DE3503855A1 - Verwendung von graphit als zusatzstoff fuer modellkunststoffe, modellmaterial sowie formenschleifverfahren - Google Patents

Description

CARL DAN. PEDDINGHAUS GMBH & CO. KG, ENNEPETAL

Verwendung von Graphit als Zusatzstoff für Modellkunststoffe, Modellmaterial sowie Formenschleifverfahren

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Graphit als Zusatzstoff für Modellkunststoffe und Modellmaterialien zur Herstellung von Modellen, ein Modellmaterial sowie ein Formenschleifverfahren zur Herstellung von Gesenken bzw. Teilen hiervon.

Formenschleifverfahren sind in verschiedenartigen Verfahrensvarianten bekannt. Nach einer Ausführungsform des FormenschleifVerfahrens zur Herstellung von Gesenken geht man von einer vorgegebenen Positiv-Form aus und stellt mittels eines Giessverfahrens unter Einsatz von mit Füllstoff versetztem Kunstharz ein Modell her. Dieses Modell dient wiederum zur Herstellung einer Funkenerosionselektrode aus Graphit, mit der dann mittels Elektroerosion in an sich bekannter Weise ein massgenaues Gesenkteil hergestellt werden kann.

Zur Herstellung des Modells wird üblicherweise ein giessfähiges Kunstharz unter Zufügung von Zusatzstoffen und Härter verwendet. Als Giessharze werden beispielsweise Epoxide, Polyurethane, Polyester, aber auch Phenol-Formaldehyd-Harze etc., eingesetzt. Als Füllstoffe können unterschiedliche Materialien herangezogen werden, wie beispielsweise sogenannte "Mikroballons", Aluminiumsilikat, Talkum und andere.

0 An die zur Herstellung des Modells dienenden Materialien werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Die Materialien müssen entweder ein gutes Abformvermögen und gute Entformbarkeit oder eine gute Zerspanbarkeit besitzen. Auch soll sich die Aushärtung des

5 Harzes nebst eingebrachten Füll- und Hilfsstoffen

ohne die Ausbildung inne- rer Spannungen vollziehen, da es anderenfalls, z.B. beim nachfolgenden Fräsen durch die Auflösung solcher Spannungen zu Formungenauigkeiten kommen kann. Schliesslich sollen die genannten Materialien gute Oberflächencharakteristiken ergeben, umweltfreundlich sein etc..

Aufgrund der ständig wachsenden Anforderungen an Massgenauigkeit, Rationalisierung von Verfahrensablaufen sowie Umweltneutralität eingesetzter und abfallender Produkte, ergibt sich ein laufender Bedarf nach einer Verbesserung des FormenschleifVerfahrens und insbesondere von Teilstufen hiervon.

0 D_er vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Rahmen von Formenschlei fverf ahren zur Herstellung von Hohlformen, z.B. Gesenken bzw. Teilen hier-

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von, in denen ausgehend von Modellen unter Verwendung von Abguss materialien auf Kunststoffbasis über mehrere Verfahrensstufen mittels Graphitelektroden durch Elektroerosion diese angeführten Teile erzeugt werden, Verbesserungen vorzunehmen. Nach einem Teilaspekt dieser Aufgabe sollen insbesondere verbesserte Materialien geschaffen und der Gesamtablauf des Verfahrens rationalisiert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Graphit als Zusatzstoff für Modellkunststoffe und Modellmaterialien zur Herstellung von Modellen beim Formenschleifen verwendet wird.

Unter der Bezeichnung "Modellkunststoffe" werden im Rahmen der Erfindung solche Kunststoffe verstanden, die gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Stoffe und insbesondere erfindungsgemä'ss von Graphit, zur Abformung von Modellen, d.h. als Material der Form, dienen.

Unter der Bezeichnung "Modellmaterial" wird im Rahmen der Erfindung das Material verstanden aus dem das Modell selbst gebildet wird bzw. besteht.

