DE10116952A1 - Formgebungswerkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formgebungswerkzeug oder Bauteil dafür mit wärmeleitenden Formwänden, wobei die Formwände Durchleitungsmittel für ein strömfähiges Medium zur Wärmeenergiezufuhr und Wärmeenergieabfuhr auf die Oberfläche des mit dem Formgebungswerkzeug herzustellenden Produkts eingebaut sind. Die Formwandvolumen des Formgebungswerkzeuges sind von Zwischenräumen durchzogen, die in porenartigen Öffnungen auf den Formwandoberflächen enden. Sowohl die Zwischenräume wie auch die porenartigen Öffnungen werden durch miteinander verbundene Hohlelemente gebildet, wobei die vernetzten Zwischenräume von einem Medium durchflossen werden. Das Material für die Bildung der Hüllwände der Hohlelemente ist derart ausgebildet, daß das Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität besitzt. Die einzelnen Hohlelemente sind durch Verkleben, Verlöten oder Versintern zu einem Körper starr miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formgebungswerkzeug oder Bauteil dafür mitwärme­ leitenden Formwänden, wobei die Formwände mit Durchleitungsmitteln für ein Medium versehen sind, mit den Merkmalen der in dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 beschriebenen Gattung.

Formgebungswerkzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist bei­ spielsweise aus der EP 0 666 796 B1 ein Verfahren zum Herstellen von Form­ körpern aus geschäumtem Kunststoff und Form zur Ausübung dieses Verfah­ rens vorbekannt. Dieses Formwerkzeug besteht aus zwei Formwerkzeugteilen, die die Form bilden. Die Form umschließt einen Hohlraum, in dem Formkörper beispielsweise aus expandierbaren Copolymerisaten entstehen. Das eine Formwerkzeugteil ist mit einem Füllinjektor versehen, der in eine Füllöffnung in dem Formwerkzeugteil mündet. Weiterhin besitzt das Formwerkzeugteil Öff­ nungen, die an einen ersten Verteiler angeschlossen sind. Das andere Form­ werkzeugteil besitzt Öffnungen im Bereich des Formhohlraumes und eine Mehrzahl von Öffnungen, die im Bereich außerhalb des Formhohlraumes vor­ gesehen sind und die mit den Trennstellen zwischen den beiden Formwerk­ zeugteilen in Verbindung stehen. Sofern das Volumen der Trennstellen für die Bedampfung und/oder für das Evakuieren nicht ausreichend sein sollte, können zusätzliche mit den Trennstellen in Verbindung stehende Erweiterungen vorge­ sehen sein. Die dem Formhohlraum zugewandten Wandungen der beiden Formwerkzeugteile sind mit einer etwa 0,3 mm bis 4,0 mm, insbesondere etwa 0,5 mm bis 3,0 mm dicken Formwandschicht aus schlecht wärmeleitfähigem Material versehen. Diese Formwandschicht kann beispielsweise aus einer Gla­ sur, aus Email, aus Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, Poly­ esterimid, Polyimid oder dergleichen bestehen. Die vorstehend beschriebene Formwandschicht bedeckt auch die dem Formhohlraum zugewandten Oberflä­ chen der Auswerfstößel. Die übrigen Teile der Formwerkzeugteile bestehen aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Stahllegierungen oder dergleichen.

Die zweiteilige oder mehrteilige Form zur Herstellung von Formkörpern nach dem Gegenstand der EP 0 666 796 weist für jedes Formwerkzeugteil wenig­ stens eine Öffnung zum Anlegen von Unterdruck und/oder zum Zuführen von Dampf auf. Ferner weisen die Formwerkzeugteile eine oder mehrere Einfüllöff­ nungen auf, die jeweils in einen Füllinjektor münden. Die Formwerkzeugteile nach dem Stand der Technik weisen in der Regel in gewissen Abständen wie beispielsweise 20 mm jeweils Düseneinsätze auf um eine Be- und Entlüftung der Form zu ermöglichen. Diese auf der Formoberfläche verteilten Düsenein­ sätze bewirken eine turbulente Belüftung und Entlüftung des hergestellten Pro­ duktes, die eine ungleichmäßige Lüftung und weitere Nachteile aufweisen, wie punktuelle Wärmeeinbringung, die zu ungleicher Verschweißung der Formkör­ per führen kann.

