DE102005059486A1

DE102005059486A1 - Mehrteiliges Formwerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeuges

Info

Publication number: DE102005059486A1
Application number: DE200510059486
Authority: DE
Inventors: Ivo Herzog
Original assignee: CONDUX GmbH
Current assignee: HERZOG & HERZOG HOLDING UND SERVICE GMBH, 7083, DE
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Es wird ein mehrteiliges Formwerkzeug (20) mit mindestens einem Formgebungsabschnitt zum Formen von zu formendem Material sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgeschlagen, wobei das Formwerkzeug (20) mehrere zueinander und zu einer gedachten Basisebene parallele Schichten (22a, 22b, 22c, 22d, 22e) umfasst, die jeweils Ausnehmungen (24a, 24b, 24c, 24d, 24e) und/oder erhabene Abschnitte in Form eines schichtförmigen Ausschnitts des Formgebungsabschnittes (24) aufweisen oder einen solchen schichtförmigen Ausschnitt bilden und die derart zusammengefügt sind, dass die schichtförmigen Ausschnitte gemeinsam den Formgebungsabschnitt (24) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Formwerkzeug mit mindestens einem Formgebungsabschnitt zur Formgebung für zu formendes Material sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formwerkzeuges, das aus mehreren Formteilen zusammengesetzt ist.
Das Formwerkzeug kann beispielsweise als Gussform oder als Teil einer Gussform ausgelegt sein, um beim Metallguss, beim Kunststoffguss oder auch beim Sandguss verwendet zu werden. Beim Metallguss oder Kunststoffguss bildet ein Formgebungsabschnitt mit seiner Formgebungsoberfläche unmittelbar diejenige Kontur, die an dem zu formenden Teil angestrebt ist. Beim Sandguss kann das Formwerkzeug verwendet werden, um ein Zwischenprodukt eines Herstellungsprozesses zu erzeugen, beispielsweise eine Kernform in Form eines Außenkernes oder Innenkernes oder einer Modellplatte. In diesem Fall wird durch den Formgebungsabschnitt die Kontur eines Zwischenproduktes, nämlich der Kernform, bestimmt, welche wiederum an dem mit Hilfe der Kernform herzustellenden Endprodukt dessen Kontur definiert. Die für die Formgebung relevanten Oberflächen des Formgebungsabschnittes werden auch als Formgebungsoberfläche bzw. als Gravur bezeichnet und stellen die Geometrie dar, die abgebildet werden soll. Ein Formgebungsabschnitt kann mindestens eine Vertiefung bzw. Ausnehmung enthalten, die beispielsweise bei einer Gussform eine gussteilförmige Hohlkammer zur Aufnahme von Gussmaterial bildet. Der gesamte Formgebungsabschnitt oder ein Teil desselben kann auch gegenüber dem Rest des Formwerkzeuges erhaben sein, um beispielsweise in einem mit Hilfe der Form erzeugten Gussteil an der Stelle des erhabenen Abschnittes eine Vertiefung zu bilden. Formgebungsabschnitte, die sowohl erhabene Bereiche als auch vertiefte Bereiche enthalten, sind ebenfalls möglich. Ein Formwerkzeug im Sinne dieser Anmeldung kann bei geeigneter Gestaltung auch in der Umformtechnik verwendet werden, beispielsweise als erhabene und/oder vertiefte Form für das Umformen von Blechmaterial.
Bei Metallguss werden sowohl Verfahren angewendet, bei denen mit Formwerkzeugen in Form von sogenannten verlorenen Gussformen gearbeitet wird, die nach einmaliger Benutzung zur Entformung des Gussteils zerstört werden, als auch mit Dauerformwerkzeugen, die mehrfach verwendet werden können.
Die Dauerformwerkzeuge sind je nach Anwendungszweck einteilig, zweiteilig oder mehrteilig ausgeführt. Mehr als zwei Formteile werden insbesondere dann verwendet, wenn das zu formende Teil, beispielsweise ein Gussteil, Hinterschneidungen aufweist, die bei einer zweiteiligen Form ein Entformen ohne Zerstörung der Form unmöglich machen.

Aus der DE 41 12 736 A1 ist es bekannt, Formwerkzeuge herzustellen, die eine variabel gestaltbare Formoberfläche aufweisen. Diese variable Formoberfläche wird aus einzelnen mit den Seitenflächen bündig aneinander anliegenden Metallstiften zusammengesetzt, die gemeinsam an nähernd die gewünschte Form der korrespondierenden Fläche des Gussteils abbilden. Die Metallstäbe können dabei wieder verwendet werden und so bei verschiedensten Flächengestaltungen Anwendung finden.

Eine häufig verwendete Art der Formwerkzeugherstellung für Gussteile ohne Hinterschneidungen ist die Herstellung des Formwerkzeuges aus einem einstückigen Metallblock, in dem durch Fräsbearbeitung und/oder funkenerosives Senken z.B. eine dem Gussteil entsprechende Hohlkammer hergestellt wird. Bei der Verwendung von funkenerosivem Senken wird dabei als nachteilig empfunden, dass dies erfordert, aufwändig entsprechend geformte Elektroden zu schaffen, und dass die Qualität der erzeugten Oberflächen verfahrensbedingt Mängel aufweist. Die Bearbeitung mit einem Fräswerkzeug wiederum ist dann problematisch, wenn es sich um eine tiefe Hohlkammer handelt, so dass das Fräswerkzeug einen langen Werkzeugschaft braucht, mit dem es in die Fräsmaschine eingespannt ist. Die lange Einspannung führt zu mangelhafter Einhaltung von Toleranzen sowie insbesondere zu Oberflächenbeschädigungen, die sich aus Schwingungen des Werkzeugs ergeben.

Eine andere Art von Formwerkzeugen sind die sogenannten Modellplatten bzw. Formplatten, die als Bestandteil einer Modelleinrichtung bei verschiedenen Abformverfahren verwendet werden. Auch hier spielt die Oberflächenqualität der erhabenen und/oder vertieften Formgebungsoberflächen eine wichtige Rolle. Besonders bei großformatigen Formwerkzeugen kann die Handhabung aufgrund hohen Gewichtes schwierig sein und es besteht die Gefahr von Formfehlern aufgrund von Verzug der Formwerkzeuge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formwerkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formwerkzeuges zur Verfügung zu stellen, bei denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen eine kostengünstige und hochqualitative Erzeugung auch komplexe Konturen, z.B. tiefer Hohlkammern, möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Formwerkzeug nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Formwerkzeuges und des Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen. Die Merkmale, die lediglich für das Verfahren oder lediglich für das Formwerkzeug genannt sind, gelten dennoch gleichermaßen für Formwerkzeug und Verfahren.

Ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug hat mindestens einen Formgebungsabschnitt zur Formgebung für zu formendes Material und umfasst mehrere zueinander und zu einer gedachten Basisebene parallele Schichten, die jeweils erhabene Abschnitte und/oder Ausnehmungen in Form eines schichtförmigen Ausschnitts des Formgebungsabschnitts aufweisen oder einen schichtförmigen Ausschnitt des Formgebungsabschnitts bilden und die derart zusammengefügt sind, dass die schichtförmigen Ausschnitte des Formgebungsabschnitts gemeinsam den Formgebungsabschnitt bilden.

