DE112010003220T5

DE112010003220T5 - Verbundwerkzeugelement

Info

Publication number: DE112010003220T5
Application number: DE201011003220
Authority: DE
Inventors: Ben John Halford
Original assignee: Surface Generation Ltd
Current assignee: Surface Generation Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-07-26
Also published as: GB0913847D0; WO2011015823A1; US20120135197A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Element (600) für ein Werkzeugsystem mit einer Mehrzahl von in einem Feld zur Bildung einer Werkzeugfläche angeordneten Elementen beinhaltet ein erstes Ende (608) mit Befestigungsmitteln zur Befestigung an einem Werkzeugbett, ein zweites Ende (606) mit einem Abschnitt einer Werkzeugfläche (614), einen ersten Abschnitt (602) eines ersten Materials mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, das ein freies Ende des ersten Abschnitts ist, und einen zweiten Abschnitt (604) aus im Wesentlichen einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten höher als dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wobei das zweite Ende ein freies Ende des zweiten Abschnitts bildet und das Element ein Verbundwerkstoffelement ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbundwerkzeugelement. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verbundwerkzeugelement zur Verwendung in einem Werkzeugsystem mit einer Mehrzahl von Elementen, die zur Bildung einer Werkzeugfläche in einem Feld angeordnet sind.
Akkurates Gießen von Verbundwerkstoffbauteilen erfolgt typischerweise in zweiteiligen Werkzeugen, in denen das Bauteil gepresst und oftmals geheizt wird. Ein Verfahren beinhaltet das Platzieren eines nicht verfestigten oder eines nicht ausgehärteten, vorgeformten Verbundwerkstoffbauteils zwischen zwei Gießwerkzeuge. Das gesamte Gießwerkzeug wird dann in einem Autoklaven angeordnet und langsam auf eine Solltemperatur aufgeheizt und dann gekühlt. Während des Heizschrittes wird Druck auf die Gießform ausgeübt. Da viele Verbundmaterialien in solchen Gießformen erwärmt werden, erfahren sie eine Schrumpfung, wenn sich der Verbundwerkstoff verfestigt. Da der Druck von einer Seite ausgeübt wird, tritt mit Ausüben des Drucks und Verfestigen des Materials typischerweise eine Bewegung der Ausrichtung jeglicher verstärkender Fasern innerhalb des Verbundbauteils auf. Da eine Seite der Gießform die Bezugsfläche ist, gibt es nur Bewegung von Material auf einer Seite des Produkts. Damit wird die Ausrichtung der verstärkenden Fasern gestört, was eine Änderung in der mechanischen Festigkeit der Stücke verursacht. Während versucht werden kann, dem auf die Art und Weise zuvorzukommen, wie das vorgeformte Bauteil gefertigt wird, wird dies üblicherweise nicht gemacht, da die Deformation nicht sehr gut voraussagbar ist und die Komplexität der Herstellung der Vorformen deutlich erhöht wird. Im ungünstigsten Fall werden Lagen von Verstärkungsmaterial oder -gewebe faltig oder verknittert, was eine Schwächung im gegossenen Bauteil hervorruft. Jegliche Schwächung ist insbesondere in den Hochleistungsanwendungen problematisch, in denen einige solcher gegossenen Bauteile verwendet werden, beispielsweise in Turbinenschaufeln für die Luftfahrtindustrie. Außerdem sind große Gießpressen erforderlich, da das Werkzeug oftmals Druck auf die Vorform ausübt, um sie zu ihren verfestigten Abmessungen zusammenzudrücken.
Ein weiteres Problem, das mit dem oben erwähnten Prozess verknüpft ist, besteht darin, dass die Vorform oft zu groß ist, um in die endgültige Gießform zu passen, so dass ein zweistufiger Prozess verwendet wird, wobei die Vorform zuerst in einer volumenverringernden Gießform platziert wird, wo sie unter sehr hohen Drücken gepresst wird, um sie auf im Wesentlichen ihre endgültigen Abmessungen zusammenzudrücken, und dann in einem letzten Werkzeug platziert wird, in welchem sie erwärmt wird, um das Material zu verfestigen. Die Verwendung eines zweiteiligen Prozesses geht mit offensichtlichen Kosten- und Prozessdauerimplikationen einher und macht das Verfahren aufwändiger.
Wenn Verbundbauteile mit einer komplexen Geometrie unter Verwendung beheizter Gießprozesse gebildet werden, z. B. durch Autoklaven- oder Harztransfergießen, können Änderungen der Gießformabmessung aufgrund thermischer Expansion und Kontraktion des Werkzeugs unerwünschte Auswirkungen auf die endgültigen Abmessungen des gegossenen Bauteils haben, da die beiden Werkzeugflächen der Gießform abhängig von der Dicke des Gießmaterials an unterschiedlichen Positionen mit unterschiedlichen Raten miteinander zum Schließen kommen. Im Versuch, solche Effekte zu verringern, wird oftmals ein angepasstes Metallwerkzeug unter Benutzung von Materialien eingesetzt, die einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, z. B. Invar. Diese Materialien sind jedoch aufgrund ihres hohen Nickelgehalts unvermeidbar sehr kostenaufwändig, was die Kosten eines solchen Werkzeugs mit Ausnahme von Fällen für außergewöhnlich hochwertige Teile kaum zu rechtfertigen vermag.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, wenigstens einige der von existierenden Werkzeugen bekannten Schwierigkeiten zu vermeiden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Element für ein Werkzeugsystem bereitgestellt, das eine Mehrzahl von in einem Feld angeordneten Elementen umfasst, um eine Werkzeugfläche zu bilden, wobei das Element ein erstes Ende mit Befestigungsmitteln zum Befestigen an einem Werkzeugbett und ein zweites Ende aufweist, das einen Abschnitt einer Werkzeugfläche beinhaltet. Dabei ist das Element ein Verbundwerkstoffelement mit einem ersten Abschnitt aus einem ersten Material, das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, und einem zweiten Abschnitt aus einem zweiten Material, das einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der erste thermische Ausdehnungskoeffizient niedriger als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist.
