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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, bei dem eine aushärtbare Substanz mit einer gewünschten Oberflächenform versehen und ausgehärtet wird. Ein solches Verfahren ist aus der
US 1206553 oder der
DE 869020 bekannt.
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Seit langem werden plastische Modelle aus nicht-plastischem Material, insbesondere aus gleichmäßig gekörnten, aushärtbaren trockenen Stoffen hergestellt. Die
DE 398146 A beschreibt hierzu, den gekörnten, aushärtbaren Stoff auf einer Unterlage zu verteilen und anschließend beispielsweise durch ein stabförmiges Hilfsmittel zu strukturieren. Sticht man mit dem stabförmigen Hilfsmittel in den gekörnten, aushärtbaren Stoff und breitet ihn durch Ziehen gerader oder gekrümmter Linien auf der Unterlage aus, bilden sich rinnenartige Vertiefungen mit einem bei gleichmäßig gekörnten Stoffen immer identischem Böschungswinkel. Desweiteren wird durch die Rollfähigkeit des Stoffes gewährleistet, daß sich keine Sprünge und Hinterschneidungen ausbilden. Nach Hinzugabe von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, die zum Aushärten nötig ist, bildet sich nach einiger Zeit eine feste Masse, die nun als Modell für Hohlformen dienen kann.
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Dieses Verfahren ist zur Herstellung eines Modells auf eine gekörnte und eine aushärtbare Substanz zwingend angewiesen. Weiter muß diese Substanz an Ihrer Oberseite durch Kontakt strukturiert werden, was bei chemisch aggressiven oder allergenen Substanzen unerwünscht sein kann.
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In der
US 1809329 ist die Herstellung eines künstlichen Steines bekannt, wobei am Boden einer Form eine spezielle Trennschicht verwendet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers anzugeben, der vorzugsweise an allen Seiten eine vordefinierte Struktur aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Eine gekörnte Inert-Substanz wird in eine Form gefüllt, um einen Boden der Form zu bilden, die Oberfläche der Inert-Substanz wird strukturiert, und die aushärtbare Substanz wird eingefüllt, ohne die zuvor geschaffene Oberflächenstruktur zu zerstören, so daß die aushärtbare Substanz nach dem Aushärten aufgrund der Oberflächenstruktur des Bodens die gewünschte Oberflächenform hat.
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Für das Material der gekörnten Inert-Substanz kommt jede Substanz in Frage, die in der Form ein stabiles leicht strukturierbares Gefüge bildet und welche bevorzugt aus festen Elementen gleicher Größe besteht, damit sie sich leicht einfüllen und strukturieren läßt und bei der Strukturierung keine Sprünge und Hinterschneidungen bildet. Der Begriff inert soll in diesem Zusammenhang aussagen, daß weder chemische Reaktionen noch Verbindungen mit anderen Substanzen und Bauteilen stattfinden. Der Vorteil einer gekörnten inert-Substanz, die inert gegenüber sämtlichen anderen verwendeten Bauteilen und Substanzen ist besteht darin, daß sie die Eigenschaften der anderen Substanzen und Bauteile während des Verfahrens nicht beeinträchtigt. Desweiteren ist es von Vorteil, wenn die Elemente der gekörnten Inert-Substanz sich nicht untereinander verbinden, so daß ein darauf gebildeter Formkörper sich leicht entnehmen läßt und die Form wiederverwendbar ist. Aufgrund seiner guten Verfügbarkeit und des niedrigen Preises kann man vorzugsweise Sand als gekörnte Inert-Substanz verwenden.