Ein Formgebungsabschnitt hat eine Formgebungsoberfläche definierter Geometrie, welche diejenige Geometrie darstellt, die in dem Formgebungsprozess abgebildet werden soll. Der Formgebungsabschnitt bestimmt somit als die Oberflächenkontur des mit Hilfe des Formwerkzeuges zu formenden Teils. Bei dem zu formenden Teil kann es sich um das Endprodukt eines Gießverfahren handeln, das dadurch entsteht, dass das Gussmaterial, beispielsweise ein flüssiges Metall oder ein Kunststoff, direkt in das Formwerkzeug gegossen wird. Wird das Formwerkzeug in einem Sandguss-Verfahren verwendet, so kann es sich bei dem zu formenden Teil auch um eine mit Hilfe von chemisch oder auf andere Weise gebundenen Formstoff hergestellte Kernform handeln, die in einem weiteren Verfahrensschritt als formgebendes Werkzeugteil beim Gießen des Endproduktes verwendet wird.

Erfindungsgemäße Formwerkzeuge in Form von Gussformen dienen bevorzugt dem Metallguss, können aber auch für andere Materialien, wie Kunststoffe, verwendet werden. Sie können insbesondere als Formen für Ur- oder Umformwerkzeuge verwendet werden, z.B. beim Druckguss, beim Kokillenguss, beim Sandguss oder beim Kunststoff-Spritzguss. Erfindungsgemäße Formwerkzeuge können ggf. auch in der Umformtechnik eingesetzt werden, insbesondere als erhabene und/oder vertiefte Form für das Tiefziehen von Blechen o. dgl.

Unter „Schichten" werden dabei vorzugsweise flächige bzw. plattenförmige Formteile verstanden, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie zwei sich gegenüberliegende und parallel zueinander ausgebildete Kontaktflächen aufweisen. Mit mindestens einer ihrer Kontaktflächen liegt jeweils jede Schicht an einer benachbarten Schicht an. Die Schichten müssen nicht notwendigerweise eine flächige Gestalt haben, bei der die Dicke der Schicht kleiner als die Ausdehnung in Breitenrichtung und/oder Tiefenrichtung ist, sondern sie können auch als Blöcke ausgebildet sein, deren Tiefe und/oder Breite geringer als deren Dicke ist.

Sofern Formgebungsabschnitte vorhanden sind, die mindestens eine Ausnehmung enthalten oder durch eine Ausnehmung gebildet sind, so sind die Ausnehmungen zumindest bei jenen Schichten, die auf beiden Seiten eine benachbarte weitere Schicht aufweisen, als Durchbrechungen ausgebildet. Lediglich bei der ersten und der letzten Schicht können Ausnehmungen sinnvoll sein, die keine Durchbrechungen der Schicht darstellen.

Die Ausnehmungen und/oder erhabenen Abschnitte an einer Schicht und/oder Schichten als Ganzes haben jeweils die Form eines Schichtabschnitts des zu formenden Teils, so dass z.B. der Teil einer Schicht, der eine Durchbrechung bzw. Ausnehmung umgibt, ein Formnegativ des jeweiligen Bereichs des zu formenden Teils darstellt. Die Aufteilung des zu formenden Teils in einzelne Schichten kann dabei so erfolgen, dass innerhalb einer einzelnen Schicht keine Hinterschneidungen vorliegen. Die Ausnehmungen und/oder die erhabenen Abschnitte und/oder Schichten als Ganzes können z.B. jeweils die Form eines geraden Prismas oder eine sich verjüngende Form aufweisen, wobei der Begriff „Prisma" hier einen geometrischen Körper bezeichnet, der durch Parallelverschiebung einer ebenen Fläche (Grundfläche) entlang einer nicht in dieser Ebene liegenden Geraden im Raum entsteht. Es ist aber auch möglich, einzelne Schichten aus zwei oder mehr beispielsweise durch eine Verschraubung lösbar verbundene Schichtabschnitte zu bilden, deren Kontaktzonen bevorzugt orthogonal zu den Kontaktflächen der Schichten untereinander liegen. Bei Verwendung solcher mehrteiliger Schichten können auch zu formende Teile mit Hinterschneidungen im Bereich einzelner Schichten ohne Zerstörung der Schichten entformt werden.

Die Herstellung der einzelnen Schichten bzw. die Herstellung der Formgebungsabschnitte in den einzelnen Schichten kann mittels einer Reihe von Verfahren erfolgen, wobei Fräsen bevorzugt wird. Beim Fräsen ist aufgrund der im Verhältnis zur Gesamtgussform geringen Schichtdicke eine vergleichsweise kurze Einspannung des Fräswerkzeugs möglich. Diese kurze Einspannung führt zu einer hohen Formgenauigkeit sowie zu dem Ausbleiben von Schwingungen, die die Oberflächenqualität negativ beeinflussen. Darüber hinaus sind durch die kurze Einspannung vergleichsweise hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten bei hoher Qualität realisierbar.

Je nach Art, in der die einzelnen Schichten zum Gesamt-Formwerkzeug zusammengefügt sind, ist es möglich, einzelne Schichten nach Verschleiß oder auch nach konstruktiven Änderungen durch andere Schichten zu ersetzen. Darüber hinaus erlaubt das aus Schichten zusammengesetzte Formwerkzeug auch eine flexible Verwendung von Schichten als kombinierbare Formwerkzeug-Komponenten, so dass Teile des Formwerkzeuges für mehrere mögliche zu formende Teile Verwendung finden können. Das erfindungsgemäße Formwerkzeug zeichnet sich also insbesondere durch eine einfache und hochqualitative Herstellbarkeit, eine gute Reparierbarkeit sowie ein hohes Maß an Flexibilität aus.

Beispielsweise bei zu formenden Materialien mit Hinterschneidungen ist es auch denkbar, einige der Schichten als verlorene Schichten auszubilden, die beim Entformen des fertig geformten Teils bestimmungsgemäß zerstört werden und für den nächsten Abformungsvorgang durch neue verlorene Schichten ersetzt werden.

Die Schichten können eine einheitliche und für alle identische Dicke oder auch unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei unterschiedliche Dicken vor allem dann zweckmäßig sein können, wenn das zu erzeugende Teil Bereiche mit deutlich voneinander variierenden Oberflächenqualitätsanforderungen aufweist und/oder ungünstige Schnittverläufe entstehen. Beispielsweise sollte in der Regel angestrebt werden, dass der Winkel zwischen einer Kontaktfläche zwischen benachbarten Schichten und der Oberfläche des Formgebungsabschnittes im Bereich der Schnittlinie zwischen der Kontaktfläche und der Oberfläche mehr als 60°, mehr als 70° oder mehr als 80° beträgt, so dass die Flächen relativ steil aufeinander treffen.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die parallelen Schichten formschlüssig, insbesondere mittels mindestens einem senkrecht zur Basis ebene ausgerichteten Passstifts, bezüglich ihrer Positionen in einer zur Basisebene parallelen Schichtebene festgelegt.

