DE202018106268U1 - Tool for producing molds or cores by electrical resistance heating of a plastic-based material - Google Patents

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Abstract

Form- oder Kernwerkzeug (1) zur Herstellung von organischen oder anorganischen Formen (2) oder Kernen (2'); aufweisendmindestens ein Werkzeugeinsatz mit mindestens einer Kavität zur Aufnahme einer Formstoffmischung (9);wobei ein Material (7) des Werkzeugeinsatzes zumindest teilweise elektrisch leitend ist und ein spezifischer elektrischer Widerstand des Materials (7) des Werkzeugeinsatzes derart gewählt ist, dass es sich bei Durchleiten eines elektrischen Stromes erwärmt und ein Aushärten der Formstoffmischung (9) in der Kavität bewirkt; dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Werkzeugeinsatzes einen Kunststoff aufweist.Mold or core tool (1) for producing organic or inorganic molds (2) or cores (2 '); wherein at least one tool insert (7) of the tool insert is at least partially electrically conductive and a specific electrical resistance of the material (7) of the tool insert is chosen so that it is passed through a heated electric current and causes curing of the molding material mixture (9) in the cavity; characterized in that the material of the tool insert comprises a plastic.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Formteilen oder Kernen im Bereich des Gießereiwesens und der Kunststoffverarbeitung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Form- oder Kernwerkzeug mit einem Werkzeugeinsatz zur Herstellung von organischen oder anorganischen Formen oder Kernen.The present invention relates to the production of moldings or cores in the field of foundry and plastics processing. In particular, the invention relates to a mold or core tool having a tool insert for producing organic or inorganic molds or cores.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Aus der WO 2003/013761 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei welchem als anorganisches Bindemittel Magnesiumsulfat verwendet wird, welches in Wasser dispergiert und/oder gelöst und anschließend mit Gießereisand vermischt ist. Anschließend wird diese Mischung aus einem Formstoff, das heißt bspw. Gießereisand und dem Wasser enthaltenden Bindemittel, in das Form- oder Kernwerkzeug eingebracht und dort durch Erhitzen ausgehärtet. Durch die Verwendung eines anorganischen Bindemittels soll ein Austreten von umweltschädigenden Gasen beim Aushärten der Mischung vermieden werden. Dies Anmeldung basiert dabei teilweise auf der Patentanmeldung DE 24 35 886 A1 aus dem Jahre 1974 zum Erhärten von Sandkernen mittels „Hindurchleiten eines elektrischen Stromes“.From the WO 2003/013761 A1 is a generic method is known in which as an inorganic binder magnesium sulfate is used, which is dispersed in water and / or dissolved and then mixed with foundry sand. Subsequently, this mixture of a molding material, that is, for example, foundry sand and the binder containing water, introduced into the mold or core tool and cured there by heating. By using an inorganic binder leakage of environmentally damaging gases when curing the mixture should be avoided. This application is based in part on the patent application DE 24 35 886 A1 from 1974 for hardening of sand cores by "passing an electric current".

In der erwähnten Druckschrift WO 2003/013761 A1 ist ausgeführt, dass die zur Aushärtung erforderliche Energie mittels Elektrizität zur Verfügung gestellt wird. Die Elektrizität wird dabei über zwei oder mehrere Elektroden an „wenigstens teilweise elektrisch leitenden, gegeneinander isolierten Teilen der trennbaren Form- oder Kernwerkzeuge“ angelegt. Die genannte Anmeldung berücksichtigt nicht die Unterschiede zwischen den elektrisch spezifischen Widerstandseigenschaften des Kernwerkzeugs und den elektrisch spezifischen Widerstandseigenschaften des Sand-Binder-Gemisches. Es verwendet „gegeneinander isolierte[n] Teile der trennbaren Form- oder Kernwerkzeuge“.In the mentioned document WO 2003/013761 A1 it is stated that the energy required for curing is provided by means of electricity. The electricity is applied via two or more electrodes to "at least partially electrically conductive, mutually insulated parts of the separable mold or core tools". Said application does not consider the differences between the electrical resistivity properties of the core tool and the electrical resistivity properties of the sand binder mixture. It uses "mutually isolated parts of the separable mold or core tools".

Aus der DE 37 35 751 A1 ist ein gasdurchlässiges Formwerkzeug zur Herstellung von Guss- und Kernformen aus aushärtbarem Formsand bekannt, wobei das Werkzeug aus heteroporös aufgebautem, offenporigem Material besteht und wobei die Wand des Formwerkzeuges einen ersten, an den Formsand angrenzenden feinporigen Schichtbereich von 0,2-2 mm Dicke, 75-95% der theoretischen Materialdichte und Porendurchmesser < 50 µm aufweist, an den ein zweiter, massiver Bereich in Form eines großporigen Stützskeletts von < 80% der theoretischen Materialdichte und einem mittleren Porendurchmesser < 100 µm materialschlüssig angrenzt.From the DE 37 35 751 A1 a gas-permeable mold for the production of cast and core molds made of hardenable molding sand is known, wherein the tool consists of heteroporous constructed, open-pore material and wherein the wall of the mold a first, adjacent to the molding sand fine-pored layer region of 0.2-2 mm thickness, 75-95% of the theoretical material density and pore diameter <50 microns, to which a second, massive area in the form of a large-pored supporting skeleton of <80% of the theoretical material density and a mean pore diameter <100 microns adjoining the material fit.

Aus der DE 24 35 886 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen oder - kernen durch Einbringen eines Gemisches aus Aggregat und Binder in einen Form- oder Kernkasten und Erhitzen des Gemisches bekannt, wobei das Erhitzen mittels Durchleiten eines- elektrischen Stromes durch das Gemisch bewirkt wird. Aus der EP 3 103 562 A1 ist eine Schablone bekannt, welche eine rahmenförmige oder kastenförmige, sich vorzugsweise nach unten leicht verjüngend ausgebildete, Ausgestaltung mit einer umlaufenden Wandung und bei kastenförmiger Ausgestaltung auch einem Boden aufweist.From the DE 24 35 886 A1 A method of making foundry molds or cores by introducing a mixture of aggregate and binder into a mold or core box and heating the mixture is known, wherein the heating is effected by passing an electric current through the mixture. From the EP 3 103 562 A1 a template is known, which has a frame-shaped or box-shaped, preferably slightly tapered down, design with a circumferential wall and a box-shaped configuration also has a bottom.

Form- oder Kernwerkzeuge für anorganische Verfahren werden vornehmlich aus Metall wie z.B. Stahl oder Aluminium hergestellt. Aus dem Patent DE 24 35 886 A1 ist bekannt, dass dabei die verwendeten Materialien für die Erwärmung der Werkzeuge bzw. der Werkzeugeinsätze mittel Strom in vielen Fällen auf Keramik oder keramikbasierten Materialmischungen bestehen, denen teilweise zusätzliche Komponenten beigemischt sind. Diese Beimischungen sollen beispielsweise physikalische Eigenschaften der Mischung wie beispielsweise Schmelztemperatur, spezifischer elektrischer Widerstand, Festigkeiten und weitere Eigenschaften an die jeweiligen Anwendungsfälle anpassen. Dabei erfolgt die Anpassung an die elektrische Leitfähigkeit des zu verwendenden Sand-Bindergemisches. Insbesondere für Bereiche, wo Formen aus nichtleitenden Materialien hergestellt werden sollen, sind die bisher bekannten Verfahren häufig nicht geeignet.Mold or core tools for inorganic processes are mainly made of metal such as steel or aluminum. From the patent DE 24 35 886 A1 It is known that in this case the materials used for heating the tools or the tool inserts medium current in many cases on ceramic or ceramic-based material mixtures, some of which additional components are added. For example, these admixtures are intended to adapt physical properties of the mixture, for example melting temperature, specific electrical resistance, strengths and other properties, to the respective applications. In this case, the adaptation to the electrical conductivity of the sand-binder mixture to be used takes place. Especially for areas where forms are to be made of non-conductive materials, the previously known methods are often not suitable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The present invention therefore deals with the problem of providing for an apparatus of the generic type an improved or at least one alternative embodiment which overcomes in particular the disadvantages known from the prior art. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass es wünschenswert wäre, eine Alternative insbesondere zu den verwendeten Materialien für das Werkzeug, insbesondere den Werkzeugeinsatz zu bieten. Es wird daher ein Form- oder Kernwerkzeug zur Herstellung von anorganischen Formen oder Kernen vorgeschlagen. Dieses Formwerkzeug weist mindestens einen Werkzeugeinsatz mit mindestens einer Kavität zur Aufnahme einer Formstoffmischung auf. Dies bedeutet, dass der Werkzeugeinsatz vorgesehen ist, direkt mit der Formstoffmischung in Kontakt zu kommen und diese durch die Ausführung der Kavität in seiner Form zu definieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Werkzeugeinsatz mittels Strom erwärmt werden und durch direkten Kontakt mit der Formstoffmischung die Formstoffmischung erwärmt werden. The present invention is based on the general idea that it would be desirable to provide an alternative, in particular to the materials used for the tool, in particular the tool insert. There is therefore proposed a mold or core tool for the production of inorganic molds or cores. This molding tool has at least one tool insert with at least one cavity for receiving a molding material mixture. This means that the tool insert is intended to come into direct contact with the molding material mixture and to define this by the execution of the cavity in its shape. Additionally or alternatively, the tool insert can be heated by means of current and heated by direct contact with the molding material mixture, the molding material mixture.

Eine Formstoffmischung kann beispielsweise eine Mischung aus einem Basismaterial wie beispielsweise Sand, und verschiedenen Zusätzen wie Bindemitteln, Elektrolyten, Wasser und ähnlichem sein. Die Formstoffmischung kann, gemäß einem Beispiel, elektrisch leitfähig sein und sich beim Durchfließen mit einem elektrischen Strom aufgrund seines spezifischen elektrischen Widerstandes erwärmen. Ein Material des Werkzeugeinsatzes ist zumindest teilweise elektrisch leitend und ein spezifischer elektrischer Widerstand des Materials des Werkzeugeinsatzes ist derart gewählt, dass es sich beim Durchleiten eines elektrischen Stromes erwärmt und ein Aushärten der Formstoffmischung in der Kavität bewirkt. Anders gesagt fließt ein elektrischer Strom durch das Material des Werkzeugeinsatzes, beispielsweise durch Elektroden, die an den Außenseiten des Werkzeugeinsatzes angeordnet sind. Durch den spezifischen elektrischen Widerstand entwickelt sich Wärme, die über den direkten Kontakt zur Formstoffmischung in der Kavität eine Erwärmung dieser Formstoffmischung bewirkt.For example, a molding material mixture may be a mixture of a base material such as sand, and various additives such as binders, electrolytes, water, and the like. The molding material mixture may, according to one example, be electrically conductive and heat up when flowing through an electric current due to its specific electrical resistance. A material of the tool insert is at least partially electrically conductive and a specific electrical resistance of the material of the tool insert is selected such that it heats when passing an electric current and causes a hardening of the molding material mixture in the cavity. In other words, an electrical current flows through the material of the tool insert, for example by electrodes, which are arranged on the outer sides of the tool insert. Due to the specific electrical resistance, heat develops which, via direct contact with the molding material mixture in the cavity, causes heating of this molding material mixture.

Je nach Beschaffenheit der Formstoffmischung bewirkt die Erwärmung durch den Werkzeugeinsatz ein Aushärten der Formstoffmischung in der Kavität. Dem Fachmann ist bekannt, dass die notwendigen Temperaturen auf die Zusammensetzung der Formstoffmischung abgestimmt sein müssen, um bei den vorherrschenden Temperaturen des Werkzeugeinsatzes ein zuverlässiges Aushärten sicherstellen zu können. Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Material des Werkzeugeinsatzes einen Kunststoff aufweist.Depending on the nature of the molding material mixture, the heating caused by the tool insert causes hardening of the molding material mixture in the cavity. It is known to the person skilled in the art that the necessary temperatures must be matched to the composition of the molding material mixture in order to be able to ensure reliable curing at the prevailing temperatures of the tool insert. The peculiarity of the present invention can be seen in that the material of the tool insert comprises a plastic.

Diesem Merkmal liegen die folgenden Überlegungen zugrunde: Neben den bekannten Verwendungen von leitfähiger Keramik und ähnlichen Stoffen oder stoffgemischten können auch leitfähige Hochleistungskunststoffe verwendet werden. Durch die Entwicklung neuartiger Herstellungsverfahren sind auch derartig elektrisch leitfähige Kunststoffe zu akzeptablen ökonomischen Bedingungen herstellbar. Hierbei können Kunststoffe eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten keramikbasierten Materialien bieten. Ein Aspekt ist, dass für verschiedene Anwendungsfälle verschiedene Temperatur-Widerstandskurven wünschenswert sind. Kunststoffe können einen anderen Verlauf im Vergleich zu bekannten Keramikmaterialien aufweisen und somit den möglichen Anwendungsfällen gerecht werden. Im Vergleich zu Hochleistungskeramiken können die Verläufe der Kunststoffproben eine flachere Kurve mit wesentlich geringerem Anfangswiderstand aufweisen. Gemäß einem Beispiel können einzelne Keramikproben einen Widerstand bis zu 8000 Ohmmeter bei 20 °C aufweisen und dann bei Temperaturanstieg stark abfallen bis auf ca. 20 bis 30 Ohmmeter bei 200 °C. Andere Ausführungsvarianten von derartigen Kunststoffen beginnen bei einem Anfangswiderstand von etwa 200 Ohmmeter bei 20 °C und verlaufen dann nahezu linear auf 20 bis 30 Ohmmeter bei 200 °C. Sofern die elektrische Leitfähigkeit, gemäß einem Beispiel, zwischen 0,01 Ohmmeter und 300 Ohmmeter bei einer Temperatur von 150°C bis 200°C beträgt kann Kunststoff als Material verwendet werden.This feature is based on the following considerations: In addition to the known uses of conductive ceramics and similar materials or blended materials also conductive high performance plastics can be used. Due to the development of novel production processes, it is also possible to produce such electrically conductive plastics at acceptable economic conditions. Here, plastics can offer a number of advantages over the known ceramic-based materials. One aspect is that different temperature resistance curves are desirable for different applications. Plastics may have a different course compared to known ceramic materials and thus meet the possible applications. In comparison to high-performance ceramics, the progress of the plastic samples can have a flatter curve with significantly lower initial resistance. According to one example, individual ceramic samples may have a resistance of up to 8000 ohm-meters at 20 ° C and then fall sharply upon temperature rise to about 20 to 30 ohm-meters at 200 ° C. Other embodiments of such plastics begin at an initial resistance of about 200 ohm meters at 20 ° C and then run almost linearly to 20 to 30 ohm meters at 200 ° C. If the electrical conductivity, according to one example, is between 0.01 ohmmeter and 300 ohmmeter at a temperature of 150 ° C to 200 ° C, plastic may be used as the material.

