DE102014001632A1

DE102014001632A1 - Lamellierte Werkzeuge im Formen- und Werkzeugbau

Info

Publication number: DE102014001632A1
Application number: DE102014001632.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-13

Abstract

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die objektive Aufgabe zugrunde, ein lamelliertes Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau, sowie ein Verfahren zur Herstellung von lamellierten Werkzeugsystemen vorzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik ein Verbesserungspotential in dem Bereich Temperierung des Werkzeuges (insbesondere lokale selektive Temperierung/Isolierung) aufweist. Wie die Ergebnisse aus der Praxis zeigen, kann es darüber hinaus sehr vorteilhaft sein, wenn das Werkzeugsystem dazu ausgebildet ist, dass mittels dem Werkzeugsystem neben der Herbeiführung von Temperaturprofilen mit einer homogenen bzw. definierten Temperaturverteilung ergänzend dazu ausgebildet ist, um gezielt lokale Temperaturdifferenzen an bestimmten Bereichen/Zonen im Werkzeugsystem herbeizuführen, um beispielsweise bei der Entnahme des zu produzierendes Werkstückes das Trennen von mehrstückigen Werkzeugsystemen zu begünstigen, und/oder dem zu erzeugenden Werkstück während des Herstellungsprozesses eine gewünschte Eigenschaft an einer oder mehreren gewünschten Stellen im Werkstück einzuprägen.

Description

Die Erfindung betrifft lamellierte Werkzeugsysteme für den Formen- und Werkzeugbau, sowie ein Verfahren zur Herstellung von lamellierten Werkzeugsystemen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8, sowie auch die Verwendung dieser lamellierte Werkzeugsysteme zum Werkzeugbau für die Herstellung von Werkstücken, sowie auch die damit produzierten Werkstücke.
Bei der industriellen Herstellung von Werkstücken werden für die Serienproduktion die entsprechenden einzelnen Werkstücke oftmals/in der Regel durch sogenannte Spritzguss- oder Druckgusswerkzeuge hergestellt. Da die zu produzierenden Werkstücke zunehmend komplexer werden, sowie eine zunehmende Flexibilität im Werkzeugbau gefordert ist, ist ein Wandel im Werkzeugbau zu beobachten, da man mit der ursprünglichen Technologie, bei dieser das Werkstück in der Regel aus dem Vollem gefräst wurde, an die technologischen Grenzen angelangt ist.
Um den industriellen Anforderungen gerecht zu werden, etabliert sich zunehmend der lamellierte Werkzeugbau, bei diesem die Werkzeuge nicht mehr aus dem Vollen gefräst werden, sondern das Werkzeug stattdessen durch Fügen (Aneinanderreihen) aus einer Vielzahl von einzelnen Metallblechen zu einer entsprechenden Werkzeugform zusammengesetzt wird.
Ein wesentlicher Vorteil bei solchen hergestellten Werkzeugen ist dieser, dass sich auch sehr komplexe Formgestaltungen relativ einfach und schnell herstellen lassen, was dem Gedanken von „Rapid Tooling” unterstützt. Als weitere Vorteile dieser Technologie sind zu nennen, dass geringfügige Änderungen kurzfristig durch den Austausch der entsprechenden Metallbleche vorgenommen werden können, sowie auch partielle Werkzeugabnutzungen ebenso einfach durch den Austausch der entsprechenden Metallbleche kostengünstig und schnell behoben werden können.
In der Fachbranche ist diese Art der Werkzeugfertigung mittlerweile auch unter dem etabliertem bzw. registriertem Begriff MELATO^® (Metal Laminated Tooling) bekannt.
Bei der Verwendung von lamellierten Werkzeugsystemen besteht jedoch identisch wie bei Werkzeugen die aus dem Vollem gefräst sind das Problem, dass im Werkzeug beim Spritzen der einzelnen Werkstücke zum Teil sehr unterschiedliche Temperaturzonen (im Werkzeug auftretende Temperaturdifferenzen) entstehen, was jedoch für ein qualitativ hochwertiges Prozessergebnis eher kontraproduktiv ist. Für ein qualitativ hochwertiges Prozessergebnis ist es wichtig, dass im Inneren des Werkzeuges bzw. des herzustellenden Werkstückes während des Spritzvorganges bzw. in der Abkühlphase möglichst Temperaturprofile mit einer homogenen bzw. definierten Temperaturverteilung vorherrschen, um potentielle unerwünschte Temperaturdifferenzen innerhalb des zu erzeugenden Werkstückes während des Fertigungsprozesses bestmöglich zu vermeiden, da letztere im Regelfall zu unerwünschten mechanischen Spannungsdifferenzen im Werkstück führen würden.
Diese Anforderungen bezüglich der „Temperaturprofileinhaltung” an die Werkzeuge werden durch die Erkenntnisse aus der Praxis gestützt, wobei auch diverse Anmeldungen hierzu/zu diesen Themengebiet vorliegen.