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Für die Materialien der aushärtbaren Substanz kommt jede Substanz in Frage, die sich der Oberfläche, auf die sie aufgebracht wird, anpaßt und sich danach zu einem Formkörper verhärtet. Damit der Formkörper im ausgehärteten Zustand unkompliziert entnommen werden kann, verwendet man vorzugsweise eine aushärtbare Substanz, die keine Sprünge und Hinterschneidungen bildet, wobei besonders bevorzugt eine im nicht ausgehärtetem Zustand rollfähige (z. B. körnige) Substanz verwendet werden kann, welche auch den Vorteil hat, daß sie sich leicht einfüllen läßt und sich dabei der Sandschichtoberfläche anpaßt. Besonders bevorzugt verwendet man eine aushärtbare Substanz, die keine Verbindung mit den anderen verwendeten Bauteilen und Substanzen eingeht, was den Vorteil hat, daß der Formkörper ohne Beeinträchtigung der anderen Bauteile und Substanzen entnommen werden kann und die Form danach wiederverwendbar ist.
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Eine bevorzugte aushärtbare Substanz ist ein Sand-Zement-Gemisch, welches sich dadurch auszeichnet, daß es preiswert und in großen Mengen verfügbar ist und nach dem Aushärten die gewünschten Eigenschaften eines Baustoffes aufweist. Um das Sand-Zement-Gemisch zum Aushärten zu bringen, muß Wasser darauf aufgebracht werden. Dabei sollte das Aufbringen des Wassers die Oberfläche der Sand-Zement-Schicht nicht zerstören oder verändern. Besonders einfach ist dies, wenn man einen feinen Wassernebel auf das Sand-Zement-Gemisch aufbringt.
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Anstelle des Sand-Zement-Gemisches kann als aushärtbare Substanz auch ein selbstaushärtendes Zwei-Komponenten-Gemisch verwendet werden, welches den Vorteil hat, daß der Verfahrensschritt der Wasserzugabe entfällt.
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Um eine Erhöhung der Festigkeit des Formkörpers zu erreichen, wird in einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens der aushärtbaren Substanz ein die strukturelle Verstärkung erhöhender Zuschlagsstoff, vorzugsweise Fasern, zugegeben. Dies kann vor dem Einfüllen in die Form geschehen, und danach kann die aushärtbare Substanz wie vorangehend erläutert, in die Form eingefüllt werden und zum Aushärten gebracht werden. Alternativ kann der Zuschlagsstoff nach dem Einfüllen eines Teils der aushärtbaren Substanz vorsichtig aufgetragen werden. Anschließend wird der Rest der aushärtbaren Substanz aufgebracht und danach wird die aushärtbare Substanz, wie bekannt, zum Aushärten gebracht. Natürlich können auch mehrere Schichten aufgebaut werden.
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Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der aushärtbaren Substanz vor und/oder während und/oder nach dem Einfüllen mindestens ein Zuschlagsstoff hinzugefügt, der dem Formkörper schalldämmende und/oder wärmedämmende und/oder temperaturregulierende und/oder feuchtigkeitsabweisende Eigenschaften verleiht.
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Zur Bildung von Aussparungen im Formkörper kann in einer anderen Weiterbildung des Verfahrens vor und/oder während und/oder nach dem Einfüllen der aushärtbaren Substanz ein entsprechender Zuschlagsstoff zugegeben werden, der die aushärtbare Substanz an der aufgebrachten Stelle am Binden hindert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material um ein Granulat. Nach dem Aushärten der aushärtbaren Substanz, sind an den von dem Granulat am Aushärten gehinderten Stellen Aussparungen die Folge. Dies hat den Vorteil, daß die Geometrie des Formkörpers unabhängig von der Oberflächenstruktur des Bodens noch zusätzlich gestaltet werden kann.
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Der aus der ausgehärteten, aushärtbaren Substanz entstandene Formkörper, ist vorzugsweise ein Formkörper, der sich als Baustoff verwenden läßt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die gekörnte Inert-Substanz durch eine Schlitzplatte, die auf die Seitenwände der Form gesetzt wird, eingefüllt. Dies hat den Vorteil, daß Einfüllen und Strukturieren der Inert-Substanz in einem Verfahrensschritt stattfinden. Alternativ wird die gekörnte Substanz von oben in die Form eingefüllt und fließt teilweise durch Vertiefungen oder Schlitze in der Bodenplatte wieder an der Unterseite der Form ab und es findet somit eine Strukturierung der gekörnten Substanz statt. Eine andere Alternative ist es, die eingefüllte gekörnte Substanz durch Beströmung mit einem Fluid, vorzugsweise Luft zu strukturieren. Auch kann die Strukturierung durch das Aufdrücken eines Stempels oder durch die Verwendung einer Rakel vorgenommen werden.
