DE102018205998A1

DE102018205998A1 - Werkzeug zur Ausführung eines Spritzgieß-, Warmumformungs- oder Druckgussverfahrens und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs

Info

Publication number: DE102018205998A1
Application number: DE102018205998.5A
Authority: DE
Inventors: Raphael Koch; Lars Bognar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (10; 22; 52) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs (10; 22; 52) zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens, wobei das Werkzeug (10; 22; 52) zumindest einen Sensor (12; 24; 42; 54) aufweist, der zur Erfassung zumindest einer Eigenschaft eines zu formenden Gegenstandes (56) innerhalb des Werkzeugs (10; 22; 52) und zur Erzeugung eines die zumindest eine erfasste Eigenschaft kennzeichnenden Signals vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der zumindest eine Sensor (12; 24; 42; 54) in einem zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand (56) vorgesehenen Teil (14; 26; 30) des Werkzeugs (10; 22; 52) vollkommen von diesem umschlossen eingebettet und nahe einer dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (28; 34) des Teils (14; 26; 30) des Werkzeugs (10; 22; 52) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Ausführung eines Spritzgieß-, Warmumformungs- oder Druckgussverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend zumindest einen Sensor, der zur Erfassung zumindest einer Eigenschaft eines zu formenden Gegenstandes innerhalb des Werkzeugs und zur Erzeugung eines die zumindest eine erfasste Eigenschaft kennzeichnenden Signals vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Spritzgießen ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff. Dabei wird ein flüssiger bzw. geschmolzener Werkstoff unter Druck in eine Form, das Spritzgießwerkzeug, eingespritzt. Nach Abkühlen und/oder Aushärten aufgrund einer chemischen Reaktion kann das Formteil aus dem Spritzgießwerkzeug ausgeworfen werden. Bei Abweichungen von vorgegebenen Prozessparametern, beispielsweise einer Abkühlgeschwindigkeit, können unerwünschte Effekte wie ein Verzug des Formteils oder mangelnde Transparenz, hervorgerufen durch Interferenz oder Kristallisation des Werkstoffs, auftreten. Die Kontrolle der Prozesstemperatur ist dabei von besonderer Bedeutung, und im Stand der Technik sind verschiedene Lösungsansätze dazu bekannt.
Beispielsweise beschreibt die DE 10 2010 016 501 A1 ein homogen beheizbares Formwerkzeug aus Metall zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärktem Kunststoff. Dabei ist auf der rückwärtigen Seite des Formwerkzeuges aus Metall mindestens eine Schicht Glasvlies aufgebracht, und auf der Schicht Glasvlies ist mindestens ein Temperaturfühler angeordnet und befestigt. Auf die erste Schicht Glasvlies und den Temperaturfühler ist eine weitere Schicht Glasvlies aufgebracht. Nach den Glasvliesschichten ist eine Heizschicht in Form eines flächenhaften elektrischen Widerstandheizgewebes oder Widerstandheizgeleges mit elektrischen Anschlüssen aufgebracht. Die Schicht des Widerstandheizgewebes oder Widerstandheizgeleges ist durch mindestens eine weitere Schicht Glasvlies abgedeckt.
Ferner beschreibt die US 5,632,925 A keramische oder modifizierte silikongefüllte Formwerkzeuge für die Hochtemperaturverarbeitung (ca. 175°C). Das Formwerkzeug kann durch ein Verfahren gebildet werden, das einen faserverstärkten vorkeramischen Harzverbundstoff verwendet, der ausgehärtet und gebrannt wird, um einen kontinuierlichen Faserkeramikverbundstoff zu bilden, oder alternativ unter Verwendung eines vorkeramischen Matrixverbundstoffes, der ausgehärtet, aber nicht in einen keramischen Zustand gebrannt wird. Das Formwerkzeug wird durch aufeinanderfolgendes Aufbauen von ähnlichen, aber vorzugsweise verschiedenen Schichten des Verbundstoffs auf einem Formkern hergestellt. Das Formwerkzeug kann Sensoren enthalten. Das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs ist besonders für die Einbettung verschiedener Sensorvorrichtungen geeignet. Zum Beispiel können während des Schichtbildungsaufbaus vor dem Aushärten Sensoren, wie etwa Temperatursensoren, in oder zwischen einer oder mehreren der Schichten eingebettet werden, die, wenn sie mit Überwachungsvorrichtungen oder anderen Einrichtungen verbunden sind, eine Kontrolleinrichtung oder einen Überwachungsmechanismus in dem fertiggestellten Formwerkzeug bereitstellen, um beispielsweise die richtigen Verweilzeiten während eines Rotationsformprozesses zu bestimmen und/oder zu steuern.
Des Weiteren ist in der CN 201042833 Y eine konkave Form mit Heizmechanismus für ein Rotorblatt, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff, einer Windkraftanlage im Megawatt-Maßstab vorgeschlagen. Die Negativform ist mit einer ersten Negativform und einer zweiten Negativform versehen, die nah zueinander angeordnet sind, wobei die erste Negativform und die zweite Negativform eine nach innen gewölbte Form und ein Stützgerüst einer Stützform umfassen. Die erste Negativform und die zweite Negativform sind jeweils und kontinuierlich in drei unabhängige Heizbereiche unterteilt. Jeder Heizbereich ist mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass versehen. Der Lufteinlass jedes Heizbereichs steht mit dem Luftauslass eines unabhängig betreibbaren Heizungsgebläses in Verbindung, und der Luftauslass jedes Heizbereichs steht mit dem Lufteinlass des Heizungsgebläses in Verbindung. Temperatursensoren sind in der ersten Negativform und der zweiten Negativform voreingebettet. Die Temperatursensoren und das Heizungsgebläse sind mit einer Energiequelle und einer Temperaturregelvorrichtung verbunden. Dadurch wird ein Verfahren zur Herstellung der Rotorblätter bereitgestellt, mit dem das ungeeignete Erwärmungsverfahren bestehender Rotorblattherstellungsverfahren mit einer Verlegung, einer Aushärtung und einer sekundären Aushärtung in ungleichmäßiger Temperatur überwunden wird.
