DE4026824A1 - Werkzeug zur herstellung von formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus mindestens einer Werkzeughälfte, die jeweils aus einer dünnen, durch einen Spritzvorgang erzeugten, metal­ lischen Formschale und einer vorzugsweise zumindest teilweise von einem Gehäuse umschlossenen Hinterfüllung aus einem aus­ härtbaren Gemisch zumindest aus einem Bindemittel und Eisen­ pulver gebildet ist.

Aus der EP-PS 01 17 985 ist eine Vorrichtung zum Spritzgießerei von Formteilen aus Kunststoff bekannt, die aus zwei relativ gegeneinander bewegbaren Formhälften besteht, in denen sich der Formhohlraum bzw. das Formnest befindet. Dabei wird die eigentliche Formfläche jeder Formhälfte durch eine dünne me­ tallische Formschale gebildet, die durch einen Spritzvorgang erzeugt wird. Das Spritzen der Formschale erfolgt dabei auf einem sogenannten Primärformkern, der aus Holz, Kunststoff, Gips oder ähnlichen Werkstoffen bestehen kann. Vor dem Spritz­ vorgang für die Formschale wird auf dem Primärformkern zumin­ dest eine besondere Schicht aufgetragen, die normalerweise eine Stärke von etwa 15-30 besitzt. Diese, beispielsweise durch einen Spritzvorgang aufgebrachte Schicht hat die Aufga­ be, sicherzustellen, daß einerseits das anschließend auf ge­ spritzte Metall, beispielsweise Edelstahl, zunächst ausrei­ chend haftet, sich aber andererseits später gut von dem Primär­ formkern lösen läßt. Die Dicke der aufgespritzten Metallschicht beträgt normalerweise 0,1-0,5 mm. Nach dem Abkühlen der auf dem Primärformkern durch einen Spritzvorgang erzeugten, metal­ lischen Formschale wird vorzugsweise um jede Formschale ein nach oben und unten offenes Gehäuse errichtet, welches dann mit einer sogenannten Hinterfüllung ausgefüllt bzw. ausgegos­ sen wird. Diese Hinterfüllung besteht hauptsächlich aus einer ausgehärteten Mischung aus Epoxidharz und Quarzsand. Bedarfs­ weise kann der Quarzsand durch Eisenpulver, Glaspulver oder Glaskügelchen ersetzt werden. Dieses Hinterfüllmaterial hat eine Dauertemperaturbeständigkeit von etwa 140°C, so daß eine solche Vorrichtung nur zum Spritzgießen von Formteilen geeig­ net ist, die diese Temperatur beim Spritzvorgang nicht über­ schreiten. Formteile mit höherer Spritztemperatur und höherem Spritzdruck können mit einer solchen Vorrichtung nicht herge­ stellt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere aus thermopla­ stischem Kunststoff, der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß dasselbe eine erheblich höhere Dauertem­ peraturbeständigkeit besitzt. Zusätzlich soll die Vorrichtung so ausgestaltet sein, daß erforderliche Arbeitstemperaturen in Kürze erreicht und verhältnismäßig genau eingehalten werden.

Zur Lösung der zuerst genannten Aufgabe wird bei einem Werk­ zeug der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, daß die Hinterfüllung aus einem homogenisierten und ausgehärteten Ge­ misch aus etwa drei Gewichtsteilen Bindemittel aus Geopolymite und vier Gewichtsteilen pulverigem und körnigem Eisen besteht.

Ein derartiges Werkzeug besitzt eine Dauertemperaturbestän­ digkeit von mindestens 150°C. Zusätzlich wird die Mindest­ druckfestigkeit erheblich erhöht. Aufgrund dieser Werte ist ein solches Werkzeug als Formeinrichtung für Modelle und Kern­ kästen für das Croningverfahren mit mit Kunstharz umhüllten Sand sowohl in Vollform als auch im Maskenformverfahren sowie zur Herstellung von Hohl- und Vollkernen geeignet. Es ist für Hot-Box-Systeme der Gießereiindustrie einsetzbar. Darüber hin­ aus ist ein solches Werkzeug für den Kokillenguß zur Herstel­ lung von Gußstücken aus insbesondere Nichteisenmetallen ver­ wendbar. Zusätzlich ist das Werkzeug für Spritzgußteile aus Kunststoff, das Heißpreßverfahren zur Herstellung von Kompo­ sitteilen, als SMC-Werkzeug, Schaumwerkzeug, Blaswerkzeug und dgl. geeignet.

Weitere Merkmale eines Werkzeuges gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-12 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Von einem Werkzeug, das beispielsweise zum Spritzen eines Formteiles aus thermoplastischem Kunststoff dient, ist in der Zeichnung nur eine Werkzeughälfte 1 gezeigt, die im darge­ stellten Ausführungsbeispiel eine sogenannte obere Werkzeug­ hälfte bildet. Unterhalb der strichpunktierten Linie 2 ist dann eine nicht dargestellte untere Werkzeughälfte vorgesehen, die in gleicher Weise wie die obere Werkzeughälfte 1 ausgebil­ det sein kann und deren Darstellung deshalb zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen wurde.