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Für das gleichmäßige Verteilen der aushärtbaren Substanz auf der Oberfläche der gekörnten Substanz, ohne deren Oberflächenstruktur zu verändern, ist es von Vorteil, für das Einfüllen der aushärtbaren Substanz ein Sieb zu verwenden.
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Die Seitenwände können aus jedem Material bestehen, das während des Verfahrens seine Geometrie beibehält, was eine vordefinierte Formgebung ermöglicht. Von Vorteil ist es, wenn die Seitenwände nach Abschluß des Verfahrens unbeschädigt bleiben und somit für mehrmaligen Gebrauch geeignet sind. Besonders bevorzugt kann man ein Material verwenden, welches sich nicht mit den hinzugefügten Substanzen verbindet bzw. in einer unerwünschten Art und Weise mit ihnen reagiert. Hierzu ist es auch vorteilhaft, wenn das Material inert gegenüber anderen verwendeten Substanzen und Baustoffen ist. Die Seitenwände werden bevorzugterweise so angeordnet, daß sie zusammen mit der Bodenplatte eine Kastenform bilden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der einfachen Herstellbarkeit.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Form,
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2 die Form der 1 mit einer eingefüllten Sandschicht,
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3 die Form der 1 mit nun strukturierter Sandschichtoberfläche,
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4 einen Zustand eines folgenden Verfahrenschritts, in dem ein Sand-Zement-Gemisch durch ein Sieb auf die strukturierte Sandschichtoberfläche aufgebracht wird,
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5 einen nachfolgenden Verfahrensschritt, in dem ein Wassernebel auf die Sand-Zement-Schicht der 4 aufgebracht wird,
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6 die Anordnung aus 5, nachdem sich aus dem Sand-Zement-Gemisch nach dessen Aushärtung ein Formkörper gebildet hat,
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7 den Formkörper nach der Entnahme aus der Form,
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8 eine Abwandlung der 3, bei der Sand nur durch eine Schlitzplatte eingefüllt wird, um die strukturierte Sandschichtoberfläche zu erhalten,
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9 eine weitere Abwandlung der 3, bei der die Sandschicht einem Luftstrom ausgesetzt wird, um die strukturierte Sandschichtoberfläche zu erhalten, und
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10 eine weitere Abwandlung der 3, wobei eine Bodenplatte mit Vertiefungen verwendet wird, um eine strukturierte Sandschichtoberfläche zu erhalten,
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11 eine weitere Abwandlung der 3, wobei die Bodenplatte durch einen Unterbau ersetzt wird.
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1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Form F, welche in einem später erläutertem Verfahren zur Formgebung eines Baustoffes dient.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt die Form F mit einem kastenförmigen Grundriss, es sind jedoch auch Formen mit anderem Grundriss denkbar. Die Form F besteht aus Seitenwänden 1 und einer Bodenplatte 2. Die Seitenwände 1 haben die Aufgabe eingefülltes Rohmaterial aus dem der Baustoff abgeformt wird, seitlich zu begrenzen und somit die äußere Randform des abgeformten Baustoffes zu definieren. Im erläuterten Beispiel bestehen die Seitenwände 1 aus Holz und sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Je nach gewünschter äußerer Randform und verwendetem Rohmaterial aus dem der Baustoff abgeformt wird, können die Seitenwände 1 jedoch auch aus einem anderen Werkstoffen bestehen und in anderer Art und Weise zueinander angeordnet sein. Zu beachten ist hierbei, daß die Seitenwandgeometrie der Seitenwände 1 der Form F, bis zum Ende des Verfahrens erhalten bleiben muß, wonach der Werkstoff und die Dimensionierung der Seitenwände 1 entsprechend gewählt werden muß. Desweiteren dürfen sich die Seitenwände nicht irreversibel mit dem Rohmaterial oder dem abgeformten Baustoff verbinden, um zu gewährleisten, daß der abgeformte Baustoff nach dem Formgebungsverfahren unbeschädigt entnommen werden kann.