Aus der Schrift DE 103 60 110 B4 ist ein temperierbares Bauteil bekannt, das aus mindestens zwei miteinander verbundenen Modulen gebildet ist, wobei ein erstes Modul ein einteiliges Element darstellt und ein weiteres, mit dem ersten Modul verbundenes Temperaturmodul aus mehreren übereinander angeordneten plattenförmigen Elementen gebildet ist, wobei in dem Temperaturmodul mindestens ein Kanal oder Kanalsystem mittels in den plattenförmigen Elementen in miteinander kommunizierender Anordnung vorhandener Durchbrechungen so ausgebildet ist, dass durch den mindestens einen Kanal oder das mindestens eine Kanalsystem ein Temperaturfluid zur lokal differenzierenden Temperierung des Bauteils strömt, wobei die plattenförmigen Elemente eine abgestufte äußere Randkontur definieren, wobei am ersten Modul eine der äußeren Randkontur des Temperiermoduls komplementär gestaltete Aufnahme ausgebildet ist, in die das Temperiermodul eingegossen ist.
Aus der Schrift DE 101 51 078 B4 ist ein Spritzgießwerkzeug bekannt, bestehend aus einer Vielzahl von Lamellen oder Scheiben, die Ausnehmungen zur Ausbildung wenigstens eines schrägen oder gewundenen Kühlkanals, der an einem Formnest anliegt, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Dicke der Lamellen weniger als die Hälfte der Öffnungsbreite d des Kühlkanals in Lamellenstapelrichtung beträgt und die einzelnen Lamellen (L1 bis Ln) zu einem Block derart zusammengefügt sind, dass die wahlweise vorgebbaren Ausnehmungen (A1 bis An) einen an wenigstens ein Formnest angepassten Kühlkanal bilden, wobei zwischen den einzelnen Lamellen jeweils ein stufenartiger, vornehmlich rechtwinkliger Übergang besteht und die Stufenbreite durch die Lamellendicke und die Richtung der Kanalführung festgelegt ist.
Aus der Schrift DE 44 08 707 A1 ist ein Formkern zur Formkörperherstellung sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Hierbei wird offenbart, dass bei einem Formkern für die Herstellung von insbesondere aus Kunststoff bestehenden Formkörpern mit wenigstens einem im Inneren des Formkernes angeordneten Temperierkanal eine optimale Temperierung von Formkernen mit beliebiger Geometrie zuverlässig gewährleistet ist, indem der Temperierkanal bzw. die Temperierkanäle im Formkern in mehreren Ebenen verlaufen und miteinander in Verbindung stehen, sodass der gesamte zu temperierende Außenbereich des Formkerns gleichmäßig mit Temperaturkanälen versehen ist. Wie aus der Schrift DE 44 08 707 A1 weiter hervorgeht wird ein derartiger Formkern mit den Schritten hergestellt, indem ein Formkern in mehrere Ebenen aufgeteilt wird, um in die einzelnen Trennflächen Temperaturkanäle einzubringen und einem anschließenden Verbinden der aufgetrennten Teile des Formkerns.
Aus der Schrift DE 32 37 175 A1 ist eine Form zur Herstellung von Formlingen aus aufgeschäumten thermoplastischem Kunststoff bekannt, in dessen Formwand ein Medienkanal verläuft, der zumindest teilweise aus einem eingegossenem Rohr aus Messing oder Stahl besteht. Wie aus der Schrift DE 32 37 175 A1 weiter hervorgeht, ist die Formwand dünnwandig und trägt Rippen in denen das Rohr verläuft, wobei der Formhohlraum über Düsen mit dem Medienkanal bzw. dem Rohr verbunden ist.
Aus der Schrift DE 42 34 961 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeuges für die Herstellung von Kunststoffformteilen bekannt, wobei das Formwerkzeug wenigstens mit je eine Einlass- und Auslassöffnung sowie Kanälen für ein Temperiermedium versehen ist. Wie aus der Schrift DE 42 34 961 C2 weiter hervorgeht wird ein derartiges Formwerkzeug mit den Schritten hergestellt, indem das Formwerkzeug in der Ebene bzw. Ebenen der herzustellenden Kanäle aufgetrennt wird, um die Kanäle entsprechend dem gewünschtem Verlauf in wenigstens einer der Trennfläche des aufgetrennten Formwerkzeug durch Fräsen oder Erodieren herzustellen/einzubringen und einem anschließenden Verbinden der aufgetrennten Teile des Formwerkzeuges mittels Hart- oder Hochtemperaturlöten.