Geht man von bekannten Sand-Binder-Gemischen aus, so können diese dort benötigten Widerstandsbereiche im Arbeitstemperaturbereich von 150°C - 200°C trotz unterschiedlichem Anfangswiderstand bei 20 °C auch über die Verwendung von Kunststoffen als Teil des Materials des Werkzeugeinsatzes erreicht werden. Hierbei kann eine flachere Widerstands-Temperaturkurve unter Umständen eine einfachere Kontrolle des Prozesses sowie wesentlich geringere Aufwärmzeiten des Werkzeugeinsatzes bei Prozessbeginn erlauben. Das zugrundeliegende Prinzip ist dabei, dass geringere Anfangswiderstände bei Raumtemperatur zu schnelleren Aufwärmzeiten führen. Die benötigten Arbeitstemperaturen von beispielsweise Sand-Binder-Gemischen sowie von sonstigen Form- und Kernmaterialien zur Verformung oder Aushärtung bestimmen, welche elektrisch leitenden Kunststoffe verwendet werden können.Assuming known sand-binder mixtures, so these required resistance ranges in the working temperature range of 150 ° C - 200 ° C despite different initial resistance at 20 ° C and the use of plastics can be achieved as part of the material of the tool insert. In this case, a flatter resistance temperature curve may allow for easier control of the process as well as significantly lower warm-up times of the tool insert at the start of the process. The underlying principle is that lower initial resistances at room temperature lead to faster warm-up times. The required working temperatures of, for example, sand binder mixtures as well as of other molding and core materials for shaping or curing determine which electrically conductive plastics can be used.

Ein Vorteil der Verwendung von Kunststoffen kann darin gesehen werden, dass gegenüber den bekannten keramikbasierten Materialien eine wesentlich kostengünstigere Hartbearbeitung möglich ist. Dies kann beispielsweise eine Serienproduktion von standardisierten Abmaßen besonders kostengünstig ermöglichen. Hierfür kann es für Unternehmen vorteilhaft sein, einen Lagerbestand von standardisierten Werkzeughalbmaterialien vorrätig zu halten um bei Bedarf dann das fertige Werkzeug daraus mittels Hartbearbeitung herzustellen.An advantage of the use of plastics can be seen in the fact that, compared with the known ceramic-based materials, a considerably less expensive hard machining is possible. This can, for example, enable mass production of standardized dimensions particularly cost-effectively. For this it may be advantageous for companies to keep a stock of standardized tooling semi-stock in stock to then manufacture the finished tool if necessary by means of hard machining.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff des Werkzeugeinsatzes ein Kunststoff aus der Gruppe der Polyetherketone. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist der Kunststoff ein PEEK-Polyetherketon. PEEK-Kunststoff hat eine geringere Schmelztemperatur und geringere Verformungstemperatur als die bisher benutzten gesinterten Keramiken. Dabei kann eine maximale dauerhafte Arbeitstemperatur bei einer beispielhaften PEEK-Komposition beispielsweise ca. 260 °C betragen. Daher können diese Werkzeuge entsprechend für Binder und Formstoffmaterialien verwendet werden, welche eine entsprechend geringere Aushärtetemperatur wie z.B. 150°C bis 220°C benötigen. In one embodiment of the invention, the plastic of the tool insert is a plastic from the group of polyether ketones. According to another embodiment, the plastic is a PEEK polyether ketone. PEEK plastic has a lower melting temperature and lower deformation temperature than the previously used sintered ceramics. In this case, for example, a maximum permanent working temperature for an exemplary PEEK composition may be approximately 260 ° C. Therefore, these tools can be used accordingly for binders and molding materials which require a correspondingly lower curing temperature such as 150 ° C to 220 ° C.

Neben den PEEK Materialien kommen, gemäß einem Beispiel, auch PI, PAI, PEKEKK, PEK, LCP, PPS, PES, PPSU, PEI, PSU, PPP, PC-HT, ETFE, PCTFE, PVDF in Frage, da diese Materialien im Dauergebrauch von über 150°C verwendet werden können. Dies erlaubt die Aushärtung von anorganischen Sand-Binder-Gemischen bzw. auch sonstigen Formmaterialien, welche geringere Temperaturen benötigen. Die zu verwendenden Kunststoffe sind je nach Materialeigenschaft auszuwählen. Dabei bietet jede der Kunststoffklassen grundsätzliche eigene Vorteile. Die elektrischen Eigenschaften der Kunststoffe können mithilfe von Zusätzen eingestellt werden. Weiterhin kann auch die Festigkeit von Kunststoffen mittel Kohlenstofffasern verstärkt werden (CFK-Anwendungen). Daher kommt es auf die Gesamteigenschaften und Aspekte an. Die grundsätzlichen Augenmerke zur Auswahl eines geeigneten Kunststoffes können dabei Schmelztemperatur, Festigkeit sowie Kosten sein. Einen Auszug aus möglichen Kunststoffen zeigt die folgende Liste. A/B/A Acrylnitril/Butadien/Acrylat, Copolymer A/MMA Acrylnitril/Methylmethacrylat, Copolymer APE Aromatische Polyester ASA Acrylester-Styrol-Acrylnitril BR Butadien-Kautschuk CA Celluloseacetat CN Cellulosenitrat COC Cyclo-Olefin-Copolymere C-PET Polyethylenterephthalat CR Chloropren-Kautschuk CSM chlorsulfoniertes Polyethylen CSM Chlorsulfonyl-Polyäthylen-Kautschuk ECB Ethylen-Copolymer-Bitumen EP Epoxidharz EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk EPM Ethylen-Propylen-Copolymer (Kautschuk) ETFE Ethylen-Tetrafluorethylen EVA, EVM Ethylenvinylacetat FEP Perfluorethylenpropylen-Copolymer FFKM, FFPM Perfluorierter Kautschuk FKM, FPM Fluor-Polymer-Kautschuk FVMQ Fluor-Silikon-Kautschuk HD-PE Polyethylen, High-Density HIPS High Impact Polystyrene, Copolymer HNBR Hydrierter Nitril-Kautschuk IIR Butylkautschuk IR Isopren-Kautschuk LCP Liquid Crystal Polymer LD-PE Polyethylen, Low-Density LLD-PE Polyethylen, Linear-Low-Density MF Melamin-Formaldehyd-Harz MVQ, VMQ Silikon-Kautschuk NBR Acrylnitril-Butadien-Kautschuk PA Polyamid PA 11/12 Polyamid 11/12 PA 6 Polyamid 6 PA 6 G ölhaltig Polyamid G + Öl PA 6 Guss Polyamid Guss PA 6.6 Polyamid 6.6 PAEK Polya ryletherketon PAI Polyamidimid PAN Polyacrylnitril PBI Polybenzimidazol PBT Polybutylenterephthalat PC Polycarbonat PCT Polycyclohexylendimethylenterephthalat PCTFE Polychlortrifluorethylen PE Polyethylen PE 1000 Polyethylen 1000 PE 500 Polyethylen 500 PE-C, CM Chloriertes Polyethylen PEEK Polyetheretherketon PE-HD Polyethylen, hohe Dichte PE-HMW Polyethylen, hochmolekular, hohe Molmasse PEI Polyetherimid PEK Polyetherketon PE-LD Polyethylen, niedrige Dichte PE-LLD Polyethylen, linear, niedrige Dichte PE-MD Polyethylen, mittlere Dichte PEN Polyethylennaphthalat PES Polyethersulfon PET Polyethylenterephthalat PETG Polyethylenterephthalat + Glycol PETP Polyethylenterephthalat PE-UHMW Polyethylen, ultrahochmolekular, sehr hohe Molmasse PF Phenol-Formaldehyd-Harz PFA Perfluoralkoxylalkan / Perfluoralkoxy-Copolymer PFPE Perfluorpolyether PI Polyimid PIB Polyisobuten PMI Polymethacrylamid PMMA Polymethylmetacrylat POM Polyoxymethylen, Polyacetal POM+Gleit Polyacetal + Gleitmittel PP Polypropylen PPA Polyphthalamid PP-C Polypropylen, Copolymer PPE Polyphenylenether PP-H Polypropylen, Homopolymer PPO Polyphenylenoxid PPS Polyphenylensulfid PPY Polypyrrol PS Polystyrol PS-E Polystyrol, expandierbar PSU Polysulfon PTFE Polytetrafluorethylen PU Polyurethan PUR Polyurethan, Polyesterelastomer PVA Polyvinylalkohol PVAC Polyvinylacetat PVC Polyvinylchlorid PVDC Polyvinylidenchlorid PVDF Polyvinylidenfluorid PVF Polyvinylfluorid SAN Styrol-Acrylnitril SBR Styrol-Butadien-Kautschuk TPE Thermoplastische Elastomere UF Harnstoff-Formaldehyd-Harz In addition to the PEEK materials, according to one example, PI, PAI, PEKEKK, PEK, LCP, PPS, PES, PPSU, PEI, PSU, PPP, PC-HT, ETFE, PCTFE, PVDF come into question, since these materials are in continuous use of over 150 ° C can be used. This allows the curing of inorganic sand-binder mixtures or other molding materials which require lower temperatures. The plastics to be used are to be selected according to the material properties. Each of the plastic classes offers its own fundamental advantages. The electrical properties of the plastics can be adjusted with the help of additives. Furthermore, the strength of plastics can be reinforced by means of carbon fibers (CFRP applications). Therefore, it depends on the overall characteristics and aspects. The basic considerations for selecting a suitable plastic may be melting temperature, strength and cost. An extract from possible plastics is shown in the following list. A / B / A Acrylonitrile / butadiene / acrylate, copolymer A / MMA Acrylonitrile / methyl methacrylate, copolymer APE Aromatic polyester ASA Acrylester-styrene-acrylonitrile BR Butadiene Rubber CA cellulose acetate CN cellulose nitrate COC Cyclic olefin copolymer C-PET polyethylene terephthalate CR Chloroprene rubber CSM chlorosulfonated polyethylene CSM Chlorosulfonyl-polyethylene rubber ECB Ethylene copolymer bitumen EP epoxy resin EPDM EPDM rubber EPM Ethylene-propylene copolymer (rubber) ETFE ETFE EVA, EVM ethylene vinyl acetate FEP Fluorinated copolymer FFKM, FFPM Perfluorinated rubber FKM, FPM Fluoro-polymer rubber FVMQ Fluoro-silicone rubber HD-PE Polyethylene, high-density HIPS High impact polystyrene, copolymer HNBR Hydrogenated nitrile rubber IIR butyl rubber IR Isoprene rubber LCP Liquid Crystal Polymer LD-PE Polyethylene, low-density LLDPE Polyethylene, linear low density MF Melamine-formaldehyde resin MVQ, VMQ Silicone rubber NBR Acrylonitrile-butadiene rubber PA polyamide PA 11/12 Polyamide 11/12 PA 6 Polyamide 6 PA 6 G oil-containing Polyamide G + oil PA 6 cast Polyamide casting PA 6.6 Polyamide 6.6 PAEK Polyethyl ether ketone PAI polyamide-imide PAN polyacrylonitrile PBI polybenzimidazole PBT polybutylene terephthalate PC polycarbonate PCT polycyclohexylenedimethylene PCTFE polychlorotrifluoroethylene PE polyethylene PE 1000 Polyethylene 1000 PE 500 Polyethylene 500 PE-C, CM Chlorinated polyethylene PEEK polyetheretherketone HDPE Polyethylene, high density PE-HMW Polyethylene, high molecular weight, high molecular weight PEI polyetherimide PEK polyether ketone LDPE Polyethylene, low density LLDPE Polyethylene, linear, low density PE-MD Polyethylene, medium density PEN polyethylene PES polyether sulfone PET polyethylene terephthalate PETG Polyethylene terephthalate + glycol PETP polyethylene terephthalate PE-UHMW Polyethylene, ultra-high molecular weight, very high molecular weight PF Phenol-formaldehyde resin PFA Perfluoroalkoxylalkane / perfluoroalkoxy copolymer PFPE perfluoropolyether PI polyimide PIB polyisobutene PMI polymethacrylamide PMMA polymethylmethacrylate POM Polyoxymethylene, polyacetal POM + slip Polyacetal + lubricant PP polypropylene PPA polyphthalamide PP-C Polypropylene, copolymer PPE polyphenylene ether PP-H Polypropylene, homopolymer PPO polyphenylene oxide PPS polyphenylene sulfide PPY polypyrrole PS polystyrene PS-E Polystyrene, expandable PSU polysulfone PTFE polytetrafluoroethylene PU polyurethane PURE Polyurethane, polyester elastomer PVA polyvinyl alcohol PVAC polyvinyl acetate PVC polyvinylchloride PVDC polyvinylidene PVDF polyvinylidene fluoride PVF polyvinyl fluoride SAN Styrene-acrylonitrile SBR Styrene-butadiene TPE Thermoplastic elastomers UF Urea-formaldehyde resin

Die Verwendung von kunststoffbasierten Materialien für Werkzeugeinsätze kann zusätzlich eine kostengünstigere Reparatur sowie nachträgliche kostengünstige Modifikationen von Werkzeugeinsätzen aufgrund der geringeren Härte erlauben. Allein aufgrund des höheren notwendigen Aufwandes für Reparaturen und Modifikationen und der größeren Härte von bisherigen keramikbasierten Materialien können kunststoffbasierte Materialien hier einen deutlichen Vorteil bieten.In addition, the use of plastic-based tooling materials may allow more cost-effective repair and subsequent costly modifications of tool inserts due to lower hardness. Solely due to the greater expense required for repairs and modifications and the greater hardness of previous ceramic-based materials, plastic-based materials can offer a distinct advantage here.