Die EP 0 744 263 B1 schlägt ein Gerät zum Kunstharz-Pressspritzgießen vor, das eine Form beinhaltet, die mit wenigstens einem Messgeber versehen ist. Der oder jeder Messgeber ist als Temperaturmessgeber oder Druckmessgeber ausgebildet. Der oder jeder Messgeber ist dazu ausgelegt, das Auftreten sowie die Größe einer Spitze einer exothermen Reaktion in dem Harz zu erfassen, und ist ferner mit einer Prozessoreinheit verbunden. Die Prozessoreinheit ist mit Mitteln zum Öffnen der Form verbunden und so programmiert, dass sie für jeden Formzyklus eine Verzögerungszeit berechnet, die von der Größe des Spitzenwertes abhängig ist, sowie zum Auslösen des Öffnens der Form am Ende der Verzögerungszeit. In einer Ausführungsform des Geräts ist eine Anzahl von Thermoelementen als Messgeber in den Hohlraumwänden einer Form an Positionen vorgesehen, die entsprechend einer Form des Hohlraums und einer Form der Verstärkungsvorform bestimmt werden, die vor dem Formen in den Hohlraum eingebracht wird.
In der US 5,411,686 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spritzgusssteuerung beschrieben. Ein Zustand, in dem eine Spritzgussform mit geschmolzenem Harz gefüllt ist, wird jederzeit konstant gehalten, indem die Temperatur der Form zu Beginn des Einspritzens des Harzes konstant gehalten wird, wodurch eine Schwankung des Gewichts und der Abmessungen der geformten Gegenstände unterbunden wird. Kühlkanäle sind um einen Hohlraum einer mit einem erhitzten, geschmolzenen Harz gefüllten Spritzgussform angeordnet. Die Temperatur der Spritzgussform wird mittels eines Temperatursensors bestimmt. Ein modelliertes Ansprechverhalten für eine Variation der Formungstemperatur in der Spritzgussform wird verwendet. Die Schwankungen der Formungstemperatur, der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur des einzufüllenden geschmolzenen Harzes werden innerhalb eines Formzyklus gemessen, und ein Parameter (Zeitkonstante) des Ansprechverhaltens wird unter Verwendung dieser gemessenen Werte festgelegt. Wenn der Formzyklus geändert wird oder die gemessene Formtemperatur einen Unterschied in Bezug auf eine Standard-Formtemperatur aufweist, wird ein Zielwert für die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung des modellierten Ansprechverhaltens in einer solchen Weise berechnet, dass die Formtemperatur zu Beginn der Einspritzung jederzeit konstant gehalten und die Steuerung der Kühlmitteltemperatur unter Verwendung des Zielwertes für die Kühlmitteltemperatur erfolgt.
In dem Artikel der Fraunhofer-Gesellschaft: „Ultra-thin tool heating for injection molding“, Research News, 01/2014, Topic 4 (verfügbar unter https://lwww.fraunhofer.de/content/dam/zv/en/ press-media/2014/january/Research-News/rn01_2014_JANUAR.pdf), wird eine ultradünne Werkzeugheizung für eine Spritzgussvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen mit High-End-Oberflächen vorgestellt. Dabei wird das gesamte Umformwerkzeug bis zu 110°C mittels variothermer Temperierung erwärmt. Um das fertige Kunststoffteil ohne Beschädigung aus dem Umformwerkzeug entnehmen zu können, muss das Werkzeug um ca. 20 bis 30°C abgekühlt werden. Bei dem Verfahren wird nur diejenige Oberfläche des Werkzeugs mittels einer Dünnschichtheizung beheizt, die tatsächlich mit der Kunststoffschmelze in Kontakt kommt. Ein nahe der Dünnschichtheizung positionierter, integrierter Sensor kann die Temperatur der Werkzeugwand messen und zur Regelung des Fertigungsprozesses genutzt werden.
Die US 9,034,234 B2 beschreibt ein beheiztes Werkzeugsystem mit einer zonenweisen Steuerung der Werkzeugtemperatur. Darin wird ein Werkzeugsystem zum Formen eines Gegenstands bereitgestellt, das ein Werkzeug mit einer Werkzeugoberfläche zum Formen eines Gegenstands beinhaltet, wobei die Werkzeugoberfläche eine Mehrzahl von Werkzeugzonen aufweist. Heiz- und Kühleinrichtungen sind unabhängig mit zumindest einigen der Werkzeugzonen verbunden. Ein Steuerungsmittel ist dazu vorgesehen, die Heiz- und Kühleinrichtung zu steuern, um die Werkzeugzonen mit zugeordneten Heiz- und Kühleinrichtungen individuell zu heizen oder zu kühlen, um so jederzeit während des gesamten Formprozesses für jede Werkzeugzone die Wärmeübertragung in das Werkstück hinein und aus diesem heraus zu regulieren. In einem Verfahren zum Formen eines Gegenstands kann mindestens eine Eigenschaft des Gegenstands, die von einer Temperatur des Gegenstands gebildet sein kann, in jeder Werkzeugzone erfasst und Signale erzeugt werden, die diese Eigenschaft in jeder Werkzeugzone anzeigen. Das Verfahren kann umfassen, dass das Steuerungsmittel diese Eigenschaft anzeigenden Signale empfängt und die Heiz- und Kühleinrichtung in Reaktion auf das Signal zum Heizen oder Kühlen der Werkzeugzonen steuert. Temperatursensoren können vor oder während eines Formprozesses in der Form selbst oder in einer in der Nähe der Form platzierten Opferform angeordnet sein.