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Die Seitenwände 1 stehen auf der Bodenplatte 2, welche als untere Begrenzungsfläche der Form dient. Um das Formgebungsverfahren nicht zu beeinträchtigen, soll die Bodenplatte 2 während des ganzen Verfahrens ihre Geometrie beibehalten, was bei der Auswahl des Bodenplattenwerkstoffes berücksichtigt werden muß.
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2 zeigt die Anordnung aus 1 mit einer Sandschicht 3, die von oben in die Form F eingefüllt wurde und die Bodenplatte 2 der Form F bedeckt und durch die Seitenwände 1 der Form F begrenzt wird. Die Sandschicht 3 bildet einen Boden der Form und nach einem später erläutertem Verfahren der Strukturierung bestimmt sie später zusammen mit den Seitenwänden 1 der Form F die äußere Geometrie des abgeformten Baustoffes.
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Anstelle einer Sandschicht 3 kann als Boden der Form auch eine andere gekörnte Substanz verwendet werden, welche sich nicht irreversibel mit dem Rohmaterial bzw. dem abgeformten Baustoff verbindet.
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Auch sollte der Bodenplattenwerkstoff keine Auswirkungen auf die gewünschten Eigenschaften des eingefüllten Material, aus dem der Baustoff abgeformt wird haben und sollte sich für mehrmalige Verwendung nicht irreversibel mit diesem verbinden. In dem beschriebenen Beispiel ist die Bodenplatte 2 eben, jedoch können wie später erläutert auch andere Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
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3 zeigt schematisch die Form F, auf dessen Bodenplatte 2 sich seitlich begrenzt durch die Seitenwände 1 die Sandschicht befindet, welche eine strukturierte Sandschichtoberfläche erhalten hat.
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Nachdem unter leichtem Hin- und Herbewegen ein Stempel aufgedrückt wurde und so die strukturierte Sandschichtoberfläche 4 entstand, welche nun den Boden der Form F bildet und zusammen mit den Seitenwänden 1 die Geometrie des abzuformenden Baustoffes bestimmt. Die strukturierte Sandschichtoberfläche 4 kann auf verschiedene Weise erzeugt werden, wie später noch erläutert werden wird.
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4 zeigt schematisch den nächsten Schritt des Verfahrens, das Einfüllen des Rohmaterials für den abzuformenden Baustoff.
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Durch ein auf die Seitenwände 1 aufgesetztes Sieb 5, in welches ein Sand-Zement-Gemisch 6 eingefüllt wurde, bildet sich an der Unterseite des Siebes ein Sand-Zement-Strom 7, welcher auf die strukturierte Sandschichtoberfläche 4 trifft und dort eine Sand-Zement-Schicht 8 aufbaut. Das aufgesetzte trichterförmige Sieb 5 hat die Aufgabe, das Sand-Zement-Gemisch 6 gleichmäßig und als einen feinen Sand-Zement-Strom auf der strukturierten Sandschichtoberfläche 4 zu verteilen ohne diese in ihrer Struktur zu verändern. Durch die gleichmäßige Verteilung der Sand-Zement-Schicht 8 entsteht eine Sand-Zement-Schicht-Oberfläche 9, welche ein Abbild der strukturierten Sandschichtoberfläche 4 darstellt. Um dies zu gewährleisten, muß eine entsprechende Maschengröße für das Sieb 5 gewählt werden. Anstelle des Siebes 5 kann auch eine andere starre, manuell zu bewegende oder automatisierte Vorrichtung verwendet werden, die ein gleichmäßiges Aufbringen der Sand-Zement-Schicht 8 auf die Sandschichtoberfläche 4, ohne deren Struktur zu verändern, gewährleistet.