Ein weiterer Vorteil von Kunststoffen kann darin gesehen werden, dass verwendete Werkzeugeinsätze nach Ende der Nutzungszeit recycelt werden und erneut in eine neue Form gebracht werden können. Hierfür können gängige Recyclingverfahren verwendet werden um die Kunststoffe wieder für Spritzgussverfahren, Hot Compression Molding oder Extruderverfahren zur Herstellung neuer Werkzeugeinsätze zu verwenden.Another advantage of plastics can be seen in the fact that used tool inserts can be recycled after the end of the useful life and can be reshaped again. For this purpose, common recycling processes can be used to reuse the plastics for injection molding, hot compression molding or extruder processes for the production of new tool inserts.

Gemäß einem Beispiel ist eine Oberfläche des Werkzeugeinsatzes geschliffen, um einen Oberflächenwiderstand des Werkzeugeinsatzes zu reduzieren. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn Elektroden am Werkzeugeinsatz anliegen.According to one example, a surface of the tool bit is ground to reduce a surface resistance of the tool bit. This may be particularly advantageous when electrodes abut the tool insert.

Im Folgenden werden ausgesuchte Kunststoffklassen kurz vorgestellt.

  • - PI - Polyimide: dies sind Kunststoffe mit sehr guten Festigkeitswerten, welche als Duroplaste oder Thermoplaste zum Einsatz kommen können. Besonders positiv sind die hohen Dauereinsatztemperaturen bis ca. 230 °C und Kurztemperaturen bis zu 400 °C.
  • - PAI - Polyamidimid: Kunststoffe, welche mit zu den thermisch stabilsten Kunststoffen zählen. Weiterhin ist die besondere Abriebfestigkeit und Chemiekalienbeständigkeit von Vorteil, die auch eine Verwendung bei über 220°C Dauertemperaturbeständigkeit sicherstellt.
  • - PEEK sowie PEK, PAEK, PEKEKK, PEKK, PEEEK, PEEKK: Diese Kunststoffe gehören zu der Gruppe der Polyetheretherketone und weisen einen teilkristallinen Charakter auf. Die besondere Hochtemperaturfestigkeit zeichnen diese Kunststoffe auch für Anwendungen in Temperaturbereichen > 200 °C aus. Zudem sind ebenfalls die mechanischen Eigenschaften vorteilhaft. Besonders die hohe Steifigkeit, hohe Festigkeit sowie günstiges Abriebverhalten machen diese Materialien auch für Gießereianwendungen anwendbar. Allerdings können die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Kunststoffen höher liegen.
  • - LCP: Die Abkürzung steht für flüssigkristallines Copolyester und stammt aus dem englischsprachige Akronym für Liquid Crystal Polymer. Diese Kunststoffe zeigen eine sehr hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität selbst bei hohen Temperaturen. Zudem ist die Wärmeausdehnung im Vergleich zu anderen Kunststoffen gering.
  • - PPS - Polyphenylensulfid: Kunststoffe, welche mittels Glasfasern verstärkt werden können. Besonders die gute elektrische Leitfähigkeit und die hohe Temperaturbeständigkeit stellen einen Vorteil für diesen Kunststoff dar.
  • - PSU - Polysulfon: Kunststoffe zeichnen sich durch gute Wärmebeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften bis ca. 180 °C aus.
  • - PPSU - Polyphenylsulfon: Amorphe Hochleistungskunststoffe, welche eine besonders gute Schlagfestigkeit für Industrieanwendungen aufweisen können.
In the following, selected plastic classes will be briefly introduced.
  • - PI polyimides: these are plastics with very good strength values, which can be used as thermosets or thermoplastics. Particularly positive are the high continuous use temperatures up to approx. 230 ° C and short temperatures up to 400 ° C.
  • - PAI - polyamideimide: plastics, which are among the most thermally stable plastics. Furthermore, the particular abrasion resistance and chemical resistance is an advantage, which also ensures use at over 220 ° C continuous temperature resistance.
  • - PEEK and PEK, PAEK, PEKEKK, PEKK, PEEEK, PEEKK: These plastics belong to the group of polyetheretherketones and have a semi-crystalline character. The special high-temperature strength also distinguishes these plastics for applications in temperature ranges> 200 ° C. In addition, the mechanical properties are also advantageous. In particular, the high rigidity, high strength and favorable abrasion behavior make these materials also applicable for foundry applications. However, the manufacturing costs can be higher compared to other plastics.
  • - LCP: The abbreviation stands for liquid-crystalline copolyester and comes from the English acronym for liquid crystal polymer. These plastics show very high rigidity and dimensional stability even at high temperatures. In addition, thermal expansion is low compared to other plastics.
  • - PPS - polyphenylene sulfide: plastics which can be reinforced by glass fibers. Especially the good electrical conductivity and the high temperature resistance are an advantage for this plastic.
  • - PSU - Polysulfone: Plastics are characterized by good heat resistance and good mechanical properties up to 180 ° C.
  • - PPSU - Polyphenylsulfone: amorphous high performance plastics, which can have a particularly good impact resistance for industrial applications.

In einer Ausführungsform weist der Werkzeugeinsatz eine oder mehrere Lagen eines Halbmaterials auf. Für die Anwendung im Serienbetrieb kann eine Verwendung von Standardblöcken aus dem benötigten Kunststoff für die Werkzeugeinsätze sinnvoll sein. Bei den bisher verwendeten Keramiken empfiehlt sich bisher aufgrund der Mohshärte eine Hartbearbeitung bereits vor dem Sintern bzw. geringe Modifikationen nach dem Sintern. Da Kunststoffe eine geringere Härte aufweisen, kann vorteilhaft die Hartbearbeitung erst bei Bedarf erfolgen, da der Aufwand und die benötigten Maschinen und Anlagen, wie CNC-Anlagen in den lokalen Werkstätten häufig bereits vorhanden sind. Hierdurch können Standardblöcke am produzierenden Standort gelagert werden und bei Bedarf in die fertige Form gearbeitet werden. Dies kann vorteilhaft kostspielige Ausfallzeiten reduzieren und Inventurkosten für Werkzeugersatz senken. Eine weiterer Vorteil ergibt sich durch den geringeren Aufwand gegenüber einer Hartbearbeitung von Keramiken, welche bei besonders großen Stückzahlen wirtschaftlich sein kann, allerdings für Kleinserien und Prototypen meist nicht die beste Wahl ist.In one embodiment, the tool bit has one or more layers of a semi-material. For use in series operation, it may be useful to use standard blocks of the required plastic for the tool inserts. In the hitherto used ceramics hitherto a hard working has already been recommended before sintering or slight modifications after sintering due to the Mohs hardness. Since plastics have a lower hardness, the hard machining can advantageously be done only when needed, since the effort and the required machinery and equipment, such as CNC equipment in the local workshops are often already available. As a result, standard blocks can be stored at the production site and worked into the finished form if necessary. This can advantageously reduce costly downtime and reduce inventory costs for tool replacement. Another advantage results from the lower cost compared to a hard machining of ceramics, which can be economical for very large quantities, but is usually not the best choice for small series and prototypes.

Ein Vorteil gegenüber der Hartbearbeitung sind die besseren wirtschaftlichen Möglichkeiten zur Reparatur von Werkzeugeinsätzen oder die Anpassung von Werkzeugeinsätzen bei häufiger benötigter Anpassung der Kern-Geometrien. Kostengünstige Modifikationen an Werkzeugeinsätzen z.B. Entlüftungsbohrungen, Kernmarken, Auswerfstößel etc. sind mit der hier beschriebenen Erfindung wirtschaftlich umsetzbar, da es bei den keramikbasierten Verfahren unter Umständen günstiger sein kann, eine neue Keramik herzustellen, als eine bestehende Keramik nachzubearbeiten.An advantage over the hard machining are the better economic possibilities for repairing tool inserts or the adaptation of tool inserts with frequently required adjustment of the core geometries. Cost-effective modifications to tool inserts, e.g. Vent holes, core brands, Auswerststößel etc. are economically feasible with the invention described herein, since it may be cheaper in the ceramic-based process under certain circumstances, to produce a new ceramic than to rework an existing ceramic.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kunststoffen ergibt sich dadurch, dass einige Keramikmischungen zwar die elektrische Leitfähigkeit für die Aushärtung des Formstoffes bei Arbeitstemperaturen aufweisen, allerdings bei Raumtemperatur einen relativ hohen Anfangswiderstand von >7500 Ohmmetern aufweisen. Sofern diese Keramikmischung verwendet wird, führt dies zu längeren Aufwärmzeiten da zu Beginn die Temperatur beim Anlegen der Spannung langsamer ansteigt als bei Keramiken mit zum Beispiel einem Anfangswiderstand von 1000 Ohmmetern. Dieser Effekt führt somit zu längeren Aufwärmphasen zu Beginn der Produktion und somit zu einer etwas geringeren Produktivität.Another advantage of the use of plastics arises from the fact that some ceramic mixtures, although the electrical conductivity for curing the molding material at working temperatures, but at room temperature have a relatively high initial resistance of> 7500 ohms. If this ceramic mixture is used, this leads to longer warm-up times since at the beginning the temperature rises more slowly when applying the voltage than with ceramics with, for example, an initial resistance of 1000 ohm meters. This effect thus leads to longer warm-up phases at the beginning of the production and thus to a slightly lower productivity.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der erhöhten Schlagfestigkeit von Kunststoffen gegenüber Keramiken. Dies ermöglicht einen Verzicht von zusätzliche Vorrichtungen an der Kernschießanlage zur Vermeidung von permanente Beschädigungen beim Schließen der Werkzeugteile durch Stoßwirkung. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kunststoffen ergibt sich aus dem Umstand, dass bisher die Leitfähigkeit von Sand-Bindergemischen nach dem Verdampfen des Wasseranteils abnimmt und somit die Restwärme nur begrenzt im Kern erzeugt werden kann.Another advantage results from the increased impact resistance of plastics compared to ceramics. This allows a waiver of additional devices on the core shooting system to avoid permanent damage when closing the tool parts by impact. Another advantage of the use of plastics arises from the fact that so far the conductivity of sand-binder mixtures after evaporation of the water content decreases and thus the residual heat can be produced only limited in the core.

Die geometrische Form des Werkstücks bestimmt die geeigneten Abmessungen für den Werkzeugeinsatz. Hierbei kann eine Standardisierung der Halbmaterialien sinnvoll sein, da hierdurch ein guter Kompromiss aus Kosten und Aufwand sowie Flexibilität hinsichtlich der verschiedenen Werkzeugeinsätze. Durch den Einsatz von kunststoffbasierten Materialien kann durch den geringeren Aufwand bei der Hartbearbeitung dieser Kompromiss in Richtung höherer Flexibilität bei gleichen oder geringeren Kosten verschoben werden. Die oben genannten Vorteile von Kunststoffen gegenüber Hochleistungskeramiken erlauben zudem eine kostengünstige Herstellung von Prototypen, da, gemäß einem Beispiel, die Kunststoffmaterialien als Halbmaterialien in Form von Blöcken bereitgestellt werden können. Diese Blöcke aus Halbmaterialien können somit mittels industrieüblicher CNC-Anlagen kurzfristig bearbeitet werden, um Formen und Kerne für Prototypen herstellen zu können. The geometric shape of the workpiece determines the appropriate dimensions for the tool insert. In this case, a standardization of the semi-finished materials may be useful, since this is a good compromise between cost and effort and flexibility in terms of different tool uses. Through the use of plastic-based materials can be moved by the lower cost of hard machining this compromise in the direction of higher flexibility at the same or lower cost. The above-mentioned advantages of plastics over high performance ceramics also allow cost-effective production of prototypes since, according to one example, the plastic materials can be provided as semi-materials in the form of blocks. These blocks of semi-finished materials can thus be quickly machined using industry-standard CNC equipment to produce molds and cores for prototypes.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eines der Materialen des Werkzeugeinsatzes gesinterter Keramik auf. Mit anderen Worten kann eine Kombination aus verschiedenen Materialien, also auch gängige keramikbasierte Materialien in Kombination mit einem oder mehreren Kunststoffen eingesetzt werden. Vorteil kann hier eine Kombination von jeweils günstigen Eigenschaften sein, beispielsweise eine bestimmte Temperatur-Widerstands-Kurve zu erzeugen oder die Aufnahme von Stoßwirkungen durch einen Kunststoff zu erlauben, um die darunterliegende Keramik zu schützen.According to one embodiment of the invention, one of the materials of the tool insert comprises sintered ceramic. In other words, a combination of different materials, including common ceramic-based materials in combination with one or more plastics can be used. Advantage here can be a combination of each favorable properties, for example, to produce a certain temperature-resistance curve or to allow the absorption of impact effects by a plastic to protect the underlying ceramic.

