dessen Längsrichtung verlaufender Bewehrung (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) mit einer Struktur, die von dem thermoplastischen Material formschlüssig umschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bewehrungselement (14, 16 ,18 ,20, 114, 116, 118, 120) stabförmig und ein aus Kunststoff bestehender Voll- oder Hohlstab oder bestehendes Rohrelement ist und außenseitig eine Verzahnungsstruktur wie Wellenstruktur aufweist.

2. Formkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bewehrungselement (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient zumindest 10^-1 x K^-1 von dem des thermoplastischen Materials abweicht, und dass das stabförmige Bewehrungselement (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) besteht.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Formkörper (10, 100) aus zumindest teilweise ausschließlich oberflächlich angeschmolzenen Partikeln (22, 24, 26) besteht, wobei vorzugsweise das thermoplastische Material aus einer Mischung aus Polymeren, insbesondere Polyolefinen, insbesondere einer oder mehreren Materialen aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenerphtalat, Polycarbonat, Polyamid, Acrylnitril-Butadin-Styrol, Polymethylmicroacrylat, Polysteren besteht.

4. Formkörper nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Formkörper (10, 100) in dessen Längsrichtung zumindest vier stabförmige Bewehrungselemente (14, 16, 18, 20) aufweist, wobei die stabförmigen Bewehrungselemente paarweise symmetrisch zu einer Symmetrieebene verlaufen.

5. Formkörper nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Querschnittsfläche der Bewehrungselemente (14, 16, 18, 20) 2 % bis 15 %, vorzugsweise 2,5 % bis 10 %, der Querschnittsfläche des Formkörpers (10, 100) beträgt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (10, 100), der aus thermoplastischen Material besteht oder dieses enthält und in dessen Längsrichtung zumindest eine Bewehrung (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) verläuft, umfassend zumindest die Verfahrensschritte

- zumindest teilweises Aufschmelzen von aus thermoplastischem Material bestehenden Partikeln in einer Mischvorrichtung,

- Pressen des zumindest teilweise aufgeschmolzenen thermoplastischen Materials in ein Außengeometrie des Formkörpers (10, 100) vorgebendes Werkzeug (30), in dessen Längsrichtung zumindest ein stabförmiges Bewehrungselement (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) als die Bewehrung verläuft, wobei das thermoplastische Material gegen ein in Längsrichtung des Werkzeugs verschiebbares an Innenquerschnitt des Werkzeugs angepasstes Schiebeelements (40) gepresst wird, das von dem zumindest einem Bewehrungselement durchsetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass geschreddertes recyceltes thermoplastisches Material und gegebenenfalls Talkum der Mischvorrichtung zugeführt wird, wobei vorzugsweise als thermoplastisches Material eine Mischung aus Polymeren, insbesondere Polyolefinen, insbesondere einer oder mehreren Materialien aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenerphtalat, Polycarbonat, Polyamid, Acrylnitril-Butadin-Styrol, Polymethylmicroacrylat, Polysteren verwendet wird, wobei insbesondere mittlere Größe der Partikel zwischen 1,0 cm und 3,0 cm liegt, insbesondere als thermoplastisches Material eine Mischung aus Partikeln verwendet wird, die aus vorsortierten recycelten und insbesondere geschredderten Kunststoffmaterialien bestehen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Werkzeug nach Befüllen mit dem thermoplastischen Material eintrittsseitig verschlossen und sodann vorzugsweise zwangsgekühlt wird.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel in der Mischvorrichtung auf eine maximale Temperatur T mit 130 °C ≤ T ≤ 160 °C, insbesondere T ≈ 150 °C, erwärmt werden.

10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Lagefixierung des zumindest einen stabförmigen Bewehrungselements (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) in dem Werkzeug (30) das Bewehrungselement einerseits von Eintrittsöffnung des Werkzeugs gegenüberliegender Stirnseite ausgehender Halterung (140) aufgenommen wird und andererseits das plattenfönnige Schiebeelement (40) durchsetzt.

11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bewehrungselement (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) werkzeuginnenseitig mittels der Halterung (140), insbesondere von einem innerhalb des Bewehrungselements sich erstreckendem Stiftelement (150, 151) fixiert wird.

12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass compoundiertes geschreddertes Kunststoffmaterial mittels einer Axialpresse in das Werkzeug (30) gepresst wird.

13. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Formkörper als Eisenbahnschwelle (100) verwendet wird.

14. Werkzeug (30) zur Herstellung eines aus thermoplastischem Material bestehenden Formkörpers (10, 100) umfassend ein hohlquaderförmiges Gehäuse mit einem in dessen Längsrichtung verschiebbaren Schiebeelement (40), das von innerhalb des Werkzeugs verlaufenden stabförmigen Bewehrungselementen (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) durchsetzt ist, wobei von rückseitigem Stirnseitenbereich des Werkzeugs eine Halterung mit stiftförmigen Elementen (150, 151) ausgeht, die abschnittsweise von den Bewehrungselementen aufgenommen sind.

15. Werkzeug nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet.
dass die stiftförmigen Elemente (150, 151) hülsenartige Elemente (148, 149) durchsetzen und über diese vorstehen, wobei Länge der hülsenartigen Elemente der Erstreckung des Schiebeelements (40) in Längsrichtung des Gehäuses entspricht, und/oder dass von öffnungsseitigem Stirnseitenbereich des Werkzeuges (30) stiftförmige Elemente ausgehen, die zumindest abschnittsweise innerhalb der hohlstabförmigen Bewehrungselemente (14, 16, 18, 20, 114, 116, 118, 120) verlaufen.

Zeichnung