Die Notwendigkeit der Kontrolle der Prozesstemperatur zur Einhaltung spezifizierter Eigenschaften eines Werkstücks ist auch bei der im Stand der Technik bekannten Warmumformung vorhanden. Warmumformung ist ein Verfahren zur Umformung eines Rohlings, beispielsweise einer Stahlplatte, bei dem der Rohling in einem Ofen auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, danach in ein Werkzeug verbracht und durch das Werkzeug plastisch verformt und im Werkzeug abgeschreckt wird. Borhaltiger Stahl, beispielsweise 22MnB5, gehört zu den am häufigsten in Warmumformungsverfahren verwendeten Materialien. Mittels Warmumformung können Bauteile mit hoher Festigkeit und geringer Rückfederung hergestellt werden, was bei Stahl durch eine Umwandlung von Austenit in Martensit erreicht werden kann. Dabei hängt ein Erreichen der gewünschten mechanischen Eigenschaften unter anderem von einer Auslegung und Einhaltung der Prozesstemperatur und deren zeitlichem Verlauf ab.
Die WO 2015/193256 A1 beschreibt ein Werkzeug zur Herstellung von Fahrzeugstrukturkomponenten mit Bereichen hoher Festigkeit und Bereichen erhöhter Duktilität mittels eines Verfahrens, das Warmformen und Abschrecken beinhaltet. Das Verfahren, das als Hot Forming Die Quenching (HFDQ) bekannt ist, verwendet Borstahlbleche, um gestanzte Bauteile mit ultrahochfesten Stahleigenschaften (UHSS) mit Zugfestigkeiten bis zu 1.500 MPa zu erzeugen. Die Erhöhung der Festigkeit ermöglicht die Verwendung eines dünneren Materials, was zu Gewichtseinsparungen gegenüber konventionell kaltgeprägten Flussstahlkomponenten führt. Das Formwerkzeug weist obere und untere zusammenpassende Werkzeugteile auf, wobei jedes Werkzeugteil aus zwei oder mehr Werkzeugblöcken gebildet ist, die eine Arbeitsfläche umfassen, die im Gebrauch der zu bildenden Strukturkomponente und den Seitenflächen zugewandt ist. Die oberen und unteren Werkzeugteile umfassen mindestens zwei benachbarte Werkzeugblöcke, die dazu vorgesehen sind, bei verschiedenen Temperaturen zu arbeiten, die Zonen der zu bildenden Strukturkomponente mit lokal unterschiedlichen Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften entsprechen, wobei die benachbarten Werkzeugblöcke mit einem Spalt zwischen ihren Seitenflächen angeordnet sind und Endabschnitte der Seitenflächen der benachbarten Werkzeugblöcke, die nahe der Arbeitsoberfläche sind, derart gestaltet sind, dass sie im Gebrauch in gegenseitiger Anlage sind. Das Werkzeug beinhaltet elektrische Heizer und als Thermoelemente ausgebildete Temperatursensoren, um eine Temperatur der Werkzeugblöcke auf einen vorbestimmten Temperaturwert zu regeln.
Zudem werden in der US 9,492,859 B2 Presssysteme zur Herstellung von warmgeformten Strukturbauteilen, beispielsweise von Bauteilen mit ultrahochfesten Stahleigenschaften (UHSS), vorgeschlagen. Die Systeme umfassen einen festen unteren Körper, einen beweglichen oberen Körper und einen Mechanismus, der dazu vorgesehen ist, eine Pressabwärts- und eine Pressaufwärtsbewegung des beweglichen oberen Körpers in Bezug auf den festen unteren Körper auszuführen. Das System umfasst ferner ein Kühlwerkzeug, das zum Abkühlen eines zuvor erwärmten Rohlings konfiguriert ist. Das Kühlwerkzeug umfasst obere und untere, zueinander korrespondierende Werkzeuge sowie Heizmittel und als Thermoelemente ausgebildete Temperatursensoren, um die Temperatur der Werkzeuge zu regeln. Das System umfasst ferner ein Presswerkzeug, das dazu vorgesehen ist, den Rohling zu ziehen, wobei das Presswerkzeug dem Kühlwerkzeug nachfolgend angeordnet ist. Darüber hinaus werden auch Verfahren zum Warmumformen von Strukturbauteilen beschrieben.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Temperaturkontrolle in Spritzgießverfahren und in Warmumformungsverfahren noch Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge zur Verwendung in Spritzgießverfahren, Warmumformungsverfahren oder Druckgussverfahren mit einer verbesserten Temperaturerfassung des zu formenden oder umzuformenden Werkstücks bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Werkzeug zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Das erfindungsgemäße Werkzeug zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens weist zumindest einen Sensor auf, der zur Erfassung zumindest einer Eigenschaft eines zu formenden Gegenstandes innerhalb des Werkzeugs und zur Erzeugung eines die zumindest eine erfasste Eigenschaft kennzeichnenden Signals vorgesehen ist. Dabei ist der zumindest eine Sensor in einem zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehenen Teil des Werkzeugs vollkommen von diesem umschlossen eingebettet und nahe einer dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils des Werkzeugs angeordnet.
Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell dafür programmiert, ausgelegt oder angeordnet verstanden werden. Unter dem Begriff „vollkommen von diesem umschlossen eingebettet“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein sensitiver Teil des Sensors in allen drei Raumrichtungen durch den Teil des Werkzeugs abgedeckt ist, und dass gegebenenfalls vorhandene elektrische Leitungen zum Sensor innerhalb oder außerhalb des Werkzeugs verlaufen können.