Als Nachteil bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik kann betrachtet werden, dass trotz Maßnahmen zur Temperierung des Werkzeuges im Werkzeug beim Spritzen der einzelnen Werkstücke zum Teil sehr unterschiedliche Temperaturzonen (im Werkzeug auftretende Temperaturdifferenzen) entstehen, bzw. es durch die Lösungen gemäß dem Stand der Technik nicht ermöglicht wird, dass im Inneren des Werkzeuges bzw. des herzustellenden Werkstückes während des Spritzvorganges bzw. in der Abkühlphase insbesondere auch lokal/partiell möglichst individuelle Temperaturprofile mit einer homogenen bzw. definierten Temperaturverteilung einstellbar sind, um zum Einen potentielle unerwünschte Temperaturdifferenzen innerhalb des zu erzeugenden Werkstückes während des Fertigungsprozesses bestmöglich zu vermeiden, sowie zum Anderem gewünschte Temperaturdifferenzen innerhalb des zu erzeugenden Werkstückes während des Fertigungsprozesses gezielt herbeizuführen um dem zu erzeugenden Werkstück während des Herstellungsverfahrens mit bestimmten Eigenschaften zu versehen, wie z. B. das Einbringen einer Sollbruchstelle an einer definierten Stelle am entstehen Werkstück, indem der Abkühlvorgang partiell (räumlich begrenzt) durch Manipulation der Soll-Abkühlverlaufskennlinie gezielt „gestört” wird. Insbesondere bei letzterem wird es deutlich, dass es sehr von Vorteil ist, wenn innerhalb des Werkzeuges Temperaturzonen/Temperaturprofilzonen erzeugt werden können, welche eine scharfe Abtrennung zueinander aufweisen, um auf engsten Raum unterschiedliche Temperaturzonen/Temperaturprofilzonen im Werkzeug erzeugen zu können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die objektive Aufgabe zugrunde, ein lamelliertes Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau, sowie ein Verfahren zur Herstellung von lamellierten Werkzeugsystemen vorzustellen, welches die vorrangehend angeführten Nachteile verringert, bzw. gegenüber dem Stand der Technik ein Verbesserungspotential in dem Bereich Temperierung des Werkzeuges (insbesondere lokale selektive Temperierung/Isolierung) aufweist.
Wie die Ergebnisse aus der Praxis zeigen, kann es darüber hinaus sehr vorteilhaft sein, wenn das Werkzeugsystem dazu ausgebildet ist, dass mittels dem Werkzeugsystem neben der Herbeiführung von Temperaturprofilen mit einer homogenen bzw. definierten Temperaturverteilung ergänzend dazu ausgebildet ist, um gezielt lokale Temperaturdifferenzen an bestimmten Bereichen/Zonen im Werkzeugsystem herbeizuführen, um beispielsweise bei der Entnahme des zu produzierendes Werkstückes das Trennen von mehrstückigen Werkzeugsystemen zu begünstigen, und/oder dem zu erzeugenden Werkstück während des Herstellungsprozesses eine gewünschte Eigenschaft an einer oder mehreren gewünschten Stellen im Werkstück einzuprägen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein lamelliertes Werkzeugsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auch über dessen kennzeichnende Merkmale verfügt, sowie einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 und dessen kennzeichnenden Merkmale, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystem zur Herstellung von Werkstücken.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems für den Formen- und Werkzeugbau sind in den Unteransprüchen dargestellt, wobei auch Kombinationen der einzelnen Anspruchsmerkmale untereinander möglich sind.
Unter dem Begriff „Fügen” ist im Lichte der Erfindung das Anordnen/Fixieren der einzelnen Schichten (die lamellierten Werkzeugschichten entsprechend zusammenfügen/aneinander Fügen) zu einem Werkzeug zu verstehen, wobei hierbei alle bekannten Fügetechniken, wie z. B. Anpressen, Einpressen, Umformen, Schweißen, Hartlöten, Hochtemperaturlöten, Kleben, Schrauben, Verschrauben, usw. zur Anwendung gelangen können.
Das neuartige lamellierte Werkzeugsysteme für den Formen- und Werkzeugbau basiert auf der Erkenntnis, dass man das zu erzeugende Werkstück in der Herstellungsphase (insbesondere Spritzphase bzw. in der anschließenden Abkühlphase) gezielt an vorgegebenen/vordefinierten Bereichen mit bestimmten Eigenschaften versehen kann, indem man an diesem speziellen Bereich, bzw. an dem gewünschten vorgegebenen/vordefinierten Bereichen, im Herstellungsprozess ein spezielles Temperaturprofil einprägt (dynamisch einprägt), welches sich gegenüber dem Temperaturprofil abgrenzt (anders ist), welches an den restlichen Werkzeugbereichen/Werkzeugzonen wirkt. Bei höher entwickelten Werkzeugen können auch eine Mehrzahl an unterschiedlichen Tempertaturprofilen an mehreren unterschiedlichen Werkzeugzonen (mehr als 2 Temperaturprofile/Zonen) in das entstehende Werkstück eingeprägt werden.