Die thermische Ausdehnung des Elements kann daher durch das Verhältnis des ersten Abschnitts zum zweiten Abschnitt gesteuert werden. Im Gebrauch können die Expansion und Kontraktion der Gießform lokal als unterschiedliche Elemente gesteuert werden, die verschiedene Verhältnisse des ersten zum zweiten Abschnitt haben können.
Vorzugsweise beinhalten der erste und zweite Abschnitt jedes Elements ein freies Ende und ein verbundenes Ende. In einer bevorzugten Anordnung grenzen die verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts im Wesentlichen aneinander an. Die verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts können eine Reihe von ineinandergreifenden Zinnen aufweisen, die voneinander entlang der Achse separiert sind, die senkrecht zur Längsachse des Elements ist, um dadurch eine differenzielle Seitwärtsexpansion und -kontraktion der zwei Abschnitte relativ zueinander zu ermöglichen. Ein elastisches Material kann die Zwischenräume zwischen den Zinnen füllen. Vorzugsweise stoßen die Enden des ersten und des zweiten Abschnitts im Wesentlichen aneinander an, so dass die thermische Ausdehnung und Kontraktion entlang der Längsachse der Werkzeugelemente einfacher berechnet werden kann. In einer alternativen Anordnung kann das Werkzeugelement mit einer Grenzflächenschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt versehen sein, die von sich aus elastisch ist, so dass eine differenzielle Seitwärtsexpansion und -kontraktion der Abschnitte innerhalb der elastischen Grenzflächenschicht absorbiert werden kann. Wenn eine Grenzflächenschicht vorhanden ist, versteht es sich, dass die Grenzflächenschicht eine Elastizität nur in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugachse zeigt.
In einer bevorzugten Anordnung weist die Verbindungsfläche zwischen den verbundenen Enden eine dreidimensionale Fläche auf, wobei die dreidimensionale Fläche vorzugsweise nichtplanar ist.
Heizen und Kühlen des Elements kann darin resultieren, dass sich das Element in einer Weise ausdehnt und kontrahiert, dass sich die Kontur des Abschnitts der Werkzeugfläche an ihrem zweiten Ende ändert.
Wenn die Verbindungsfläche zwischen den verbundenen Enden eine nicht planare, dreidimensionale Fläche beinhaltet, besteht die Änderung in der Kontur des Abschnitts der Werkzeugfläche vorzugsweise aus einer skalierten Reflektion der dreidimensionalen Verbindungsfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt jedes Elements in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugachse. Das Verhältnis der skalierten Reflektion kann direkt proportional zum Verhältnis des ersten und des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten sein.
Auf diese Weise können die Expansion und Kontraktion einer komplexen, gekrümmten Werkzeugfläche während thermischer Zyklen derart gehandhabt werden, dass im Gebrauch das verfestigte Bauteil aus dem Werkzeug wenigstens in der Werkzeugachse die gleichen Verhältnisse aufweist wie seine Vorform. Da die Teile in ihrer Proportion gehalten werden, während sie verfestigt werden, werden jegliches Gewebe oder jegliche Fasern innerhalb des Materials der Vorform ausgerichtet gehalten und werden bezüglich ihrer ursprünglichen Position der Vorform nicht gestört.
In einer bevorzugten Anordnung umfasst das freie Ende des ersten Abschnitts des Elements das erste Ende des Elements, und das freie Ende des zweiten Abschnitts des Elements umfasst bevorzugt das zweite Ende des Elements.
In einer bevorzugten Anordnung ist das freie Ende des zweiten Abschnitts jedes Elements mit einer Schicht aus einem Material abgedeckt, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
Das freie Ende des zweiten Abschnitts jedes Elements kann eine abgedeckte Oberfläche darauf beinhalten, mit der ein zweites Heiz-/Kühlmittel zum lokalen Erwärmen der Abdeckung verknüpft ist. Indem die Abdeckung die Werkzeugfläche bildet, wird eine unabhängige Steuerung der Kompression des Werkstücks einschließlich jeglicher Änderungen in der Werkzeuggeometrie und der Temperatur der Werkzeugfläche ermöglicht. Daher wird die dem Werkstück zugeführte oder von diesem abgeführte Wärme unabhängig gesteuert.
In einer Ausführung kann das Werkzeugelement einen dritten Abschnitt aus einem Material, das einen dritten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, und einen vierten Abschnitt aus einem Material beinhalten, der einen vierten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der dritte thermische Ausdehnungskoeffizient niedriger als der vierte thermische Ausdehnungskoeffizient ist und wobei der vierte Abschnitt eine zweite Werkzeugfläche umfasst. Auf diese Weise kann, wenn das Werkzeugelement beheizt und gekühlt wird, eine gesteuerte, komplexe Bewegung der Werkzeugfläche erhalten werden. Insbesondere wirken der erste und der dritte Abschnitt zur Erzeugung einer Werkzeugbewegung in einer ersten Richtung zusammen, und das zweite und das vierte Werkzeugelement wirken zusammen, um eine Werkzeugbewegung in einer zweiten Richtung zu erzeugen.
Vorzugsweise umfasst das Element des Weiteren individuell steuerbare Heiz- und Kühlmittel, die mit dem ersten und zweiten Abschnitt bzw. mit dem dritten und vierten Abschnitt verknüpft sind.