Mit dem vorgeschlagenen Werkzeug kann erreicht werden, dass eine durch den zumindest einen Sensor erfasste Eigenschaft des zu formenden Gegenstands, der sich innerhalb des Werkzeugs befindet, von einem Wert, den das Werkzeug in Bezug auf dieselbe Eigenschaft aufweist, nur in geringem Maße beeinflusst ist. Dadurch kann ein systematischer Fehler bei der Erfassung der Eigenschaft des zu formenden Gegenstands vermindert werden. Ein derartiger systematischer Fehler kann beispielsweise bei der Ausführung eines Warmumformungsverfahrens dazu führen, dass für den zu formenden Gegenstand spezifizierte Festigkeitswerte, die auch ortsabhängig sein können, nicht eingehalten werden, was bei einer Produktion zu einer hohen Ausschussrate mit nicht offensichtlichem Grund führen kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sensor bei einer geeigneten Ausgestaltung rasche Wechsel der Eigenschaft des zu formenden Gegenstands erfassen kann, wodurch die Grundlage für eine verbesserte Möglichkeit zur Beeinflussung der Eigenschaft bereitgestellt werden kann.
Bevorzugt ist das Werkzeug zu einem überwiegenden Teil aus Metall hergestellt. Unter dem Begriff „zu einem überwiegenden Teil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass das Werkzeug vollständig, d.h. zu 100 Vol.%, aus Metall besteht.
Dadurch kann zum einen eine zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens erforderliche Festigkeit insbesondere in dem Bereich zwischen dem zumindest einen Sensor und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils des Werkzeugs gewährleistet werden. Zudem können die thermischen Eigenschaften von Metallen, insbesondere eine hohe Temperaturleitfähigkeit ( $\frac{λ}{c \cdot ρ},$
mit Wärmeleitfähigkeit λ, spezifischer Wärmekapazität c und Dichte ρ) bei einer geeigneten Ausgestaltung eine besonders rasche Erfassung einer Temperatur des zu formenden Gegenstands ermöglichen.
In bevorzugten Ausführungsformen des Werkzeugs beträgt das Verhältnis eines geringsten Abstands zwischen dem zumindest einen Sensor und einer dem zu formenden Gegenstand abgewandten äußeren Oberfläche des Teils des Werkzeugs zu einem geringsten Abstand zwischen dem zumindest einen Sensor und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils des Werkzeugs mindestens 2,0. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine durch den zumindest einen Sensor erfasste Eigenschaft des zu formenden Gegenstands, der sich innerhalb des Werkzeugs befindet, von dem Wert, den das Werkzeug in Bezug auf dieselbe Eigenschaft aufweist, in praktisch vernachlässigbar geringem Maße beeinflusst ist.
Eine besonders schnelle und unbeeinflusste Erfassung der Eigenschaft des zu formenden Gegenstands durch den zumindest einen Sensor kann erreicht werden, wenn ein geringster Abstand zwischen dem zumindest einen Sensor und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils des Werkzeugs höchstens 8 bis 10 mm beträgt.
Bevorzugt ist der zumindest eine Sensor als Temperatursensor ausgebildet. Durch eine schnelle und durch systematische Fehler unbeeinflusste Erfassung der Temperatur des zu formenden Gegenstandes innerhalb des Werkzeugs kann bei der Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens durch eine geeignete Prozessführung hinsichtlich eines zeitlichen Temperaturverlaufs auf Eigenschaften des zu formenden Gegenstandes derart Einfluss genommen werden, dass eine Ausschussrate durch Nichteinhaltung spezifizierter Eigenschaften signifikant gesenkt werden kann.
Bevorzugt ist der Temperatursensor als diskretes Bauelement ausgebildet und von einem Thermoelement oder einem Thermistor, insbesondere auf einem Kaltleiter basierend, gebildet. Dadurch kann ein Temperatursensor auf konstruktiv besonders einfache Weise kostengünstig bereitgestellt werden.
In bevorzugten Ausführungsformen ist zwischen dem Temperatursensor und der dem zu formenden Gegenstand abgewandten äußeren Oberfläche des Teils des Werkzeugs einer wärmeisolierende Schicht angeordnet, deren Wärmeleitung geringer ist als die Wärmeleitung des Teils des Werkzeugs. Dadurch kann erreicht werden, dass eine durch den zumindest einen Temperatursensor erfasste Temperatur des zu formenden Gegenstands, der sich innerhalb des Werkzeugs befindet, von einer Temperatur des Werkzeugs in einem noch geringeren Maße beeinflusst ist, wodurch ein systematischer Fehler bei der Erfassung der Temperatur des zu formenden Gegenstands weiter verringert werden kann.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des offenbarten Werkzeugs vorschlagen. Das Verfahren beinhaltet zumindest folgende Schritte:

- Herstellen eines oberflächennahen Bereichs des zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehenen Teils des Werkzeugs, wobei der oberflächennahe Bereich unterhalb der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche angeordnet ist und eine zur Aufnahme des zumindest einen Sensors vorgesehene, aus Richtung der vorgesehenen, dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche zugängliche Ausnehmung aufweist,
- Anordnen des zumindest einen Sensors innerhalb der Ausnehmung,
- Auffüllen eines Restvolumens der Ausnehmung,
- Herstellen einer Abdeckschicht auf dem oberflächennahen Bereich des dem zu formenden Gegenstand zugewandten Teils des Werkzeugs, und
- maßliches Fertigstellen der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils des Werkzeugs.

Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann das erfindungsgemäße Werkzeug, das die zuvor beschriebenen Vorteile aufweist, auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig hergestellt werden.
Bevorzugt beinhaltet zumindest einer der Schritte des Herstellens des oberflächennahen Bereichs, des Auffüllens des Restvolumens und des Herstellens der Abdeckschicht die Ausführung eines additiven Fertigungsverfahrens.
Auf diese Weise kann die Einbettung des zumindest einen Sensors in dem zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehenen Teil des Werkzeugs auf einfache und präzise Weise ausgeführt werden.
Da bei der Herstellung der betreffenden Werkzeuge heutzutage bereits in hohem Maße additive Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen, kann die Einbettung des zumindest einen Sensors mit diesen additiven Fertigungsverfahren unter Vermeidung zusätzlicher Rüstzeiten erfolgen.