Die einfachste Ausführung des erfindungsgemäßen lamellierte Werkzeugsystems ist eine Realisierung, bei dieser sich zumindest eine Schicht bestehend aus einem zweiten Material gegenüber den anderen Schichten bestehend aus einem ersten Material differenziert, indem die zumindest eine Schicht aus einem Material hergestellt ist, welches einen anderen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher sich gegenüber dem Wärmeleitfähigkeitswert/en (λ) der restlichen Schichten differenziert. Bei höher entwickelten erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystemen können mehrere Schichten bestehend aus dem zweiten Material im Werkzeug enthalten sein, wobei die Platzierung der Schichten abwechselnd mit weiteren Schichten des ersten Materials und/oder mehrere Schichten des zweiten Materials unmittelbar nebeneinander angeordnet sein können.
Ebenso ist es bei höher entwickelten lamellierten Werkzeugsystemen gemäß der Erfindung möglich, dass das lamellierte Werkzeugsystem aus mehreren Schichten realisiert ist, wobei die Schichten aus mehr als zwei unterschiedlichen Materialien mit voneinander unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswert/en (λ) hergestellt sind, bzw. dass das lamellierten Werkzeugsystemen aus mehreren Schichten mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, wobei die unterschiedlichen Materialien mit voneinander unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswerte (λ) aufweisen.
Lamellierte Werkzeugsysteme für den Formen- und Werkzeugbau

– aufweisend mindestens mehrere einzelne Schichten die durch aneinander Fügen zu einem Werkzeug und/oder Teil eines Werkzeugs angeordnet werden,
– wobei die einzelne Schichten untereinander zumindest teilweise unterschiedliche Konturen aufweisen, sowie
– die zum Fügen verwendeten einzelnen Schichten aus mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material hergestellt sind, wobei
– das lamellierte Werkzeugsystem in dessen Anordnung mindestens eine oder mehrere Schichten mit dem zweiten Material enthält, wobei
– das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 150 W/(m·K) aufweist, und/oder
– das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 2 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 125 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 100 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 75 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 50 W/(m ·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 25 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 175 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 200 W/(m·K) aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 3 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 5 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 10 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.
Selbstverständlich können die konkreten Ausführungsformen auch derart gelöst sein, dass Kombinationen an Material-Paarungen gewählt werden, welche beide möglichen Kriterien (Wärmeleitfähigkeitswert (λ) × W/(m·K) und Faktor y) der zuvor aufgeführten Ausführungsmöglichkeiten erfüllen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilbereich des Werkzeuges beim Fügen abwechselnd mit Schichten aus dem ersten Material und dem zweiten Material hergestellt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilbereich des Werkzeuges beim Fügen mit zwei und/oder mehreren Schichten mit ausschließlich dem zweiten Material hergestellt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass die eine und/oder die mehreren Schichten mit dem zweiten Material als Trenn- und/oder als Isolierschicht/en innerhalb des lamellierten Werkzeugsystems wirken. Hierbei ist anzumerken, dass das zweite Material, welches vorzugsweise für die als Trenn- und/oder als Isolierschichten wirkenden Schichten Verwendung findet, nicht zwangsweise aus einem Metall bestehen muss, sondern dieses Schichten auch selbstverständlich aus einem Nicht-Metall realisiert sein können, wie beispielsweise aus einem geeigneten form- und temperaturbeständigen Kunststoff, oder aus natürlichen bzw. industriell erzeugten Materialien wie Glimmer, Glas und/oder Keramik realisiert sein kann. Ferner kann darüber hinaus die eine und/oder die mehreren Schichten mit dem zweiten Material aus einem folienförmigen Material bzw. als eine als Folie/n realisiere/n Schicht/en realisiert sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der einzelnen Schichten realisierten Werkzeugzonen (Teilbereich des Werkzeuges) zur partiellen und/oder selektiven Regulierung und/oder Steuerung der Temperatur/des Temperaturprofils im Werkzeugsystem dienen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass mittels der realisierten Werkzeugzonen (Teilbereich/e des Werkzeuges) in das zu erzeugende Werkstück während des Herstellungsprozesses eine gewünschte Eigenschaft, an einer oder mehreren gewünschten Stellen im Werkstück einzuprägen ist, wobei es sich bei der gewünschte Eigenschaft beispielsweise um eine Materialschwächung handelt, um beispielsweise eine Sollbruchstelle im zu erzeugenden Werkstück zu generieren. Die gewünschte Eigenschaft, bzw. in Form einer Sollbruchstelle kann hierbei in der Form in das zu erzeugende Werkstück eingebracht/eingearbeitet/eingeprägt werden, indem man während des Herstellungsprozesses des zu erzeugenden Werkstückes, an der gewünschten Zone ein Temperaturprofil wirken lässt, welches sich von dem für das verwendete Abspritzmaterial idealen Herstellungstemperaturprofilverlauf differenziert, indem beispielsweise die Abkühlphase im Werkzeug partiell wirkend verlängert, bzw. verkürzt wird, oder mit einem überlagerten Wechseltemperaturprofil eine bestimmte Zone im Werkzeug temperiert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das lamellierte Werkzeugsystem für den Formen- und Werkzeugbau dadurch gekennzeichnet, dass sich mittels der als Trenn- und/oder als Isolierschicht/en wirkenden Schichten sich damit unterschiedliche Werkzeugzonen realisieren lassen, welche bedarfsgerecht mit unterschiedlichen Temperaturprofielen temperiert werden können, sodass es letztendlich auch ermöglicht wird, dass mittels dem lamellierte Werkzeugsystem in einem Herstellungsprozess zwei oder mehrere von den physikalischen Eigenschaften unterschiedliche Spritzmaterialien/Abspritzmaterialien zum Einsatz für die Herstellung eines einzelnen Werkstückes gelangen können (mittels mehren Einspritzkanälen in den einzelnen Werkzeugzonen, für die unterschiedlichen Spritzmaterialien/Abspritzmaterialien).
Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von lamellierten Werkzeugsystemen für den Formen- und Werkzeugbau,

– unter Verwendung mindestens mehrere einzelne Schichten die durch aneinander Fügen zu einem Werkzeug und/oder Teil eines Werkzeugs angeordnet werden,
– wobei die einzelne Schichten untereinander zumindest teilweise unterschiedliche Konturen aufweisen, sowie
– die zum Fügen verwendeten einzelnen Schichten aus mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material hergestellt sind, wobei
– das lamellierte Werkzeugsystem in dessen Anordnung mindestens eine oder mehrere Schichten mit dem zweiten Material enthält, wobei
– das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 150 W/(m·K) aufweist, und/oder
– das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 2 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.

Ferner umfasst die Erfindung die Verwendung eines lamellierten Werkzeugsystems zur Herstellung von Werkstücken.
Ferner umfasst die Erfindung auch Werkstücke, welche mittels eines lamellierten Werkzeugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind.
Die Formulierung, dass „die einzelne Schichten untereinander zumindest teilweise unterschiedliche Konturen aufweisen” ist im Lichte der Erfindung derart zu verstehen, dass zumindest einzelne bzw. eine oder mehrere der Schichten, aus diesen das Werkzeug zusammen gefügt wird, untereinander unterschiedliche Konturen aufweisen, wobei die unterschiedlichen Konturen zum Einen durch die Geometrie des mit dem lamellierten Werkzeugsystem zu erzeugenden Werkstücks verursacht sein können, sowie (und/oder) zum Anderen durch den/die in das Werkzeugsystem eingebracht Kühlkanäle, welche zur Temperierung der ein oder mehreren Zonen des Werkzeugsystem dienen.
Bei dem Wärmeleitfähigkeitswert (λ) handelt es sich um einen technischen Materialwert, bzw. eine technische Angabe für eine Stoffeigenschaft zur Berechnung der Wärmestromdichte aus dem Temperaturgradienten. Die Wärmeleitfähigkeit hat die Einheit Watt je Kelvin und Meter. Sie ist temperaturabhängig. Ihr Kehrwert ist der spezifische Wärmewiderstand. Praktisch gesehen ist die Wärmeleitfähigkeit die Wärmemenge (in Ws), die in 1 s durch eine 1 m dicke Stoffschicht der Fläche 1 m² fließt, wenn der Temperaturunterschied 1 K ist. Die ungekürzte Einheit ist also Wattsekunde mal Meter pro Quadratmeter, Kelvin und Sekunde. Eine höhere Wärmeleitfähigkeit bedeutet eine größere Wärmeübertragung pro Zeiteinheit. (Quelle: Wikipedia).
Hinsichtlich der Definition (Bewertung), welches der in dem erfindungsgemäßen lamellierte Werkzeugsystem verwendetes Material welchen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, wird als Referenz auf geltende technische Referenztabellen verwiesen, welche in allgemeingültigen Lehrbuchunterlagen bzw. technischen Formsammlungen/Materialeigenschaftstabellen als solches festgehalten sind.
Die Begriffe „Lamelliertes Werkzeugsystem” bzw. „Lamelliertes Werkzeug” sind sinngemäß als identisch zu betrachten, da ein (fertiges) lamelliertes Werkzeug mittels eines lamellierten Werkzeugsystems individuell zusammengefügt wird/wurde.
Der Begriff „Zone” ist im Kontext der Erfindung sinngemäß einem Teilbereich bzw. Teil eines Werkzeuges. Ferner ist anzumerken, dass das zu erzeugende Werkstück (4.1) in den Figuren nicht näher dargestellt ist, sondern sich korrespondierend zur Form (4) des Werkzeugs ergibt.
Weitere Vorteile bzw. Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen/1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen, wobei auch Kombinationen der Figuren/der Merkmale möglich sind, bzw. im Schutzumfang mit enthalten sind. Anzumerken ist, dass es sich bei den nachfolgenden Figuren um grobe Prinzip-Darstellungen handelt, die zur Erläuterung der Erfindung dienen, wobei kein Anspruch auf Vollständigkeit besteht, sondern im wesentlichen nur die Elemente enthält, die zur Erläuterung der Erfindung erforderlich sind.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den dazugehörenden Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert, wobei bei den Figuren primär die Prinzip-Darstellung im Vordergrund steht zeigen, jedoch kein Anspruch auf Maßstabstreue gegeben ist (die Dimensionierung ist nicht in allen Punkten maßstabsgetreu dargestellt). Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Es zeigen:
Die Zeichnungen zeigen in
1: Eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs gemäß dem Stand der Technik.