Jedes Element kann eine äußere Schicht und einen Kern beinhalten. Der Kern kann einen ersten Kernabschnitt aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einen zweiten Kernabschnitt aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten umfassen, wobei der erste thermische Ausdehnungskoeffizient niedriger als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist und zwischen dem ersten Kernabschnitt und dem zweiten Kernabschnitt eine Kernverbindungsfläche mit einer dreidimensionalen Oberfläche vorhanden sein kann, wobei der Kern und die äußere Schicht miteinander in Kontakt sind und die dreidimensionale Kernverbindungsfläche vorzugsweise zu der dreidimensionalen Elementverbindungsfläche ausgerichtet ist. In einer alternativen Anordnung können die äußere Schicht und der Kern voneinander durch einen Zwischenraum separiert sein.
In einer bevorzugten Anordnung kann das Element interne Fluidkanäle zum Aufnehmen eines Heiz- oder Kühlfluids aufweisen. In einer Anordnung sind die internen Fluidkanäle innerhalb des Kerns enthalten. In einer alternativen Anordnung beinhalten die internen Fluidkanäle den Zwischenraum zwischen der äußeren Schicht und dem Kern.
Durch direktes Heizen und Kühlen der Pins kann die Expansionsrate jedes Elements und daher die Änderung in der Geometrie der Werkzeugfläche lokal gesteuert werden. Dies gibt eine umfassende Kontrolle über den Gießprozess und erlaubt es, jegliche auf das Material einwirkende mechanische Belastungen in erforderlicher Weise zu steuern oder zu eliminieren. Außerdem ist es durch diskretes Heizen der Elemente nicht notwendig, die gesamten Gießformen zu beheizen, beispielsweise in einem Autoklaven, was ein üblicher Prozess ist. Die Verwendung einer Anordnung mit Kern und äußerer Schicht ermöglicht eine vereinfachte Bereitstellung von Kanälen zum Heizen und Kühlen der Pins.
In einer bevorzugten Anordnung ist das erste Material Invar, und das zweite Material ist Aluminium, es können aber irgendwelche zwei Materialien mit hohem und niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zum Einsatz kommen. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient von Invar außergewöhnlich niedrig ist, kann er in vielen Fällen als null angenommen werden, was die Berechnungen stark vereinfacht, die benötigt werden, die erforderliche Änderung in der Oberflächengeometrie des Elements zu erhalten.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Werkzeugsystem bereitgestellt, das eine erste Mehrzahl von Elementen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, die in einem Feld derart angeordnet sind, dass zweite Enden jedes Elements des ersten Feldes eine erste Werkzeugfläche bilden.
Vorzugsweise umfasst das Werkzeugsystem des Weiteren eine zweite Mehrzahl von Elementen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die in einem Feld derart angeordnet sind, dass zweite Enden jedes Elements des zweiten Feldes eine zweite Werkzeugfläche bilden, wobei die erste und die zweite Werkzeugfläche in einer gegenüberliegenden Anordnung konfiguriert sind.
Der zweite Abschnitt jedes Elements kann in seinen Abmessungen so gewählt sein, dass ein kleiner Zwischenraum zwischen den zweiten Abschnitten benachbarter Elemente vorliegt, wenn die Elemente in einem Feld angeordnet sind.
In einer Ausführungsform sind wenigstens einige der Mehrzahl von Elementen so dimensioniert, dass die Werkzeugfläche bei einer ersten Temperatur eine Übergröße für die benötigte Werkzeugflächengeometrie aufweist, wobei sie sich bei einer zweiten Temperatur höher als die erste Temperatur ausdehnen, um eine benötigte erste Werkzeugflächengeometrie zu bilden.
Die erste Temperatur kann Raumtemperatur sein. Auf diese Weise kann das Entnehmen von Teilen aus einem Werkzeug erleichtert werden, wenn das Werkzeug bei Raumtemperatur vom gegossenen Teil abgezogen wird. Alternativ kann, beispielsweise wenn das Werkzeug zum Harztransfergießen benutzt wird, das Harz mit dem Werkzeug bei der ersten Temperatur injiziert werden, so dass das Harz rasch und leicht aufgrund der übergroßen Werkzeugflächengeometrie in das Werkzeug eingebracht werden kann, und die Werkzeugelemente können, sobald das Harz in das Werkzeug eingebracht worden ist, geheizt werden, um die Werkzeugfläche auf die gewünschte Werkzeugflächengeometrie zu bringen.
Optional dehnen sich wenigstens einige der Elemente bei einer dritten Temperatur höher als der zweiten Temperatur weiter aus, um eine benötigte zweite Werkzeugflächengeometrie zu bilden. Dies kann beispielsweise eine Kompression auf das zu gießende Teil während des Gießprozesses ausüben.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 bis 3 die Abmessungsänderungen eines Werkstücks während des Gießens unter Verwendung einer üblichen Technologie zeigen,
4 ein Einzelflächen-Werkzeugsystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt,
5 ein Doppelflächen-Werkzeugsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt,
6 bis 9 Seitenansichten von Elementen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung für ein Werkzeugsystem zeigen,
10 und 11 Perspektivansichten von Elementen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung für ein Werkzeugsystem zeigen,
12 und 13 Seitenansichten alternativer Merkmale von Elementen eines Werkzeugsystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zeigen,
14 und 15 Seitenansichten von Elementen für ein Werkzeugsystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei die Elemente interne Heiz- oder Kühlkanäle aufweisen,
16 und 17 Seitenansichten eines Werkzeugsystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zeigen und
18 und 19 eine Seitenansicht eines Werkzeugelements mit zwei Bewegungsachsen zeigen.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 werden Gießprozesse nach dem gegenwärtigen Stand der Technik erläutert. In den 1 und 2 wird ein Vorform-Werkstück 100, das ein mit Fasern 102 verstärktes Polymer beinhaltet, zwischen zwei Gießformen 104, 106 platziert. Die Faserverstärkung ist über die Vorform 100 hinweg in einer Anordnung gleichmäßig verteilt, die um eine Mittenlinie symmetrisch ist. Die zwei Gießformhälften 104, 106 werden dann aufeinanderzu bewegt, und es wird Wärme angewendet, um das Polymer zu verfestigen. Mit Verfestigen des Polymers ändern sich seine Abmessungen um einen konstanten Prozentsatz. Insbesondere nimmt die Ausdehnung des Werkstücks in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Schichten von Verstärkungsfasern 102 ist, um einen konstanten Prozentsatz über das Werkstück hinweg ab. Da die Gießform im Allgemeinen Erwärmungszyklen als Teil des Gießprozesses unterworfen wird, kann sich das Werkzeugmaterial während des Zyklus ausdehnen und zusammenziehen, was mechanische Spannungen in das Werkstück 100 einbringt, wenn es verfestigt. Um diesen ungünstigen Effekt zu minimieren, bestehen die Gießformhälften 104, 106 üblicherweise aus Materialien mit einem sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Invar. Mit dem Zusammenbringen der Gießformen wird ein Druck ausgeübt, um eine vollständige Lamination der Faserschichten sicherzustellen, wenn die Vorform 100 konsolidiert.