Hierdurch wird erreicht, dass die Schichten mit einer hohen Positioniergenauigkeit an ihrer Sollposition angeordnet werden können, und damit verhindert, dass es in Folge von Versatz zwischen zwei benachbarten Schichten zu ungewünschten Graten am zu formenden Teil kommt. Darüber hinaus ist mittels eines Passstiftes oder mehrerer Passstifte auch ein leichterer Zusammenbau des Formwerkzeuges aus den Schichten zu erzielen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn insgesamt zwei oder mehr Passstifte Verwendung finden, da hierdurch die Lage in der Schichtebene vollständig bestimmt ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der auch als „Gravur" bezeichnete Formgebungsabschnitt frei von Hinterschneidungen und/oder frei von ungewollten Absätzen zwischen den Schichten.

Durch die Vermeidung von Hinterschneidungen entfällt die Notwendigkeit, das Formwerkzeug zur Entformung des geformten Teils wieder teilweise oder vollständig zu zerlegen. Wenn der Formgebungsabschnitt aufgrund der Gestaltung des zu formenden Teils keine Hinterschneidungen aufweist, kann es zweckmäßig sein, die Schichten in unlösbarer Art und Weise miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Verschweißungen. Durch die Möglichkeit, die konturgebende Begrenzungsfläche des Formgebungsabschnitts zwischen den Schichten stufenlos bzw. frei von ungewollten Absätzen zu gestalten, kann die gewünschte Endgestalt des mit Hilfe des Formwerkzeuges zu formenden Teils erzielt werden, ohne dass noch substanziell formverändernde Nachbearbeitungen am geformten Teil nötig sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Schichten mittels Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss oder einer Kombination daraus zusammengefügt.

Hierzu bieten sich eine Vielzahl von Möglichkeiten an. Diese reichen von Klemm- und Spannverbindungen bis zu Schweiß- und Klebeverbindungen. Als besonders bevorzugt werden dabei ein Verschweißen der Schichten miteinander sowie ein Verspannen angesehen, bei dem vorzugsweise mittels Passstiften, die zu diesem Zweck unter eine Zugbelastung gesetzt werden, die Schichten zusammengepresst werden. Auch Kombinationen verschiedener Fügearten können zweckmäßig sein, beispielweise die stoffschlüssige Verbindung der Schichten zweier Schichtgruppen untereinander bei gleichzeitig kraftschlüssiger Verbindung der beiden Schichtgruppen miteinander. Solche Kombinationen sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn bei einem aus Schichten bestehenden Formwerkzeug schon im Vorfeld bekannt ist, welche Schichten besonderen Belastungen oder Anforderungen ausgesetzt sind, was zu einem vergleichsweise häufigen Austauschen dieser Schichten führt.

In einer Weiterbildung der Erfindung verläuft an der Ober- und/oder Unterseite mindestens einer der Schichten mindestens ein durch eine Nut gebildeter Temperaturkanal parallel zur Basisebene, der vorzugsweise der Kontur des jeweiligen Ausschnitts des Formgebungsabschnitts der jeweiligen Schicht angepasst ist, insbesondere in der Schichtebene einen konstanten Abstand zum jeweiligen Ausschnitt des Formgebungsabschnitts aufweist.

Derartige als Heiz- oder Kühlkanal nutzbare Temperaturkanäle erlauben es, z.B. den Abkühlvorgang eines Gussteils gezielt zu beeinflussen und Wärme aus dem Formwerkzeug abzuführen bzw. Wärme in das Formwerkzeug zuzuführen. Durch eine konstante Beabstandung der Tempe raturkanäle von dem Formgebungsabschnitt können besonders homogene Temperaturverhältnisse an der Oberfläche des zu formenden Teils erzielt werden. Dies kann sowohl im Hinblick auf die Stabilität des Formwerkzeuges als auch im Hinblick auf die Qualität des zu formenden Teils, z.B. eines Gussteils, von Vorteil. Die Nuten können mittels eines geeigneten Fräswerkzeugs sehr einfach in die Schichten eingebracht werden und bilden zusammen mit der jeweils darüber oder darunter liegenden Schicht des Formwerkzeuges anschließend einen geschlossenen Temperaturkanal. Gegebenenfalls können noch Maßnahmen ergriffen werden, um die sich ergebenden Spalten zwischen den Nuten und der benachbarten Schicht abzudichten.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den Verlauf der als Heiz- und/oder Kühlkanal nutzbaren Temperaturkanäle an die Temperaturanforderungen anzupassen, die bei der Verwendung des Formwerkzeuges vorliegen. So kann beispielsweise auch ein variabler Abstand zwischen einem Temperaturkanal und dem Formgebungsabschnitt sinnvoll sein, um unterschiedliche Temperaturzonen an der Oberfläche des Formgebungsabschnittes zu erhalten. Beispielsweise kann in Bereichen, die nicht oder nur wenig gekühlt oder erwärmt werden sollen, ein größerer Abstand zwischen dem Temperaturkanal und dem Formgebungsabschnitt existieren als in benachbarten Bereichen, in denen z.B. eine stärkere Kühlung oder stärkere Erwärmung erwünscht ist. Eine lokal stärkere Kühlung zur Erzeugung von kalten Zonen kann beispielsweise günstig sein, um bei einem Gussvorgang in deren Bereich eine geregelte Erstarrung von Gussmaterial zu erzeugen. In einem Formwerkzeug können auch mehrere, unabhängig voneinander nutzbare Temperaturkanalsysteme vorhanden sein, wovon beispielsweise eines als Kühlsystem (zum Abziehen von Wärme aus dem Formgebungsabschnitt) und ein anderes als Heizsystem (zum Zuführen von Wärme zum Formgebungsabschnitt) genutzt werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Temperaturkanäle verschiedener Schichten miteinander verbunden, insbesondere mittels mindestens einer im wesentlichen senkrecht zu der Basisebene verlaufenden Verbindungsbohrung.

Diese Verbindungsbohrungen erlauben es, für das gesamte Formwerkzeug eine einheitliche Temperaturvorrichtung aus miteinander verbundenen Temperaturkanälen zu realisieren, in der ein fliessfähiges Medium von einem zentralen Einlass durch das komplette Formwerkzeug zu einem zentralen Auslass geführt wird. Senkrechte Verbindungsbohrungen werden aufgrund der einfachen Herstellbarkeit bevorzugt, wobei zur besseren Anpassung des Verlaufs der Verbindungsbohrung an die Form des Formgebungsabschnitts auch schräge Verbindungsbohrungen vorgesehen und zweckmäßig sein können

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines zur Formgebung an zu formendem Material vorgesehenen Formwerkzeuges, das aus mehreren Formteilen zusammengesetzt ist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere schichtförmige Formteile hergestellt werden, die eine Oberseite und eine Unterseite haben, die zueinander und einer gedachten Basisebene parallel sind, wobei eines, mehrere oder alle Formteile mindestens einen Ausschnitt eines Formgebungsabschnitts an der Oberseite und/oder Unterseite aufweisen oder einen schichtförmigen Ausschnitt eines Formgebungsabschnitts bilden, und wobei die Formteile in der Reihenfolge der schichtförmigen Ausschnitte zu einem Formwerkzeug mit mindestens einem durch die schichtförmigen Ausschnitte gebildeten Formgebungsabschnitt zusammengefügt werden.

