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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Form, insbesondere eines Gießkerns oder einer Gießform, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Formwerkstoff zur Herstellung einer derartigen Form sowie eine solche Form, insbesondere einen solchen Gießkern bzw. eine derartige Gießform.
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Aus der
DE 1 508 676 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform bekannt, wobei ein aushärtbarer Formwerkstoff genutzt wird, der während des Aushärtvorgangs mittels Mikrowellenenergie erhitzt und dadurch gleichmäßig erwärmt wird. Hierzu weist eine in der
DE 1 508 676 A1 beschriebene Vorrichtung einen allseitig leitenden, begrenzten Mikrowellenhohlraum auf mit einer Kammer, die aus mindestens zwei, zeitweise trennbaren Abschnitten besteht und einen im Wesentlichen verlustlosen, in die Kammer formmäßig und allseitig eingepassten Form- oder Kernkasten aufnehmen. Eine derartige Vorrichtung zum Aushärten der Formen, insbesondere zum Aushärten von Gießformen, ist dabei jedoch vergleichsweise aufwändig und teuer.
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Alternativ sind selbstverständlich auch andere Heizverfahren zum Aushärten von Formwerkstoffen, insbesondere zum Aushärten von Kernsanden, bekannt, wie beispielsweise das elektrische Aufheizen oder das Aufheizen mittels offener Flamme. Insbesondere das Aufheizen mittels elektrischer Heizelemente oder das Aufheizen mittels Heißluftströmen bzw. mittels offener Flamme bedingt jedoch den Nachteil, dass kein gleichmäßiges Aufheizen und damit auch kein gleichmäßiges Aushärten des Formwerkstoffs erfolgt. Hierdurch gibt es Bereiche, die erst später oder gar nicht ausgehärtet werden, wodurch die Qualität eines derartig hergestellten Gießkerns bzw. einer derartig hergestellten Gießform nicht immer einwandfrei ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Form, insbesondere zum Herstellen eines Gießkerns oder einer Gießform anzugeben. Die Erfindung beschäftigt sich weiter mit dem Problem, einen verbesserten Formwerkstoff sowie eine verbesserte Form, insbesondere eine verbesserte Gießform oder einen verbesserten Gießkern anzugeben, der/die leichter und gleichmäßiger aushärtbar und dadurch qualitativ hochwertiger ist/sind.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine aushärtbare Form, insbesondere eine Gießform oder einen Gießkern, nicht wie bisher von außen zu Beheizen und damit von außen her auszuhärten oder aufwändig mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Mikrowellenvorrichtung zu erhitzen, sondern in einen Formwerkstoff zum Herstellen der Form elektrisch leitende Partikel einzustreuen und diese zum Aushärten und Trocknen der Form mittels Induktion zu erhitzen, wodurch ein gleichmäßiges Erwärmen und damit auch ein gleichmäßiges Aushärten und Trocknen der Form erreicht werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zunächst dem Formwerkstoff, aus welchem die spätere Form, insbesondere der spätere Gießkern oder die spätere Gießform, hergestellt werden soll, elektrisch leitende Partikel, beispielsweise Nanopartikel oder elektrisch leitende Stäube, beigemengt, woraufhin anschließend der Formwerkstoff in seine endgültige Form, das heißt beispielsweise seine Gießformgestalt, gebracht wird. Weist der Formwerkstoff seine endgültige Form auf, so wird diese mittels Induktion erwärmt und dadurch ausgehärtet und getrocknet. Im Vergleich zu bekannten Verfahren kann dabei eine gleichmäßige Aushärtung erreicht werden, ohne dass hierfür eine aufwändige Heiz- oder Mikrowellenvorrichtung erforderlich wäre. Zudem lässt sich ein derartiger Formwerkstoff auch vergleichsweise schnell und kostengünstig aufheizen, wodurch die Fertigungszeiten/Taktzeiten bei chemischen, organischen und anorganischen Bindemittelsystemen deutlich reduziert und damit die Formen wirtschaftlich hergestellt werden können. Selbstverständlich ist auch der Einsatz von organischen Formwerkstoffen denkbar, welchen in entsprechender Weise elektrisch leitenden Artikel beigemengt werden. Der Formwerkstoff ist somit ein Gemenge aus einem Trägermaterial, einem Bindemittel und den elektrisch leitenden Partikel, wobei letztere durch den Einsatz von Induktionsfeldern/-strömen angeregt und aufgeheizt werden und somit die dadurch entstehende Wärmeenergie direkt an das auszuhärtende Bindemittel des Formwerkstoffs