Gemäß einem Beispiel besteht der Werkzeugeinsatz aus mindestens zwei Materialien. Der Werkzeugeinsatz bildet eine Kontaktfläche zu einem zweiten Werkzeugeinsatz aus. Dies ist beispielsweise in gängigen Formwerkzeugen der Fall, wenn zwei sich gegenüberliegende oder einander gegenüberliegend angeordnete Werkzeugeinsätze aufeinander zu bewegen und die Kavitäten eine im Wesentlichen geschlossenes Volumen für die Formstoffmischung bildet. Dabei ist das Material der Kontaktfläche derart gewählt, dass es bei 200 °C einen im Wesentlichen gleichen Widerstand wie das zweite Material (z.B. die gesinterte Keramik) aufweist. Hier kann also unter Verwendung eines 2. kunststoffbasierten Materials ein vergleichbarer elektrischer Widerstand wie bei bisherig verwendeter gesinterter Keramik (erstes Material) verwendet werden. Gemäß einem Beispiel ist das Material des Werkzeugeinsatzes austauschbar. Hierdurch ist beispielsweise das Material selbst nicht fest und permanent mit einer Außenwandung des Werkzeugeinsatzes verbunden, sondern kann je nach Anwendungsfall mit geringem Aufwand getauscht werden, beispielsweise um die Gesamtlebensdauer des Werkzeuges zu verlängernAccording to one example, the tool insert consists of at least two materials. The tool insert forms a contact surface to a second tool insert. This is the case, for example, in common molds when two opposing or oppositely arranged tool inserts to move towards each other and the cavities forms a substantially closed volume for the molding material mixture. In this case, the material of the contact surface is selected such that it has at 200 ° C a substantially same resistance as the second material (eg the sintered ceramic). So here can be done using a 2 , plastic-based material a comparable electrical resistance as in previously used sintered ceramic (first material) can be used. According to one example, the material of the tool insert is interchangeable. As a result, for example, the material itself is not fixed and permanently connected to an outer wall of the tool insert, but can be changed depending on the application with little effort, for example, to extend the overall life of the tool

Gemäß einer Ausführungsform weist das Material, beispielsweise PEEK-Kunststoff, des Werkzeugeinsatzes einen Kohlenstoff und/oder andere Zusätze zum Einstellen einer elektrischen Leitfähigkeit auf. Mit anderen Worten kann hierdurch der spezifische elektrische Widerstand des Materials angepasst werden. Kohlenstoff kann beispielsweise in Form von Nanopartikeln dem Material beigemischt werden. Insbesondere kann eine Beimischung zu Kunststoffen wie PEEK, CFK oder PAI erfolgen.According to one embodiment, the material, for example PEEK plastic, of the tool insert has a carbon and / or other additives for setting an electrical conductivity. In other words, this can be used to adjust the specific electrical resistance of the material. Carbon can be added to the material in the form of nanoparticles, for example. In particular, an admixture with plastics such as PEEK, CFK or PAI can take place.

Gemäß einer Ausführungsform sind Elektroden zum Zuführen des elektrischen Stromes in das Material des Werkzeugeinsatzes seitlich am Form- oder Kernwerkzeug angeordnet. Dies kann beispielsweise eine räumliche Anordnung des Werkzeugs insgesamt beispielsweise deutlich raumsparender erlauben. Darüber hinaus kann die seitliche Anordnung einen effektiveren Durchfluss des elektrischen Stromes von einer Seite des Werkzeugeinsatzes zur gegenüberliegenden Seite erlauben. Gemäß einem Beispiel werden in einer Gesamtanordnung einzelne Formen oder Kerne jeweils über ein Elektrodenpaar mit elektrischem Strom zur Erwärmung versorgt. Bei größeren oder komplexeren Formen können auch, gemäß einem weiteren Beispiel, mehrere Elektrodenpaare angeordnet werden. Zudem erlaubt eine seitliche Anordnung der Elektrodenpaare pro Werkzeughälfte auch einen Stromdurchfluss und somit eine Erwärmung bei geöffnetem Werkzeug.According to one embodiment, electrodes for feeding the electric current into the material of the tool insert are arranged laterally on the forming or core tool. This can for example allow a spatial arrangement of the tool as a whole, for example, much less space. In addition, the lateral arrangement may allow a more effective flow of electrical current from one side of the tool bit to the opposite side. According to one example, in an overall arrangement, individual molds or cores are each supplied with electrical current via a pair of electrodes for heating. For larger or more complex shapes, it is also possible, according to another example, to arrange a plurality of pairs of electrodes. In addition, a lateral arrangement of the electrode pairs per mold half also allows a flow of current and thus a heating with the tool open.

Gemäß einem Beispiel werden die Elektroden je Werkzeugteil mit mehreren Kavitäten nach einem Raster verlegt und können einzeln gesteuert werden. Dabei müssen die jeweiligen Elektrodenpaare an den Werkzeughälften parallel angelegt werden. Damit kann der positive Effekt erzielt werden, dass selbst bei unterschiedlich starken Formen oder Kernen, der Stromfluss jedes Kernes einzeln optimal gesteuert werden kann um eine gleichmäßige als auch gleichzeitige Aushärtung aller Kavitäten zu ermöglichen.According to one example, the electrodes are laid per tool part with several cavities after a grid and can be controlled individually. The respective pairs of electrodes must be applied parallel to the tool halves. Thus, the positive effect can be achieved that even with different degrees of shapes or cores, the current flow of each core can be optimally controlled individually to allow a uniform and simultaneous curing of all cavities.

In einem Beispiel sind sowohl seitliche Elektrodenpaare pro Werkzeughälfte als auch Elektrodenpaare, wie aus dem Stand der Technik bekannt, angelegt.In one example, both lateral electrode pairs per tool half and electrode pairs are applied, as known from the prior art.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Werkzeugeinsatz ausgeführt, externe Wärme zur Verkürzung der Aufwärmphase aufzunehmen, wenn der spezifische elektrische Widerstand des Materials des Werkzeugeinsatzes mehr als 100 Ohmmeter bei 20 °C beträgt. Mit anderen Worten wird hier ein Zustand beschrieben, bei dem, durch den vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Widerstand zu Beginn, nur unzureichend Wärme zum Aufwärmen des Werkzeugeinsatzes entsteht und somit eine Dauer zum Aufheizen unverhältnismäßig lang ausfallen würde. Daher wird, beispielsweise über eine externe Wärmequelle, Wärme auf den Werkzeugeinsatz übertragen, um den Aufwärmvorgang zu beschleunigen. Bei höheren Temperaturen sinkt der spezifische elektrische Widerstand und eine größere Wärmemenge wird erzeugt, die gegebenenfalls die Zuführung externer Wärme überflüssig machen kann.In one embodiment, the tool bit is configured to receive external heat to shorten the warm-up phase when the electrical resistivity of the tool insert material is greater than 100 ohm-meters at 20 ° C. In other words, a state is described here in which, due to the comparatively high specific electrical resistance at the beginning, only inadequate Heat for warming up the tool insert arises and thus a duration for heating would be disproportionately long. Therefore, heat is transferred to the tool bit, for example via an external heat source, to accelerate the warm-up operation. At higher temperatures, the electrical resistivity decreases and a larger amount of heat is generated, which can eventually make the supply of external heat superfluous.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Form- oder Kernwerkzeug eine Einrichtung zur Messung eines Energieverbrauches, einer Temperatur und/oder eines elektrischen Widerstandes auf. Diese Größen können insbesondere zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung dienen. Beispielsweise werden diese Größen während eines Prozesszyklus gemessen und mit historischen Messdaten verglichen. Gemäß einem Beispiel können dies Temperatur-Zeit-Kurven sein. Hierdurch kann beispielsweise die Stärke eines elektrischen Stromes zur Wärmeerzeugung gesteuert werden, um eine durchgehend hohe Qualität der hergestellten Form sicherzustellen.According to one embodiment of the invention, the forming or core tool has a device for measuring energy consumption, temperature and / or electrical resistance. These quantities can be used in particular for process control and quality assurance. For example, these variables are measured during a process cycle and compared with historical measurement data. In one example, these may be temperature-time curves. As a result, for example, the strength of an electric current for heat generation can be controlled in order to ensure a consistently high quality of the mold produced.

Gemäß einem Beispiel sind Temperatursensoren isolierend im Werkzeugeinsatz angeordnet, um die Leitfähigkeit und den gewünschten elektrischen Strom im Werkzeug nicht negativ zu beeinflussen. Gemäß einem Beispiel kann, bei Verwendung von mehreren Elektrodenpaaren, jeweils ein Energieverbrauch, Widerstand und gegebenenfalls Temperatur erfasst werden. Dies kann bei kontinuierlichem Produktionsbetrieb die Ermittlung von durchschnittlichen Werten für Energie und elektrischem Widerstand pro Form erlauben. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf eine Qualität der Form ziehen.According to one example, temperature sensors are arranged insulating in the tool insert in order not to negatively influence the conductivity and the desired electrical current in the tool. According to one example, when using several electrode pairs, an energy consumption, resistance and possibly temperature can be detected in each case. This may allow determination of average values of energy and electrical resistance per mold in continuous production operation. This allows conclusions to be drawn on a quality of the form.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Form- oder Kernwerkzeug eine Auswerteeinheit auf. Wobei die Auswerteeinheit konfiguriert ist, ein Steuersignal zu erzeugen, wenn der Energieverbrauch, die Temperatur und/oder der elektrische Widerstandswert einen definierten Schwellenwert unter- oder überschreitet. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn in einem beispielhaften Anwendungsfall ein automatischer Ausstoß oder eine Signalfunktion vorgesehen ist, welche Formen mit stark abweichendem Energieverbrauch als Ausschuss oder zur nachträglichen manuellen Kontrolle aussortiert.In a further embodiment of the invention, the forming or core tool has an evaluation unit. Wherein the evaluation unit is configured to generate a control signal when the power consumption, the temperature and / or the electrical resistance value falls below or exceeds a defined threshold value. This may be particularly advantageous if in an exemplary application, an automatic ejection or a signal function is provided, which sorted out forms with very different energy consumption as rejects or for subsequent manual control.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Formstoffmischung mittels des Verfahrens erwärmt und kann somit auch bei Spritzgussverfahren in Kavitäten eingebracht werden oder bei Extruderverfahren verarbeitet werden. Mit anderen Worten kann die hier beschriebene Vorrichtung für ein Verfahren im Bereich der Kunststoffverarbeitung angewendet werden. Beispiele hierfür sind bekannte Verfahren wie das Spritzgussverfahren, Hot Press Melting oder das Extruderverfahren.According to one embodiment of the invention, the molding material mixture is heated by means of the method and can thus also be introduced into cavities in injection molding processes or processed in extruder processes. In other words, the device described here can be applied to a method in the field of plastics processing. Examples include known methods such as injection molding, hot press melting or the extruder process.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Werkzeugeinsatz ausgeführt, elektrisch nicht leitfähige Formstoffmischungen aufzunehmen. Dies kann bedeuten, dass beispielsweise Kunststoffe, die üblicherweise eine äußerst geringe oder gar keiner elektrische Leitfähigkeit aufweisen, als Ausgangsmaterial für die herzustellenden Form infrage kommen. Dies kann gemäß einem Beispiel derart erfolgen, dass das Werkzeug selbst über elektrischen Strom erhitzt wird, selbst wenn das Formmaterial nicht oder nur gering elektrisch leitfähig ist.According to one embodiment, the tool insert is designed to receive electrically non-conductive molding mixtures. This may mean that, for example, plastics, which usually have an extremely low or no electrical conductivity, are suitable as starting material for the mold to be produced. This can be done according to an example such that the tool itself is heated by electric current, even if the molding material is not or only slightly electrically conductive.

Gemäß einem Beispiel wird eine Formstoffmischung mit elektrisch leitenden Zusätzen wie z.B. Kohlenstoff versehen um eine Leitfähigkeit zu erzielen. Die ermöglicht einen kontinuierlichen Stromfluss. Der Vorteil besonders bei anorganischen Sand-Bindergemischen ist dabei, dass selbst nach dem Verdampfen der Feuchtigkeit eine Restleitfähigkeit im Sand-Binder-Gemisch verbleibt und somit auch in der letzten Phase der Erwärmung Strom direkt im Sandkern zum Erhitzen des Sandkerns verwendet werden kann. Somit kann auch bei nichtleitenden Materialien auf eine externe Wärmeerzeugung verzichtet werden und der Energieverbrauch stark reduziert werden.According to one example, a molding material mixture having electrically conductive additives, such as e.g. Carbon provided to achieve a conductivity. This enables a continuous flow of current. The advantage, especially in the case of inorganic sand-binder mixtures, is that even after evaporation of the moisture, a residual conductivity remains in the sand-binder mixture and thus, even in the last phase of the heating, electricity can be used directly in the sand core to heat the sand core. Thus, even with non-conductive materials can be dispensed with an external heat generation and energy consumption can be greatly reduced.

In einer Ausführungsform ist der Werkzeugeinsatz mit der Kavität ausgeführt, die jeweiligen Oberflächen mindestens zweier Kunststoffkörper zu erhitzen, um bei Erreichen einer Schmelztemperatur eine Verbindung der beiden Kunststoffkörper zu bewirken. Dies bedeutet, dass, insbesondere in der Kunststoffverarbeitung, zwei Formmaterialien aus dem gleichen oder unterschiedlichen Material bei Erreichen einer Schmelztemperatur verbunden werden können. Hierzu kann es ausreichen, die jeweiligen Oberflächen ausreichend zu erwärmen. Dies kann mithilfe des durch Strom erwärmten Werkzeugeinsatzes und dem dadurch ermöglichten Wärmetransport erfolgen.In one embodiment, the tool insert with the cavity is designed to heat the respective surfaces of at least two plastic bodies in order to effect a connection of the two plastic bodies when a melting temperature is reached. This means that, especially in plastics processing, two molding materials of the same or different material can be bonded upon reaching a melting temperature. For this it may be sufficient to sufficiently heat the respective surfaces. This can be done by means of the heated by power tool insert and the heat transfer enabled thereby.