Das Gesamt-Formwerkzeug wird nach diesem Verfahren aus den einzelnen Formteilen (Schichten) aufgebaut, die in der Reihenfolge ihrer jeweiligen Ausschnitte des zu formenden Teils bzw. des Formgebungs abschnittes gestapelt werden. Die Formteile werden dabei so miteinander verbunden, dass die zusammengehörigen Ausnehmungen und/oder erhabenen Abschnitte und/oder Schichten als Ganzes in Kombination einen einheitlichen Formgebungsabschnitt bilden, mit dem z.B. ein Gussmaterial gestaltet oder ein Blech oder dergleichen umgeformt werden kann. Nachdem das Gussmaterial erhärtet ist oder das geformte Teil auf andere Weise einen zur Entformung geeigneten Zustand erreicht hat, kann es aus dem Formwerkzeug entformt werden. Bei einem Teil ohne Hinterschneidungen ist ein Zerlegen des Formwerkzeuges dabei üblicherweise nicht erforderlich. Bei Teilen mit Hinterschneidungen kann das Formwerkzeug dagegen zwischen zwei benachbarten Formteilen in zwei Teile geteilt werden, so dass anschließend eine Entformung möglich ist. Die Herstellung einzelner schichtförmiger Formteile ist der herkömmlichen Herstellung eines einheitlichen Formwerkzeuges insofern überlegen, als dass z.B. keine tiefen Gravuren erforderlich sind und daher ein zum Herstellen einer Ausnehmungen erforderliches Fräswerkzeug bei der Herstellung der Ausnehmungen sehr kurz eingespannt werden kann. Hierdurch werden Schwingungen und damit verbundene Oberflächenungenauigkeiten ebenso vermieden wie Formungenauigkeiten. Entsprechendes gilt für erhabene Abschnitte.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Formteile in eine Richtung des aus Formteilen zusammengefügten Formwerkzeuges jeweils einen größten Formgebungsquerschnitt auf, der gleichgroß oder kleiner als der kleinste Formgebungsquerschnitt des jeweils vorhergehenden Formteils ist.

Unter größtem und kleinstem Formgebungsquerschnitt ist dabei die Querschnittsfläche des jeweiligen Ausschnitts des Formgebungsabschnitts an jener Stelle des Formteils zu verstehen, an der die Querschnittsfläche des Ausschnitts des Formgebungsabschnitts maximal bzw. minimal ist. Derart ausgebildete Formteile sind z.B. bei Gussteilen möglich, die sich über ihre gesamte Länge verjüngen bzw. zumindest in Teilbereichen einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Die Formteile bei diesen Formwerkzeugen müssen zur Entformung nicht mehr voneinander getrennt werden, so dass hierbei eine stoffschlüssige Verbindung der Formteile in vielen Fällen zweckmäßig ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Formteile aus einzeln vorliegenden Formteilrohlingen hergestellt, bevor diese jeweils zu dem Formwerkzeug zusammengefügt werden.

Dabei ist es sowohl möglich, zuerst alle Formteile zu fertigen und diese anschließend erst zusammenzufügen, als auch, die Formteile einzeln zu fertigen und anschließend jeweils mit dem Formwerkzeug, bestehend aus den bis zu diesem Zeitpunkt fertiggestellten Formteilen, zusammenzufügen. Der Vorteil ist hierbei, dass die Formteilrohlinge, die in der Regel als gut handhabbare schichtförmige Rohlinge vorliegen, sehr gut bearbeitet werden können. Dies kann auch in Fräsmaschinen geschehen, die nur vergleichsweise kleine Werkstücke aufnehmen können.

In einer anderen Weiterbildung werden die Formteile aus einzeln vorliegenden Formteilrohlingen hergestellt, nachdem diese jeweils der mit dem aus den bis zu diesem Zeitpunkt fertiggestellten Formteilen bestehenden Formwerkzeug zusammengefügt werden.

Hierbei werden die Formteilrohlinge also vor ihrer Bearbeitung mit dem noch unvollständigen Formwerkzeug zusammengefügt und erst dann mit ihrer jeweiligen Ausnehmung und/oder dem erhabenen Abschnitt versehen. Vorteilhaft an dieser Verfahrensweise ist, dass durch die damit mögliche gleichzeitige Bearbeitung der beiden letzten dem Formwerkzeug hinzugefügten Formteile verhindert wird, dass es zu ungewünschten Absätzen zwischen zwei Formteilen und daraus resultierend zu Graten an den zu formenden Teils kommt.

Je nach Anwendungsfall ist es auch möglich, dass ein Teil der Schichten vor Verbindung mit anderen Schichten und ein anderer Teil nach Verbindung mit anderen Schichten formgebend bearbeitet wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Positionierung der Formteile bzw. Formteilrohlinge zueinander anhand von mindestens einem senkrecht zur Basisebene ausgerichteten Passstift durchgeführt, der durch Passlöcher in den Formteilen bzw. Formteilrohlingen geführt ist.

Die Passstifte sorgen hierbei für eine korrekte Ausrichtung der Formteilrohlinge, wobei vorzugsweise eine sehr enge Spielpassung zwischen den Passlöchern und dem Passstift vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von zwei oder sogar mehr Passstiften, die gemeinsam eine vollständig bestimmte Position der Formteile bzw. Formteilrohlinge zueinander gewährleisten.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Formteile miteinander durch Spannmittel, vorzugsweise durch Verspannung der Passstifte, miteinander verbunden.

Die Spannmittel sind vorzugsweise so ausgeführt, dass sie vergleichsweise einfach wieder zu entspannen sind. Wenn die Formteile lediglich durch Spannmittel miteinander verbunden sind, ist es möglich, die Formteile vergleichsweise einfach wieder voneinander zu trennen und somit beispielsweise eine flexible Bauteilgestaltung durch in Art eines „Formteilbaukastens" vorliegende Formteilen zu realisieren. Darüber hinaus ist es auch möglich, einzelne miteinander verspannte Formteile einfach auszutauschen, beispielsweise wenn diese verschlissen sind. Dies ist insbesondere von Vorteil, da die verschiedenen Bereiche eines Formwerkzeuges und somit verschiedene Formteile verschieden schnell verschleißen bzw. die Anforderungen an die Oberflächenqualität und Maß haltigkeit in verschiedenen Bereichen der Formwerkzeuge verschieden hoch sind. Auch bei zu formenden Teilen, die sich nicht über ihre gesamte Länge kontinuierlich verjüngen und bei denen eine Trennung des Formwerkzeuges zur Entnahme des geformten Teiles erforderlich ist, kann die Verspannung der Formteile zu dem vollständigen Formwerkzeug von Vorteil sein.

Die Formteile eines „Formteilbaukastens" bzw. eines zusammengehörigen Satzes von Formteilen können unterschiedliche Gestalt haben. Beispielsweise kann ein Satz von Formteilen plattenförmige Formteile sowie kompaktere Blöcke in Form von Würfeln oder Quadern enthalten. Auch Formteile beziehungsweise Formteilrohlinge mit nicht-rechteckigen Querschnitten, beispielsweise keilförmige Norm-Rohlinge mit generell dreieckigem Querschnitt, sind möglich.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Formteile bzw. Formteilrohlinge miteinander stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise durch eine Schweiß- oder Klebeverbindung.