Um ein vollständiges Verfestigen zu bewirken und die richtige Abmessungsänderung zu erlauben, sollte gelten: (X₁ – X₂)/X₁= (Y₁ – Y₂)/Y₁, d. h. die Abmessungsänderung sollte als Prozentsatz der Werkstücktiefe konstant sein. Da jedoch die Gießformoberflächen eine feste Abmessung haben, gibt es eine Abmessungsänderung um einen konstanten Wert anstatt einer Abmessungsänderung mit einem konstanten Prozentsatz über das Werkstück hinweg. Dies kann in einem übermäßigen Druck in den inneren Abschnitten, wodurch das Harz oder Bindemittel während der Verfestigung aus diesen Abschnitten herausgedrückt werden kann, oder in einem suboptimalen Druck in den dickeren Abschnitten resultieren, was in einer Delamination oder einer Verfestigung schlechter als der Standard resultieren kann, indem die Schichten voneinander abgelöst werden, was beides in hohem Maß unerwünscht ist.
Bezugnehmend auf 3 ist ein alternativer Prozess zur Verfestigung eines Vorform-Werkstücks 100 gezeigt, bei dem das Gießwerkzeug eine feste Gießhälfte 300 und halbkonforme oder konforme Werkzeugfläche 302 aufweist. Unter der konformen Werkzeugfläche 302 wird ein Vakuum angelegt, wodurch das Werkstück mit Druck beaufschlagt wird. Bei dieser Werkzeugmethode tritt, da die Werkzeugfläche 302 auf einer Seite des Werkstücks 100 konform ist und Druck auf das Werkstück ausübt, die Abmessungsänderung des Werkstücks, wenn es sich verfestigt, zum hauptsächlichen Teil auf dieser Seite des Werkstücks auf. Wie aus der Figur ersichtlich, hat dies den Effekt, dass die Abmessungen auf dieser Seite des Werkstücks partiell flacher werden, und es tritt eine Verschiebung der Mittenlinie des Werkstücks 100 auf, da die dickeren Abschnitte durch das Verflachen während der Konsolidierung ihre Abmessung stärker ändern. Dies ist im fertig gestellten Produkt sehr unerwünscht, da es sowohl schwierig ist, Teiletoleranzen einzuhalten, als auch die strukturelle Stärke und die Symmetrie des Werkstücks geändert werden.
Nunmehr auf die 4 und 5 bezugnehmend ist ein Werkzeugsystem 400, 500 mit einer Mehrzahl von in einem Feld angeordneten Werkzeugelementen 402 gezeigt. Jedes der Elemente 402 weist ein erstes Ende 404 zur Befestigung an einem Werkzeugbett über Befestigungsmittel 406 und ein zweites Ende 408 auf, das einen Abschnitt einer Werkzeugfläche beinhaltet. In der in 4 gezeigten Anordnung kann das Werkzeugsystem 400 mit einem zweiten, fixierten Werkzeug oder einer zweiten, passenden Werkzeugfläche verwendet werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt. In der in 5 gezeigten Anordnung besitzt das Werkzeugsystem 500 ein oberes Werkzeugteil 502 und ein unteres Werkzeugteil 504, die in entgegengesetzter Ausrichtung derart angeordnet sind, dass im Gebrauch eine Vorform zwischen den Werkzeugteilen platziert werden kann, wobei die Werkzeugteile zusammengebracht und vorzugsweise geheizt werden, so dass sich die Vorform im Werkzeugsystem verfestigen kann. Die Elemente innerhalb jedes Feldes werden detailliert unter Bezugnahme auf die 6 bis 15 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist eine Seitenansicht eines Elements 600 für ein Werkzeugsystem unter zwei Temperaturbedingungen gezeigt. Das Element 600 hat eine Verbundwerkstoffstruktur mit einem ersten Abschnitt 602 aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (nachfolgend CTE) und einen zweiten Abschnitt 604 aus einem zweiten Material mit einem zweiten CTE, wobei der erste CTE niedriger als der zweite CTE ist. Der erste und der zweite Abschnitt 602, 604 jedes Elements beinhalten ein freies Ende 606, 608 und ein verbundenes Ende 610, 612, wobei die verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts im Wesentlichen gegeneinander anliegen. Die verbundenen Enden können aneinander in verschiedener Weise fixiert sein, beispielsweise durch Verwenden von Epoxidharzen oder Löttechniken, wobei jedoch jegliche anderen bekannten Verfahren zum Verbinden zweier unähnlicher Metalle zum Einsatz kommen können. Ersichtlich ist das Element 600 ein dreidimensionales Element, und die Verbindungsfläche zwischen den beiden verbundenen Enden bildet eine dreidimensionale Fläche. Der erste Abschnitt 602 besteht aus Invar, und der zweite Abschnitt 604 besteht aus Aluminium.
