DE102016103851A1

DE102016103851A1 - Um- und/oder Urformwerkzeug

Info

Publication number: DE102016103851A1
Application number: DE102016103851.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bleckmann
Original assignee: Kmb Keramischer Modell- und Formenbau GmbH
Current assignee: Kmb Keramischer Modell- und Formenbau GmbH
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Also published as: WO2017149148A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Um- und/oder Urformwerkzeug (10) zum Formen eines Werkstücks, mit einem Grundkörper (12) aus einem Gesteinselemente (20) und Bindemittel umfassenden Betonwerkstoff. Es ist vorgesehen, dass der Betonwerkstoff weiterhin Fasern (22) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkzeugmaschine mit mindestens einem derartigen Um- und/oder Urformwerkzeug (10) und die Verwendung eines derartigen Um- und/oder Urformwerkzeugs (10) zum Formen eines Werkstücks.

Description

Die Erfindung betrifft ein Um- und/oder Urformwerkzeug zum Formen eines Werkstücks, mit einem Grundkörper aus einem Gesteinselemente und Bindemittel umfassenden Betonwerkstoff.
Ein derartiges Um- und/oder Urformwerkzeug zum Formen eines Werkstücks ist als Presswerkzeug bekannt. Die EP 0 993 886 A2 zeigt ein solches Presswerkzeug zum Formen von Werkstücken. Dieses Presswerkzeug weist einen Grundkörper aus einem Gesteinselemente, welche auch (Beton-)Zuschlag genannt werden, und Bindemittel umfassenden Betonwerkstoff sowie eine die Werkzeugwirkoberfläche zum Formen von Werkstücken bildende Oberflächenschicht aus einem synthetischen Harz auf. Die Herstellung eines derartigen Werkzeugs umfasst eine Vielzahl von Herstellungsschritten, da die Oberflächenschicht über Ankerelemente mit dem Grundkörper verbunden wird. Andererseits beschränkt die Verwendung des Harzes die Hitzebeständigkeit dieses Werkzeugs.
Es ist einerseits Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Um- und/oder Urformwerkzeug sowie eine Werkzeugmaschine mit einem derartigen Werkzeug anzugeben, das einfach herstellbar ist und dabei insbesondere eine verbesserte Hitzebeständigkeit aufweist, andererseits Nutzungsmöglichkeiten für ein solches Um- und/oder Urformwerkzeug anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei dem Um- und/oder Urformwerkzeug mit einem Grundkörper aus einem Gesteinselemente und (ausgehärtetes) Bindemittel umfassenden Betonwerkstoff ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Betonwerkstoff weiterhin Fasern aufweist. Das Bindemittel ist bevorzugt Zement, insbesondere Hochofenzement. Ein derartiger Betonwerkstoff wird auch als Faserbeton bezeichnet und weist beispielsweise als Stahlfasern (Stahlfaserbeton), Glasfasern (Glasfaserbeton) Carbonfasern, Polyesterfasern und/oder Polypropylenfasern ausgebildete Fasern auf. Die in den Beton eingebetteten (Bewehrungs-)Fasern verbessern insbesondere die Festigkeit des Betons. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung also die Verwendung von einem Körper aus Faserbeton als Grundkörper eines Um- und/oder Urformwerkzeugs. Das Um- oder Urformen des Werkstücks mittels des Um- und/oder Urformwerkzeugs erfolgt insbesondere unter Einwirkung von Druck und/oder Hitze. Das Um- und/oder Urformwerkzeug ist dementsprechend für die auftretenden Druck- und Temperaturkombinationen ausgelegt. Von besonderem Interesse ist dabei die Verwendung des Werkzeugs als Urformwerkzeug. Als Unterarten des Urformens sollen im Zusammenhang mit der Erfindung neben dem Gießen und dem Sintern auch Vulkanisieren und Schäumen verstanden werden. Das entsprechende Urformwerkzeug bildet in der Regel eine Form für den Urform-Fertigungsprozess, in den eine Rohmasse des zu erstellenden Werkstücks eingebracht wird. Beim erfindungsgemäßen Werkzeug wird der Hohlraum dieser Form mittels des Grundkörpers oder mittels mehrerer Grundkörper gebildet. Durch die Verwendung der Fasern können die anderen Feststoffkomponenten, aus denen die Betonmasse zur Herstellung des Grundkörpers besteht, so fein gewählt werden, dass die Werkzeugwirkoberfläche des Um- und/oder Urformwerkzeugs zum Formen der Werkstücke direkt von der Oberfläche des Grundkörpers gebildet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass ein Oberflächenbereich des Grundkörpers die Werkzeugwirkoberfläche zum Formen des Werkstücks bildet.
Ein Anformen einer die Werkzeugwirkoberfläche bildenden Oberflächenschicht des Werkzeugs aus einem synthetischen Harz – wie aus der eingangs erwähnten EP 0 993 886 A2 bekannt – kann also entfallen. Dadurch wird der Herstellungsprozess einerseits deutlich vereinfacht, andererseits ergibt sich eine verbesserte Hitzebeständigkeit, da auf die Komponente Harz, die die Hitzebeständigkeit beschränkt, verzichtet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes der Gesteinselemente eine Körnung K ≤ 1,0 mm aufweist und jede der Fasern eine Faserlänge L ≥ 2 mm aufweist. Bevorzugt ist die Körnung K ≤ 0,8 mm und die Faserlänge L dabei im Bereich 3 ≤ L ≤ 5 mm. Dabei sind die Gesteinselemente insbesondere Sandkörner und/oder Mikrosilika-Körner. Ein Körper aus einem solchen Betonwerkstoff kann hochfest und dabei hitzebeständig bis zu Temperaturen T >> 150°C, insbesondere T > 200°C sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Grundkörper des Werkzeugs selbst ein durch einen Gießprozess hergestellter Körper. Ein Grundkörper aus Betonwerkstoff lässt sich durch einen Gießprozess besonders einfach herstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bilden die Fasern oder zumindest ein Teil der Fasern ein textiles Gebilde, insbesondere ein textiles Flächengebilde. Ein derartiger Betonwerkstoff wird auch als Textilbeton bezeichnet. Dabei bildet das textile Gebilde eine Art Bewährung. Dadurch können Grundkörper von filigranerer Form recht hohe Festigkeit aufweisen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betonmasse zur Herstellung des Grundkörpers durch Mischung von Wasser mit dem von dem Bindemittel, den Gesteinselementen und den Fasern gebildeten Feststoffanteil der Masse erstellt wird, wobei der Gewichtsanteil der Fasern am gesamten Feststoffanteil der Masse bei 0,1 bis 0,5 Gew% liegt. Dies entspricht 100 g bis 500 g Fasern auf 100 kg gesamter Feststoffanteil der Betonmasse. Bevorzugt gibt es neben den Gesteinselementen, den Fasern und dem Bindemittel keine weiteren Feststoffanteile.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet das Werkzeug zumindest eines der folgenden Formwerkzeuge:

– ein Formwerkzeug zum Vulkanisieren,
– ein Presswerkzeug,
– ein Spritzgusswerkzeug,
– ein Werkzeug zum Formen von Polyurethan-Schaumelementen und
– ein Werkzeug zum Formen von Styrodurprodukten.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkzeugmaschine mit mindestens einem vorstehend genannten Werkzeug. Die Werkzeugmaschine ist insbesondere eine Vulkanisationspresse mit einem als Form zum Formen und Vulkanisieren eines Gummiwerkstücks, beispielsweise eines Reifens, ausgebildeten Werkzeugs oder mit mehreren solcher Werkzeuge.
Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung eines vorstehend genannten Um- und/oder Urformwerkzeugs zum (Um- oder Ur-)Formen eines Werkstücks. Das Formen ist insbesondere ein Urformen und das Werkzeug entsprechend ein Urformwerkzeug.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Formen des Werkstücks durch zumindest einen der folgenden Prozesse erfolgt:

– Vulkanisieren,
– Pressen,
– Spritzgießen und
– Schäumen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt die Figur eine Schnittdarstellung durch ein Um- und/oder Urformwerkzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur zeigt in einer schematischen Abbildung ein Um- und/oder Urformwerkzeug 10 zum Formen eines (nicht gezeigten) Werkstücks. Das Werkzeug 10 weist einen Grundkörper 12 aus einem Betonwerkstoff sowie eine Halteeinrichtung 14 auf, über die das Werkzeug 10 in eine (ebenfalls nicht gezeigte) Werkzeugmaschine eingespannt werden kann. Der Grundkörper 12 weist ein Oberflächenbereich 16 auf, der die Werkzeugwirkoberfläche zum Formen des Werkstücks bildet. Dieser Oberflächenbereich 16 begrenzt einen im Grundkörper ausgebildeten Hohlraum (eine Kavität) 18.
Der Betonwerkstoff des Grundkörpers 12 besteht im Wesentlichen aus als Zuschlag bezeichneten Gesteinselementen 20, Fasern 22 und ausgehärtetem Bindemittel. Ein derartiger Betonwerkstoff wird auch als Faserbeton bezeichnet und weist beispielsweise als Stahlfasern (Stahlfaserbeton), Glasfasern (Glasfaserbeton) Carbonfasern, Polyesterfasern und/oder Polypropylenfasern ausgebildete Fasern auf. Die in den Beton eingebetteten (Bewehrungs-)Fasern verbessern insbesondere die Festigkeit des Betons.
Das hier gezeigte Werkzeug 10 ist ein Urformwerkzeug. Weitere Unterarten des Urformens neben dem Gießen und dem Sintern sind auch Vulkanisieren und Schäumen. Das entsprechende Urformwerkzeug bildet in der Regel eine Form für den Urform-Fertigungsprozess, in den eine Rohmasse des zu erstellenden Werkstücks eingebracht wird. Beim hier gezeigten Werkzeug 10 wird der Hohlraum 18 dieser Form mittels des Grundkörpers 12 oder mittels mehrerer Grundkörper 12 gebildet. Durch die Verwendung der Fasern 22 können die anderen Feststoffkomponenten, aus denen die Betonmasse zur Herstellung des Grundkörpers 12 besteht, also insbesondere die Gesteinselemente 20, so fein gewählt werden, dass die Werkzeugwirkoberfläche des Urformwerkzeugs zum Formen des Werkstücks direkt von der Oberfläche des Grundkörpers 12 im Oberflächenbereich 16 gebildet werden kann.
Die Betonmasse zur Herstellung des Grundkörpers 12 wird beispielsweise durch Mischung von Wasser mit dem von dem Bindemittel Hochofenzement, den Gesteinselementen Mikrosilika und Quarzsand 20 und den Fasern 22 gebildeten Feststoffanteil der Masse erstellt. Ein mögliches auf das jeweilige Gewicht bezogene Mischungsverhältnis wäre grob: ein Teil Mikrosilika auf zwei Teile Zement und drei Teile Sand. Der Gewichtsanteil der Fasern 22 am gesamten Feststoffanteil der Masse liegt dann im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Gew%.