In der oberen Werkzeughälfte 1 befindet sich ein Teil des so­ genannten Formnestes 3, dessen anderer Teil in der unteren Werkzeughälfte vorgesehen ist. Die Form und Größe des voll­ ständigen Formnestes 3 entsprechen genau dem fertigen Formteil.

Zur Herstellung der Werkzeughälfte 1 wird zunächst von dem gewünschten Formteil ein sogenannter Primärformkern aus Gips, Holz, Kunststoff oder ähnlichem Werkstoff hergestellt, dessen äußere Kontur genau der Kontur des Formnestes 3 entspricht. Dieser Primärformkern wird auf einer geeigneten Unterlage der­ art aufgelegt, daß nur der Bereich über die Unterlage hinaus­ ragt, der genau dem Formnest 3 in der Werkzeughälfte 1 ent­ spricht. Auf die obere, freie Fläche des Primärformkerns 3 wird nun beispielsweise mittels einer Farbspritzpistole eine Haft-/Trennschicht aus einem geeigneten Werkstoff aufge­ spritzt, die eine Dicke von etwa 15-30 µ hat. Diese Haft-/ Trennschicht ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Nach dem Austrocknen der Haft-/Trennschicht wird auf dieselbe mittels einer Metallspritzpistole pulveriges oder drahtförmiges Me­ tall, beispielsweise Edelstahl, Bronze, Messing oder Kupfer, im Flamm- oder Lichtbogenverfahren aufgespritzt. Die fertige Metallschicht wird durch mehrere aufeinanderfolgende Spritz­ vorgänge erreicht, so daß sich die fertige Metallschicht aus mehreren Einzelschichten zusammensetzt. Diese Metallschicht, die eine Stärke zwischen 0,5 und 3,0 mm haben kann, bildet die sogenannte Formschale 4 für die obere Werkzeughälfte 1.

Nach dem Abkühlen der aufgespritzten, metallischen Formschale 4 wird um dieselbe ein beispielsweise rahmenartiges Gehäuse 5 angeordnet, welches bedarfsweise mit einem nicht dargestellten Deckel versehen sein kann. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird nun auf die dünne Formschale 4 eine Widerstandshei­ zung 6, beispielsweise durch Klebung, aufgebracht, die aus einem mäanderförmig auf der Werkzeugschale 4 ausgelegten und durch das Gehäuse 5 nach außen geführten, metallischen, iso­ lierten Leiter besteht. Dieser Leiter ist in an sich bekann­ ter, nicht dargestellter Weise an eine Strom- bzw. Spannungs­ quelle angeschlossen. Im Bereich dieser Widerstandsheizung 6 ist mindestens ein Temperaturfühler 7 vorgesehen, der auch aus dem Gehäuse 5 nach außen ragt und mit einer an sich bekannten Heißleitung verbunden ist. Die Meßleitung führt zu einem an sich bekannten Temperaturregelgerät für die Widerstandshei­ zung.

Sobald dieser Aufbau abgeschlossen ist, wird der oberhalb der Formschale 4 innerhalb des Gehäuses 5 befindliche Raum mit ei­ nem aushärtbaren, breiigen bzw. pastösen Gemisch ausgefüllt, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Gewichts­ teilen Bindemittel aus Geopolymite, einem Gewichtsteil Eisen­ pulver, einem Gewichtsteil Eisenkörner mit einer Körnung von 0,2-0,4 mm, einem Gewichtsteil Eisenkörner mit einer Körnung von 0,4-0,8 mm und einem Gewichtsteil Eisenkörner mit einer Körnung von 0,8-1,2 mm besteht. Das Geopolymite ist ein Pro­ dukt der Cordi-Geopolymere S.A., Saint Quenten, mit der Be­ zeichnung HTF1, HTF2 oder HTF3 und besteht aus einem Fluoro­ poly (sialate-disiloxo). Dieses Gemisch bildet die sogenannte Hinterfüllung 8 der Werkzeughälfte bzw. der Formschale 4. Die­ se, durch einen Gießvorgang eingebrachte Hinterfüllung 8 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, den gesamten freien Raum im Gehäuse 5 oberhalb der Formschale 4 einnehmen.

Es ist jedoch auch möglich, die Hinterfüllung 8 als eine Schicht aus einer Laminierung nur bis zur strichlierten Linie 9 aufzubringen, wobei in vorteilhafter Weise ein Gewebe aus Glasfasern oder dgl. verwendet wird. Dabei muß diese, aus einem verhältnismäßig teuren Werkstoff bestehende Hinterfül­ lung 8 lediglich eine solche Dicke aufweisen, daß einerseits die Formschale 4 ausreichend abgestützt wird und andererseits keine zu hohen Temperaturen an der Rückseite der Hinterfüllung 8 vorhanden sind. Bei einer solchen, nur schichtartigen Hin­ terfüllung 8 kann der dann noch im Gehäuse 5 verbleibende Freiraum mit einer anderen Füllmasse ausgefüllt werden.