In einer Ausführungsform bildet der Werkzeugeinsatz mindestens zwei Bereiche aus, wobei das Material des Werkzeugeinsatzes des einen Bereiches einen anderen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Material in dem anderen Bereich. Mit anderen Worten werden unterschiedlich beschaffenen Materialien für den Werkzeugeinsatz in räumlich beispielsweise benachbart angeordneten Bereichen verwendet. Dies kann bewirken, dass unterschiedliche Temperaturen in den jeweiligen Bereichen während eines Herstellungsprozesses erzielt werden können.In one embodiment, the tool insert forms at least two regions, wherein the material of the tool insert of the one region has a different electrical resistivity than the material in the other region. In other words, different materials are used for the tool insert in spatially, for example, adjacently arranged areas. This can cause different temperatures in the respective areas during a manufacturing process can be achieved.

Figurenlistelist of figures

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention. Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:

  • 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Form- oder Kernwerkzeug,
  • 2 ein Phasendiagramm mit qualitativer Darstellung einer eingebrachten elektrischen Leistung und eines zugehörigen Widerstandes in einem Kern oder einer Form,
  • 3 eine Darstellung der Erwärmung mittels elektrischen Verfahren ohne Anpassung des spezifischen Widerstandes des (Kernkasten-) Materials an das Sand-Bindergemisch (Mischung),
  • 4 eine Darstellung einer möglichen Kernkastenausführung,
  • 4A eine Kernkastenausführung mit Kontaktflächen,
  • 5 eine Befestigung des Materials mit isolierendem Gehäuse und Grundplatte,
  • 6 eine Darstellung von Entlüftungs- und Ausstoßbohrungen mit einer Ansicht von oben (6 a.)), einer Ansicht von vorne (6 b.)) und einer Seitenansicht
  • (6 c.)), und 7 ein Beispiel eines Querschnitts durch ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Kunststoff-Formen.
It show, each schematically:
  • 1 a sectional view through an inventive mold or core tool,
  • 2 a phase diagram with a qualitative representation of an introduced electrical power and an associated resistance in a core or a mold,
  • 3 a representation of the heating by means of electrical methods without adaptation of the specific resistance of the (core box) material to the sand-binder mixture (mixture),
  • 4 an illustration of a possible core box design,
  • 4A a core box design with contact surfaces,
  • 5 an attachment of the material with insulating housing and base plate,
  • 6 a representation of venting and ejection holes with a top view ( 6 a .)), a view from the front ( 6 b .)) and a side view
  • ( 6 c .)), and 7 an example of a cross section through an injection mold for the production of plastic molds.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Form- oder Kernwerkzeug 1 zur Herstellung von organischen oder anorganischen Formen 2 oder Kernen 2', ein zur Maschine hin elektrisch isoliertes Gehäuse 3 auf, das aus zwei Teilen 4, 5 besteht, die über eine Trennebene 6 miteinander verbunden sind. Das Gehäuse 3 ist auf einer Grundplatte 12 befestigt. Das Gehäuse 3 ist dabei aus Kunststoff, Isolationskeramik oder einem anderen nichtleitenden Material ausgebildet und nimmt ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Material 7 auf. Das Material 7 bildet eine Form zur Aufnahme einer Mischung 9, aus, aus welchem nach dem Aushärten der Kern 2' bzw. die Form 2 gebildet wird. Das Material 7 weist hier einen Kunststoff auf. Dabei können, gemäß einem Beispiel, die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Mischung 9 und der spezifische elektrische Widerstand des Materials 7 zumindest annähernd gleich groß sein, so dass im Material 7 und der Mischung 9 im Wesentlichen dieselbe spezifische elektrische Leitfähigkeit und derselbe spezifische elektrische Widerstand herrschen. Das erfindungsgemäße Form - oder Kernwerkzeug 1 besitzt darüber hinaus zumindest zwei Elektroden 10, die im hier gezeigten Beispiel parallel zueinander angeordnet sind. Vorgesehen ist eine Einrichtung 8 zur Regulierung bzw. Steuerung der den Elektroden 10 zugeführten Spannung. Da hier die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Materials 7 des Kerns 2' oder der Form 2 näherungsweise der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Mischung 9 in Phase 2 von 2 entspricht, ist ein vergleichsweise gleichmäßiges Durchleiten von elektrischer Energie durch die Mischung 9 möglich. Die Mischung kann aber auch komplett nichtleitend sein, also beispielsweise eine organische Verbindung wie Kunststoffe oder Kunststoffgemische, sofern Wärme zur Formgebung benötigt wird.According to the 1 has an inventive mold or core tool 1 for the production of organic or inorganic forms 2 or cores 2 ' , a housing electrically insulated towards the machine 3 on, the two parts 4 . 5 exists that has a dividing plane 6 connected to each other. The housing 3 is on a base plate 12 attached. The housing 3 is formed of plastic, insulating ceramic or other non-conductive material and takes an at least partially electrically conductive material 7 on. The material 7 forms a mold for receiving a mixture 9 , from which, after curing, the core 2 ' or the shape 2 is formed. The material 7 has a plastic here. In this case, according to one example, the specific electrical conductivity of the mixture 9 and the electrical resistivity of the material 7 be at least approximately the same size, so that in the material 7 and the mixture 9 substantially the same specific electrical conductivity and resistivity. The mold or core tool according to the invention 1 also has at least two electrodes 10 , which are arranged parallel to each other in the example shown here. Provided is a facility 8th for regulating or controlling the electrodes 10 supplied voltage. Because here the specific electrical conductivity of the material 7 of the core 2 ' or the form 2 approximately the specific electrical conductivity of the mixture 9 in phase 2 from 2 is equivalent, is a relatively uniform passage of electrical energy through the mixture 9 possible. But the mixture can also be completely non-conductive, so for example, an organic compound such as plastics or plastic mixtures, if heat is needed for shaping.

Mit dem erfindungsgemäßen Form- oder Kernwerkzeug 1 lässt sich dabei eine Form 2 bzw. ein Kern 2' oder ein Gießkern 2', auf qualitativ höchstem Niveau herstellen, da aufgrund der zumindest nahezu gleichen elektrischen Leitfähigkeit der für die Form 2 bzw. den Kern 2' benutzten Mischung 9 und des Materials 7 eine gleichmäßige Durchleitung von elektrischem Strom durch das Material 7 und die Mischung 9 und damit ein gleichmäßiges Erwärmen und Aushärten der Mischung 9 erfolgen können und zwar unabhängig von den jeweiligen geometrischen Abmessungen der Form 2 bzw. des Kerns 2'.With the molding or core tool according to the invention 1 can be a form 2 or a core 2 ' or a casting core 2 ' , to produce at the highest quality level, because due to the at least nearly the same electrical conductivity of the mold 2 or the core 2 ' used mixture 9 and the material 7 a smooth passage of electrical current through the material 7 and the mixture 9 and thus a uniform heating and curing of the mixture 9 can be done regardless of the respective geometric dimensions of the mold 2 or the core 2 ' ,

Hergestellt wird die Form 2 oder der Kern 2' dabei wie folgt: Zunächst wird nach der genannten Materialauswahl beim erstmaligen Aufbau das zumindest teilweise elektrisch leitfähige Material 7 in das Gehäuse 3 des Form- oder Kernwerkzeugs 1 eingebracht und bildet eine Negativform für die die spätere Form 2 bzw. den späteren Kern 2' bildende Mischung 9. Anschließend wird dem Material 7 über die Elektroden 10 elektrische Energie und damit Wärme zugeführt, die zu einem Aushärten der Formstoffmischung 9 führt. Ein Aushärten der Mischung 9 kann dabei insbesondere durch ein Verdampfen von Wasser aus der Mischung 9 erfolgen, wobei die Mischung 9 bspw. ein anorganisches Bindemittel, Wasser und Gießereisand enthalten kann. The mold is made 2 or the core 2 ' as follows: First, after the material selection mentioned in the first construction, the at least partially electrically conductive material 7 in the housing 3 of the mold or core tool 1 introduced and forms a negative mold for the later form 2 or the later core 2 ' forming mixture 9 , Subsequently, the material 7 over the electrodes 10 electrical energy and thus heat supplied, resulting in a curing of the molding material mixture 9 leads. A curing of the mixture 9 can in particular by evaporating water from the mixture 9 take place, the mixture 9 For example, may contain an inorganic binder, water and foundry sand.

Das in der Mischung 9 (beispielsweise ein Sand-Bindergemisch oder auch ein Kunststoffgemisch) eingesetzte anorganische Bindemittel kann dabei wasserlöslich sein, zumindest aber Wasser enthalten. Mit dem Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Form- oder Kernwerkzeug 1 lässt sich ein besonders gleichmäßig erhitzter und dadurch auch besonders gleichmäßig ausgehärteter und damit homogener Gießkern bzw. Kern 2' oder Form 2 schaffen und dies unabhängig von der jeweiligen geometrischen Abmessung des Kerns 2' bzw. der Form 2, da aufgrund der hier beispielhaft gezeigten vorzugsweise gleichen elektrischen Leitfähigkeit der Mischung 9 für den Kern 2' und des Materials 7 sich der elektrische Strom keine kürzeren Wege sucht, wie dies bei bislang aus dem Stand der Technik bekannten Form- oder Kernwerkzeugen der Fall war. Dies hatte häufig dazu geführt, dass aufgrund der durch die geometrischen Abmessungen des Kerns 2' bzw. der Form 2 bedingten elektrischen Pfade diese unter Umständen bislang nicht gleichmäßig ausgehärtet waren und somit Bereiche mit vollständiger Aushärtung und lediglich teilweise oder gar keiner Aushärtung aufwiesen, wodurch die Qualität der bislang mit den bisherigen Form- oder Kernwerkzeugen hergestellten Formen bzw. Kernen oftmals nicht zufriedenstellend war.That in the mix 9 (For example, a sand-binder mixture or a plastic mixture) used inorganic binder may be water-soluble, but at least contain water. With the method and with the molding or core tool according to the invention 1 can be a particularly uniformly heated and thus also particularly uniformly cured and thus homogeneous casting core or core 2 ' or shape 2 create and this regardless of the respective geometric dimension of the core 2 ' or the form 2 , because due to the here preferably exemplified same electrical conductivity of the mixture 9 for the core 2 ' and the material 7 the electric current does not seek shorter ways, as was the case with previously known from the prior art form or core tools. This often meant that due to the geometric dimensions of the core 2 ' or the form 2 conditional electrical paths these may not have cured uniformly so far and thus had areas with complete curing and only partial or no curing, whereby the quality of the molds or cores produced so far with the previous mold or core tools was often unsatisfactory.

Durch die Einrichtung 8 lässt sich insbesondere die Spannung erhöhen oder erniedrigen, wodurch eine Taktzeit zur Herstellung der Form 2 bzw. des Kerns 2' steuerbar ist. Die Grundplatte des Werkzeuges 12 nimmt das Gehäuse 3 bzw. die Teile 4,5 sowie das Material 7 auf, und Isolierschrauben 13 und Winkel 14 sorgen für eine Befestigung. Isolierschrauben 13 können dabei auch durch Schnellspannsysteme ersetzt werden, um einen leichteren und schnelleren Ausbau zu ermöglichen. Das Material „schwimmt“ auf der Elektrode 10 und die Elektrode 10 wird durch Ausrichtungsbolzen 15 in ihrer Position gehalten. Bei Bedarf können die Werkzeughälften oder Werkzeugeinsätze mit zusätzlichen Positionierhilfen ausgestattet werden um eine optimale Ausrichtung der Werkzeughälften sicherzustellen.By the device 8th In particular, the voltage can be increased or decreased, whereby a cycle time for the production of the mold 2 or the core 2 ' is controllable. The base plate of the tool 12 takes the case 3 or the parts 4.5 as well as the material 7 on, and insulated screws 13 and angles 14 provide for a fastening. Insulating screws 13 can also be replaced by quick release systems to allow for easier and faster removal. The material "floats" on the electrode 10 and the electrode 10 is done by alignment bolts 15 held in their position. If required, the tool halves or tool inserts can be equipped with additional positioning aids to ensure optimum alignment of the tool halves.

In 2 ist der typische Verlauf des elektrischen Widerstandes und der eingebrachten elektrischen Leistung einer konduktiv erwärmten Formstoffmischung 9 eines beliebigen anorganischen Sand-/Bindergemischs dargestellt. Die im Folgenden dargestellten qualitativen Zusammenhänge sind auch auf organische oder kunststoffbasierte Mischungen 9 anwendbar. Hierbei können sich vorteilhaftere Verläufe ergeben, die nachfolgend beschriebene Beispiel eines Sand-Bindergemisches soll lediglich als Beispiel dienen. Nach dem Einschalten der Spannung sinkt der Widerstand innerhalb kürzester Zeit deutlich (Phase 1: Kapazitive Last). Danach beginnt die Phase 2 des langsam abfallenden elektrischen Widerstandes im Kurvenverlauf (Zunahme der Ladungsträger). In dieser Zeit steigt auch die durch die Probe aufgenommene Leistung kontinuierlich bis durch die erreichte Temperatur Ladungsträger verdampfen. Der Widerstand steigt nun sehr schnell an (Phase 3).In 2 is the typical course of the electrical resistance and the introduced electrical power of a conductive heated molding material mixture 9 of any inorganic sand / binder mixture. The qualitative relationships described below are also based on organic or plastic-based mixtures 9 applicable. This may result in more advantageous courses, the example of a sand-binder mixture described below is intended merely as an example. After switching on the voltage, the resistance drops significantly within a very short time (phase 1 : Capacitive load). Then the phase begins 2 the slowly decreasing electrical resistance in the course of the curve (increase of the charge carriers). During this time, the power consumed by the sample also increases continuously until charge carriers evaporate due to the temperature reached. The resistance is now rising very fast (phase 3 ).