Der Wärmeeintrag und der Wärmeentzug erfolgt bei dem Gegenstand der EP 0 666 796 über die Wärmeleitung des Materials der Formwerkzeugteile sowie im Fall von Partikelschäumen durch Einblasen von Sattdampf bzw. Aufsprühen von Kühlwasser. Die Wärmezufuhr und die Wärmeabfuhr erfolgt also meist indi­ rekt über das Material der Formwerkzeugteile.

Aus der EP A 0 259 597 B1 ist ferner mit dem Gegenstand dieser Schrift ein Sinterverfahren für thermoplastische schäumbare Kunststoffe vorbekannt. Ge­ genstand der EP 0 259 597 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zum Sintern von schäumbaren Kunststoffmaterial wie zum Bei­ spiel schäumbarem Polystyrolgranulat, das in einem Formhohlraum eingebracht wird, der von Formwänden relativ geringer Wärmeleitfähigkeit und relativ gerin­ ger Wärmekapazität, zum Beispiel aus Kunststoff, umgeben ist. Die Formwände sind mit Dampfdurchlässen durchsetzt, die mit einer Unterdruckquelle verbun­ den sind, wobei das Kunststoffmaterial im Formhohlraum mit Sinterenergie, die als Kondensationsenergie von Wasserdampf eingebracht wird, gesteuert be­ aufschlagt wird und danach auf eine vorgegebene Entformungstemperatur durch Unterdruck abgekühlt und als Formling daraus entformt wird. Die Aus­ gestaltung der Formwand der Formvorrichtung nach der EP 0 259 597 Erfolgt durch Dampfkanäle, die in Form bekannter Düseneinsätze eingegossen oder eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, die Formwände stattdessen aus po­ rösen und dampfdurchlässigen Kunststoffen auszubilden. Auch können die Dampfkanäle bei Formherstellung durch herausnehmbare Stifte eingeformt o­ der nachträglich eingebracht werden. Die Nachteile einer Ausführung der Formwand aus porösem Kunststoff sind durch die aufwendige Herstellung durch Laminieren oder Spritzgießen der Form selbst begründet. Zudem müssen Kunststoffformwände aufwendig mechanisch abgestützt werden, da die mecha­ nische Festigkeit nicht ausreicht, die Druckkräfte aufzunehmen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfach und preiswert herzustellendes und für die Massenfertigung geeignetes Formwerkzeug oder Bauteil dafür zu schaffen, das eine Verkürzung der Zeitdauer ermöglicht, die zur Herstellung eines Produktes durch das Formgebungswerkzeug erforderlich ist, ferner eine Verringerung der aufzuwendenden Energie für die Herstellung einer Produkteinheit zu erreichen, weiterhin eine turbulenzarme Formfüllung und eine Gewichtsverringerung für das Formgebungswerkzeug zu ermöglichen und da­ mit eine Senkung der Herstellkosten für das Formwerkzeug und das Produkt sowie eine Erhöhung der Produktivität zu erzielen und schließlich eine prob­ lemlose Anspassung an differierende Anforderungen gemäß unterschiedlicher mechanischer Belastung zur Herstellung von Produkten mit dem Formge­ bungswerkzeug zu ermöglichen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Merkmalen der Unteransprü­ che 2 bis 21 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das gesamte Formwandvolumen des Formgebungswerkzeuges, das dabei einteilig, zweiteilig oder auch aus mehreren Formteilen aufgebaut sein kann, aus miteinander ver­ bundenen Hohlkugelelementen aufgebaut ist. Die Hüllwände dieser Hohlkugel­ elemente sind geschlossen und undurchlässig dicht für Flüssigkeiten und Gase ausgebildet. Die Hohlkugelelmente sind starr miteinander verbunden und zwar beispielsweise durch Verkleben, Verlöten oder durch Sinterung. Die starr mit­ einander verbundenen Hohlkugelelemente bilden die jeweiligen