Schweißverbindungen sind dabei besonders bevorzugt, insbesondere wenn es sich um Formwerkzeuge handelt, bei denen eine spätere Trennung der Formteile nicht oder voraussichtlich nur selten erforderlich ist. Die Verbindung der Formteile miteinander muss nicht einheitlich sein. So kann es sinnvoll sein, je nach Anforderungen und zu erwartenden Belastungen einige der Formteile mittels einer Schweißverbindung dauerhaft miteinander zu verbinden, während andere Formteilübergänge in einer nicht stoffschlüssigen Art und Weise lösbar ausgebildet sind.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird bei mindestens einem der Formteile ein nutförmiger Horizontaltemperaturkanal an der Oberseite oder der Unterseite eingebracht, der parallel zur Ober- bzw. Unterseite verläuft.

Dieser Temperaturkanal, der mittels eines durchströmenden Mediums im Betrieb des Formwerkzeuges sowohl dazu dienen kann, das Formwerkzeug zu kühlen, als z.B. auch dazu, das Abkühlen des zu formenden Teils durch Zuführung von Wärme zu verzögern, wird als eine Nut an der Ober- oder Unterseite vorgesehen. Die mit der Nut zusammenwirkende Oberfläche des benachbarten Formteils schließt die Nut beim Zusammenführen nach Außen ab. Gemeinsam bilden somit zwei Formteile einen zwischen ihnen liegenden Temperaturkanal. Der Temperaturkanal ist im Normalfall durch die planen Oberflächen der beteiligten Formteile dicht abgeschlossen, wobei es auch zweckmäßig sein, zum Zwecke des Abdichtens eine Abdichtmasse in den Temperaturkanal einzuführen. Dies kann sowohl nach als auch vor Zusammenführen der Formteile geschehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Horizontaltemperaturkanal an die Kontur des jeweiligen Ausschnitts des Formgebungsabschnittes in dem jeweiligen Formteil konturfolgend angepasst, wobei er vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich konturparallel zu dem Ausschnitt des Formgebungsabschnitt verläuft.

Da der Horizontaltemperaturkanal vor dem Zusammenfügen der Formteile durch Herstellung einer Nut ausgebildet wird, ist es sehr einfach, ihm eine individuelle Formgebung zu geben. Dies geschieht vorzugsweise durch ein Fräswerkzeug, dessen Werkzeugbahn frei bestimmbar ist und vorzugsweise so festgelegt wird, dass der Horizontaltemperaturkanal einen im Wesentlichen konstanten Abstand zum jeweiligen Ausschnitt des Formgebungsabschnitt, z.B. einer Ausnehmung, in dem jeweiligen Formteil aufweist. Hierdurch ist im Betrieb eine besonders einheitliche Kühlwirkung zu erzielen, die beispielsweise im Hinblick auf das Vermeiden von lokalen Spannungsspitzen in Gussteilen zweckmäßig ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird in mindestens einem Formteil oder in mindestens einer Gruppe von zusammenhängenden Formteilen ein Vertikaltemperaturkanal ausgebildet, der sich z.B. im Wesentlichen senkrecht zur Basisebene erstrecken kann.

Dieser Vertikaltemperaturkanal, der vorzugsweise mittels eines Fräs- oder Bohrwerkzeugs erzeugt wird, verbindet vorzugsweise Horizontaltemperaturkanäle in verschiedenen Formteilen miteinander. Es ist dadurch möglich, in dem Formwerkzeug nahezu völlig flexibel ein System von Temperaturkanälen anzulegen, welches die optimale Zuführung oder Abführung von Wärme gewährleisten kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden Ausnehmungen und/oder erhabene Abschnitte mittels Fräsens oder Funkenerosion hergestellt, vorzugsweise mittels Fräsens.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, und stellen in beliebiger Kombination Ausführungsformen dar, für die hier Schutz beansprucht wird.