In einem alternativen Design können anstelle des fixierten Verbindens der Werkzeugelemente 602, 604 aneinander, wie oben beschrieben, die Elemente lose durch Bereitstellen von Zinnen oder anderen korrelierenden Merkmalen an gegenüberliegenden Flächen der zwei Abschnitte 602, 604 verbunden sein, wie durch die gestrichelte Linie in 7 dargestellt. Alternativ kann ein Verbinden mittels Pins in Öffnungen etc. ebenso verwendet werden. In diesen Anordnungen können mechanische Seitwärtsbelastungen zwischen den Materialien, wenn diese expandieren und kontrahieren, innerhalb der Werkzeugelementstruktur absorbiert werden, indem ausreichend Raum zwischen den Flächenmerkmalen, z. B. den Zinnen (zwecks Klarheit weggelassen), belassen wird. Im Übrigen funktioniert das Werkzeugelement in der gleichen Weise, wie hierin erläutert.
Die Oberfläche an einem Ende des Elements 600 bildet einen Abschnitt 614 einer Werkzeugfläche. Wenn das Werkzeugelement 600 erwärmt wird, dehnt sich der erste Abschnitt 602 aufgrund des sehr niedrigen CTE von Invar minimal aus. Der zweite Abschnitt 604 dehnt sich hingegen in seiner Längsrichtung aus, was zur Folge hat, dass sich der Abschnitt 614 der Werkzeugfläche bewegt. Da die Aluminiumtiefe in der Längsachse des Elements 600 über den Querschnitt des Elements 600 nicht konstant ist, ändert der Abschnitt 614 der Werkzeugfläche seine Gestalt, wenn er erwärmt wird. Wenn das Element 600 auf die ursprüngliche Temperatur zurückgekühlt wird, zieht sich das Aluminium zusammen, und die Werkzeugfläche 614 kehrt zu ihrer ursprünglichen Abmessung zurück. Die Änderung in der Kontur des Abschnitts der Werkzeugfläche 614 ist eine skalierte Reflexion der dreidimensionalen Verbindungsfläche 616 zwischen dem ersten Abschnitt 602 und dem zweiten abschnitt 604 jedes Elements 600 in einer Ebene „A-A” senkrecht zur Werkzeugachse. Wenn der Werkzeugpin ursprünglich eine flache Werkzeugfläche besitzt, wird die expandierte Werkzeugfläche eine direkt skalierte Reflexion der dreidimensionale Verbindungsfläche sein. Wenn hingegen die Werkzeugfläche ursprünglich in ihrem nicht expandierten Zustand konturiert ist, ist der Abmessungsunterschied der ursprünglichen Werkzeugflächekontur und der endgültigen Werkzeugflächekontur, d. h. die Ausdehnung, eine skalierte Reflexion der dreidimensionalen Verbindungsfläche.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 ist eine Seitenansicht eines alternativen Elements 800 mit einer nichtlinearen dreidimensionalen Verbindungsfläche 616 gezeigt.
In beiden Variationen des Elements ist das Verhältnis der skalierten Reflexion direkt proportional zum Verhältnis des ersten und des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zwei Materialien. Die gesamte Änderung in der Gestalt der Werkzeugfläche ist eine Funktion der Verbindungsflächengeometrie, der Länge des Werkzeugpins und der angewendeten Temperatur. Auf diese Weise können Werkzeugpins so entworfen werden, dass eine exakt benötigte Ausdehnungscharakteristik erzielt wird, wobei weitere Prozessdesignparameter berücksichtigt werden, wie die benötigte Werkzeugtemperatur.
Die 10 und 11 zeigen Perspektivansichten verschiedener Elemente 1000 und 1100, die deutlich machen, wie hierfür verschiedene Werkzeugkonturen bereitgestellt werden können. Die Elemente können einen konturierten Abschnitt der Werkzeugfläche 1014, 1114 in ihrem Kühlzustand aufweisen, wobei die Änderung in der Kontur der Werkzeugfläche bei Erwärmen des Elements eine skalierte Reflexion der dreidimensionalen Verbindungsfläche 1016, 1116 der zwei Abschnitte 1002, 1004, 1102, 1104 ist.
Bezugnehmend auf die 12 und 13 ist eine andere Ausführungsform des Elements 1200 gezeigt. Da sich das Material des zweiten Abschnitts 1204 mit dem höheren CTE auch senkrecht zur Längsachse des Elements 1200 ausdehnt, weist der zweite Abschnitt 1204 eine geringere Querschnittsfläche senkrecht zur Längsachse des Elements 1200 auf. Der zweite Abschnitt 1204 ist mit einer Werkzeugschicht 1218 abgedeckt, die aus einem Material mit einem niedrigen CTE besteht, z. B. Invar. Die Querschnittsfläche des zweiten Abschnitts 1204 ist ausreichend geringer als diejenige des ersten Abschnitts 1202, so dass bei Erwärmung und Ausdehnung sowohl longitudinal als auch senkrecht zur Längsachse des Elements der expandierte Querschnitt des zweiten Abschnitts 1204 den Querschnitt des ersten Abschnitts 1202 nicht überschreitet. Das Element dehnt sich in der Längsrichtung in gleicher Weise aus, wie unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben. Die Werkzeugschicht 1218 besitzt eine Werkzeugfläche 1214 an ihrer Außenseite und ist durch irgendein geeignetes Verfahren am zweiten Abschnitt 1204 angebracht, wie oben unter Bezugnahme auf das Verbinden des ersten Abschnitts 602 und des zweiten Abschnitts 604 beschrieben.
Ein Heizelement (nicht gezeigt) kann der Werkzeugschicht 1218 zugeordnet sein, so dass eine unabhängige Steuerung der Zufuhr von Warme zum und Abführung von Wärme aus dem zu gießenden Werkstück erzielt werden kann, ohne dass dieser Eintrag/Austrag von Wärme direkt mit der Expansion/Kontraktion der Werkzeugelementgeometrie in Bezug steht. Das Heiz-/Kühlelement kann beispielsweise ein elektrisches Element oder alternativ ein Kanal zur Durchleitung von Umgebungsluft oder erwärmter Luft sein.