Um sicherzustellen, daß die Formschale 4 stets eine gleich­ bleibende Oberflächentemperatur aufweist, die Temperaturen in der Schicht der Hinterfüllung 8 keine vorgegebenen Werte über­ schreiten und somit gegebenenfalls ein Überhitzen der hinter der eigentlichen Schicht der Hinterfüllung 8 befindlichen Füllmasse ausgeschlossen ist, können entweder in der Schicht der Hinterfüllung 8 oder in der dahinter befindlichen Füllmas­ se Kühl- bzw. Temperierrohre 10 angeordnet sein, die mit Ab­ stand oberhalb der Formschale 4 mäanderförmig verlaufen und mit Öl und/oder Wasser beaufschlagt sind. Sobald die Hinter­ füllung 8 und gegebenenfalls noch eine zusätzliche Füllmasse eingebracht ist, wird der gesamte, aus Hinterfüllung 8 und gegebenenfalls Füllmasse bestehende Hinterbau bei einer Tem­ peratur zwischen 60° und 80° ausgehärtet. Nach der Aushär­ tung wird der noch in dieser Werkzeughälfte 1 befindliche Primärformkern entfernt. Dies kann beispielsweise dadurch er­ folgen, daß Wasser zwischen dem Primärformkern und der Form­ schale 4 aus Metall eingeleitet wird.

Auch die zweite bzw. untere, nicht dargestellte Werkzeughälf­ te wird in der gleichen Weise hergestellt. Dabei wird in die untere oder obere Werkzeughälfte 1 eine an sich bekannte, nicht dargestellte Angußbohrung eingearbeitet, über die der das Formteil bildende Kunststoff in das Formnest 3 einge­ spritzt wird. Während dieses Formvorganges ist es erforder­ lich, daß die beiden Werkzeughälften 1 fest zusammengehalten werden. Dabei sind den Werkzeughälften 1 an sich bekannte Führungen mit Befestigungen und gegebenenfalls eine Ausstoß­ vorrichtung zugeordnet. Für eine Ausstoßvorrichtung müssen Führungsbuchsen in die Hinterfüllung 8 und gegebenenfalls in die zusätzliche Füllmasse eingesetzt werden.

In Ergänzung des erläuterten Ausführungsbeispieles ist es mög­ lich, auf der oberen, also nicht das Formnest 3 begrenzenden Oberfläche eine Primerschicht aufzubringen, die sich mit der sehr rauhen Oberfläche der Formschale 4 verkrallt und eine gute Verbindung zwischen der Hinterfüllung 8 und der Formscha­ le 4 sicherstellt. Diese Primerschicht besteht in vorteilhaf­ ter Weise aus demjenigen Geopolymite, welches auch Bestandteil des Gemisches der Hinterfüllung 8 ist. Bedarfsweise ist es möglich, zwischen der Hinterfüllung 8 und gegebenenfalls der Füllmasse und dem Gehäuse 5 eine Isolierschicht vorzusehen. Bei der Herstellung einer Formmaske ist normalerweise nur eine Werkzeughälfte erforderlich, auf der die Formschale 4 mit der Hinterfüllung zunächst erzeugt wird.

Claims (12)

1. Werkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus mindestens ei­ ner Werkzeughälfte, die jeweils aus einer dünnen, durch ei­ nen Spritzvorgang erzeugten, metallischen Formschale und einer vorzugsweise zumindest teilweise von einem Gehäuse umschlossenen Hinterfüllung aus einem aushärtbaren Gemisch zumindest aus einem Bindemittel und Eisenpulver gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterfüllung (8) aus einem homogenisierten und ausgehärteten Gemisch aus etwa drei Gewichtsteilen Binde­ mittel aus Geopolimite und vier Gewichtsteilen pulverigem und körnigem Eisen besteht.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ein Gewichtsteil pulveriges und drei Ge­ wichtsteile körniges Eisen enthält.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Eisen aus
einem Gewichtsteil Eisenkörner (Körnung 0,2-0,4 mm),
einem Gewichtsteil Eisenkörner (Körnung 0,4-0,8 mm) und
einem Gewichtsteil Eisenkörner (Körnung 0,8-1,2 mm) besteht.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Hinterfüllung (8) bildende Gemisch etwa 5-15 Gewichtsprozent Glasfasern bzw. Glasschnitzel enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern bzw. Glasschnitzel eine unterschiedliche Länge besitzen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern bzw. Glasschnitzel etwa zur Hälfte eine Länge etwa von 3 mm und von etwa 6 mm aufweisen.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hinterfüllung (8) nahe der Formschale (4) eine elektrische Widerstandsheizung (6) angeordnet ist, die sich zumindest weitgehend über die gesamte Formfläche erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizung (6) direkt an der Formschale (4) anliegt.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hinterfüllung (8) Kühl- und Temperier-Rohre (10) eingesetzt sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hinterfüllung (8) mindestens ein mit einem Regelgerät verbindbarer Temperaturfühler (7) eingesetzt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Temperaturfühler (7) nahe der Form­ schale (4) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterfüllung (8) zumindest teilweise von einer Isolierung umschlossen ist.