Bevorzugt beinhaltet die Ausführung des additiven Fertigungsverfahrens die Ausführung zumindest eines der Verfahren aus einer Gruppe, die von Laserauftragsschweißverfahren, selektiven Laserschmelzverfahren (Selective Laser Melting, SLM) oder thermischen Spritzverfahren gebildet ist. Diese etablierten additiven Fertigungsverfahren können eine Herstellung des Werkzeugs, auch mit komplexen Strukturen, aus einer Vielzahl von Materialien ermöglichen. Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden.
Die verwendeten thermischen Spritzverfahren können, ohne darauf beschränkt zu sein, als Laserspritzverfahren, Lichtbogenspritzverfahren, Plasma Transferred Wire Arc (PTWA)-Spritzverfahren, Plasmaspritzverfahren (atmosphärisch, Schutzgas-), (Draht)-Flammspritzverfahren oder als Hochgeschwindigkeits (High-Velocity-Oxygen-Fuel, HVOF)-Flammspritzverfahren ausgebildet sein, wobei auch ein Kaltgasspritzen durchführbar ist. Die in den verwendeten Verfahren eingesetzten Auftragswerkstoffe können in Drahtform oder in Pulverform vorliegen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungssystem zur Steuerung einer Spritzgießvorrichtung, Warmumformungsvorrichtung oder Druckgussvorrichtung vorgeschlagen, die zumindest ein erfindungsgemäßes Werkzeug beinhaltet. Das Steuerungssystem weist eine elektronische Steuerungseinheit auf, die dazu vorgesehen ist, zumindest die erzeugten Signale des zumindest einen Sensors zur Steuerung zu verwenden.
Das Steuerungssystem kann durch die Verwendung der Signale des zumindest einen Sensors bei der Steuerung der Spritzgießvorrichtung, Warmumformungsvorrichtung oder Druckgussvorrichtung die Vorteile der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Werkzeug beschriebenen Vorteile in vollem Umfang nutzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens in einer perspektivischen Draufsicht,
2a eine schematische Darstellung eines Werkzeugs zur Ausführung eines Warmumformungsverfahrens in einer perspektivischen Draufsicht,
2b das Werkzeug gemäß der 2a in einer geschnittenen Seitenansicht,
3a-3f eine schematische Darstellung von Schritten eines Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs gemäß den 2a und 2b, und
4 eine schematische Darstellung einer Warmumformungsvorrichtung.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Werkzeugs 10 zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens in einer perspektivischen Draufsicht. Das Werkzeug 10 ist zu einem überwiegenden Teil aus Stahl hergestellt und weist eine Vielzahl von Sensoren 12 auf, die als Temperatursensoren ausgebildet sind. Jeder der Temperatursensoren 12 ist zur Erfassung einer Temperatur eines zu formenden Gegenstandes (nicht dargestellt), der beispielsweise von einem Kunststoff-Formteil aus Polyoxymethylen (POM) gebildet sein kann, innerhalb des Werkzeugs 10 und zur Erzeugung eines die erfasste Temperatur kennzeichnenden Signals vorgesehen.
Wie nachfolgend beschrieben wird, ist jeder der Temperatursensoren 12 in einem Teil 14 des Werkzeugs 10 vollkommen von diesem umschlossen eingebettet, der zum Kontakt mit den zu formenden Gegenstand vorgesehen ist. Jeder der Temperatursensoren 12 ist nahe einer dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils 14 des Werkzeugs 10 angeordnet, wobei ein geringster Abstand zwischen jedem der Sensoren 12 und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils 14 des Werkzeugs 10 etwa 0,5 mm. beträgt.
Je einer der Temperatursensoren 12 ist in der Nähe einer Einspritzöffnung 16, in einem ebenen Bereich 18 geringer Materialstärke und in einem Bereich 20 eines Übergangs von hoher Materialstärke zu geringer Materialstärke positioniert.
2a zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Werkzeugs 22 zur Ausführung eines Warmumformungsverfahrens in einer perspektivischen Draufsicht, 2b das Werkzeug 22 gemäß der 2a in einer geschnittenen Seitenansicht. Das Werkzeug 22 ist zu einem überwiegenden Teil aus einem Stahlwerkstoff hergestellt und weist eine Vielzahl von Sensoren auf, die als Temperatursensoren 24 ausgebildet sind. Jeder der Temperatursensoren 24 ist zur Erfassung einer Temperatur eines zu formenden Gegenstandes (nicht dargestellt), der beispielsweise von einem Stahlblech aus Borstahl 22MnB5 gebildet sein kann, innerhalb des Werkzeugs 22 und zur Erzeugung eines die erfasste Temperatur kennzeichnenden Signals vorgesehen.
Auch hier ist jeder der Temperatursensoren 24 in einem Teil 26 des Werkzeugs 22 vollkommen von diesem umschlossen eingebettet, der zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehen ist. Jeder der Temperatursensoren 24 ist nahe einer dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 28 des Teils 26 des Werkzeugs 22 und parallel zu dieser angeordnet, wobei ein geringster Abstand d₁ zwischen jedem der Sensoren 24 und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 28 des Teils 26 des Werkzeugs 22 etwa 0,5 mm beträgt.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 3a bis 3f ein Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen wie denjenigen gemäß der 1 bzw. der 2a und 2b beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die 3a bis 3f nicht maßstabsgetreu, sondern im Sinne einer Verdeutlichung der Schritte des Verfahrens ausgeführt sind. Weiterhin wird die Herstellung des Werkzeugs beispielhaft anhand eines einzelnen Temperatursensors beschrieben. Gleichwohl ist ebenfalls angedacht, dass das Werkzeug eine Vielzahl von Sensoren und insbesondere eine Vielzahl von Temperatursensoren beinhalten kann.