Formwandvo­ lumen des Formgebungswerkzeuges, das heißt, dass die miteinander verbun­ denen Hohlkugelelemente, die ja nur punktweise an der Kugelaußenfläche mit­ einander verbunden sind, durchgehend vernetzte Zwischenräume zwischen den miteinander verbundenen Hohlkugelelementen ausbilden. Diese Zwischen­ räume sind durchgehend miteinander vernetzt und sämtlich miteinander ver­ bunden. Diese Zwischenräume bilden an den jeweiligen Formwandoberflächen des Formgebungswerkzeuges Zwischenräume mit porenartigen Öffnungen aus. Es sind also sämtliche Formwandvolumina des Formgebungswerkzeuges von miteinander verbundenen und durchgehend vernetzten Zwischenräumen durch­ zogen, die jeweils in porenartigen Öffnungen auf den Formwandinnenoberflä­ chen und den Formwandaußenoberflächen enden. Bei dem vorliegenden Erfin­ dungsgegenstand wird auch das Material der Hüllwände der Hohlkugelelemen­ te derart ausgewählt, dass es jeweils eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität besitzt, wobei sich die geringe Wärmekapazität schon ganz einfach dadurch ergibt, dass Hohlkugelelemente verwendet werden, die selbstverständlich eine geringere Masse aufweisen als massive Formwandvo­ lumen. Bei Verwendung eines geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werk­ stoffes für die Hohlkugelelemente ergibt sich ein wesentlicher Vorteil der Erfin­ dung dadurch, dass durch die miteinander verbundenen und durchgehend ver­ netzten Zwischenräume ein Medium zur Wärmezufuhr und zur Wärmeabfuhr direkt auf die Oberfläche des herzustellenden Produktes geleitet werden kann. Die Erwärmung und Abkühlung des herzustellenden Produktes erfolgt also di­ rekt auf die herzustellende Produktoberfläche, ohne dass wesentliche Wärme­ verluste in der aus Hohlkugelelmenten bestehenden Struktur des Formwand­ volumens jedenfalls im Vergleich zu massiven Formwänden nach dem Stand der Technik, die immer miterwärmt und mitabgekühlt werden müssen, auftreten können.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Festigkeit der Struktur der Formwandvolumen des erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeuges auf einfache Weise dadurch gesteuert werden kann, dass die Dicke der Hüllwände der Hohlkugelelemente variiert wird und so jede einzelne Hohlkugel je nach Ausbildung der Stärke bzw. der Dicke der Hüllwand eine größere oder kleinere mechanische Belastung je nach dem gewünschten Anwendungsfall vertragen kann. Ein wesentlicher Vor­ teil der Verwendung von Hohlkugelelementen besteht auch darin, dass die Hüllwände der Hohlkugelelemente in definierter und aus einer in sich stabilen geometrischen Form aufgebaut sind. Die Verwendung der Hohlkugelelemente für den Aufbau der Formwandvolumen bei den erfindugnsgemäßen Formge­ bungswerkzeugen hat auch gegenüber dem bekannten durch Aufschäumen entstandenen Leichtstrukturschaum aus Metall bei Leichtbauteilen den Vorteil einer berechenbaren und definierten und auch größeren Festigkeit, da die Zell­ wände der Metallschäume keine exakte sphärische Form haben, das heißt, sie halten prinzipiell nur relativ geringeren Drücken im Vergleich zu einer Kugelform stand. Außerdem haben die Wände von Metallschaumblasen nach wie vor stets kleine Perforationen, die die Hohlräume der Blasen durchlässig für Gase und Flüssigkeiten machen. Darüber hinaus lassen sich bei Metallschäumen auch die Stärke bzw. die Dicke der Hüllwände der Schaumblasen nicht einstellen, wodurch Schaumwände sehr hohen Drücken in der Regel nicht standhalten können.