Ausführungsformen erfindungsgemäßer Formwerkzeuge sowie die damit verbundenen Varianten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden erläutert. Dabei zeigen:
1 ein zu erzeugendes Teil in Form eines Gussteils;
2 das in 1 dargestellte Gussteil mitsamt einer festgelegten Aufteilung des Gussteils in einzelne Positivschichten;
3 das für das in 1 dargestellte Gussteil erfindungsgemäß hergestellte Formwerkzeug, das als Gussform dient;
4 ein zweiteiliges Kernpaket mit Werkzeugteilen aus Kern-Sand zur Herstellung eines becherförmigen Gussteils;
5 ein Sandguss-Formwerkzeug zur Herstellung des Innenkerns in 4;
6 ein zweiteiliges Formwerkzeug zur Herstellung des Außenkerns in 4; und
7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeuges nach Art einer Modellplatte.
Im Folgenden werden anhand der 1 bis 3 wesentliche Aspekte der Erfindung anhand des Herstellungsverfahrens und des Aufbaus eines Formwerkzeuges in Form einer Gussform für den Metallguss dargestellt. Die Gussform hat einen Formgebungsabschnitt in Form einer gussteilförmigen Hohlkammer zur Aufnahme von Gussmaterial. Die einzelnen generell plattenförmigen Bestandteile des Formwerkzeuges bzw. der Gussform bestehen im Beispielsfall aus gegebenenfalls gehärtetem Stahl. Bei dem Gussmaterial handelt es sich um ein Metall, beispielsweise Aluminium oder dergleichen.
1 zeigt ein Gussteil 10, für das bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Gussform herzustellen ist. Das Gussteil 10 weist keine Hinterschneidungen auf und hat eine sich in Richtung 12 nach oben stetig verjüngende bzw. abschnittsweise gleichbleibende Querschnittsform. Die Gussteiloberfläche überwiegend glatt mit kontinuierlich variierender Oberflächenkrümmung. Bei dem Gussteil 10 handelt es sich nicht um ein reales, einem bestimmten Anwendungs zweck dienendes Teil, sondern um ein Phantasiebauteil, anhand dessen der Aufbau einer erfindungsgemäßen Gussform gut verdeutlicht werden kann.
2 zeigt, wie das in 1 dargestellte Gussteil 10 zum Zwecke der Erzeugung von Schichten bzw. schichtförmigen Formteilen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren virtuell in schichtartige Segmente unterteilt wird. Zu diesem Zweck werden parallel zueinander liegende Positivschichten festgelegt, die jeweils einen Teil des Gussteils und gemeinsam das gesamte Gussteil bilden.
Wie in 2 zu ersehen ist, ist das Gussteil 10 im vorliegenden Fall in insgesamt fünf Positivschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e unterteilt. Alle Positivschichten 14a, 14b, 14c, 14d bis auf die das Bauteil nach oben abschließende Positivschicht 14e weisen jeweils die gleiche Stärke (bzw. Dicke in Richtung 12) auf, was den Herstellungsaufwand in Bezug auf die Bearbeitung plattenartiger Formteilrohlinge zur Herstellung von als Negativschichten ausgebildeten Formteilen erleichtert, da nur ein Typ von Formteilrohlingen vorgehalten werden muss. Je nach Anwendungszweck kann es jedoch auch zweckmäßig sein, verschiedene Schichtdicken bei der Festlegung der Positivschichten zu verwenden, so dass beispielweise in Bereichen des Gussteils mit geringen Oberflächengüteanforderungen dicke Schichten und in Bereichen mit hohen Oberflächengüteanforderungen dünne und damit präziser herstellbare Schichten vorgesehen werden.
Nach der Festlegung der Positivschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e werden aus Formteilrohlingen Formteile in der Art von Negativschichten hergestellt. Das bedeutet, dass in den jeweiligen Formteilen jeweils eine Ausnehmung vorgesehen wird, in die die zugeordnete Positivschicht theoretisch die Ausnehmung ausfüllend eingefügt werden könnte.
In 3 sind die dementsprechend hergestellten plattenförmige Formteile 22a, 22b, 22c, 22d, 22e dargestellt, deren Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e gemeinsam eine Negativform zu dem in 1 dargestellten Gussteil 10 bilden. Die planparallelen Formteile 22a, 22b, 22c, 22d, 22e bilden gemeinsam im zusammengefügten Zustand eine Gussform 20, wobei die Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e gemeinsam eine als Formgebungabschnitt dienende Hohlkammer 24 bilden. Eine „Ausnehmung" kann einteilig zusammenhängend sein, wie z.B. die Ausnehmungen 24a, 24b oder 24c der oberen drei Formteile. Eine zu einem Formteil gehörende Ausnehmung kann auch durch mehrere voneinander getrennte Ausnehmungsbereiche gebildet sein, wie es bei dem Formteil 22d der Fall ist.
Bei den die einzelnen Schichten des Formwerkzeuges bildenden Formteilen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e handelt es sich jeweils um Metallplatten mit gleichen Außenmaßen und im Wesentlichen ebenen Oberflächen an einer Unterseite 26 und einer Oberseite 28. Häufig ist es sinnvoll, wenn die Oberseite und die Unterseite nicht völlig glatt sind, sondern eine gewisse Oberflächenrauhigkeit haben, um ein Verrutschen der Teile gegeneinander beim Zusammenfügen zu erschweren. Die Oberflächen können beispielsweise durch Fräsen oder Sägen erzeugt werden. Die Unterseite 26 und die Oberseite 28 sind zueinander parallel. Die Formteile 22a, 22b, 22c, 22d, 22e unterscheiden sich voneinander lediglich durch die Formgebung der Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e. Durch die plangeschliffenen Oberflächen ist es gewährleistet, dass die Formteile 22a, 22b, 22c, 22d, 22e flächenbündig aufeinanderlegbar sind, ohne dass relevante Zwischenräume zwischen den jeweiligen Formteilen entstehen.
Entsprechend der Schichtdicke der Positivschichten 14a, 14b, 14c, 14d, 14e in 2 sind die Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d der Positivschichten 14a, 14b, 14c, 14d als von der Oberseite zur Unterseite durchgehende Durchbrechungen ausgebildet und die Ausnehmung 24e lediglich als nichtdurchbrechende Gravur im Formteil 22e ausgebildet.
Die Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e werden mittels Fräsens in die Formteilrohlinge eingebracht. Dies stellt ein günstiges und zuverlässiges Verfahren dar, welches mit üblichen Schichtdicken bei hoher Oberflächengüte durchführbar ist. Durch die einheitliche Größe der zugrundliegenden Formteilrohlinge kann eine Spannvorrichtung für die bearbeitende Fräsmaschine vergleichsweise einfach ausgestaltet sein.
In zwei Formteile 22b, 22c sind Nuten 30b, 30c eingefräst, die jeweils in etwa eine konstante Entfernung zu dem nächstliegenden Konturabschnitt der Ausnehmungen 24b, 24c aufweisen. Diese Nuten 30b, 30c werden vorzugsweise unmittelbar im Zuge der Herstellung der jeweiligen Ausnehmungen 22b, 22c bei gleicher Einspannung und mit der gleichen Fräsmaschine hergestellt. Im Formteil 24b ist zusätzlich eine gestrichelt dargestellte Bohrung 40 vorgesehen, die sich ausgehend von einem Ende der Nut 30b senkrecht zu der Oberseite 26 durch das Formteil 24b hindurch erstreckt.
Im zusammengebauten Zustand bilden die Nuten 30b, 30c zusammen mit der Unterseite 26 der jeweils über ihn liegenden Formteile 22a, 22b sowie zusammen mit der Bohrung 40 einen gemeinsamen Temperaturkanal, der sich auf zwei verschiedenen Höhen jeweils einmal fast vollständig um den Hohlraum der vollständigen Gussform herum erstreckt. In nicht dargestellten Ausführungsformen können ähnliche Temperaturkanäle auch die gesamte durch die Ausnehmungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e gebildete Hohlform netzartig umgeben oder auch nur in bestimmten Detailbereichen ausgebildet sein. Dies gestattet es den Abkühlvorgang einzelner Bereiche des Gussteils 10 in Hinblick auf die Vermeidung von Spannungen oder die Herstellen eines bestimmten Materialgefüges gezielt zu beeinflussen.
In allen fünf Formteilen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e sind randseitig jeweils sechs senkrecht zu den Oberflächen der Oberseite 28 und Unterseite 26 ausgerichtete durchgehende Bohrungen 42, 44 vorgesehen, mittels derer die Formteile zueinander positioniert und miteinander verbunden werden können. Zwei mittlere Bohrungen 42 dienen dabei der Aufnahme von Passstiften 46, wobei zwischen den Passstiften 46 und den Bohrungen 42 eine sehr enge Spielpassung vorgesehen ist. Vier eckenseitige Bohrungen 44 dienen der kraftschlüssigen Zusammenfügung der Formteile 22a, 22b, 22c, 22d, 22e zu einem festen Gussformverbund mittels Schrauben 48 und mittels Muttern 50.
Zum Zusammenbau der Gussform werden die fünf Formteile 22a bis 22e mittels der Passstifte 46 in ihrer Sollposition zueinander angeordnet und anschließend in dieser Position mittels der vier Schrauben 48 und der Muttern 50 fixiert. Anschließend können die Passstifte 46 entfernt und gegebenenfalls ebenfalls durch Schrauben und Muttern ersetzt werden. Die Gussform 20 ist damit für die Verwendung fertig. Die in der Gussform gebildete Hohlkammer hat eine überwiegend glatte Begrenzungsfläche (Formgebungsoberfläche) mit kontinuierlich variierender Oberflächenkrümmung, wobei insbesondere zwischen den Schichten keine ungewünschten Absätze oder Stufen liegen, da die die jeweiligen Ausnehmungen begrenzenden gefrästen Freiformflächen unmittelbar ineinander übergehen. Die durch die Schrauben 48 und Muttern 50 hergestellte Verspannung kann jederzeit einfach wieder gelöst werden, was den Austausch einzelner Formteile und eine vereinfachte Reinigung der Formteile erleichtert.