In einem ersten Schritt 70 des Verfahrens wird ein oberflächennaher Bereich 32 des zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehenen Teils 30 des Werkzeugs durch Anwendung eines additiven Fertigungsverfahrens in parallelen Schichten hergestellt (3a). Das additive Fertigungsverfahren kann dabei von einem thermischen Spritzverfahren, einem selektiven Laserschmelzverfahren oder einem Laserauftragsschweißverfahren gebildet sein, was in der 3a durch eine Laserauftragsschweiß-Düse 40 symbolisiert ist. Der Stahlwerkstoff beinhaltende Auftragswerkstoff kann in Pulverform oder als Draht vorliegen.
Der oberflächennahe Bereich 32 ist unterhalb einer dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 34 (3f) angeordnet und weist nach einer Durchführung des ersten Schritts 70 eine zur Aufnahme eines Temperatursensors 42 vorgesehene, aus Richtung der vorgesehenen, dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 34 zugängliche, quaderförmige Ausnehmung 38 auf (3b). Die Ausnehmung 38 kann mittels des additiven Fertigungsverfahrens hergestellt werden, wobei auch denkbar ist, dass die Ausnehmung 38 nachträglich aus dem oberflächennahen Bereich herausgearbeitet wird. Auf einem Boden der Ausnehmung 38 kann, zwischen dem Temperatursensor 42 und der dem zu formenden Gegenstand abgewandten äußeren Oberfläche 36 des Teils 30 des Werkzeugs, in einem fakultativen Schritt 72 eine Keramikschicht 44 aufgetragen werden, deren Wärmeleitung geringer ist als die Wärmeleitung des Teils 30 des Werkzeugs.
In einem nächsten Schritt 74 des Verfahrens wird der Temperatursensor 42 innerhalb der Ausnehmung 38 angeordnet (3b). In einem anschließenden Schritt 76 wird ein gegebenenfalls vorhandenes Restvolumen der Ausnehmung 38 mittels des additiven Fertigungsverfahrens aufgefüllt (3c). In einem weiteren Schritt 78 des Verfahrens wird eine Abdeckschicht 48 mittels des additiven Fertigungsverfahrens auf dem des den zu formenden Gegenstand zugewandten Teils 30 des Werkzeugs hergestellt (3d). Dieser Schritt 78 und der davor genannte Schritt 76 können auch in einem einzigen Schritt zusammengefasst werden. Der Temperatursensor 42 ist in dieser Phase des Verfahrens in dem zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand vorgesehenen Teil 30 des Werkzeugs vollkommen von diesem umschlossen eingebettet angeordnet. 3e zeigt das Werkzeug in einem Zustand nach Fertigstellung der Abdeckschicht 48.
In einem fakultativen Schritt 82 des Verfahrens kann bei der Herstellung der Abdeckschicht 48 auf dem oberflächennahen Bereich 32 zwischen dem Temperatursensor 42 und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 34 ein Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als Stahl, beispielsweise Kupfer, verwendet werden (in 3e gestrichelt dargestellt), wobei die Kupferschicht 46 aus Gründen der Verschleißfestigkeit anschließend von einer Schicht aus Stahl abgedeckt wird.
In einem weiteren Schritt 80 des Verfahrens erfolgt das maßliche Fertigstellen der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 34 des Teils 30 des Werkzeugs. Dieser Schritt kann beispielsweise durch Anwendung eines Fräsverfahrens oder Honverfahrens ausgeführt werden (3f).
Nach dem maßlichen Fertigstellen beträgt das Verhältnis eines geringsten Abstands D₂ zwischen dem Temperatursensor 42 und einer dem zu formenden Gegenstand abgewandten äußeren Oberfläche 36 des Teils 30 des Werkzeugs zu einem geringsten Abstand D₁ zwischen dem Temperatursensor 42 und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche 34 des Teils 30 des Werkzeugs ca. 5,0, so dass die durch den Temperatursensor 42 erfasste Temperatur des zu formenden Gegenstands, der sich innerhalb des Werkzeugs befindet, von einer Temperatur des Werkzeugs in praktisch vernachlässigbar geringem Maße beeinflusst ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Warmumformungsvorrichtung 50.
Die Warmumformungsvorrichtung 50 beinhaltet

- einen als Rollenherdofen 60 mit einer Länge von mehr als 30 m ausgebildeten Ofen zum Aufheizen von zu formenden Gegenständen 56, die beispielsweise von Stahlblechen aus Borstahl 22MnB5 gebildet sein können,
- ein erfindungsgemäßes Werkzeug 52 zur Ausführung eines Warmumform ungsverfahrens,
- eine Presse 58 mit integriertem Kühlkanal 62 und externem Wärmetauscher 68, und
- ein zur Steuerung vorgesehenes Steuerungssystem 64.

Anstelle des Rollenherdofens 60 könnten als alternative Erwärmungsmethode z.B. die induktive Erwärmung, die konduktive Erwärmung bzw. die Kontakterwärmung vorgesehen werden.
Das Steuerungssystem 64 weist eine von einer Computereinheit gebildete, elektronische Steuerungseinheit 66 auf, die mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (Soft-SPS) ausgestattet ist, die auf der Computereinheit ausführbar ist. Die elektronische Steuerungseinheit 66 ist unter anderem dazu vorgesehen, eine Vorschubgeschwindigkeit $v_{o v e n}^{s e t}$
eines Fördermittels und einen zeitlichen Temperaturverlauf T_oven(t) für den Rollenherdofen 60 vorzugeben. Außerdem erhält die elektronische Steuerungseinheit 66 Daten bezüglich einer aktuellen Temperatur T_oven des Rollenherdofens 60 und einer aktuellen Vorschubgeschwindigkeit v_oven des Fördermittels sowie einer Anzahl durchlaufender Teile N. Zudem ist die elektronische Steuerungseinheit 66 zur Steuerung der Presse 58, unter anderem hinsichtlich einer Hubfrequenz f_press , einer Geschwindigkeit v_press der Pressbewegung und einer ausgeübten Presskraft F sowie zur Steuerung einer Kühlmitteltemperatur T_cool (t) und einer Durchflussmenge ṁ_cool des Kühlmittels durch den integrierten Kühlkanal 62 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 52 weist eine Vielzahl von Temperatursensoren 54 auf, die in dem Werkzeug 52 in der in 2b dargestellten Weise angeordnet sind. Die elektronische Steuerungseinheit 66 ist datentechnisch mit der Vielzahl von Temperatursensoren 54 des Werkzeugs 52 verbunden. Außerdem empfängt die elektronische Steuerungseinheit 66 Signale von weiteren Temperatursensoren, die an einem Eingang bzw. einem Ausgang des Kühlkanals 62 des Werkzeugs 52 angeordnet sind und eine aktuelle Kühlmitteltemperatur T_cool erfassen. Die elektronische Steuerungseinheit 66 ist dazu vorgesehen, die Signale der Temperatursensoren 54 des Werkzeugs 52 in der nachfolgend beschriebenen Weise zur Steuerung der Warmumformungsvorrichtung 50 zu verwenden.