Die Festigkeit der Formwand des Formgebungswerkzeuges nach der Erfindung lässt sich nicht nur durch die Struktur der Formwände aus miteinander fest ver­ bundenen Hohlkugelelementen wie beispielsweise durch deren Kugelgröße und der Dicke der Hüllwand beeinflussen, sondern auch durch die Wahl der Materi­ alien für die Hüllwand der Hohlkugelelemente, dazu kann beispielsweise Kera­ mik und/oder Keramiklegierungen verwendet werden oder auch Metalle wie beispielsweise Eisenwerkstoffe und/oder deren Legierungen wie Stahl usw., sie können aus Kupfer und/oder dessen Legierungen oder aus Aluminium und/oder dessen Legierungen hergestellt werden. Darüber hinaus kann auch durch die Änderung der Kugelgröße der Hohlkugelelemente und insbesondere durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Durchmesser der Kugelgrößen der Hohlkugelelemente die Festigkeit der Formwände des Formgebungswerkzeu­ ges beeinflusst werden, indem durch die zonenweise und/oder gruppenweise Anordnung von Hohlkugelelementen mit unterschiedlich ausgebildeten Durch­ messern innerhalb des Formwandvolumens die Strukturfestigkeit der Form­ werkzeuge örtlich verschieden ausführbar ist. Dadurch lassen sich an be­ stimmten dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechenden Stellen der Form­ wand des Formgebungswerkzeuges unterschiedlich starke mechanische Be­ lastungen der Formwand bewältigen.

Aufgrund der Verkürzung der Zeitdauer zur Herstellung eines Produktes mit dem Formgebungswerkzeug nach der Erfindung durch die Verkürzung der Auf­ wärmdauer und der Abkühldauer infolge geringerer Masse des Formvolumen­ materials und dessen geringe Wärmeleitungseigenschaften und eine daraus folgende Verringerung der aufzuwendenden Energie pro Produktionseinheit ergibt sich eine Erhöhung der Produktivität für die herzustellenden Produkte und ferner eine Senkung der Herstellkosten pro Produkt durch das Formge­ bungswerkzeug. Ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung ist darin zu se­ hen, dass die gesamte Forminnenwandoberfläche durch einen ständigen und mosaikartigen Wechsel zwischen der von den geschlossenen und dichten Hohlkugelelementen gebildeten und entsprechend der herzustellenden Form des Produkts vorgeprägten Forminnenwandoberfläche und den jeweils zwi­ schen den Hohlkugelelementen bestehenden porenartigen Öffnungen der Zwi­ schenräume durchzogen ist. Das heißt, dass die Anzahl der durchgehend ver­ netzten Zwischenräume sowie die Verteilungshäufigkeit und der Abstand der porenartigen Öffnungen auf der der Forminnenwandoberfläche gegenüberlie­ genden Oberfläche erwärmt und belüftet wird, es findet also keine ungleichmä­ ßige und turbulente Belüftung des hergestellten Produktes statt, wodurch die Nachteile ungleichmäßiger Füllung bzw. Teiledichte vermieden werden.

Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert. Formgebungswerkzeuge beispielsweise in der Kunststoffindustrie werden in der Regel aus Aluminium­ guss oder Aluminiumplatten hergestellt. Statt eines massiven Formwandteils in Gestalt eines Gussteils oder einer Platte verwendet der vorliegende Erfin­ dungsgegenstand ein-, zwei- oder mehrteilige Formwandteile für ein Formge­ bungswerkzeug aus miteinander verbundenen Hohlelementen, wobei diese Hohlelemente starr miteinander an den jeweiligen punktartig ausgebildeten Be­ rührungsstellen der Hüllwände verbunden sind. Bei einem Aufbau des Formge­ bungswerkzeugs aus mehreren Bauabschnitten können einzelne Bauteile je nach Anwendungsfall mit geschlossenen Formbegrenzungsteilen versehen sein. Die Form der Hohlelemente kann unterschiedlich ausgebildet sein. Es können Hohlelemente in Kugelform, ovale, anderweitig runde, knochenförmige oder anders geformte Hohlelemente verwendet werden, um das Formgebungs­ werkzeug nach der Erfindung herzustellen. Die nachfolgend beschriebene Er­ findung wird am Ausführungsbeispiel eines Hohlkugelelementes geschildert. Als Verbindungstechnik wird zum Erzeugen einer starren Struktur des Materials aus Hohlkugelelementen für ein Formwandvolumen Verkleben, Verlöten oder Versintern oder jede andere für einen derartigen Zweck zum starren Verbinden von Hohlkugelelementen geeignete Verbindungstechnik verwendet. Dazu kön­ nen dann sowohl Hohlkugelelemente in Form von Grünlingen als auch Hohlku­ gelelemente, die bereits gesintert sind, miteinander verbunden werden. Die Hohlkugelelemente können beispielsweise dadurch entstehen, dass auf der Außenfläche eines Trägerstoffes in Form einer Kugel eine Suspension aus ei­ ner pulverförmigen Basismaterialkomponente und mit Hilfe eines Bindemittels zunächst eine Hüllschicht für einen Einzelhohlkörpergrünling aufgebracht wird und anschließend unter Verflüchtigung des Trägerstoffes durch Erwärmung durch einen Sintervorgang zu einem durch die ursprünglliche Form der Hüll­ schicht des Trägerstoffes geformten Einzelhohlkörper verfestigt wird. Die so entstandenen Hohlkugelelemente müssen für die Verwendung in der Formwand des Formgebungswerkzeuges geschlossen und undurchlässig dicht ausgeführt sein, das heißt, die Hohlkugelelemente müssen porenfrei und damit gasdicht und flüssigkeitsdicht ausgebildet sein. Als Material für die Hüllwand der Hohlku­ gelelemente kann beispielsweise Keramik und/oder deren Legierungen ver­ wendet werden, weiterhin ist für bestimmte Anwendungszwecke die Verwen­ dung von Eisenwerkstoffen für die Hüllwand der Hohlkugelelemente zweckmä­ ßig wie beispielsweise Stahl und/oder dessen Legierungen, Kupfer und/oder dessen Legierungen oder Aluminium und/oder dessen Legierungen. Die Dicke der Hüllwand der Hohlkugelelmente lässt sich variieren, indem mehrere Hüll­ schichten übereinander aufgebracht werden oder in dem die Länge der Be­ schichtungsdauer des kugelförmigen Trägerkörpers variiert wird. Dadurch lässt sich die Belastbarkeit und Festigkeit der Struktur des Formwandvolumens des Formgebungswerkzeuges für den jeweiligen Anwendungsfall von Druckbelas­ tung beliebig variieren.

Durch die Wahl einer Kugelform für die Hohlkugelelemente sind diese in defi­ nierter und aus einer in sich stabilen geometrischen Form aufgebaut, sie sind dabei in der Lage je nach Ausführung der Verbindungstechnik und nach Wahl der Stärke der Hüllwand der Hohlkugelelemente den Belastungen des jeweili­ gen Anwendungsfalls zu entsprechen. Durch eine entsprechende Auswahl des Materials für die Hohlkugelelemente lassen sich eine geringe Wärmeleitfähig­ keit und eine geringe Wärmekapazität für die Formwand des Formgebungs­ werkzeuges auswählen. Sowohl eine geringe thermische Masse bzw. damit geringe thermische Wärmekapazität wie auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit verringern die Wärmeverluste pro Produktionsvorgang mit einer Erwärmungs- und Abkühlungsphase. Die auf den herzustellenden Formkörper wirksame Leistung (Energie pro Zeit) zur Erwärmung bzw. Abkühlung des Formkörpers erfolgt direkt ohne wesentliche Leistungsverluste an die aus Hohlkugelelemen­ ten bestehende Struktur des Formwandvolumens. Formwandvolumen nach dem Stand der Technik mit massiven Formwänden vorzugsweise aus Alumini­ um müssen dagegen zyklisch erwärmt und abgekühlt werden.

Durch die Änderung des Durchmessers der Hohlkugelelemente lässt sich eben­ falls die Festigkeit der Struktur der Formwand des Formgebungswerkzeuges beeinflussen. Durch die zonenweise und/oder gruppenweise Anordnung von Hohlkugelelementen mit unterschiedlichen Durchmessern der Hohlkugelele­ mente innerhalb des Formwandvolumens ist die Strukturfestigkeit des Form­ werkzeuges örtlich verschieden ausführbar. Das heißt, durch die zonenweise oder gruppenweise Anordnung von einzelnen Hohlkugelelementen mit unter­ schiedlich ausgeführten Druchmessern der Kugelgröße und damit auch unter­ schiedlich belastbar, lassen sich also Zonen bzw. Bereiche innerhalb der Formwand bilden, die unterschiedlichen Druckbelastungen bei der Herstellung des Produktes gewachsen sind.