Anhand der 4 bis 6 wird die Verwendung von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Formwerkzeuge beim Sandguss erläutert. Im Gegensatz zum ersten Beispiel werden dabei mit Hilfe erfindungsgemäßer Formwerkzeuge Zwischenprodukte in Form von aus gebundenem Kern sand bestehenden Kernformen erzeugt, die wiederum in einem zweiten Gussprozess zur Herstellung des Endproduktes verwendet werden. 4 zeigt hierzu ein zweiteiliges Kernformwerkzeug 400 mit einem aus gebundenem Kernsand bestehenden Außenkern 410 und einem aus dem gleichen Gussmaterial bestehenden Innenkern 420. Der Außenkern hat eine kegelstumpfförmige Außenkontur 411 und eine ebenfalls kegelstumpfförmige Innenkontur 412 kleineren Durchmessers. Der Innenkern 420 hat eine abgestuft kegelstumpfförmige Außenkontur 421 und ist so dimensioniert, dass er in die durch die Innenkontur 412 gebildete Ausnehmung hineinpasst und zwischen der Innenkontur 412 des Außenkernes und der Außenkontur 421 des Innenkernes ein becherförmiger Hohlraum 430 gebildet ist, dessen Form der Form des gewünschten Endproduktes entspricht, das mit Hilfe des zweiteiligen Kernpaketes 400 im Gussverfahren hergestellt werden soll.
5 zeigt schematisch ein aus vier plattenförmigen Formteilen 501a bis 501d hergestelltes Formwerkzeug 500, das als Gussform zur Herstellung des Innenkerns 420 ausgelegt ist. Es hat einen Formgebungsabschnitt 510 in Form einer hinterschneidungsfreien Ausnehmung, die sich von der Einfüllseite zum Bodenbereich kontinuierlich verjüngt und eine Formgebungsoberfläche 511 bilden, deren abgestuft kegelstumpfförmige Gestalt der Geometrie der Außenkontur 421 des Innenkerns 420 entspricht. Der Innenkern 420 wird mit Hilfe dieser Gussform hergestellt, indem der noch fließfähige Kernsand in die Ausnehmung geschossen wird und dort erhärtet. Nach dem Aushärten kann er ohne Zerstörung des Formwerkzeuges entformt werden, da sich die formgebende Ausnehmung vom Boden zur Einfüllseite kontinuierlich erweitert. Die vier aus gehärtetem Stahl bestehenden Formteile 501a bis 501d sind entlang ihrer ebenen Kontaktflächen miteinander verschweißt. Auf eine durchgehend planparallele Basisplatte 501a ohne erhabene Abschnitte oder Ausnehmungen folgenden dabei zunächst zwei Planplatten 501b, 501c geringerer, untereinander identischer Dicke, die jeweils eine ko nisch verjüngte zentrale Ausnehmung besitzen, wobei die zentralen Ausnehmungen zur Bildung einer kegelstumpfförmigen Hohlkammer gratfrei aneinander angrenzen. Der kleinste Durchmesser der Ausnehmung der oberen Platte 501d ist deutlich größer als der größte Durchmesser der Ausnehmung der darunter folgenden Platte 501c, so dass sich beim Aufeinanderlegen der Platten 501c, 501d ein stufenförmiger Absatz bildet, der am Innenkern 420 zu einer sprunghaften Durchmessererweiterung führt.
In 6 ist ein zweiteiliges Formwerkzeug 600 zur Herstellung des Außenkerns 410 aus 4 gezeigt. Das mit Hilfe von fünf aufeinandergeschweißten Stahlplatten 610a bis 610e aufgebaute äußere Formwerkzeug 610 hat eine zentrale, als Formgebungsabschnitt 611 dienende kegelstumpfförmige Ausnehmung, deren Innenkontur 612 die Gestalt der Außenkontur 411 des Außenkerns 410 bestimmt. Das innere Formwerkzeug 620 besteht aus fünf plattenförmigen Formteilen 620a bis 620e aus Stahl. Es werden jeweils durchgehärtete Stahlplatten verwendet. Bei der Herstellung werden zunächst die dünneren Stahlplatten 620a, 620b an korrespondierenden Positionen mit miteinander korrespondierenden, konischen Durchgangsöffnungen versehen, die nach Zusammensetzen der Platten 620a, 620b konische Einfüllkanale 630 für den Kernsand bilden. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke der Stahlplatten können die konischen Durchgangsöffnungen mit kurz eingespannten Fräswerkzeugen erzeugt werden. Nach Zusammenfügen der Platten 620a, 620b werden sukzessive die kegelstumpfförmigen Platten 620c, 620d, 620e aufgesetzt, wobei deren kegelstumpfförmige Außenflächen insgesamt einen erhabenen Formgebungsabschnitt 621 mit einer kegelstumpfförmigen Formgebungsfläche 625 bilden, deren Form der Innenkontur 412 des Außenkerns 410 entspricht. Im zusammengesetzten Zustand des zweiteiligen Formwerkzeuges 600 begrenzen die Außenkontur 625 des inneren Formwerkzeuges 620 und die Innenkontur 612 des äußeren Formwerkzeuges 610 einen insgesamt becherförmigen Hohl raum 640, dessen Form die Form des Außenkerns 410 bestimmt. Da aufgrund der geringen Dicke der Einzelschichten der Formwerkzeug-Teile die formgebenden Außenkonturen jeweils mit kurz eingespannten Bearbeitungswerkzeugen fertiggestellt werden können, kann auch bei Verwendung von gegebenenfalls gehärtetem Stahlwerkstoff eine hohe Oberflächengüte der maßgeblichen Formgebungsoberflächen gewährleistet werden.
7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Formwerkzeuges nach Art einer Modellplatte 700, die gemeinsam mit einem Rahmen 710 als Form zum Herstellen eines Grünsand-Formkörpers dienen kann. Das Formwerkzeug hat eine durch eine planparallele Stahlplatte gebildete Grundplatte 701a, in deren Mitte ein erhabener Formgebungsabschnitt 720 vorgesehen ist. Der erhabene Abschnitt bildet insgesamt eine kegelstumpfförmige Formgebungsoberfläche 721, die innerhalb des Rahmens 710 angeordnet ist und in einem in die Form eingegossenen Grünsandkörper eine kegelstumpfförmige Ausnehmung erzeugt. Der erhabene Formgebungsabschnitt 720 besteht aus fünf planparallelen Stahlplatten 701b bis 701f, die entlang ebener Kontaktflächen miteinander verklebt sind. Die auf die Grundplatte 701a folgende Schicht 701b hat eine kegelstumpfförmige Außenkontur und eine zylindrische Ausnehmung 730, die dadurch erzeugt ist, dass innerhalb der zunächst massiven Platte durch Fräsen eine durchgehende zylindrische Ausnehmung bearbeitet wird. Die darauffolgende Platte 701c hat eine kegelstumpfförmige Außenkontur, die sich bei zusammengesetzten Platten nahtlos an die Außenkontur der größeren Platte 701b anschließt und eine kreiszylindrische Ausnehmung 731, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der Ausnehmung 730 der im Durchmesser größeren Platte 701b. Es schließen sich zwei weitere Platten 701d, 701e mit zunehmend kleiner werdenden zylindrischen Ausnehmungen 732, 733 an, bevor eine durchbrechungsfreie, planparallele Platte 701f aufgesetzt wird, die den der Grundplatte 701a gegenüberliegenden Abschluss des erhabe nen Abschnittes bildet. Die kegelstumpfförmigen Außenkonturen der einzelnen Platten bilden insgesamt die kegelstumpfförmige Formgebungsoberfläche 721. Durch den schichtförmigen Aufbau dieses Formwerkzeuges ist es möglich, innerhalb des Modellplatten-Formwerkzeuges einen durch die Ausnehmungen 730 bis 733 gebildeten Hohlraum zu bilden, der allseitig von gehärtetem Stahlmaterial umgeben ist. Solche Formwerkzeuge mit allseitig geschlossenen Hohlräumen ohne äußeren Zugang bieten im Vergleich zu aus Vollmaterial gefertigten Formwerkzeugen gleicher Dimensionierung erhebliche Gewichtsvorteile und sind auch im Hinblick auf Gesamtsteifigkeit herkömmlichen Modellplatten-Formwerkzeugen überlegen. Durch das verringerte Gewicht bei unverändert hoher Formhaltigkeit wird zudem die Handhabung solcher Formwerkzeuge erleichtert. Zudem geben sich Kostenvorteile durch Materialersparnis.
Während die hohlkammerförmigen Formgebungsabschnitte der Formwerkzeuge gemäß 3 und 5 und der Außenform in 6 durch eine Abfolge von Ausnehmungen in den einzelnen Formteilen gebildet werden, werden die Formgebungsabschnitte der Innenform in 6 sowie des Formwerkzeuges in 7 im wesentlichen durch kegelstumpfförmig bearbeitete planparallele Formteile gebildet. Beide Möglichkeiten können auch kombiniert in einem Formwerkzeug genutzt werden. Weiterhin können beispielsweise die Formteile 620b und 620c in 6 einstückig miteinander ausgebildet sein, so dass der mit 620c bezeichnete Ausschnitt des Formgebungsabschnittes durch einen erhabenen Abschnitt an der Platte 620b gebildet würde. An einem einzigen Formteil können sowohl erhabene, als auch ausgenommene (vertiefte) Abschnitte vorgesehen sein. Die in 5 bis 7 schematisch gezeigten Formwerkzeuge können auf ähnliche Weise miteinander verspannt und/oder mit Temperaturkanälen versehen sein wie das anhand der 3 erläuterte Ausführungsbeispiel.
Für die meisten Anwendungen haben sich plattenförmige Formteile als günstig erwiesen, deren Schichtdicke deutlich oberhalb üblicher Bleckdicken liegt, beispielsweise in der Größenordnung mehrerer Millimeter oder von einem oder mehreren Zentimetern. Diese Formteile sind besonders stabil und verwindungssteif und daher gut bearbeitbar. Die Maximaldicke ist anwendungsabhängig und kann beispielsweise in Bereich von 3 bis 10 Zentimetern, ggf. auch darüber liegen.