2: Eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs gemäß dem Stand der Technik.
3: Eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs gemäß dem Stand der Technik.
4: Eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs – realisiert mit 3 temperierten Zonen.
5: Eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs – realisiert mit 2 temperierten Zonen, sowie einer weiteren Zone im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist.
6: Eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs – realisiert mit 2 temperierten Zonen, sowie einer weiteren Zone im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist.
7: Eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems/lamellierten Werkzeugs – realisiert mit 2 temperierten Zonen, sowie einer weiteren Zone im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist.
Die 1 zeigt eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) gemäß dem Stand der Technik. Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist das Werkzeug (1) bzw. der Teil eines Werkzeugs (1) aus vielen Einzelschichten (2.1) zusammengefügt, wobei als Fügetechnik eine Verschraubung der einzelnen Schichten (2.1) bzw. lamellierten Schichten (2.1) mittels Schrauben (3.1) und Muttern (3.2) erfolgt. Wie aus der 1 weiter ersichtlich ist, ist in der Mitte des Werkzeugs (1) die Form (4)/Kontur (4) des mittels dem Werkzeug (1) zu erzeugenden (nicht näher gezeigten pyramidenförmigen) Werkstückes ersichtlich.
Anzumerken ist hierbei, das aus Gründen der Einfachheit sowohl bei 1 (wie auch den 2 bis 7) auf eine 3-dimmensionale Darstellung verzichtet wurde.
Die 2 zeigt ähnlich der 1 eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) gemäß dem Stand der Technik. Wie aus der Figur weiter ersichtlich ist, weist das Werkzeug einen Kanal (5) zur Temperierung des Werkzeugs (1) auf. Zur Temperierung des Werkzeugs (1) wird durch den Kanal (5) beispielsweise ein temperiertes Fluid durchgepumpt. Auch hier (wie auch in den nachfolgenden 3 bis 7) ist anzumerken, dass der gezeugte Kanal (5) nur als Prinzip dargestellt ist, da dieser im echten Werkzeug viel komplexer ausgeführt sein kann, indem der Kanal (5) beispielsweise kreis-/ringförmig sich um das zu erzeugende Werkstück gemäß der Kontur (4)/Form (4) erstrecken kann.
Die 3 zeigt ähnlich der 1 und 2 eine Prinzip-Darstellung eines lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) gemäß dem Stand der Technik. Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist das Werkzeug (1) derart ausgeformt, dass es dem zu erzeugenden Werkstück gemäß der Form (4)/Kontur (4) eine bestimmte Eigenschaft – eine Sollbruchstelle – verleiht/versieht. Die zu erzeugende Eigenschaft in Form einer Sollbruchstelle in der Mitte des zu erzeugenden Werkstückes gemäß der Form (4)/Kontur (4) wird hierbei dadurch erreicht, dass die Form/Kontur des Werkzeuges an der Stelle an dieser die Sollbruchstelle (9) im erzeugenden Werkstück entstehen soll, eine Verjüngung bzw. Einschnürung aufweist.
Die 4 zeigt eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (3) – realisiert mit drei temperierten Zonen (7.1, 7.2, 7.3). Wie aus der 4 hervorgeht, ist das lamellierte Werkzeug (1) aus einer Vielzahl von Schichten (2.1, 2.2) aufgebaut/zusammengefügt, wobei im mittleren Bereich des Werkzeugs die Zone 2 (7.2) dadurch gebildet wird, indem mittels den Schichten (2.2) die Zone 2, von den restlichen Bereichen (7.1, 7.3) des Werkzeugs (1) bzw. von der Zone 1 (7.1) und der Zone (7.3) thermisch isoliert” wird. Wie aus der 4 weiter hervorgeht, ist eine jede Werkzeugzone (7.1, 7.2, 7.3) mit separaten Kanälen (5.1, 5.2. 5.3) zur individuellen Temperierung der entsprechenden Werkzeugzone (7.1, 7.2, 7.3) ausgebildet. Wie aus der 4 weiter hervorgeht, werden in diesem Beispiel die Zone 1 (7.1) mit einem Temperaturprofil (8.1), welches identisch zum Temperaturprofil (8.1) der Zone 3 (7.3) ist, beaufschlagt. Wie aus der 4 weiter hervorgeht, wird im Bereich der Zone 2 (7.2) ein gegenüber den anderen Temperaturprofilen (8.1) abweichendes Temperaturprofil (8.2) eingeprägt, sodass während des Herstellungsprozesses (während der Abkühlphase) des zu erzeugenden Werkstückes, das Werkstück im Bereich der Zone 2 (7.2) mit einer speziellen Eigenschaft, infolge des vom Standard (8.1) abweichenden Temperaturprofils (8.2), versehen werden kann. Unter spezieller Eigenschaft ist beispielsweise eine Materialschwächung (im Molekül-/Strukturverbund) zu verstehen, um damit ohne Verjüngung des Werkstückes eine Sollbruchstelle (9) an einem bestimmten Bereich im zu erzeugenden Werkstück zu erzeugen.