Grundsätzlich kann der Graphit unter Naturgraphit, Elektrographit und deren Gemischen ausgewählt werden. Je nach Anwendungszweck können verschiedenartige Graph itquali ta" ten in Betracht gezogen werden, z.B. auch Graphite mit inhärenten (keramischen) Komponenten, beispielsweise sogenannte Tongraphite etc.. Die letztgenannten Materialien eignen sich aber nur insoweit, als keine Nachbearbeitung durch Zerspanen erfolgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verwendung wird als Graphit der beim Kopierfrasen (Vorkopieren) der Elektroden anfallende Abfallgraphit eingesetzt. Auf diese Weise kann der bislang als Abfallmaterial angesehene Graphit, der bei Herstellung der Funkenerosionselektrode anfällt, einer sinnvollen Verwendung bei der Zubereitung des Abformmaterials, d.h. der Modellkunststoffe und/oder der Modellmaterialien, zugeführt werden.

Es kann aber auch mit Vorteil Abfall-Graphit aus der Produktion von Graphitteilen, wie Lagerringen, Kohlebürsten, Kolbenringen, Tiegeln etc., zum Einsatz gelangen.

Die Mengenanteile des Graphits innerhalb des herangezogenen Materials können in breiten Bereichen schwanken. Im allgemeinen ist der Graphit in einer Menge von 30 bis 85 Gew-.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials bzw. der Form, eingesetzt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verwendung wird der Graphit in einer Menge von 45 bis 80 Gew.% und insbesondere im Bereich von 50 bis 75 Gew.% verwendet, wobei sich der letztgenannte Bereich besonders für Modellmaterialien eignet. Wenngleich die hier angegebenen Mengen bevorzugte Mengen darstellen, so ist es doch auch möglich - je nach herangezogenem Harz und dessen Härtersystem, der Graphitqualität und der Korngrösse des Graphits - auch gute Materialien mit abweichenden Graphitanteilen herzustellen. Insbesondere kann der Graphit auch in Mengen, die unter 30 Gew.% liegen, eingemischt werden, gegebenenfalls unter Zufügung weiterer Hilfsstoffe.

Die Korngrösse des Graphits kann in weiten Bereichen schwanken, wobei es bevorzugt ist, dass der Graphit in einer im wesentlichen einheitlichen Korngrösse vorliegt. Im allgemeinen wird der Graphit in Korngrössen von 10,um bis zu 1 mm, vorzugsweise aber 10,um bis 0,1 mm, für die Materialien der Form vorliegen, wobei der untere Bereich der Korngrösse bis zu staubfeinen Graphitqualitäten geht. Für die Modellmaterialien kann der Korngrössenbereich des eingesetzten Graphits zwischen 10 ,um und 5 mm und vorzugsweise im Bereich von etwa 50/um und 1 mm liegen.

Üblicherweise werden der Modellkunststoff bzw. das Modellmaterial und der Graphit unter Erhalt eines homogenen Gemisches innig miteinander vermischt. Dabei ist es günstig, die Vermischung durch Vakuum, z.B. in Vakuummischern etc., vorzunehmen, weil sich sonst beim Rühren und Mischen Luftblasen mit in die noch flüssige Masse einmischen können.

Bei der Herstellung des Modellmaterials ist es zweckmässig, nach der Vermischung der Masse diese unter Druck, insbesondere 20 bis 80 bar, langsam auszuhärten.

Als. Modellkunststoffe bzw. Modellmaterialien sind im Regelfall die üblicherweise für Abformmaterialien zur Herstellung von Modellen verwendeten Kunststoffe einsetzbar. Als solche können beispielhaft und auch bevorzugt, weil im Rahmen der erfxndungsgemässen Verwendung auch besonders günstig, Epoxidharze, Polyurethanharze, Polyesterharze sowie Harze genannt werden, die mit Formaldehyd auspolymerisiert bzw. -kondensiert wurden. Als Beispiel letzterer Harze können mit Vorteil Phenol-Formaldehyd-Harze genannt werden.