Ein umzuformender Gegenstand 56 (Rohling), beispielsweise ein Stahlblech aus Borstahl 22MnB5, tritt in den Rollenherdofen 60 ein und wird beim Durchlaufen des Rollenherdofens 60 auf dem Fördermittel mit der vorbestimmten Geschwindigkeit $v_{o v e n}^{s e t}$
auf eine durch die elektronische Steuerungseinheit 66 vorgegebene Temperatur T_oven von mehr als 900°C erhitzt. Wenn der umzuformende Gegenstand 56 am Ende des Rollenherdofens 60 vollständig erhitzt ist, verlässt er den Rollenherdofen 60 und wird in die Presse 58 überführt. Um den umzuformenden Gegenstand 56 während des Umformprozesses nicht zu sehr abzukühlen, werden die Umformgeschwindigkeit und das Verfahren angepasst. Um den umgeformten Gegenstand 56 nach dem Umformen vollständig in geeigneter Weise auf eine Temperatur unterhalb von 400°C abzukühlen („Quenching“), wird das Werkzeug 52 durch die elektronische Steuerungseinheit 66 nicht direkt nach Beendigung des Umformens geöffnet. Nach Erreichen der Abkühltemperatur in einer von der elektronischen Steuerungseinheit 66 durch einen zeitlichen Verlauf der Temperatur T_oven(t) vorgegebenen Abkühlgeschwindigkeit initiiert die elektronische Steuerungseinheit 66 ein Öffnen des Werkzeugs 52, so dass der umgeformte Gegenstand 56 aus dem Werkzeug 52 entfernt werden kann.
Dabei könnte die Steuerung durch das Steuerungssystem 64 und insbesondere die elektronische Steuerungseinheit 66 beispielhaft in nachfolgend beschriebener Weise erfolgen, wobei die beteiligten Maschinen, Geräte und Sensoren beispielsweise gemäß dem Organisationsgestaltungskonzept Industrie 4.0 miteinander vernetzt und organisiert sein können, sich selbst anpassen und miteinander kommunizieren können.
Die Temperatur T_oven des Rollenherdofens 60 sowie die Vorschubgeschwindigkeit v_Oven des Fördermittels werden ebenso wie der Massenstrom ṁ_cool des Kühlmittels und dessen Temperatur T_cool von der elektronischen Steuerungseinheit 66 eingestellt. Während des Warmformprozesses erkennt die elektronische Steuerungseinheit 66 anhand der Signale der eingebetteten Temperatursensoren 54 beispielsweise, dass der umzuformende Gegenstand 56 die richtige Temperatur zu haben scheint, der Kühlzyklus jedoch zu langsam ist. Dies könnte die mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs negativ beeinflussen. Daher entscheidet die elektronische Steuerungseinheit 66, den Massenstrom ṁ_cool des Kühlmittels zu erhöhen oder die Kühlmitteltemperatur T_cool innerhalb eines vorbestimmten Prozessparameterbereichs zu senken. Der selbststeuernde Effekt soll dazu beitragen, dass die nächsten umzuformenden Gegenstände 56 schneller abkühlen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
Umgekehrt kann die Kühlmitteltemperatur T_cool zum Beispiel neu justiert werden, wenn ein Werkzeug neu in die Presse 58 eingebaut wurde und daher auch wegen der inhärenten thermischen Masse zunächst relativ kühl ist. Diese Maßnahme kann dazu beitragen, Energiekosten zu senken und frühzeitig die bestmögliche Qualität zu erreichen.
Zudem kann der zeitliche Verlauf der Signale der Temperatursensoren 54 während des Abschreckens für jedes umgeformte Stahlblech gespeichert werden. Diese Information kann später auch im Rahmen der Qualitätssicherung verwendet werden.
Die Sensoren 12, 24,42, 54 können kabelgebunden oder drahtlos mit einer geeigneten Einheit verbunden sein. Ist eine Kabelverbindung vorgesehen, sind natürlich geeignete Bohrungen für die Kabel bzw. Signalleitungen in das Werkzeug in Richtung zur Ausnehmung vorgesehen, die gebohrt werden können, oder bei der additiven Fertigung eingebracht werden können. Die Sensoren haben zwar unterschiedliche Bezugszeichen 12,24,42 und 54, was aber deren Austauschbarkeit gegeneinander nicht ausschließen soll.