Unten mittig ist wie bereits in der 3 dargestellt, der Anschlusskanal (6.1) für die Spritzgussmasse angedeutet. Die Temperierung der einzelnen verschiedenen Werkzeugzonen (7.1, 7.2. 7.3) erfolgt mit den zu den mit den Zonen (7.1, 7.2, 7.3) dazugehörenden, bzw. in Wirkverbindung stehenden Kanälen (5.1, 5.2, 5.3), welche hierfür individuell mit einem Fluid durchströmt werden.
Die 5 zeigt eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) – realisiert mit zwei temperierten Zonen (7.1, 7.3), sowie einer weiteren Zone (7.2) im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist.
Wie aus der 5 hervorgeht, ist diese der 5 angelehnt, mit dem Unterschied, dass die mittlere Zone (7.2) keinen eigenen Kanal zur Temperierung aufweist. Abweichend zur 4 ist die mittlere Zone vorzugsweise als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet, indem dieser Teilbereich (7.2)/diese Zone (7.2) des Werkzeuges (1) beim Fügen abwechselnd mit Schichten (2.1, 2.2) aus dem ersten Material (2.1) und dem zweiten Material (2.2) hergestellt ist.
Wie aus der 5 weiter hervorgeht, weist das Werkzeug (1) zwei Anschlusskanäle (6.1, 6.2) für die Spritzgussmasse/n auf, sodass damit auch zwei unterschiedliche Spritzgussmaterialien zur Herstellung des zu erzeugenden Werkstückes verwendet werden können. Der Vorteil bei diesem Ausführungsbeispiel ist insbesondere darin zu sehen, dass zwei unterschiedliche Spritzgussmaterialien zur Herstellung des zu erzeugenden Werkstückes verwendet werden können, wobei diese unterschiedliche Spritzgussmaterialien auch von einander differenzierende Parameter bezüglich einem optimalen Abkühltemperaturprofils aufweisen können, da mittels dem erfindungsgemäßen Werkzeug (1) in den einzelnen Bereichen (7.1, 7.3), bzw. einzelnen Werkzeugzonen (7.1, 7.3) individuelle Temperaturprofile (8.1, 8.3) in das Werkzeug (1), bzw. in das zu erzeugende Werkstück eingeprägt werden können.
Die 6 zeigt eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) – realisiert mit zwei temperierten Zonen (7.1, 7.3), sowie einer weiteren Zone (7.2) im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist – ähnlich der 5.
Bei der 6 ist die mittlere Zone (7.2) vorzugsweise wieder als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet, mit dem Unterschied zur 5, indem dieser Teilbereich (7.2)/diese Zone (7.2) des Werkzeuges (1) beim Fügen mit zwei und/oder mehreren Schichten (2.2) mit ausschließlich dem zweiten Material (2.2) hergestellt ist.
Die 7 zeigt eine Prinzip-Darstellung des erfindungsgemäßen lamellierten Werkzeugsystems (1)/lamellierten Werkzeugs (1) – realisiert mit zwei temperierten Zonen (7.1, 7.3), sowie einer weiteren Zone (7.2) im Mittelbereich, welche als Trenn- und/oder Isolierschicht ausgebildet ist – ähnlich der 6.