14 zeigt einen Querschnitt durch ein Element 1400 gemäß der Erfindung, das eine interne Heizung und Kühlung aufweist. Das Element 1400 beinhaltet einen Kern 1420 und eine äußere Schicht 1422. Der Kern ist so bemessen, dass er eng anliegend in die äußere Schicht 1422 passt und mit dieser durch ein Epoxid, Lotmittel oder irgendein geeignetes Verfahren verbunden sein kann. Sowohl der Kern als auch die äußere Schicht 1422 sind Verbundwerkstoffkomponenten, von denen jede aus einem Material mit einem niedrigen CTE und einem hohen CTE besteht. Speziell ist das Element 1400 im zusammengebauten Zustand im Wesentlichen einheitlich, und die dreidimensionale Verbindungsfläche 1424 zwischen den beiden Materialien der äußeren Schicht 1422 und des Kerns 1420 ist ausgerichtet. Im Gebrauch expandiert und kontrahiert das Element 1400, wenn es erwärmt und gekühlt wird, in der gleichen Weise, wie unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben. Das Element 1400 weist einen Einlass 1428 für ein Heiß-/Kühlfluid auf, der in den Kern mündet und sich entlang von dessen Mitte nach oben erstreckt. Ein oberer Kanal 1430 vom Ende des Einlasses zur Außenkante des Kerns 1420 ist im oberen Teil des Kerns gebildet, und ein Spiralkanal 1432 windet sich vom oberen Kanal um die Außenseite des Kerns 1420 herum nach unten. Der Kern kann von einer beliebigen Querschnittsform sein, wobei ein kreisförmiger Querschnitt bevorzugt ist. Im in die äußere Schicht 1422 eingebauten Zustand bilden der Einlass 1428, der obere Kanal 1430 und der Spiralkanal 1432 einen Strömungskanal für das Kühl-/Heizfluid innerhalb des Elements 1400.
Bezugnehmend auf 15 ist ein Querschnitt durch ein alternatives Element 1500 mit einer internen Heizung und Kühlung gezeigt. Das Element 1500 besitzt einen Kern 1520 und eine äußere Schicht 1522. Der Kern weist einen Einlass 1528 an seiner Basis zum Einspeisen eines Heiz-/Kühlfluids auf. Im zusammengebauten Zustand ist der Kern 1520 von der äußeren Schicht durch einen schmalen Zwischenraum 1534 separiert, so dass im Gebrauch Heiz- oder Kühlfluid über den Einlass 1528 in das Element 1500 gelangen kann und dann durch den Zwischenraum 1534 in das Element 1500 strömt, bevor es dieses über einen Auslass 1536 verlässt. In dieser Anordnung braucht nur die äußere Schicht 1522 einen ersten Abschnitt 1502 und einen zweiten Abschnitt 1504 mit unterschiedlichem CTE haben, die über eine dreidimensionale Fläche 1516 verbunden sind.
Da die Elemente 1400, 1500 im Inneren Heiz-/Kühlkanäle besitzen, können sie direkt und viel schneller als beispielsweise beim autoklaven Prozess beheizt und gekühlt werden, bei dem das Heizen üblicherweise mittels Zwangsluft erfolgt, die sich über der Gießform erwärmt. Dies kann Zykluszeiten des Gießprozesses verringern.
Außerdem kann, da die Werkzeugelemente individuell beheizbar sind, eine Gesamtsteuerung der zeitlichen Abstimmung der Ausdehnung des Werkzeugs realisiert werden. Beispielsweise können die Werkzeugelemente in progressiver Weise von einer Seite des Werkzeugs zur anderen derart beheizt werden, dass die Ausdehnung des Werkzeugs einen Welleneffekt über die Werkzeugoberfläche hinweg erzeugt. In einem anderen Beispiel können die Werkzeugelemente sequentiell so geheizt werden, dass der Gießprozess verbessert wird. Beispielsweise kann, wenn es erforderlich ist, überschüssiges Harz aus einer Gießform auszutreiben, die Gießform zuerst in ihrem mittleren Bereich geheizt werden, wonach die Ausdehnung derselben progressiv nach außen fortschreitet, um überschüssiges Harz an den Seiten der Gießform hinauszudrücken. Alternativ können beispielsweise beim Harztransfergießen, bei dem eine Vorform mit Harz während des Gießprozesses imprägniert wird, Bereiche für eine Zeitdauer ohne Ausdehnung belassen werden, um nicht komprimierte Bereiche der Vorform zu erzeugen, die als Kanäle fungieren können, über welche das Harz in das Werkstück fließen kann. Unter Ausnutzung dieser Charakteristika kann der gesamte Gießprozess optimiert werden, um auf diese Weise konsistent Gießprodukte hoher Qualität zu erzeugen.
Nunmehr bezugnehmend auf 16 kann die gleiche Vorform 100, wie in 1 gezeigt, in einem Werkzeugsystem mit Elementen 1600, wie hierin beschrieben, platziert werden. Das Werkzeugsystem wird um die Vorform herum klemmend gehalten, und das Heizen wird gestartet. Mit Aufheizung des Werkzeugsystems und Verfestigung des Werkstücks dehnen sich die Elemente 1600 derart aus, dass die Werkzeugflächen 1614 des Systems entsprechend der Verfestigung der Vorform expandieren. Da sich das Werkzeugsystem mit Verfestigung der Vorform selbst ausdehnt, kann normalerweise eine geringere Klemmkraft verwendet werden, denn die Werkzeugausdehnung ist proportional an die Verfestigungsabmessungsänderung über die gesamte Vorformfläche hinweg angepasst. Auf diese Weise können die gleiche Verstärkungsstruktur und Symmetrie beibehalten werden, und es kann ein konstanter Druck während des Verfestigungsprozesses angewandt werden.