Für die Wahl des spezifischen elektrischen Widerstandes (Rho) des Materials für eine spätere Form ist der Zeitpunkt vor dem Anstieg des elektrischen Widerstandes der Probe in Phase 3 optimal, da hier die größte Leistung eingebracht werden kann (kurz vor Ende Phase 2). Dies ist in 2 mit 1 1 bezeichnet. Weiterhin sind auch spezifische elektrische Widerstände, die sich aus der Berechnung der Werte innerhalb der Phase 2 ergeben, denkbar.For the choice of the electrical resistivity (Rho) of the material for a later form, the time before the rise of the electrical resistance of the sample is in phase 3 optimal, since here the greatest achievement can be introduced (shortly before end phase 2 ). This is in 2 With 1 1 designated. Furthermore, there are also specific electrical resistances resulting from the calculation of the values within the phase 2 arise, conceivable.

Der spezifische elektrische Widerstand der getesteten Mischungen 9 ändert sich während des Erwärmungsprozesses. Er liegt bei unter 100°C bei ca. 85 Ohmmeter und fällt bei weiterer Erwärmung unter 25 Ohmmeter bei über 130°C. Mit weiterer Erwärmung nimmt der spezifische Widerstand sprunghaft zu. Dann ist aber auch die erforderliche Energie zur Austreibung des Wassers aus dem Binder, das zur Aushärtung führt, im Sand-Bindergemisch 9 vorhanden.The electrical resistivity of the tested mixtures 9 changes during the heating process. It is below 100 ° C at about 85 ohm meters and falls under further warming 25 Ohmmeter at over 130 ° C. With further warming, the resistivity increases dramatically. Then, however, the energy required to expel the water from the binder, which leads to curing, in the sand-binder mixture 9 available.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann der anorganische Binder durch andere Binderarten oder Kunststoffe ersetzt werden, sofern diese elektrisch leitfähig sind und Wärme zur Aushärtung benötigen sowie die sonstigen erforderlichen Eigenschaften aufweisen. Zur optimalen Auswahl elektrisch leitender Materialien für dieses Verfahren ist nach der Ermittlung der Temperatur-Widerstandskurve der Mischung 9 die Bestimmung des Materials 7 basierend auf dem benötigten spezifischen Widerstand möglich. Basierend auf dem spezifischen Widerstand der Formstoffmischung 9 muss eine Materialkomposition mittels Testreihen bestimmt werden, welche einen passenden elektrischen spezifischen Widerstand bei bestimmter Temperatur aufweist. Diese bestimmte Temperatur richtet sich dabei nach der optimalen Temperatur welche der Binder oder Formstoff benötigt um am besten auszuhärten.According to another example, the inorganic binder may be replaced by other binder types or plastics, provided that they are electrically conductive and require heat for curing and have the other required properties. For optimal selection of electrically conductive materials for this process is after the determination of the temperature-resistance curve of the mixture 9 the determination of the material 7 based on the required resistivity possible. Based on the specific resistance of the molding material mixture 9 a material composition must be determined by means of test series which has a suitable electrical resistivity at a certain temperature. This particular temperature depends on the optimum temperature of the binder or molding material needed to cure the best.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Mischung 9 durch elektrisch leitende Zusätze modifiziert werden. Dies ermöglicht die Erhöhung der Leitfähigkeit sowie eine Anpassung der Temperatur-Widerstandskurve. Somit kann die Effizienz des Verfahrens positiv beeinflusst werden selbst nachdem eventuelle Wasseranteile verdampft sind. Kohlenstoffanteile von 2-5 % haben sich dafür als besonders positiv erwiesenAs another example, the mixture 9 be modified by electrically conductive additives. This makes it possible to increase the conductivity and to adapt the temperature-resistance curve. Thus, the efficiency of the process can be positively influenced even after any water components have evaporated. Carbon shares of 2-5% have proven to be particularly positive

Gemäß einem weiteren Beispiel kann der anorganische Binder durch andere Formstoffe wie z.B. Kunststoff ersetzt werden, selbst wenn diese elektrisch nicht leitfähig sind aber Wärme zur Aushärtung benötigen sowie die sonstigen erforderlichen Eigenschaften aufweisen. Die optimale Auswahl elektrisch leitender Materialien für dieses Verfahren ist in diesem Anwendungsfall nicht abhängig von der Temperatur-Widerstandskurve des Formstoffes. Stattdessen kann das Material ausgewählt werden um eine schnelle und effiziente Erhitzung zu ermöglichen. Vorteilhaft haben sich Materialien mit einem elektrischen Widerstand zwischen 0,05 Ohmmeter und 50 Ohmmeter erwiesen.As another example, the inorganic binder may be modified by other molding materials such as e.g. Plastic are replaced, even if they are electrically non-conductive but need heat to cure and have the other required properties. The optimum choice of electrically conductive materials for this process is not dependent on the temperature-resistance curve of the molding material in this application. Instead, the material can be selected for fast and efficient heating. Advantageously, materials with an electrical resistance between 0.05 ohmmeter and 50 ohm meters have been found.

Bei unseren Versuchen mit Sand-Binder-Gemischen benötigten getestete Binder Temperaturen von ca. 150°C bis ca. 180°C um auszuhärten. Der Bereich um den optimalen Widerstand wurde dabei mittels Temperatur-Widerstandskurve (siehe oben) um ca. 25 Ohmmeter ermittelt. Folglich erfordert die getestete Binder-Mischung 9 ein Material 7 mit einem spezifischen Widerstand von ca. 25 Ohmmeter bei 150-180°C. Prinzipiell kann es vorteilhaft sein, den spezifische Widerstand des Materials 7 gleich gegenüber dem optimalen spezifischen Widerstand für das Sand-Bindergemisch 9 einzustellen. Sollte bei der Umsetzung der spezifische Widerstand des Materials 7 über dem des Sand-Bindergemisches 9 liegen, so führt dies tendenziell zu einer Erwärmung vom Zentrum des Kernes 2 in Richtung des Kernkastenmaterials 7, da hier der Strom den Weg des geringeren Widerstandes vorfindet.In our experiments with sand-binder mixtures, tested binders required temperatures of about 150 ° C to about 180 ° C to cure. The area around the optimal resistance was determined by means of a temperature-resistance curve (see above) by approx. 25 ohmmeters. Consequently, the tested binder mixture requires 9 a material 7 with a resistivity of about 25 ohm meters at 150-180 ° C. In principle, it may be advantageous to the specific resistance of the material 7 equal to the optimum resistivity for the sand-binder mixture 9 adjust. Should be in the implementation of the specific resistance of the material 7 above that of the sand-binder mix 9 lie, this tends to cause warming from the center of the nucleus 2 in the direction of the core box material 7 because here the current finds the path of lesser resistance.

Sollte bei der Umsetzung der spezifische Widerstand des Materials 7 geringer sein als im Sand-Bindergemisch 9, so erfolgt tendenziell die Erwärmung von dem Kernkastenmaterial 7 in Richtung Sandkernzentrum. Ebenso sollte der Verlauf der Temperatur-Widerstandskurve des Materials 7 ähnlich verlaufen wie die Temperatur-Widerstandskurve des Sand-Bindergemisches 9. Je geringer die Abweichung beider Kurven ist, desto effektiver ist das Verfahren.Should be in the implementation of the specific resistance of the material 7 be lower than in the sand binder mixture 9 , so the heating of the core box material tends to occur 7 towards sand core center. Similarly, the course of the temperature-resistance curve of the material should 7 Similar to the temperature-resistance curve of the sand-binder mixture 9 , The smaller the deviation of both curves, the more effective the process.

Der kritischste Arbeitsschritt ist dabei die Herstellung des Materials 7. Das Material 7 benötigt auf der gegenüberliegenden Seite der konturgebenden Oberfläche eine direkte Kontaktfläche mit der jeweiligen Elektrode. In Versuchen hat sich dabei empfohlen, die Kontaktfläche eben zu schleifen, um einen sehr guten Kontakt zwischen der Elektrode 10 und dem Material 7 zu ermöglichen. Dies führt zu dem gewünschten Effekt die Übergangswiderstände dabei gering zu halten.The most critical step is the production of the material 7 , The material 7 requires on the opposite side of the contouring surface a direct contact surface with the respective electrode. In experiments, it has been recommended to just grind the contact surface in order to achieve a very good contact between the electrode 10 and the material 7 to enable. This leads to the desired effect of keeping the contact resistance low.

Wie in 4 dargestellt sollte die Elektrode 10 dabei auf der Rückseite des Materialteils schwimmend verlegt werden. Dies ist geboten, da das Material der Elektroden 10 eine unterschiedliche Wärmeausdehnung besitzt als das Kernkastenmaterial. Hierzu können in der Rückseite des Materials zwei Stifte befestigt werden, welche die Elektroden 10 während des Produktionsprozesses in Position halten. Durch die parallele Anordnung der Elektroden 10 kann eine vergleichsweise gleichmäßige Durchleitung elektrischer Energie durch das Material 7 und die Mischung 9 erreicht werden, woraus sich wiederum Vorteile bezüglich einer gleichmäßigen Erwärmung und einer gleichmäßigen Aushärtung ergeben.As in 4 The electrode should be shown 10 while floating on the back of the material part. This is necessary because the material of the electrodes 10 has a different thermal expansion than the core box material. For this purpose, two pins can be attached in the back of the material, which are the electrodes 10 hold in position during the production process. Due to the parallel arrangement of the electrodes 10 can be a comparatively uniform passage of electrical energy through the material 7 and the mixture 9 be achieved, which in turn results in benefits in terms of uniform heating and uniform curing.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel sieht auch eine Einbringung der Elektroden 10 in das Material 7 vor. In diesem Falle würden keine Stifte zur Ausrichtung benötigt. Die Elektroden 10 sowie das Material 7 werden dann mittels einer Vertiefung in einem isolierenden Material aufgenommen werden. Die Befestigung der mehrlagigen Ebenen kann dabei mittels Verankerung in der Grundplatte 12 des Werkzeugs erfolgen. Für die Befestigung können Winkel 14 mit Schraubverbindungen 13 verwendet werden, wie in 5 beispielhaft aufgezeigt. Um einen schnellen Austausch einzelner Materialien zu ermöglichen, können hierbei auch Schnellschlusssystem anstelle von Schrauben verwendet werden.A possible embodiment also sees an introduction of the electrodes 10 in the material 7 in front. In this case, no pins would be needed for alignment. The electrodes 10 as well as the material 7 will then be received by means of a recess in an insulating material. The attachment of the multilayer levels can by means of anchoring in the base plate 12 of the tool. For the attachment can angle 14 with screw connections 13 used as in 5 exemplified. In order to enable a quick exchange of individual materials, quick-release systems can be used instead of screws.

Die Befestigungsschrauben 13 sollten dabei aus nichtleitendem Material sein, um eine Stromführung auf das Gehäuse 3 zu vermeiden. Zusätzlich sind bei Bedarf im Material 7, in den Elektroden 10 sowie im Gehäuse 3 Entlüftungsschlitze 17 (Düsen) vorzusehen, um das Entweichen der Gase bzw. des Wasserdampfes zu ermöglichen. Beim Aushärten entstehende Gase bzw. Wasserdampf kann wie bei bestehenden Verfahren mittels Kernmarken(Düsen) aus dem Sandkern 2" (Kern) und dem Material 7, der Elektroden 10 und dem Gehäuse 3 über Bohrungen 17 abgeführt werden. Alternativ kann das Material auch porös sein und somit das Entweichen der Gase oder Wasserdampf ermöglichen.The fixing screws 13 should be made of non-conductive material to conduct electricity to the housing 3 to avoid. In addition, if necessary in the material 7 , in the electrodes 10 as well as in the housing 3 vents 17 Provide (nozzles) to allow the escape of gases or water vapor. Hardening gases or water vapor can, as in existing processes using core marks (nozzles) from the sand core 2 ' (Core) and the material 7 , the electrodes 10 and the casing 3 about holes 17 be dissipated. Alternatively, the material may also be porous and thus allow the escape of gases or water vapor.

Die Elektroden 10 benötigen eine Stromzuführung, welche mit dem externen Schaltschrank verbunden ist und somit eine Elektrosteuerung 8 ermöglicht. Die Elektrosteuerung 8 muss auf den Kernkasten sowie das Verfahren angepasst werden. Die Elektrosteuerung 8 übernimmt dabei die Aufgabe den Kernkasten mittels Stromführung und Elektroden 10 ausreichend mit Strom zu versorgen. Bei neuen Anlagen muss die Elektrosteuerung 8 (Einrichtung 8) entsprechend mit eingeplant werden. Beim Umbau von bestehenden Anlagen auf das neue Verfahren können unter Umständen bestehende Schaltanlagen umgebaut und angepasst werden. Wichtig ist, dass die Energiezufuhr in das Material 7 über Elektroden 10 erfolgt. Dabei ist Wechselstrom oder Gleichstrom denkbar.The electrodes 10 require a power supply, which is connected to the external cabinet and thus an electric control 8th allows. The electric control 8th must be adapted to the core box as well as the procedure. The electric control 8th The task takes over the core box by means of power supply and electrodes 10 to provide sufficient electricity. For new systems, the electric control 8th (Facility 8th ) are scheduled accordingly. When converting existing systems to the new method, it may be possible to modify and adapt existing switchgear. It is important that the energy input into the material 7 over electrodes 10 he follows. In this case, AC or DC is conceivable.

