DE19714736A1 - Verfahren zur Herstellung von Teilen aus einem kalt ausgehärteten Mineralguß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Teilen, insbesondere von Maschinenbauteilen, aus einem kalt ausgehärteten Mineralguß unter Verwendung einer Holz­ form oder einer Dauerform aus Stahlblech.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß speziell in den letzten Jahren im Maschinenbau, insbesondere bei komplexen Werkzeugmaschinen-Konstruktionen für Gestell-, Schlitten- und andere Bauteile die herkömmlichen Werkstoffe durch Mi­ neralguß erfolgreich ersetzt werden können, da die Bautei­ le praktisch montagefertig gegossen werden und damit rasch verfügbar sind sowie die Standzeiten der auf solchen Ma­ schinen eingesetzten Werkzeuge erheblich verlängert wer­ den (Prößler, Ernst-Kurt: Mineralguß - alternativer Kon­ struktionswerkstoff für den Maschinenbau, Sonderdruck aus Werkstatt und Betrieb, 1990, Heft 9, S. 707-710). Der Mineralguß, bestehend aus einem Harz-Härter-System und einem Füllstoff, beispielsweise SiO₂, kann in einem Char­ genmischer oder in einer Misch- und Gießmaschine herge­ stellt werden. Die so hergestellte breiige Masse wird dann kalt in eine oder mehrere Gießformen vergossen. Für die Fertigung in kleinen Stückzahlen kommen reine Holzformen zum Einsatz, werden größere Stückahlen oder hohe Genauig­ keiten gefordert, so sind beispielsweise Dauerformen aus Stahlblech erforderlich. Der Aushärteprozeß verläuft exo­ therm. Die entstehende Wärme wird zum Teil emittert oder abgeleitet sowie durch die Füllstoffe, also dem Mineralguß absorbiert. Die dabei erreichten Spitzen-Temperaturen liegen zwischen 40 und 60°C. Die Nachteile bestehen bei der Herstellung von Bauteilen aus einem kalt ausgehärteten Mineralguß darin, daß sich im Ergebnis des Gießprozesses die Bauteile unterschiedlich erwärmen, wodurch der Ver­ netzungsprozeß (Aushärten) im Bauteil mit unterschiedli­ chen Geschwindigkeiten verläuft und sich der Temperatur­ gradient zusätzlich verstärkt. Es entstehen somit in Abhängigkeit von der Bauteilmasse, der Bauteilstruktur und den Temperaturen unvermeidliche Spannungen und ein temperaturbedingter Verzug im Bauteil mit einer Ebenheits­ abweichung von bis zu 0,4 mm bei einer Flächengröße von 500 mm×500 min. Hinzu kommt, daß die Bauteiloberfläche nicht blasen- und porenfrei ist.

Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Teilen, insbesondere von Maschinenbauteilen, aus einem kalt ausgehärteten Mineral­ guß zu entwickeln, bei dem nur eine geringe Wärmemenge nach dem Gießprozeß entsteht und diese ab fließen oder ab­ strahlen kann, die Teile weitestgehend keinen temperatur­ bedingen Verzug haben und eine luftblasenfreie, ebene und glatte Oberfläche entsteht. Erreicht wird dies durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs (1). Für das Verfahren ist weiterhin kennzeichnend, daß das an den Formwänden aufzutragene Epoxidharz durch Zusatz von Fraktionen und Variationen bei waagerechten Flächen niedrigviskos und bei schrägen oder vertikalen Flächen pastös eingestellt wird. Die die Form auszufüllenden Mineralgußsegmente sind geome­ trisch formbestimmte Baukastenteile oder Recycling-Bruch­ stücke. Vorteilhafterweise haben die verfahrensgemäß so hergestellten Mineralgußteile eine absolut luftblasenfreie Oberfläche und die Ebenheitsabweichung beträgt bei einer Flächengröße von 500 mm×500 mm nur ca. 0,03 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel zur Her­ stellung eines plattenförmigen Teiles aus einem kalt aus­ gehärteten Mineralguß näher beschrieben werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein plattenförmig hergestelltes Mineralgußteil

Fig. 2 die Segmentierung des in Fig. 1 dargestellten Mineralgußteiles

Fig. 3 die Gießform mit Mineralgußsegmenten gemäß Fig. 2.

Zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten plattenför­ migen Mineralgußteiles ist zunächst eine Gießform aus Stahlblech zu fertigen und dann eine Segmentierung des herzustellenden Mineralgußteiles, wie in Fig. 2 darge­ stellt, vorzunehmen. Für diese Segmentierung werden als unifizierte Segmente standardisierte Mineralgußsegmente eingesetzt. Die notwendige geometrische Anpassung an das Mineralgußteil ist z. B. durch Trennen vorhandener Mine­ ralgußsegmente möglich. Somit können auch geometrisch beliebig strukturierte Mineralgußteile kostengünstig her­ gestellt werden. Zum Herstellen des hochgenauen platten­ förmigen Mineralgußteiles wird an den Formwänden 5 der Gießform 1 eine aus einem kalt ausgehärteten Epoxidharz bestehende Schicht (spezieller Mineralguß) 3 aufgetragen. Dann werden die zuvor ausgewählten und/oder angepaßten Mineralgußsegmente 2 schichtweise in die Gießform 1 ein­ gelegt und die vorhandenen 2 bis 3 mm breiten Hohlräume 4 zwischen den Mineralgußsegmenten 2 mit dem speziellen Mineralguß 3 schichtweise vergossen. Der so entstehende großvolumige "Monolith" besteht also aus einem Mauerwerk, nur dessen Fugen (Hohlräume) 4 aushärten. Von der Gesamt­ masse des "Monoliths" reagieren weniger als 10% exotherm, die dabei frei werdende Wärme wird abgeführt oder absor­ biert. Die Ebenheitsabweichung beträgt 0,026 mm. Der aus einem kalt ausgehärteten Epoxidharz bestehende spezielle Mineralguß 3 erfüllt alle Anwenderforderungen, wie Forde­ rungen an die Reaktivität eines Klebstoffes (Topfzeit) in einem möglichst breiten Temperaturbereich, blasenfreie Ausbreitung der Schicht bei einem geringen Anpreßdruck und geringe Ablaufneigung bei schrägen Flächen. Das gewünschte Eigenschaftsprofil des speziellen Mineralgusses 3 wird durch Formulierung mit speziellen Füll- und Zusatzstoffen erzielt. Insbesondere die Beigabe von Füllstoffen erlaubt eine einfache Variation bestimmter strukturmechanischer Eigenschaften, ohne daß die Grundeigenschaften des Poly­ mers nachhaltig verändert werden. So wirken die im Polymer eingebetteten Füllstoffpartikel infolge ihrer geringen Wärmeausdehnung den zeit- und temperaturbedingten Schwin­ dungseigenschaften der Polymere bei Wärmebeanspruchung entgegen und aufgrund der höheren Festigkeit der Füllstof­ fe gegenüber den Polymeren ergeben sich höhere Klebfestig­ keiten. Die im allgemeinen viel geringeren Ausdehnungsko­ effizienten der Füllstoffe wirken zudem ausgleichend auf den Schwindungsvorgang während der Aushärtung und Abküh­ lung. Durch die Füllstoffe werden innere Spannungen in der Polymerschicht vermieden und damit das Festigkeitsverhal­ ten verbessert. In gleicher Weise vermindern die verwende­ ten Füllstoffe den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der reinen Polymerschicht.

Durchgeführte bruchtechnische Untersuchungen haben ge­ zeigt, daß die Klebefugen in den verfahrensgemäß herge­ stellten Mineralgußteilen die auf sie einwirkenden Lasten auf Dauer schadensfrei übertragen können.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Teilen, insbesondere von Maschinenbauteilen, aus einem kalt ausgehärteten Mineralguß unter Verwendung einer Holzform oder einer Dauerform aus Stahlblech, gekennzeichnet dadurch, daß

• - an den Formwänden eine aus einem kalt aushärteten Epoxidharz bestehende Schicht aufgetragen wird,
• - die Form mit Mineralgußsegmenten gefüllt wird und
• - die Hohlräume zwischen den Mineralgußsegmenten mit Epoxidharz vergossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß je nach Lage der Formwand das Epoxidharz durch Zusatz von Fraktionen und Variationen der Gewichtsanteile niedrigviskos bis pastös eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den waagerechten Flächen der Formwand das Epoxid­ harz niedrigviskos eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den schrägen oder vertikalen Flächen der Formwand das Epoxidharz pastös eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mineralgußsegmente geometrisch formbe­ stimmte Baukastenteile sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mineralgußteile Recycling-Bruchstücke sind.