17 zeigt ein Design, wie die beiden Materialien auf den Elementen 1700 eines Werkzeugsystems 1740 angeordnet werden können, um den geforderten Effekt für die gezeigte Vorform zu erzielen.
Jedes der Elemente besitzt einen ersten Abschnitt 1702 aus einem Material mit niedrigem CTE und einen zweiten Abschnitt 1704 aus einem Material mit hohem CTE. Die Verbindungsfläche 1716 zwischen den Materialien mit niedrigem und hohem CTE ist so positioniert, dass das Verhältnis von Material mit niedrigem zu demjenigen mit hohem CTE an einem gegebenen Punkt derart variiert, dass die gewünschte lokale Ausdehnung des Werkzeugs erzielt wird. Im Gebrauch kompensiert der Unterschied zwischen der Gestalt der gekühlten Werkzeugfläche 1714 und der Gestalt der erwärmten Werkzeugfläche 1714a die Abmessungsänderungen in einer Vorform bei Verfestigung.
Die 18 und 19 zeigen eine Seitenansicht eines Elements 1800 für ein Werkzeugsystem unter zwei Temperaturbedingungen. Das Element 1800 besitzt eine Verbundwerkstoffstruktur mit einem ersten Abschnitt 1802 und einem vierten Abschnitt 1804 aus einem ersten Material mit einem ersten CTE sowie einem zweiten Abschnitt 1806 und einem dritten Abschnitt 1808 mit einem zweiten CTE. Wenngleich angegeben ist, dass der erste und vierte Abschnitt bzw. der zweite und dritte Abschnitt jeweils den gleichen CTE besitzen, können sie selbstverständlich unterschiedliche CTE aufweisen, um die gewünschte Werkzeugausdehnung bei Erwärmung bereitzustellen. Wenn das Werkzeug beheizt wird, wirken der erste und dritte Abschnitt in der Weise zusammen, wie für den ersten und zweiten Abschnitt unter Bezugnahme auf die 6 bis 11 beschrieben, um eine gesteuerte Ausdehnung des Elements in der Längsachse des Werkzeugs bereitzustellen, und der vierte und zweite Abschnitt stellen eine gesteuerte Ausdehnung des Elements in einer Richtung senkrecht zur Werkzeugachse bereit. Ersichtlich können die Abschnitte dazu verwendet werden, eine Ausdehnung in irgendwelche zwei Richtungen bereitzustellen, die nicht senkrecht zueinander sein müssen. Ein Werkzeug der Erfindung kann daher dazu verwendet werden, Merkmale zu erzeugen, wie Hinterschnitt- oder Umwicklungs-Werkzeugmerkmale, die mit herkömmlichen Werkzeugsystem nicht möglich sind. Da sich das Werkzeug bei Kühlung zusammenzieht, kehrt das Werkzeugelement in seine geradlinige Position zurück, was ein einfaches Entnehmen eines Werkstücks frei von Beschränkungen durch Werkzeugmerkmale ermöglicht, die zur Erzeugung des Hinterschnitt-/Umwicklungsmerkmals benutzt werden.
Die unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschriebene Ausführungsform kann in Kombination mit den Heiz- und Kühlmerkmalen verwendet werden, die unter Bezugnahme auf die 14 und 15 erläutert wurden. Speziell kann die Zufuhr von Heiz- und Kühlfluid zu dem ersten und zweiten Abschnitt oder zu dem dritten und vierten Abschnitt unabhängig gesteuert werden, um so eine Werkzeugbewegungssequenz zu erzielen, bei der das Werkzeug in einer ersten Richtung und dann in einer zweiten Richtung expandiert, gefolgt von einer Kontraktion in der zweiten Richtung und einer Kontraktion in der ersten Richtung. Andere Sequenzen sind selbstverständlich möglich und liegen im Umfang der Erfindung, wobei das betreffende Merkmal dieses Aspekts der Erfindung die gesteuerte Bildung einer Sequenz von thermischer Expansion und Kontraktion von Werkzeugflächen ist, um komplexe Geometrien zu gießen, die andernfalls ein mehrachsiges Bewegen des Werkzeugs erfordern würden. Dank der vorliegenden Erfindung kann ein solches Werkzeug in einer einfachen Aufwärts- und Abwärtsseparation des Werkzeugs bereitgestellt werden.
Bezugnehmend auf 20 ist ein Werkzeugelement gezeigt, wie es unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug jedoch so bemessen, dass es bei einer ersten Temperatur, die Raumtemperatur sein kann, eine erste Werkzeugflächengeometrie 2002 aufweist. Das Element wird beheizt, um die Werkzeugflächengeometrie auf eine zweite Geometrie 2004 zu bringen. Diese ist die anfängliche Werkzeuggeometrie für den Gießprozess. Während des Prozesses wird das Element weiter beheizt, um es dazu zu bringen, sich auf eine Werkzeuggeometrie 2006 auszudehnen, bei der eine Kompression auf das zu gießende Teil ausgeübt wird. Indem die Raumtemperatur-Werkzeuggeometrie vorhanden ist, kann das Werkzeug von der Oberfläche des gegossenen Teils abgenommen werden, wenn es sich auf Raumtemperatur befindet.
Es versteht sich, dass die Drücke, die durch ein Werkzeugsystem unter Verwendung der hierin beschriebenen Elemente erzielt werden können, in der Lage sind, jegliche Kompressionskraft bereitzustellen, die in vielen Werkzeugprozessen benötigt wird, und dementsprechend kann durch Verwenden von Werkzeugelementen, wie hierin beschrieben, die Notwendigkeit zur Bereitstellung eines sekundären Drucks im Gießprozess, z. B. mittels externer Pressen, beträchtlich reduziert und eventuell eliminiert werden.