Die Steuerung der Stromzuführung muss die maximale Kurzzeitbelastung des gewählten Materials 7 sowie die Widerstands-Temperaturkurve des Materials 7 und des Sand-Bindergemisches 9 berücksichtigen. Die Elektrosteuerung 8 ist so zu wählen, dass ein möglichst hoher Leistungseintrag mittels hoher Spannung erfolgt jedoch die maximale Kurzzeitbelastungsgrenze nie überschritten wird um Beschädigungen am Material 7 zu verhindern und somit ein wirtschaftliches Verfahren zu gewährleisten. Der Leistungseintrag und damit zusammenhängende Wärmeentwicklung in das Sand-Binder-Gemisch 9 ist abhängig von dem spezifischen Widerstand sowie der angelegten Spannung. Daher kann mit Regelung der Spannung auch der Leistungseintrag und die Temperatur gesteuert werden. Zusätzlich kann der Kernkasten über Temperatursensoren verfügen, um eine Erwärmung über den vorgeschriebenen Arbeitsbereich des Binders zu vermeiden, da eine zu hohe Temperatur die Bindungskraft ansonsten negativ beeinflussen würde.The control of the power supply must be the maximum short-term load of the selected material 7 and the resistance-temperature curve of the material 7 and the sand binder mixture 9 consider. The electric control 8th is to be chosen so that the highest possible power input by means of high voltage occurs, however, the maximum short-term load limit is never exceeded to damage the material 7 to prevent and thus ensure an economic process. The power input and related heat development in the sand-binder mixture 9 depends on the specific resistance and the applied voltage. Therefore, with regulation of the voltage, the power input and the temperature can be controlled. In addition, the core box may have temperature sensors to avoid heating beyond the prescribed working range of the binder, as too high a temperature would otherwise adversely affect the bonding force.

Die Elektrosteuerung 8 regelt dabei auch die unterschiedlichen Prozessschritte der Kernschießmaschine. Dabei muss speziell beim Zusammenfahren der Kernkastenteile darauf geachtet werden, dass die Zusammenführung in einem angepassten Tempo passiert um eine Stoßwirkung im Kernkastenmaterial und somit eine mögliche permanente Beschädigung zu vermeiden. Bei Kernwerkzeugen mit mehreren Sandkernen 2 können entweder ein Elektrodenpaar pro Sandkern 2" verwendet werden oder ein Elektrodenpaar welche alle Sandkerne 2 des kompletten Kernkasten abdeckt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass beim Erwärmungsprozess die Steuerung so zu wählen ist, dass alle Sandkerne 2 in der gewünschten Taktzeit aushärten können aber auch niemals die Temperatur im Sandkern 2" über den Punkt steigt, an dem die Binder ihre Bindungskraft verlieren.The electric control 8th It also regulates the different process steps of the core shooting machine. In doing so, special care must be taken when moving the core box parts together so that the merge happens at an adjusted speed to avoid a shock effect in the core box material and thus a possible permanent damage. For core tools with multiple sand cores 2 can either have one electrode pair per sand core 2 ' used or a pair of electrodes which all sand cores 2 covering the complete core box. It should be noted that during the heating process, the controller should be chosen so that all sand cores 2 but can never harden in the desired cycle time, the temperature never in the sand core 2 ' rises above the point where the binders lose their binding power.

Der regelmäßige Produktionsprozess unterteilt sich dabei in drei Prozesse. Der erste Prozess beschreibt die Inbetriebnahme der Anlage nach einem kurzen oder längeren Stillstand. Ein Merkmal während dieses Prozesses ist, dass das Material 7 noch nicht die geplante Betriebstemperatur erreicht hat. Die Erwärmung des Kernkastens bzw. des Werkzeugeinsatzes erfolgt dabei wie auch bei dem typischen Produktionsprozess. Die Teile 4, 5 werden von ihrer Ausgangsposition zusammengeführt und bilden eine Kontaktfläche 18. In 4A ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wo zusätzlich zu den in 4 gezeigten Elementen jeweils gegenüberliegende Kontaktflächen 18 vorgesehen sind. Diese Kontaktflächen weisen ein Material auf, dass derart gewählt ist, dass es, gemäß einem Beispiel bei 200 °C einen im Wesentlichen gleichen elektrischen Widerstand wie gesinterte Keramik aufweist.The regular production process is divided into three processes. The first process describes the commissioning of the system after a short or long standstill. One feature during this process is that the material 7 not yet reached the planned operating temperature. The heating of the core box or of the tool insert takes place as well as in the typical production process. The parts 4 . 5 are brought together from their initial position and form a contact surface 18. In 4A an embodiment is shown where, in addition to those in 4 shown opposing contact surfaces 18 are provided. These contact surfaces comprise a material selected to have, at 200 ° C, an essentially similar electrical resistance as sintered ceramic according to one example.

Wenn sich nun die beiden Teile 4, 5 aufeinander zu bewegen, kommen sie mit ihren jeweiligen Kontaktflächen 18 indirekten mechanischen und somit auch elektrischen Kontakt. Gemäß einem Beispiel können diese Kontaktflächen 18 austauschbar sein und somit an verschiedene elektrische Eigenschaften der jeweiligen Füllstoffmischung 9 und/oder des Materials 7 angepasst sein.If now the two parts 4 . 5 move towards each other, they come with their respective contact surfaces 18 indirect mechanical and thus electrical contact. According to one example, these contact surfaces 18 may be exchangeable and thus different electrical properties of the respective filler mixture 9 and / or the material 7 be adjusted.

Anschließend kann die Formstoffmischung 9 in den Kernkasten geschossen werden. Dies kann, gemäß einem Beispiel auch ein elektrisch nichtleitender oder organischer Stoff wie beispielsweise Kunststoff sein. Im nächsten Schritt erfolgt dann die Energiezuführung mittels Strom dank der Elektrosteuerung 8. Aufgrund erhöhter spezifischer Widerstände des Materials 7 benötigt der Aufwärmprozess etwas länger als die regulären Produktionstaktzeiten. Während des Aufwärmprozesses erwärmt sich langsam der Werkstoffeinsatz und mit dem Anstieg der Temperatur fällt der spezifische Widerstand des Materials 7. Je stärker der Widerstand fällt, umso schneller erwärmt sich das Material 7 weiter nach dem Prinzip der Widerstandsheizung. Da der Wärmeeintrag bei den ersten Formen 2 nicht unter optimalen Bedingungen erfolgt, kann es zu einem erhöhten Ausschuss während dieses Prozesses kommen.Subsequently, the molding material mixture 9 to be shot in the core box. This may, according to one example, also be an electrically non-conductive or organic substance such as, for example, plastic. In the next step, the energy is supplied by electricity thanks to the electric control 8th , Due to increased specific resistances of the material 7 The warm-up process takes a little longer than the regular production cycle times. During the warm-up process, the material usage heats up slowly and as the temperature rises, the resistivity of the material decreases 7 , The more the resistance drops, the faster the material heats up 7 continue on the principle of resistance heating. Because the heat input in the first forms 2 Not under optimal conditions, increased rejects may occur during this process.

Sobald die gewünschte Betriebstemperatur am Werkzeugeinsatz erreicht ist, beginnt der eigentliche Produktionsprozess. Die Prozessparameter können dabei wie folgt beschrieben werden. Das Material 7 des Kernkastens bzw. des Werkzeugeinsatzes verfügt über die Betriebstemperatur und damit über den optimalen spezifischen Widerstand der Formstoffmischung 9. Die Kernkastenteile 4, 5 sind auseinandergefahren und die Kavität ist leer. Im ersten Schritt werden die Kernkastenteile 4, 5 geschlossen und anschließend die Formstoffmischung 9 in den Kernkasten geschossen. Der spezifische Widerstand ist abhängig von der Temperatur der Formstoffmischung 9. Das Gemisch 9 kann dabei Raumtemperatur haben oder bereits vorgeheizt sein.As soon as the desired operating temperature at the tool insert has been reached, the actual production process begins. The process parameters can be described as follows. The material 7 the core box or the tool insert has the operating temperature and thus the optimum specific resistance of the molding material mixture 9 , The core box parts 4 . 5 have moved apart and the cavity is empty. In the first step, the core box parts 4 . 5 closed and then the molding material mixture 9 shot in the core box. The specific resistance depends on the temperature of the molding material mixture 9 , The mixture 9 may be at room temperature or already preheated.

Sobald die Formstoffmischung 9 in den Kernkasten geschossen wurde, kühlt die direkte Kontaktfläche zur Formstoffmischung 9 des Kernkastenmaterials etwas ab. Damit steigt kurzfristig der Widerstand des Kernkastenmaterials bzw. Material des Werkzeugeinsatzes 7, wobei gleichzeitig dank der Wärmeaufnahme der spezifische Widerstand der Formstoffmischung 9 fällt. Da, wie oben beschrieben, die Temperatur-Widerstandskurven des Materials 7 und der Formstoffmischung 9 ähnlich verlaufen, bleibt die Abweichung des spezifischen Widerstandes begrenzt.Once the molding material mixture 9 was shot into the core box, the direct contact surface cools the molding material mixture 9 of the core box material. This increases the resistance of the core box material or material of the tool insert in the short term 7 , At the same time thanks to the heat absorption, the specific resistance of the molding material mixture 9 falls. Since, as described above, the temperature-resistance curves of the material 7 and the molding material mixture 9 Similar, the deviation of the resistivity remains limited.

Die Elektrosteuerung 8 aktiviert den Stromfluss und dies führt zu einem Stromfluss durch das Material 7 als auch durch den Sandkern 2" bzw. die Form 2. Mit steigender Erwärmung nimmt nun der Widerstand der Formstoffmischung 9 als auch im Material 7 ab bis annährend der optimale Widerstand erreicht ist. In diesem Moment ist der Leistungseintrag optimal. Die Formstoffmischung 9 hat sich nun von der Ausgangstemperatur auf ca. 100 bis 130°C je nach Größe innerhalb weniger Sekunden erwärmt. Sobald durch Verdampfung des Wasseranteils in der Formstoffmischung 9 die freien Ladungsträger reduziert werden, beginnt schlagartig der spezifische Widerstand der Formstoffmischung 9 zu steigen. In diesem Moment ist der Stromfluss innerhalb des Sandkerns 2 reduziert. Um die gewünschte optimale Betriebstemperatur für die Formstoffmischung 9 zu erreichen, muss nun die verbleibende Wärmeenergie über das Kernkastenmaterial 7 wie auch bei bestehenden Verfahren übertragen werden.The electric control 8th activates the flow of current and this leads to a flow of current through the material 7 as well as through the sand core 2 ' or the shape 2 , With increasing warming now takes the resistance of the molding material mixture 9 as well as in the material 7 until the optimum resistance is reached. At this moment the performance entry is optimal. The molding material mixture 9 has now heated from the starting temperature to about 100 to 130 ° C depending on the size within a few seconds. Once by evaporation of the water content in the molding material mixture 9 the free charge carriers are reduced, the resistivity of the molding mixture begins abruptly 9 to rise. At this moment, the flow of current is within the sand core 2 reduced. To the desired optimum operating temperature for the molding material mixture 9 To achieve this, the remaining heat energy must now be transferred via the core box material 7 as in existing procedures.

Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt daher besonders in der Erwärmung der Formstoffmischung 9 von der Temperatur bei Einschuss bis auf ca. 130°C durch das Prinzip der Widerstandsheizung mittels Stromfluss innerhalb des Sandkerns 2. Der weitere Vorteil ist das effiziente Erwärmen des Materials 7 und damit der Wärmezuführung in der Phase von 130°C bis auf die gewünschte Betriebstemperatur der Formstoffmischung 9. Benötigte Ausstoßbolzen 16 zum Ausstoß des Sandkerns aus der Kavität, wie in 6 gezeigt, werden in den dafür vorgesehenen Ausstoßbohrungen 16' befestigt und ermöglichen die Loslösung der Formen 2 aus dem Material 7.The particular advantage of the method is therefore particularly in the heating of the molding material mixture 9 from the temperature at injection up to about 130 ° C by the principle of resistance heating by means of current flow within the sand core 2 , The further advantage is the efficient heating of the material 7 and thus the heat supply in the phase of 130 ° C up to the desired operating temperature of the molding material mixture 9 , Required ejector bolts 16 for ejecting the sand core from the cavity, as in 6 shown are in the designated ejection holes 16 ' attached and allow the release of the molds 2 from the material 7 ,

Der dritte Prozess beschreibt die Abkühlungsphase vor einer Pause bzw. Abschaltung. In dieser Phase kann der Kernkasten einfach im ausgefahrenen Zustand abkühlen und steht dann jederzeit für den ersten Prozessschritt wieder zur Verfügung. Formoberfläche verhindert, was beispielsweise bei einem Aushärten mittels Wärme von außen (z.B. Ölheizung) der Fall wäre.The third process describes the cooling phase before a break or shutdown. In this phase, the core box can simply cool down in the extended state and is then available again at any time for the first process step. Mold surface prevents what would be the case, for example, when curing by means of external heat (for example, oil heating).