abgegeben werden kann. Neben dem gleichmäßigen Aufheizen und Aushärten der Form ist als wichtigster weiterer Vorteil zu nennen, dass aufwändige heizbare Werkzeuge oder Heizeinrichtung entfallen können, wodurch das Herstellen der Form kostengünstig realisiert werden kann. Als weiterer wichtiger Vorteil ist auch die geringe Taktzeit zu nennen, da das Aufheizen mittels Induktionsströme im Vergleich zu bisher bekannten, externen Heizeinrichtungen, wenig Zeit in Anspruch nimmt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, werden dem Formwerkstoff als elektrisch leitende Partikel Nanopartikel beigemengt. Als Nanopartikel bzw. Nanoteilchen wird ein Verbund von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen bezeichnet, wobei es auch Metalle als elektrisch leitende Nanopartikel gibt. Zur Herstellung derartiger Nanopartikel sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, wie beispielsweise die Lithografie, die Herstellung durch selbst organisiertes Wachstum, die Herstellung durch die gezielte Nukleation von Molekülen aus einer Gasphase oder das Elektrospinnen. Durch die vergleichsweise geringe Große derartiger Nanopartikel lassen sich die elektrisch leitenden Partikel vergleichsweise fein und homogen im später zu erhitzenden Formwerkstoff verteilen, wodurch dieser später äußerst gleichmäßig durch Anregung mittels Induktion erhitzt und dadurch auch ausgehärtet und getrocknet werden kann.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Formwerkstoff zu schaffen, welcher zum Aushärten besonders einfach und gleichmäßig erhitzt werden kann. Der erfindungsgemäße Formwerkstoff, der beispielsweise als Formsand oder generell als Bindemittel (organisch oder anorganisch) ausgebildet sein kann, weist hierzu elektrisch leitende Partikel auf, beispielsweise Nanopartikel oder Stäube, die zum Aushärten und Trocknen des Formwerkstoffs mittels Induktion angeregt und dadurch erhitzt werden. Durch das Erhitzen der elektrisch leitenden Partikel überträgt sich deren Wärmeenergie auf den umliegenden Formwerkstoff inklusive der Bindemittel, wodurch insbesondere auch eine chemische Reaktion zur Aushärtung und Trocknung des Formwerkstoffs beschleunigt wird und so die Stoffe vergleichsweise gleichmäßig und schnell aushärten und trocknen. Das gleichmäßige Aushärten ist dabei für die Qualität der aus dem erfindungsgemäßen Formwerkstoff herzustellenden Form essentiell, wogegen das vergleichsweise schnelle Aushärten und Trocknen eine kurze Taktzeit und dadurch eine wirtschaftliche Fertigung erlauben.
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Schließlich beruht der allgemeine Gedanke der Erfindung auch auf der Herstellung einer Form, insbesondere eines Gießkerns oder einer Gießform, mit einem im vorherigen Absatz beschriebenen Formwerkstoff, der die erfindungsgemäß elektrisch leitenden Partikel aufweist. Die erfindungsgemäße Form wird dabei zum Aushärten mittels Induktion angeregt und dadurch gleichmäßig erhitzt und ausgehärtet und getrocknet.
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Dies ist insbesondere bei Formen mit unterschiedlichsten Dicken und Abmessungen von besonderem Vorteil, da derartige Formen mit bekannten, von außen arbeitenden Heizverfahren nur ungleichmäßig erhitzt und dadurch auch ungleichmäßig ausgehärtet werden können, was unter Umständen zu Spannungen innerhalb der auszuhärtenden Form führen kann, die sich bei einem späteren Gießen, beispielsweise dem Herstellen einer Metallgußform, durch Reißen der Form negativ bemerkbar machen können.
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Alles in allem weisen das erfindungsgemäße Verfahren, der erfindungsgemäße Formwerkstoff sowie die erfindungsgemäße Form den großen Vorteil auf, komplizierte Formen, insbesondere Gießkerne oder Gießformen, qualitativ hochwertig, kostengünstig und mit geringer Taktzeit fertigen zu können.
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Es versteht sich das der Gegenstand der Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungen beschränkt ist, sondern auch in weiteren Anwendungen von Werkstoffen, welche eine beschleunigte Aushärtung und Trocknung erfordern, Verwendung finden kann. So beispielsweise bei der Aushärtung und Trocknung von Bauwerkstoffen, insbesondere Beton, von Farben, Lacken oder Dispersionen und ebenso bei Kunststoffen oder Klebstoffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1508676 A [0002]
- DE 1508676 A1 [0002]