Um die Gestalt der Forminnenwandoberfläche des Formwerkzeugs zu prägen, die ein Negativ der Außenoberfläche des herzustellenden Produkts darstellt, werden mehrere einzelne Hohlkugelelmente zur Herstellung eines Formkörpers zusammengefasst. Mehrere einzelne Hohlkugelelemente in Gestalt von Grün­ lingen werden vor Beginn des Sintervorganges in kaltem Zustand in ein Form­ werkzeug eingefüllt, wobei das Formwerkzeug die Gestalt des herzustellenden Produktes entsprechend wiedergibt. Es entsteht damit ein Formkörpergrünling dessen Forminnenwandoberfläche der Außenoberfläche des herzustellenden Produktes entspricht. Anschließend wird der Formkörper gesintert, so dass nach dem Ende der Sinterung ein Formkörper entstanden ist, der entsprechend der Anzahl der einzelnen Hohlkugelelemente aus gesinterten Hohlkugelele­ menten besteht, die durch das Sintern zwar miteinander verbunden sind, jedoch bergen alle einzelnen Hohlkugelelemente in sich abgeschlossen je einen ge­ schlossenen und undurchlässig dichten Hohlraum.

Diese Formgebung des Formkörpers lässt sich mit dem Formwerkzeug bei­ spielsweise durch Druckeinwirkung mit einem Stempel auf alle einzelnen Hohl­ kugelelemente in Form von Grünlingen durchführen. Das vorstehend geschil­ derte Formgebungsverfahren für die Formkörper mit als Grünlingen ausgebil­ deten Hohlkugelelementen lässt sich ebenfalls mit bereits fertig gesinderten Hohlkugeln durchführen, wobei lediglich der Sintervorgang für die einzeln aus­ gebildeten Hohlkugelelemente entfällt. Durch die Verwendung von einzelnen Hohlkugelelementen, die ja eine Kugelgestalt aufweisen, bilden sich an den Außenseiten der Wände eines aus mehreren Hohlkugelelementen hergestellten Formkörpers porenartige Öffnungen zwischen den einzelnen Hohlkugelele­ menten aus, wobei die Hohlkugelelemente selbst aber gas- und flüssigkeits­ dicht ausgebildet sind. Diese porenartigen Öffnungen bilden sich sowohl auf der Forminnenwandoberfläche wie auch auf der Formaußenwandoberfläche der Formwand des Formgebungswerkzeuges aus.

Wie bereits geschildert, werden die Hohlkugelelemente durch Verkleben, Ver­ löten oder Sintern zu einem Körper starr miteinander verbunden, wobei der Körper der Formkörper ist bzw. das Formwandvolumen des Formgebungswerk­ zeuges und bei zwei- oder mehrteiligen Formwänden die jeweiligen Form­ wandteilvolumen des Formgebungswerkzeuges bildet. Die porenartigen Öff­ nungen zwischen den Hohlkugelelementen sind die Eingänge und Ausgänge zu den Zwischenräumen, die sich bei dem Formkörper mit dem Formwandvolumen zwischen den starr miteinander verbundenen Hohlkugelelementen ausbilden. Die Zwischenräume zwischen den verbundenen Hohlkugelelementen sind sämtlich miteinander verbunden und außerdem alle durchgehend miteinander vernetzt. Sie enden bzw. öffnen sich in porenartigen Öffnungen auf der Form­ außenwandoberfläche und auf der Forminnenwandoberfläche des Formwand­ volumens des Formgebungswerkzeuges und durchziehen damit die gesamten Formwandvolumina des Formgebungswerkzeuges vollständig. In den vernetz­ ten Zwischenräumen zwischen den verbundenen Hohlkugelelementen befindet sich ein Medium, das fließfähig ausgeführt ist. Beispielsweise kann das Medium in den Zwischenräumen als Flüssigkeit ausgebildet sein, wie beispielweise Wasser, oder auch als Gas, Luft, Dampf. Die Hohlräume in den Hohlkugelele­ menten werden von dem Medium nicht durchflossen, da die Hohlkugelelemente geschlossen und undurchlässig dicht ausgeführt sind, wobei unter undurchläs­ sig dicht und geschlossen nach der Erfindung ein Hohlelement bzw. Hohlkugel­ element zu verstehen ist, das gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet ist.