In 7 ist eine schematische Darstellung eines Spritzgießwerkzeugs 20 in Schnittdarstellung gezeigt. Hier soll insbesondere gezeigt werden, dass das generelle Verfahren zum Herstellen von Formen und Kernen mithilfe von elektrischem Strom und Widerstandserwärmung auch auf andere Anwendungsgebiete, beispielsweise in der Kunststoffverarbeitung übertragen werden kann. Generell kann das hier erfindungsgemäße beschriebene Werkzeug auf Anwendungsgebiete und Verfahren übertragen werden, die folgende Gemeinsamkeiten aufweisen. Zum einen benötigen diese Verfahren Wärme zur Herstellung von Formen oder Kernen. Darüber hinaus basiert die Herstellung dieser Formen und Kerne auf konturgebundenen Formen, also beispielsweise Kavitäten. Weiterhin benötigen die infrage kommenden Verfahren eine Formstoffmischung 9 (hier als Kern 2 dargestellt), die leitend oder nichtleitend sein kann und die in die Kavität eingebracht wird.In 7 is a schematic representation of an injection mold 20 shown in sectional view. Here, in particular, it should be shown that the general method for producing molds and cores by means of electric current and resistance heating can also be transferred to other fields of application, for example in plastics processing. In general, the tool described here according to the invention can be transferred to fields of application and methods which have the following features in common. First, these processes require heat to produce molds or cores. In addition, the production of these shapes and cores based on contour-bound forms, so for example cavities. Furthermore, the processes in question require a molding material mixture 9 (here as the core 2 shown), which may be conductive or non-conductive and which is introduced into the cavity.

Als Beispiel soll in 7 eine gängige Spritzgussvorrichtung für die Herstellung von Kunststoffformen gezeigt werden. Kunststoffe werden üblicherweise unter Druck bei einer Temperatur über einem Schmelzpunkt des Kunststoffes verarbeitet. Dabei kann der Kunststoff zum Beispiel bei 50 bis 80 bar in das Spritzgießwerkzeug bzw. in mindestens eine der Kavitäten eingespritzt werden. Die Kavität ist Teil des Spritzgießwerkzeugs, welches mithilfe von Wärmequellen auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird. Je nach Anwendung kann zusätzlich zur Wärmeversorgung auch ein Kühlmechanismus verwendet werden. Dies ist in solchen Fällen angebracht, wo überschüssige Wärmeenergie bereits über die Formstoffmischung 9 in das Werkzeug eingebracht wird. Eine solche Kühlung ist hier über Kühlkanäle 36 angedeutet, die allerdings als optional anzusehen ist. Weiterhin ist jeweils eine Isolationsplatte 3 vorgesehen, die mit einer Werkzeuggrundplatte 12 verbunden ist.As an example, in 7 a common injection molding apparatus for the production of plastic molds are shown. Plastics are usually processed under pressure at a temperature above a melting point of the plastic. The plastic, for example, at 50 to 80 be injected bar in the injection mold or in at least one of the cavities. The cavity is part of the injection mold, which is kept at a certain temperature using heat sources. Depending on the application, a cooling mechanism can be used in addition to the heat supply. This is appropriate in cases where excess heat energy already exceeds the molding material mixture 9 is introduced into the tool. Such cooling is here via cooling channels 36 indicated, which is to be regarded as optional however. Furthermore, each is an insulation plate 3 provided with a tool base plate 12 connected is.

Ein Spritzgießwerkzeug 20 weist zwei Teile oder Hälften 4, 5 auf, die linearer beweglich zueinander angeordnet sind. Über eine Zuführung 34 wird eine Formstoffmischung 9 (hier als späterer Kern 2 dargestellt) in ein Heißkanalsystem 26 eingepresst. Das Spritzgießwerkzeug 20, insbesondere im Bereich 22 des Heißkanalsystems 26 ist dabei aus einem leitenden oder zumindest teilweise leitenden Material 7 hergestellt. Dies kann beispielsweise ein Kunststoff wie PEEK oder auch ein keramikbasiertes Material sein. Insbesondere bei Verarbeitung von Kunststoffen mit einer hohen Arbeitstemperatur von über 200 °C ist die Verwendung eines elektrisch beheizten Spritzgießwerkzeugs 20 vorteilhaft, da es normalerweise ohne Kühlung im Dauerbetrieb arbeiten kann. Dem Werkzeug wird über Anlegen von Strom (hier nicht gezeigt) kontinuierlich Wärme hinzugefügt, um die Temperatur auf einem erforderlichen Niveau zu halten. Ein geringerer spezifischer elektrischer Widerstand des verwendeten Materials führt zu einer schnelleren und effizienteren Erhitzung des Werkzeugmaterials. Allerdings muss ein ausreichender Widerstand vorhanden sein, um einen Verbrauch und somit einen Kurzschluss zu vermeiden. Der elektrische Widerstand sollte daher mindestens 0,0001 Ohmmeter betragen.An injection mold 20 has two parts or halves 4 . 5 on, which are arranged linearly movable to each other. Via a feed 34 is a molding material mixture 9 (here as a later core 2 shown) in a hot runner system 26 pressed. The injection mold 20 , especially in the field 22 of Hot runner system 26 is made of a conductive or at least partially conductive material 7 produced. This may be, for example, a plastic such as PEEK or a ceramic-based material. Especially when processing plastics with a high working temperature of over 200 ° C is the use of an electrically heated injection mold 20 advantageous because it can normally operate without cooling in continuous operation. Heat is added continuously to the tool by applying current (not shown here) to maintain the temperature at a required level. Lower specific electrical resistance of the material used results in faster and more efficient heating of the tool material. However, there must be sufficient resistance to avoid consumption and thus a short circuit. The electrical resistance should therefore be at least 0.0001 ohmmeter.

Ergänzend sind Auswerfer 16 zum Ausstoßen der fertigen Formen 2 vorgesehen. Zwischen den beiden Teilen 4, 5 ergibt sich eine Kavität 32, in die die Formstoffmischung 9 eingebracht wird und dort aushärtet. Das Einbringen der Formstoffmischung 9 erfolgt über Heißkanaldüsen 24. Die Verwendung von Zusätzen in der Formstoffmischung 9 kann dann vorteilhaft sein, wenn die verwendeten Werkzeuge, also hier das Spritzgusswerkzeug 20, einen vergleichbaren elektrisch angepassten spezifischen Widerstand aufweisen. Gemäß einem Beispiel können beim Spritzgussverfahren das Form- oder Kernwerkzeug bzw. ein Werkzeugeinsatz aus Hochleistungskeramik wie Siliziumkarbid oder aus einem PEEK-Material bestehen. Mit der Verwendung von elektrisch leitenden Zusätzen im Material der Formstoffmischung 9 sowie auch im Werkzeugeinsatz kann ein Verfahren zur Herstellung anorganischer Kerne oder Formen, wie oben dargestellt, auch für organische Formen und Kerne verwendet werden, bei denen Wärme zur Formgebung vorteilhaft ist.In addition, ejectors 16 to eject the finished molds 2 intended. Between the two parts 4 . 5 results in a cavity 32 into which the molding material mixture 9 is introduced and hardens there. The introduction of the molding material mixture 9 via hot runner nozzles 24 , The use of additives in the molding material mixture 9 can then be advantageous if the tools used, so here the injection mold 20 , have a comparable electrically matched resistivity. According to one example, in the injection molding process, the mold or core tool or a tool insert may be made of high performance ceramics such as silicon carbide or of a PEEK material. With the use of electrically conductive additives in the material of the molding material mixture 9 as well as in tooling, a method for producing inorganic cores or molds as set forth above can also be used for organic molds and cores in which heat for molding is advantageous.

Gemäß einem Beispiel wird das Verfahren zur Herstellung von Salzkernen verwendet.As an example, the process is used to make salt cores.

Weiterhin zu berücksichtigen ist bei der gewünschten Beeinflussung einer elektrischen Leitfähigkeit der Materialien für die Formstoffmischung 9 oder für die Werkzeuge ein sogenannter Perkolationseffekt. Dieser Effekt beschreibt den sprunghaften Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit, sobald ein gewisser Anteil an Ladungsträger im Volumen vorhanden ist. Bis zu dieser Schwelle kann die Leitfähigkeit sich annährend linear verhalten. Beim Überschreiten steigt die Leitfähigkeit dann sprunghaft an. Beim Hinzufügen weiterer Ladungsträger erfolgt dann ein linearer bzw. vorhersehbarer Verlauf. Gemäß einem Beispiel sind im Aufbau des Form- oder Kernwerkzeugs eine Beabstandung der verbauten Komponenten aufgrund von Kriechspannungen zu berücksichtigen.It should also be taken into account in the desired influencing of an electrical conductivity of the materials for the molding material mixture 9 or for the tools a so-called percolation effect. This effect describes the sudden increase in electrical conductivity as soon as a certain amount of charge carrier is present in the volume. Up to this threshold, the conductivity may be approximately linear. When exceeded, the conductivity then increases abruptly. When adding additional charge carriers then takes a linear or predictable course. According to one example, a spacing of the installed components due to creeping stresses must be considered in the design of the mold or core tool.

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Claims (15)

Form- oder Kernwerkzeug (1) zur Herstellung von organischen oder anorganischen Formen (2) oder Kernen (2'); aufweisend mindestens ein Werkzeugeinsatz mit mindestens einer Kavität zur Aufnahme einer Formstoffmischung (9); wobei ein Material (7) des Werkzeugeinsatzes zumindest teilweise elektrisch leitend ist und ein spezifischer elektrischer Widerstand des Materials (7) des Werkzeugeinsatzes derart gewählt ist, dass es sich bei Durchleiten eines elektrischen Stromes erwärmt und ein Aushärten der Formstoffmischung (9) in der Kavität bewirkt; dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Werkzeugeinsatzes einen Kunststoff aufweist.Mold or core tool (1) for producing organic or inorganic molds (2) or cores (2 '); having at least one tool insert with at least one cavity for receiving a molding material mixture (9); wherein a material (7) of the tool insert is at least partially electrically conductive and a specific electrical resistance of the material (7) of the tool insert is selected such that it heats when passing an electric current and causes curing of the molding material mixture (9) in the cavity ; characterized in that the material of the tool insert comprises a plastic. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Werkzeugeinsatzes ein Kunststoff aus der Gruppe der Polyetherketone ist.Mold or core tool (1) according to Claim 1 , characterized in that the plastic of the tool insert is a plastic from the group of polyether ketones. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß Anspruch 2, wobei der Kunststoff ein PEEK-Polyetherketon aufweist.Mold or core tool (1) according to Claim 2 wherein the plastic comprises a PEEK polyether ketone. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz eine oder mehrere Lagen eines Halbmaterials aufweist.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tool insert comprises one or more layers of a semi-material. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Werkzeugeinsatzes gesinterte Keramik aufweist.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the tool insert comprises sintered ceramic. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz eine Kontaktfläche zu einem zweiten Werkzeugeinsatz ausbildet und das Material der Kontaktfläche derart gewählt ist, dass es bei 200 Grad Celsius einen im Wesentlichen gleichen elektrischen Widerstand wie die gesinterte Keramik ausbildet.Mold or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tool insert forms a contact surface to a second tool insert and the material of the contact surface is selected such that it at 200 degrees Celsius, a substantially same electrical resistance as the sintered ceramic formed. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Werkzeugeinsatzes Kohlenstoff und/oder andere Zusätze zum Einstellen einer elektrischen Leitfähigkeit aufweist.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the tool insert comprises carbon and / or other additives for adjusting an electrical conductivity. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (10) zum Zuführen des elektrischen Stromes in das Material des Werkzeugeinsatzes seitlich am Form- oder Kernwerkzeug angeordnet sind.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that electrodes (10) for supplying the electric current are arranged in the material of the tool insert laterally on the forming or core tool. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz ausgeführt ist, externe Wärme zur Verkürzung der Aufwärmphase aufzunehmen, wenn der spezifische elektrische Widerstand des Materials des Werkzeugeinsatzes mehr als 500 Ohmmeter bei 20°C beträgt.Mold or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tool insert is adapted to receive external heat to shorten the warm-up phase, when the electrical resistivity of the material of the tool insert is more than 500 ohm meters at 20 ° C. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Form- oder Kernwerkzeug eine Einrichtung zur Messung eines Energieverbrauches, einer Temperatur und/oder eines elektrischen Widerstandes aufweist.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the forming or core tool has a device for measuring an energy consumption, a temperature and / or an electrical resistance. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Form- oder Kernwerkzeug eine Auswerteeinheit aufweist; wobei die Auswerteeinheit konfiguriert ist, ein Steuersignal zu erzeugen, wenn der Energieverbrauch, die Temperatur und/oder der elektrische Widerstandswert einen definierten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.Mold or core tool (1) according to Claim 10 , characterized in that the forming or core tool has an evaluation unit; wherein the evaluation unit is configured to generate a control signal when the energy consumption, the temperature and / or the electrical resistance value exceeds or falls below a defined threshold value. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffmischung mittels Spritzgussverfahren, Hot Press Moulding oder Extruderverfahren in die Kavität einbringbar sind.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the molding material mixture can be introduced into the cavity by means of injection molding, hot-pressing molding or extruder processes. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz ausgeführt ist, elektrisch nicht leitfähige Formstoffmischungen aufzunehmen.Mold or core tool (1) according to Claim 12 , characterized in that the tool insert is designed to receive electrically non-conductive molding mixtures. Form- oder Kernwerkzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz mit der Kavität ausgeführt ist, die jeweiligen Oberflächen mindestens zweier Kunststoffkörper zu erhitzen, um bei Erreichen einer Schmelztemperatur eine Verbindung der beiden Kunststoffkörper zu bewirken.Shaped or core tool (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tool insert is designed with the cavity to heat the respective surfaces of at least two plastic body to effect connection of the two plastic body on reaching a melting temperature. Werkzeugeinsatz (1) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz mindestens zwei Bereiche ausbildet, wobei das Material des Werkzeugeinsatzes des einen Bereiches einen anderen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als in dem anderen Bereich. Tool insert (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool insert forms at least two regions, wherein the material of the tool insert of the one area has a different electrical resistivity than in the other area.
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