Es ergibt sich ein Beton-Grundkörper 12 hoher Festigkeit bei sehr geschlossener und wenig rauer Oberfläche und hoher Hitzebeständigkeit.
Es ergeben sich weiterhin folgende Vorteile gegenüber traditionellen Um- und/oder Urformwerkzeugen aus Aluminium oder anderen Metallen:
Die Herstellung eines solchen Werkzeugs mit einem Beton-Grundkörper 12 ist wesentlich günstiger als die Herstellung eines entsprechenden Werkzeugs aus Metall wie etwa Aluminium. Gleichzeitig sind einige Materialeigenschaften recht ähnlich, wie z. B. die Dichte von Beton, die etwa der Dichte von Aluminium entspricht (2,5 Tonnen/m³). Ein entsprechender Preisvorteil des Werkzeugs ergibt sich insbesondere bei Nutzung des Werkzeugs 10 in der Prototypenherstellung und für Kleinserien. Für diese Anwendungen wäre es sogar akzeptabel, wenn das Werkzeug 10 mit dem Beton-Grundkörper 12 weniger haltbar wäre als ein entsprechendes Metall-Werkzeug.
Bezugszeichenliste

10: Um- und/oder Urformwerkzeug
12: Grundkörper
14: Halteeinrichtung
16: Oberflächenbereich
18: Hohlraum
20: Gesteinselement
22: Faser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0993886 A2 [0002, 0007]

Claims

Um- und/oder Urformwerkzeug (10) zum Formen eines Werkstücks, mit einem Grundkörper (12) aus einem Gesteinselemente (20) und Bindemittel umfassenden Betonwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonwerkstoff weiterhin Fasern (22) aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenbereich (16) des Grundkörpers (12) die Werkzeugwirkoberfläche zum Formen des Werkstücks bildet.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Gesteinselemente (20) eine Körnung K ≤ 1,0 mm aufweist und jede der Fasern (22) eine Faserlänge L ≥ 2 mm aufweist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinselemente (22) Sandkörner und/oder Mikrosilika-Körner sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) selbst ein durch einen Gießprozess hergestellter Körper ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (22) oder zumindest ein Teil der Fasern (22) ein textiles Gebilde bilden.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonmasse zur Herstellung des Grundkörpers (12) durch Mischung von Wasser mit dem von dem Bindemittel, den Gesteinselementen (20) und den Fasern (22) gebildeten Feststoffanteil der Masse erstellt wird, wobei der Gewichtsanteil der Fasern (22) am gesamten Feststoffanteil der Masse bei 0,1 bis 0,5 Gew% liegt.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) zumindest eines der folgenden Formwerkzeuge bildet: – ein Formwerkzeug zum Vulkanisieren, – ein Presswerkzeug, – ein Spritzgusswerkzeug, – ein Werkzeug zum Formen von Polyurethan-Schaumelementen und – ein Werkzeug zum Formen von Styrodurprodukten.
Werkzeugmaschine mit mindestens einem Um- und/oder Urformwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung eines Um- und/oder Urformwerkzeugs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Formen eines Werkstücks.
Verwendung des Um- und/oder Urformwerkzeugs (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des Werkstücks durch zumindest einen der folgenden Prozesse erfolgt: – Vulkanisieren, – Pressen, – Spritzgießen, und – Schäumen.