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Die nun der Sand-Zement-Schicht 8 durch die Form F mit ihren Seitenwänden 1 und der strukturierten Sandschichtoberfläche 4 aufgezwungenen Abmessungen definieren die äußere Geometrie des Baustoffes. Aufgrund des gleichmäßigen Einfüllens des Sand-Zement-Gemisches 6 und der daraus resultierenden gleichmäßigen Dicke der Sand-Zement-Schicht 8, ist die untere Seite des Baustoffes immer ein Negativabbild und die Oberseite des Baustoffes ein Positivabbild der strukturierten Sandschichtoberfläche 4. Desweiteren ist es auch möglich, das Sand-Zement-Gemisch 6 nicht gleichmäßig einzufüllen, sondern so einzufüllen, daß entweder eine ebene oder eine andere gewünschte Sand-Zement-Schicht-Oberfläche 9 entsteht, die später die Oberseite des abgeformten Baustoffes wird.
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Alternativ zum Sand-Zement-Gemisch kann auch eine beliebige andere aushärtbare und sich der Sandschichtoberfläche anpassende Substanz durch ein geeignetes Verfahren, daß die strukturierte Sandschichtoberfläche erhält, in die Form F und auf die den Boden der Form bildende Sandschichtoberfläche 4 gefüllt werden. Bei der aushärtbaren Substanz kann es sich um ein Gemisch handeln, daß erst durch Zugabe einer anderen Substanz zum Erhärten gebracht wird oder auch um eine bereits vorbereitete selbstaushärtende Substanz, z. B. ein Zwei-Komponenten-Gemisch.
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5 zeigt schematisch den nächsten Schritt des Verfahrens, das geeignete Aufbringen des für das Aushärten der Sand-Zement-Schicht 8 nötigen Wassers.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Wassernebel 10 auf die Sand-Zement-Schicht-Oberfläche 9 aufgesprüht. Dies kann entweder manuell oder mit einer automatisierten Vorrichtung erfolgen. Anfänglich wird der Wassernebel 10 in kleinen Mengen und kurzen Zeitintervallen aufgesprüht. Wenn das Sand-Zement-Gemisch anfängt zu binden, wird der Wassernebel 10 in größeren Mengen und größeren Zeitintervallen aufgesprüht. Die Aushärtezeit des Sand-Zement-Gemisches 6 beträgt unter dieser Flüssigkeitszufuhr 24 Stunden.
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Bei möglichen anderen Ausführungsformen, bei denen eine alternative aushärtbare Substanz verwendet wird, kann anstatt des Wassernebels 10, die zum Aushärten benötigte Substanz durch ein geeignetes Verfahren auf die aushärtbare Substanz aufgebracht werden. Ebenso wird sich die benötigte Zeit zum Aushärten ändern. Bei Substanzen, die nach Vorbereitung selbst aushärten, entfällt dieser Verfahrensschritt.
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6 zeigt schematisch die Form F mit der darin befindlichen Sandschicht 3 mit ihrer den Boden der Form F bildenden strukturierten Sandschichtoberfläche 4 und einem darauf befindlichen Formkörper 11, der sich durch Binden und Aushärten des mit Wassernebel 10 besprühten Sand-Zement-Gemisches 6 gebildet hat und dessen Geometrie von der strukturierten Sandschichtoberfläche 4 und deren Seitenwänden 1 definiert wird. Bei dem Formkörper 11 handelt es sich nach Herausnehmen aus der Form F um den abgeformten Baustoff. Durch das vorher erwähnte Verfahren zum gleichmäßigen Aufbringen des Sand-Zement-Gemisches, hat der Formkörper 11 eine Oberfläche 12, die ein Abbild der strukturierten Sandschichtoberfläche ist.
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7 zeigt schematisch den aus der Form F entnommenen Formkörper 11 mit einer Formkörperoberfläche 12. Der Formkörper 11 ist das Ergebnis aus den vorherigen Verfahrensschritten und bildet den Baustoff.
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8 zeigt schematisch eine Abwandlung, des bei 3 beschriebenen Verfahrens, zur Strukturierung der Sandschichtoberfläche 4. Elemente dieser Figur, die bereits zuvor geschilderten Elementen entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, wie in den schon beschriebenen Figuren.