Es versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Merkmale der Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsform beschrieben wurden, um die Merkmale klar darzulegen, wobei die in den verschiedenen Figuren gezeigten Merkmale isoliert oder in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Figur verwendet werden können, soweit geeignet.

Claims

Element für ein Werkzeugsystem mit einer Mehrzahl von in einem Feld zur Bildung einer Werkzeugfläche angeordneten Elementen, wobei das Element ein Verbundwerkstoffelement ist und umfasst: – ein erstes Ende mit Befestigungsmitteln zum Befestigen an einem Werkzeugbett, – ein zweites Ende mit einem Abschnitt einer Werkzeugfläche, – einen ersten Abschnitt aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wobei das erste Ende ein freies Ende des ersten Abschnitts ist, und – einen zweiten Abschnitt aus im Wesentlichen einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wobei das zweite Ende ein freies Ende des zweiten Abschnitts ist und der erste thermische Ausdehnungskoeffizient niedriger als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist.
Element nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Abschnitt jedes Elements ein freies Ende und ein verbundenes Ende aufweisen, wobei die verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts im Wesentlichen aneinander anstoßen.
Element nach Anspruch 2, wobei die verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts eine Mehrzahl von verzahnenden Merkmalen darauf beinhalten.
Element nach Anspruch 3, wobei die verzahnenden Merkmale eine Belastung in Längsrichtung des Werkzeugelements übertragen und eine Relativbewegung der verbundenen Enden des ersten und des zweiten Abschnitts in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs erlauben.
Element nach Anspruch 2, wobei eine Verbindungsfläche zwischen den verbundenen Enden eine nichtplanare dreidimensionale Fläche beinhaltet.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Erwärmen und Kühlen des Elements in einer Ausdehnung und Kontraktion des Elements derart resultiert, dass sich die Kontur des Abschnitts der Werkzeugfläche an ihrem zweiten Ende ändert.
Element nach Anspruch 6, wobei die Änderung in der Kontor des Abschnitts der Werkzeugfläche eine skalierte Reflexion der dreidimensionalen Verbindungsfläche zwischen dem ersten und dem Zweiten Abschnitt jedes Elements in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Elements ist.
Element nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis der skalierten Reflexion direkt proportional zum Verhältnis des ersten zum zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das freie Ende des zweiten Abschnitts jedes Elements mit einer Schicht aus einem Material bedeckt ist, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Element nach Anspruch 9, wobei die das Ende des zweiten Abschnitts jedes Elements bedeckende Materialschicht mit einem Heiz- und/oder Kühlmittel versehen ist, um eine Steuerung der Temperatur der Werkzeugfläche zu ermöglichen.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes Element eine äußere Schicht und einen Kern aufweist.
Element nach Anspruch 11, wobei der Kern des Weiteren einen ersten Kernabschnitt aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einen zweiten Kernabschnitt aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist, und eine Kernverbindungsfläche mit einer dreidimensionalen Fläche zwischen dem ersten Kernabschnitt und dem zweiten Kernabschnitt aufweist, wobei der Kern und die äußere Schicht miteinander in Kontakt stehen und die dreidimensionale Kernverbindungsfläche zur dreidimensionalen Elementverbindungsfläche ausgerichtet ist.
Element nach Anspruch 12, wobei die äußere Schicht und der Kern voneinander um einen Zwischenraum separiert sind.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei es interne Fluidkanäle zum Aufnehmen eines Heiz- oder Kühlfluids aufweist.
Element nach Anspruch 14, wobei die internen Fluidkanäle innerhalb des Kerns enthalten sind.
Element nach Anspruch 14 oder 15, wobei die internen Fluidkanäle einen Zwischenraum zwischen der äußeren Schicht und dem Kern beinhalten.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das erste Material Invar ist und das zweite Material Aluminium ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, das des Weiteren einen dritten Abschnitt aus einem Material mit einem dritten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einen vierten Abschnitt aus einem Material mit einem vierten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der dritte thermische Ausdehnungskoeffizient niedriger als der vierte thermische Ausdehnungskoeffizient ist und wobei der vierte Abschnitt eine zweite Werkzeugfläche umfasst.
Element nach Anspruch 18, das des Weiteren individuell steuerbare Heiz- und Kühlmittel umfasst, die mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt bzw. mit dem dritten und vierten Abschnitt verknüpft sind.
Werkzeugsystem mit einer Mehrzahl von Elementen nach einem der Ansprüche 1 bis 19, die in einem Feld derart angeordnet sind, dass die zweiten Enden jedes Elements des Feldes eines erste Werkzeugfläche bilden.
Werkzeugsystem nach Anspruch 20, das des Weiteren eine zweite Mehrzahl von Elementen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 umfasst, die in einem zweiten Feld derart angeordnet sind, dass die zweiten Enden jedes Elements des zweiten Feldes eine zweite Werkzeugfläche bilden, wobei die erste und die zweite Werkzeugfläche in einer entgegengesetzten Anordnung konfiguriert sind.
Werkzeugsystem nach Anspruch 20 oder 21, wobei der zweite Abschnitt jedes Elements so bemessen ist, dass ein schmaler Zwischenraum zwischen den zweiten Abschnitten benachbarter Elemente vorliegt, wenn die Elemente in ihrem Feld angeordnet sind.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei wenigstens ein Teil der mehreren Elemente so bemessen ist, dass die Werkzeugfläche bei einer ersten Temperatur ein Übermaß verglichen mit einer benötigten ersten Werkzeugflächengeometrie aufweist und dass sich die Elemente bei einer zweiten Temperatur höher als der ersten Temperatur zur Bildung der benötigten ersten Werkzeugflächengeometrie ausdehnen.
Werkzeugsystem nach Anspruch 23, wobei sich wenigstens einige der Elemente bei einer dritten Temperatur höher als der zweiten Temperatur weiter ausdehnen, um eine benötigte zweite Werkzeugflächengeometrie zu bilden.