Wie aus der 7 ersichtlich ist, ist die Form (4)/Kontur (4) des zu erzeugenden Werkstückes gegenüber der 6 abweichend. Damit bei der Herstellung des zu erzeugenden Werkstückes die sich geänderte Form (4)/Kontur (4) beim Abspritzen im Abkühltemperaturprofil (8.3) gebührend zu berücksichtigen, ist es von Vorteil, wenn in diesem Fall in der Werkzeugzone 3 (7.3) das Temperaturprofil (8.3) entsprechend den geänderten Prozessparametern individuell angepasst werden kann, indem in der Zone 3 (7.3) ein anderes Temperaturprofil (8.3) gegenüber der Zone 1 (7.1) eingeprägt wird/werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Lamelliertes Werkzeugsystem/lamelliertes Werkzeug
2: Einzelne Schichten
2.1: Schicht/en bestehend aus einem ersten Material
2.2: Schicht/en bestehend aus einem zweiten Material
3.1: Schraube zum fixieren/fügen der einzelnen Schichten
3.2: Mutter zum fixieren/fügen der einzelnen Schichten
4: „Form/Kontur” des zu erzeugenden Werkstückes
4.1: Erzeugendes Werkstück – korrespondierend zur Form (4) des Werkzeugs
5.1: Erster Kanal zur Temperierung des Werkzeugsystems/Werkzeuges (1)
5.2: Zweiter Kanal zur Temperierung des Werkzeugsystems/Werkzeuges (1)
5.3: Dritter Kanal zur Temperierung des Werkzeugsystems/Werkzeuges (1)
6.1: Erster Anschlusskanal für die Spritzgussmasse
6.2: Zweiter Anschlusskanal für die Spritzgussmasse
6.3: Dritter Anschlusskanal für die Spritzgussmasse
7.1: Erste Zone des Werkzeugsystems (1)/des Werkzeuges (1)
7.2: Zweite Zone des Werkzeugsystems (1)/des Werkzeuges (1)
7.3: Dritte Zone des Werkzeugsystems (1)/des Werkzeuges (1)
7.x: Weitere Zonen des Werkzeugsystems (1)/des Werkzeuges (1)
8.1: Erstes Temperaturprofil
8.2: Zweites Temperaturprofil
8.3: Drittes Temperaturprofil
8.x: Weitere Temperaturprofile
9: Sollbruchstelle im zu erzeugenden Werkstück (4.1)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10360110 B4 [0008]
DE 10151078 B4 [0009]
DE 4408707 A1 [0010, 0010]
DE 3237175 A1 [0011, 0011]
DE 4234961 C2 [0012, 0012]

Claims

Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau, a) aufweisend mindestens mehrere einzelne Schichten (2.1, 2.2) die durch aneinander Fügen zu einem Werkzeug (1) und/oder Teil eines Werkzeugs (1) angeordnet werden, b) wobei die einzelne Schichten (2.1, 2.2) untereinander zumindest teilweise unterschiedliche Konturen aufweisen, sowie c) die zum Fügen verwendeten einzelnen Schichten (2.1, 2.2) aus mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass d) das lamellierte Werkzeugsystem (1) in dessen Anordnung mindestens eine oder mehrere Schichten mit dem zweiten Material (2.2) enthält, wobei i. das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 150 W/(m·K) aufweist, und/oder ii. das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 2 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilbereich (7.2) des Werkzeuges (1) beim Fügen abwechselnd mit Schichten (2.1, 2.2) aus dem ersten Material (2.1) und dem zweiten Material (2.2) hergestellt ist.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilbereich (7.2) des Werkzeuges (1) beim Fügen mit zwei und/oder mehreren Schichten (2.2) mit ausschließlich dem zweiten Material (2.2) hergestellt ist.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine und/oder mehreren Schichten (2.2) mit dem zweiten Material (2.2) als Trenn- und/oder als Isolierschicht/en innerhalb des lamellierten Werkzeugsystems (1) wirken.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der einzelnen Schichten (2,1, 2.2) realisierten Werkzeugzonen (7.1, 7.2, 7.3) zur partiellen und/oder selektiven Regulierung und/oder Steuerung der Temperatur/des Temperaturprofils (8.1, 8.2, 8.3) im Werkzeugsystem (1) dienen.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der realisierten Werkzeugzonen (7,1, 7.2, 7.3) in das zu erzeugende Werkstück (4.1) während des Herstellungsprozesses eine gewünschte Eigenschaft (9), an einer oder mehreren gewünschten Stellen (7.2) im Werkstück (4.1) einzuprägen ist.
Lamellierte Werkzeugsysteme (1) für den Formen- und Werkzeugbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der gewünschte Eigenschaft (9) um eine Materialschwächung handelt, um beispielsweise eine Sollbruchstelle (9) im zu erzeugenden Werkstück (4.1) zu generieren.
Verfahren zur Herstellung von lamellierten Werkzeugsystemen (1) für den Formen- und Werkzeugbau, a) unter Verwendung mindestens mehrere einzelne Schichten (2.1, 2.2) die durch aneinander Fügen zu einem Werkzeug (1) und/oder Teil eines Werkzeugs (1) angeordnet werden, b) wobei die einzelne Schichten (2.1, 2.2) untereinander zumindest teilweise unterschiedliche Konturen aufweisen, sowie c) die zum Fügen verwendeten einzelnen Schichten (2.1, 2.2) aus mindestens einem ersten Material (2.1) und einem zweiten Material (2.2) hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass d) das lamellierte Werkzeugsystem (1) in dessen Anordnung mindestens eine oder mehrere Schichten mit dem zweiten Material (2.1) enthält, wobei i. das zweite Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) von kleiner 150 W/(mK) aufweist, und/oder ii. das erste Material einen Wärmeleitfähigkeitswert (λ) aufweist, welcher mindestens um den Faktor 2 größer ist, als der Wärmeleitfähigkeitswert (λ) des zweiten Materials.
Verwendung eines lamellierten Werkzeugsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Herstellung von Werkstücken (4.1).
Werkstücke (4.1), hergestellt mittels einem lamellierten Werkzeugsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und/oder hergestellt mittels dem Verfahren nach Anspruch 8.