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Zum Bilden einer Sandschicht 3 wird hier Sand 13 durch eine trichterförmige Schlitzplatte 14 in die Form F eingefüllt. Der in die Schlitzplatte 14 eingefüllte Sand 13 läuft durch die Schlitze und bildet auf der darunter befindlichen Bodenplatte 2 der Form F, begrenzt durch die Seitenwände 1, die Sandschicht 3. Die Struktur der Sandschichtoberfläche 4 ist abhängig von der Anzahl, Anordnung und Breite der Schlitze. Je nach der gewünschten Form der Sandschichtoberfläche kann die Schlitzplatte 14 mit der gewünschten Anzahl, mit der gewünschten Anordnung und der gewünschten Breite von Schlitzen versehen werden. Senkrecht unter den Schlitzen bilden sich Erhöhungen und zwischen den Schlitzen bilden sich Täler in der Sandschichtoberfläche 4. Ein breiterer Schlitz läßt im Gegensatz zu einem schmäleren Schlitz mehr Sand durch, weshalb sich unter einem breiteren Schlitz mehr Sand anhäufen wird, als unter einem schmäleren Schlitz. Aufgrund der Rollfähigkeit des Sandes 13 rollt ein Teil des durch die Schlitze der Schlitzplatte 14 eingefüllten Sandes 13 von den unter den Schlitzen befindlichen Bereichen hin zu den Bereichen über denen sich kein Schlitz befindet, wodurch sich eine Sandschichtoberfläche 4 ohne Sprünge oder Hinterschneidungen ausbildet.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Strukturierung der Sandschichtoberfläche 4. Die eingefüllte Sandschicht wird einem Luftstrom 15 ausgesetzt, welcher abhängig von Art, Intensität und Richtung des Luftstroms 15, die Sandschichtoberfläche 4 strukturiert. Aufgrund der Rollfähigkeit des Sandes 13 bilden sich auch hier keine Sprünge in der Sandschichtoberfläche 4.
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Anstelle eines Luftstroms 15 kann auch ein anderes strömendes Fluid z. B. Wasser, verwendet werden.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Strukturierung der Sandschichtoberfläche 4. Hierbei wird statt der ebenen Bodenplatte 2 der Form F, eine Bodenplatte mit Vertiefungen 16 verwendet. Der Sand 13 der eingefüllten Sandschicht 3 fließt in die Vertiefungen 16, wodurch die Sandschichtoberfläche 4 an diesen Stellen ein Tal hat. Der Sand 13 fließt hierbei solange in die Vertiefungen 16 bis diese mit Sand gefüllt sind. Die Struktur der Sandschichtoberfläche wird durch die frei wählbare Anzahl, Breite und Tiefe der Vertiefungen 16 definiert. Aufgrund der Rollfähigkeit des Sandes 13 weist die Sandschichtoberfläche 4 auch hier keine Sprünge oder Hinterschneidungen auf.
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Anstelle der Vertiefungen 16 die nach unten geschlossen sind, können diese auch nach unten hin verschließbar geöffnet sein. Bei allen Möglichkeiten ist gewährleistet sein, daß die Bodenplatte 2 an jeder Stelle von der Sandschicht 3 bedeckt ist.
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11 zeigt eine Abwandlung des Verfahrens aus 10, bei dem die Bodenplatte mit Vertiefungen 16 durch einen Unterbau 17 ersetzt wurde. Der Unterbau hat Öffnungen 18 durch die der Sand 13 in den Unterbau 17 abfließt. Die Öffnungen 18 sind verschließbar, um eine vollständiges Abfließen des Sandes 13 eine durchgängige Sandschicht 4 zu gewährleisten.
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Alternativ zur Verwendung von verschließbaren Öffnungen 18 ist es auch möglich, die Menge des eingefüllten Sandes 13 und das Volumen des Unterbaus 17 so aufeinander abzustimmen, daß der Unterbau 17 komplett durch den einfließenden Sand 13 gefüllt wird und die Sandschichtoberfläche durchgehend ist.