Claims

Formwerkzeug mit mindestens einem Formgebungsabschnitt zur Formgebung für zu formendes Material, gekennzeichnet durch mehrere zueinander und zu einer gedachten Basisebene parallele Schichten (22a–22e; 501a–501d, 620a–620e; 701a–701f), die jeweils erhabene Abschnitte und/oder Ausnehmungen in Form eines schichtförmigen Ausschnitts des Formgebungsabschnitts aufweisen oder einen schichtförmigen Ausschnitt des Formgebungsabschnitts bilden und die derart zusammengefügt sind, dass die schichtförmigen Ausschnitte des Formgebungsabschnitts gemeinsam den Formgebungsabschnitt (24; 510; 611; 720) bilden.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Schichten (22a–22e; 501a–501d, 620a–620e; 701a–701f) formschlüssig, insbesondere mittels mindestens einem senkrecht zur Basisebene ausgerichteten Passstift (46), bzgl. ihrer Position in einer Schichtebene festgelegt sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Formgebungsabschnitt (24; 510; 611; 720) frei von Hinterschneidungen und/oder frei von ungewollten Absätzen zwischen den Schichten ist.
Formwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (22a–22e; 501a–501d, 620a–620e; 701a–701f) mittels Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschlusses zusammengefügt sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (22a–22e; 501a–501d, 620a–620e; 701a–701f) miteinander verschweißt sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (22a–22e) miteinander verspannt sind, vorzugsweise mittels Passstiften, die unter einer Zugbelastung stehen.
Formwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein parallel zur Basisebene verlaufender Temperaturkanal an der Ober- oder Unterseite mindestens einer der Schichten durch eine Nut (30b, 30c) gebildet wird, die vorzugsweise der Kontur des Ausschnitts des Formgebungsabschnittes (24b, 24c) der jeweiligen Schicht (22b, 22c) angepasst ist, insbesondere in der Schichtebene einen konstanten Abstand zum Ausschnitt des Formgebungsabschnitts (24b, 24c) aufweist.
Formwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturkanäle (30b, 30c) verschiedener Schichten (22b, 22c) miteinander verbunden sind, insbesondere mittels mindestens einer im wesentlichen senkrecht zu der Basisebene verlaufenden Verbindungsbohrung (40).
Formwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Formwerkzeuges mindestens ein durch mindestens eine Ausnehmung (730 bis 733) in einer Schicht (701a–701e) gebildeter Hohlraum gebildet ist, der vorzugsweise allseitig von dem Material der Schichten des Formwerkzeuges (700) umgeben ist.
Verfahren zur Herstellung eines zur Formgebung an zu formendem Material vorgesehenen Formwerkzeuges, das aus mehreren Formteilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mehrere schichtförmige Formteile hergestellt werden, die eine Oberseite und eine Unterseite haben, die zueinander und einer gedachten Basisebene parallel sind, wobei eines, mehrere oder alle Formteile mindestens einen Ausschnitt eines Formgebungsabschnitts an der Oberseite und/oder Unterseite aufweisen oder einen schichtförmigen Ausschnitt eines Formgebungsabschnitts bilden, und – die Formteile in der Reihenfolge der schichtförmigen Ausschnitte zu einem Formwerkzeug mit mindestens einem durch die schichtförmigen Ausschnitte gebildeten Formgebungsabschnitt zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Richtung des aus Formteilen zusammengefügten Formwerkzeuges die Formteile jeweils eine größte Ausnehmung aufweisen, die gleichgroß wie oder kleiner als die kleinste Ausnehmung des jeweils vorhergehenden Formteils ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile aus einzeln vorliegenden Formteilrohlingen hergestellt werden, bevor diese jeweils zu dem Formwerkzeug zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile aus einzeln vorliegenden Formteilrohlingen hergestellt werden, nachdem diese jeweils mit dem aus den bis zu diesem Zeitpunkt fertiggestellten Formteilen bestehenden Formwerkzeug zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung der Formteile bzw. Formteilrohlinge zueinander anhand von mindestens einem senkrecht zur Basisebene ausgerichteten Passstift durchgeführt wird, der durch Passlöcher in den Formteilen bzw. in den Formteilrohlingen geführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile miteinander durch Spannmittel, vorzugsweise durch Verspannung von Passstiften, miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile oder Formteilrohlinge miteinander stoffschlüssig verbunden werden, vorzugsweise durch eine Schweiß- oder Klebeverbindung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Formteile ein nutförmiger Horizonal-Temperaturkanal an der Oberseite oder der Unterseite eingebracht wird, der parallel zur Ober- bzw. Unterseite verläuft.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Horizontal-Temperaturkanal an die Kontur des Ausschnitts des Formgebungsabschnitts in dem jeweiligen Formteil angepasst eingebracht wird, wobei er vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich konturparallel zu dem Ausschnitt des Formgebungsabschnitts verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Formteil oder in mindestens einer Gruppe von zusammenhängenden Formteilen ein Vertikal-Temperaturkanal ausgebildet wird, der sich vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Basisebene erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturierung des Ausschnitts des Formgebungsabschnitts mittels Fräsen oder Funkenerosion, vorzugsweise mittels Fräsens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Formwerkzeuges mindestens ein durch mindestens eine Ausnehmungen in einer Schicht gebildeter Hohlraum gebildet wird, der vorzugsweise allseitig von dem Material der Schichten des Formwerkzeuges umgeben ist.