Die gesamte Forminnenwandoberfläche des Formgebungswerkzeuges, die ei­ ner negativen Formgebung der Außenwand des herzustellenden Produktes entspricht, wird durch einen ständigen und mosaikartigen Wechsel zwischen der von den geschlossenen und dichten Hohlkugelelementen gebildeten und entsprechend der herzustellenden Form des Produktes vorgeprägten Formin­ nenwandoberfläche und den jeweils zwischen den Hohlkugelelementen beste­ henden porenartigen Öffnungen der Zwischenräume gebildet. Das heißt, dass sich auf der Innenwandoberfläche wie bei einem Mosaik geschlossene und vor­ geprägte Hohlkugeloberflächen und porenartige Öffnungen ununterbrochen abwechseln. Dadurch kann das Medium in den Zwischenräumen über die po­ renartigen Öffnungen zwar mosaikartig aber im Prinzip völlig gleichmäßig und konstant die Oberfläche des herzustellenden Produktes erreichen. Dadurch wird die Erhitzung und die Abkühlung des herzustellenden Produkts und auch der Forminnenwandoberfläche direkt bis an die Oberfläche des herzustellenden Produkts durch Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr mittels eines flüssigen oder gasförmigen Transportmediums über die miteinander vernetzten Zwischenräu­ me der Formwand ausgeführt. Das heißt, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Wärmezufuhr und die Wärmeabfuhr direkt bis an das Produkt ge­ langt und auch wieder direkt von dort abgeführt werden kann. Die Be- und Ent­ lüftung des herzustellenden Produktes wird durch die gleichmäßig über die ge­ samte Forminnenwandoberfläche bzw. die Produktoberfläche verteilte Porosität optimiert. Eine ungleichmäßige und turbulente Belüftung des hergestellten Pro­ duktes wird dadurch vermieden.

Die Anzahl der durchgehend vernetzten Zwischenräume sowie die Verteilungs­ häufigkeit und der Abstand der porenartigen Öffnungen auf der Forminnenwan­ doberfläche zueinander wird durch den Durchmeser bzw. die Veränderung des Durchmessers der Hohlkugelelemente festgelegt. Je nach Größe des Durch­ messers der Hohlkugelelemente werden auch die Durchtrittsflächen der Zwi­ schenräume zwischen den Hohlkugelelementen in der Formwand des Formge­ bungswerkzeuges verändert, wodurch auch die Menge des Mediums, das auf die Oberfläche des herzustellenden Produkts auftrifft je nach den Erfordernis­ sen des jeweiligen Anwendungsfalles gesteuert wird und verändert werden kann, so dass die Zeitdauer der Erwärmung und Abkühlung des herzustellen­ den Produkts im voraus berechnet werden kann und entsprechend den Erfor­ dernissen des jeweiligen Anwendungsfalls auch verändert werden kann.

Je nach den Anforderungen der Praxis kann zum Erreichen einer hohen Ober­ flächengüte auf der Forminnenwandoberfläche des Formgebungswerkzeugs eine durchlässig und porös ausgebildete Schicht angebracht sein, die direkt auf der Außenfläche des herzustellenden Produkts aufliegt. Diese Schicht kann beispielsweise aus einer porösen Nickelschicht bestehen. Die dazu erforderli­ che Dicke der Nickelschicht lässt sich stark minimieren. Das Medium in den Zwischräumen der Formwand strömt dann durch die im Vergleich zu den po­ renartigen Öffnungen verkleinerten Poren der Nickelschicht auf die Außenober­ fläche des herzustellenden Produkts. Bei einigen Anwendungsfällen ist es zweckmäßig die Formaußenwandoberfläche des Formgebungswerkzeuges mit einer dicht geschlossenen Oberfläche zu versehen, damit das strömfähige Me­ dium über die Formaußenwandoberfläche des Formgebungswerkzeugs nicht austreten kann. Das geschilderte Formgebungswerkzeug lässt sich nicht nur für die Herstellung von Produkten in der Kunststoffindustrie verwenden, son­ dern auch als Tiefziehwerkzeug, mit dem wiederum andere Produkte hergestellt werden können, die aus beschichteten Hohlkugelelementen bestehen.