Bezugszeichenliste

10: (Spritzgieß-)Werkzeug
12: (Temperatur-)Sensor
14: Werkzeugteil
16: Einspritzöffnung
18: ebener Bereich
20: Übergangsbereich
22: (Warmumform-)Werkzeug
24: (Temperatur-)Sensor
26: Werkzeugteil
28: zugewandte Oberfläche
30: Werkzeugteil
32: oberflächennaher Bereich
34: zugewandte Oberfläche
36: abgewandte Oberfläche
38: Ausnehmung
40: Laserauftragsschweiß-Düse
42: (Temperatur-)Sensor
44: Keramikschicht
46: Kupferschicht
48: Abdeckschicht
50: Warmumformungsvorrichtung
52: (Warmumform-)Werkzeug
54: (Temperatur-)Sensor
56: zu formender Gegenstand
58: Presse
60: Rollenherdofen
62: integrierter Kühlkanal
64: Steuerungssystem
66: elektronische Steuerungseinheit
68: Wärmetauscher
d₁: geringster Abstand Sensor-zugewandte Oberfläche
D₁: geringster Abstand Sensor-zugewandte Oberfläche
D₂: geringster Abstand Sensor-abgewandte Oberfläche
F: Presskraft
f_press: Hubfrequenz
ṁ_cool: Durchflussmenge Kühlmittel
N: Anzahl durchlaufender Teile
T_cool: aktuelle Kühlmitteltemperatur
T_cool(t): zeitlicher Kühlmitteltemperaturverlauf
T_oven: Temperatur Rollenherdofen
T_oven(t): zeitlicher Temperaturverlauf Rollenherdofen
: (vorgegebene) Vorschubgeschwindigkeit Fördermittel des Rollenherdofens
v_press: Geschwindigkeit Presse

Verfahrensschritte:

70: Herstellen oberflächennaher Bereich
72: Auftragen Keramikschicht
74: Anordnen des (Temperatur-)Sensors
76: Auffüllen des Restvolumens
78: Herstellen Abdeckschicht
80: maßliches Fertigstellen
82: Auftragen Kupferschicht

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 102010016501 A1 [0003]
US 5632925 A [0004]
CN 201042833 Y [0005]
EP 0744263 B1 [0006]
US 5411686 A [0007]
US 9034234 B2 [0009]
WO 2015/193256 A1 [0011]
US 9492859 B2 [0012]

Claims

Werkzeug (10; 22; 52) zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens, Warmumformungsverfahrens oder Druckgussverfahrens, zumindest einen Sensor (12; 24; 42; 54) aufweisend, der zur Erfassung zumindest einer Eigenschaft eines zu formenden Gegenstandes (56) innerhalb des Werkzeugs (10; 22; 52) und zur Erzeugung eines die zumindest eine erfasste Eigenschaft kennzeichnenden Signals vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (12; 24; 42; 54) in einem zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand (56) vorgesehenen Teil (14; 26; 30) des Werkzeugs (10; 22; 52) vollkommen von diesem umschlossen eingebettet und nahe einer dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (28; 34) des Teils (14; 26; 30) des Werkzeugs (10; 22; 52) angeordnet ist.
Werkzeug (10; 22; 52) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10; 22; 52) zumindest zu einem überwiegenden Teil aus Metall hergestellt ist.
Werkzeug (10; 22; 52) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis eines geringsten Abstands (D₂) zwischen dem zumindest einen Sensor (42) und einer dem zu formenden Gegenstand (56) abgewandten äußeren Oberfläche (36) des Teils (30) des Werkzeugs zu einem geringsten Abstand (D₁) zwischen dem zumindest einen Sensor (42) und der dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (34) des Teils (30) des Werkzeugs mindestens 2,0 beträgt.
Werkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringster Abstand zwischen dem zumindest einen Sensor (12) und der dem zu formenden Gegenstand zugewandten Oberfläche des Teils (14) des Werkzeugs (10) höchstens 8 bis 10 mm beträgt.
Werkzeug (10; 22; 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (12; 24; 42; 54) als Temperatursensor ausgebildet ist.
Werkzeug (10; 22; 52) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperatursensor (42) und der dem zu formenden Gegenstand (56) abgewandten äußeren Oberfläche (36) des Teils (30) des Werkzeugs (10; 22; 52) einer wärmeisolierende Schicht (44) angeordnet ist, deren Wärmeleitung geringer ist als die Wärmeleitung des Teils (30) des Werkzeugs (10; 22; 52).
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs (10; 22; 52) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte: - Herstellen (70) eines oberflächennahen Bereichs (32) des zum Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand (56) vorgesehenen Teils (30) des Werkzeugs (10; 22; 52), wobei der oberflächennahe Bereich (32) unterhalb der dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (34) angeordnet ist und eine zur Aufnahme des zumindest einen Sensors (42) vorgesehene, aus Richtung der vorgesehenen, dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (34) zugängliche Ausnehmung (38) aufweist, - Anordnen (74) des zumindest einen Sensors (42) innerhalb der Ausnehmung (38), - Auffüllen (76) eines Restvolumens der Ausnehmung (38), - Herstellen (78) einer Abdeckschicht (48) auf dem oberflächennahen Bereich (32) des dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Teils (30) des Werkzeugs (10; 22; 52), und - maßliches Fertigstellen (80) der dem zu formenden Gegenstand (56) zugewandten Oberfläche (34) des Teils (30) des Werkzeugs (10; 22; 52).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Schritte des Herstellens (70) des oberflächennahen Bereichs (32) gegebenenfalls auch der Ausnehmung (38), des Auffüllens (76) des Restvolumens (38) und des Herstellens (78) der Abdeckschicht (48) die Ausführung eines additiven Fertigungsverfahrens beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des additiven Fertigungsverfahrens die Ausführung zumindest eines der Verfahren aus einer Gruppe beinhaltet, die von Laserauftragsschweißverfahren, selektiven Laserschmelzverfahren oder thermischen Spritzverfahren gebildet ist.
Steuerungssystem (64) zur Steuerung einer Spritzgießvorrichtung, Warmumformungsvorrichtung oder Druckgussvorrichtung, die zumindest ein Werkzeug (10; 22; 52) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beinhaltet, wobei das Steuerungssystem (64) eine elektronische Steuerungseinheit (66) aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest die erzeugten Signale des zumindest einen Sensors (54) zur Steuerung zu verwenden.