Claims (21)

1. Formgebungswerkzeug oder Bauteil dafür mit wärmeleitenden Form­ wänden, wobei in die Formwände Durchleitungsmittel für ein strömfähi­ ges Medium zur Wärmeenergieabfuhr auf die Oberfläche des mit dem Formgebungswerkzeug herzustellenden Produkts eingebaut sind, da­ durch gekennzeichnet, dass das gesamte Formwandvolumen des Formgebungswerkzeugs von miteinander verbundenen und durchge­ hend vernetzten Zwischenräumen durchgezogen ist, dass diese Zwi­ schenräume in porenartigen Öffnungen auf den Formwandoberflächen enden, dass die Zwischenräume und die porenartigen Öffnungen durch miteinander verbundene Hohlelemente gebildet werden und dass sich in den vernetzten Zwischenräumen ein Medium zum Durchfließen der Zwi­ schenräume befindet.

2. Formgebungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Hüllwand der Hohlelemente veränderbar ist.

3. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllwände der Hohlelemente ge­ schlossen und undurchlässig dicht ausgeführt sind.

4. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelemente durch Verkleben, Verlöten oder Versintern zu einem Körper starr miteinander verbunden werden.

5. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Forminnenwandoberflä­ che durch einen ständigen und mosaikartigen Wechsel zwischen der von den geschlossenen und dichten Hohlelementen gebildeten und entsprechend der herzustellenden Form des Produkts vorgeprägten For­ minnenwandoberfläche und den jeweils zwischen den Hohlelementen bestehenden porenartigen Öffnungen der Zwischenräume gebildet wird.

6. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der durchgehend ver­ netzten Zwischenräume sowie die Verteilungshäufigkeit und der Abstand der porenartigen Öffnungen auf der Forminnenwandoberfläche zueinan­ der durch den Durchmesser der Hohlelemente festgelegt wird.

7. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zonenweise und/oder gruppenweise Anordnung von Hohlelementen mit unterschiedlichen Durchmessern der Hohlelemente innerhalb des Formwandvolumens die Strukturfestigkeit der Formwerkzeuge und/oder Bauteile dazu örtlich ver­ schieden ausführbar ist.

8. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Bildung der Hüllwand der Hohlelemente derart ausgewählt wird, dass das Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität be­ sitzt.

9. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Hüllwand der Hohlelemente aus Keramik und/oder deren Legierungen besteht.

10. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff für die Hüllwand der Hohlelemente aus Metall besteht.

11. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall für die Hüllwand der Hohlelemente aus Eisenwerkstoffen und/oder deren Legierungen wie Stahl, Kupfer und/oder deren Legierungen oder Aluminium und/oder dessen Legierungen besteht.

12. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelemente zur Ausbildung eines Formkörpers als Hohlelementgrünlinge ausgebildet sind.

13. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelemente zur Ausbildung eines Formkörpers als fertig gesinterte Hohlelemente ausgebildet sind.

14. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung und die Abkühlung des herzustellenden Produkts und damit auch der Formwand direkt bis an die Oberfläche des herzustellenden Produkts durch Wärmezufuhr und Wärmeentzug über die miteinander durchgehend vernetzten Zwischen­ räume der Formwand mit einem Medium erfolgt.

15. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in den Zwischenräu­ men der Formwand als Flüssigkeit ausgebildet ist.

16. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in den Zwischenräu­ men der Formwand als Gas und/oder Dampf und/oder Luft ausgebildet ist.

17. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Forminnenwandoberfläche eine durchlässige und porös ausgebildete Schicht angebracht ist, die di­ rekt der Außenoberfläche der herzustellenden Produkts zugewandt ist.

18. Formgebungswerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die durchlässig und porös ausgebildete Schicht aus Nickel besteht.

19. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwandaußenoberfläche für das Formwerkzeug dicht geschlossen ausgebildet ist.

20. Formgebungswerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelemente als Hohlkugel­ elemente ausgebildet sind.

21. Formgebunsgwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelemente als ovale, runde, knochenförmige oder dergleichen geformte Hohlelemente ausgebildet sind.