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Zweckmässigerweise liegen diese Modellkunststoffe als Giessharz vor.

Als Beispiele für solche Giessharze können genannt werden: das schnellhärtende Polyurethan-Giessharz Ureol 450 oder auch Ureol 6426A/B bzw. Ureol 642 6A/6436B der Firma Ciba-Geigy, Basel/Schweiz. Als Beispiel für Polyesterharz kann die anorganische Füllstoffanteile enthaltende nachgetemperte Giessmasse Dekopas MPlIO der Firma Raschig GmbH, Ludwigshafen, angeführt werden. Andere Beispiele sind sogenannte Dekorit-F-Harze, ebenfalls von Fa. Raschig, die auf der Basis Ph en öl-Formaldehyd-Harz en formuliert sind und damit in die Gruppe der Duroplaste fallen. Als Beispiele für modifizierte Epoxidharze können Biresin S-12 der Firma Lechler Chemie GmbH, Stuttgart, genannt werden. Der Einsatz dieser und anderer Harze zur Herstellung von Modellen ist bekannt, wie auch geeignete Härtersysteme für diese Harze, wo-. bei auf die entsprechenden Firmenschriften Bezug genommen wird. Diese Bedingungen sind üblicherweise auch auf die erfindungsgemässen Modellmaterialien anwendbar, in die Graphit in geeigneter Menge eingebracht ist.

Im Rahmen der Erfindung sind somit auch Form- und Modellmaterialien ausdrücklich miteingeschlossen, insbesondere zum Einsatz beim Formenschleifen, die aus giessfähigem Kunstharz und Füllmaterial, das gegebenenfalls unter Zusatz von Härter und üblichen Hilfsstoffen aushärtbar ist, formuliert sind, wobei in dem Modellmaterial etwa 30 bis 85 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modell- bzw. Abformmaterials, an Graphit in einer TeiIchengrosse im Bereich von etwa 50/um bis 5 mm in homogener Einmischung enthal ten s ind.

In dem erfindungsgemässen Modellmaterial liegt der Graphit insbesondere in einer Qualität vor, die üblicherweise zur Herstellung von Graphitelektroden dient, die zur Herstellung von Gesenken, Hohlteilen bzw. Teilen hiervon durch Elektroerosion dienen.

Als besonders geeignete Qualitäten kann z.B. Graphit einer Dichte von 1,75 bis 1,85 g/cm , einer Shore-Härte von 40 bis 80, einer Biegefestigkeit von 28 bis 50 N/mm , einer Druckfestigkeit von 60 bis 110 N/mm , eines Ε-Moduls von 9.000 bis 11.000 N/mm , einer thermischen Ausdehnung von 2,8 bis 3,8 K xlO (290-470K), eines spezifischen elektrischen Widerstandes von 12 bis 14 /uilm und einer Wärmeleitzahl von 80 bis 110 W/mk genannt werden (z.B. Qualitäten EK 82, EK 85 etc. der Firma Ringsdorf f, Bonn-Bad Godesberg)

Bei dem Elektroerosionsverfahren wird mit Hilfe elektrischer Funkenüberschläge zwischen einer Elektrode und dem zu bearbeitenden Metallblock von letzterem Metall abgetragen. Die Elektrode hat dabei etwa eine der einen Hälfte des Schmiedestückes entsprechende Oberflächenform. Bei dem Erodiervorgang macht die Graphitelektrode üblicherweise eine translatorischkreisende Bewegung (Planetärbewegung). Der zur Herstellung solcher Funkenerosionselektroden herangezogene Graphit eignet sich insbesondere zur Einbringung in die Kunststoffmassen.
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Im Rahmen der Erfindung sind auch Formenschleifverfahren zur Herstellung von Gesenken bzw. Teilen hier-

von umfasst, in denen man von einer Positiv-Form mittels eines Giessverfahrens unter Einsatz von mit Füllstoff und Schleifmittel versetztem Kunstharz ein Modell fertigt, das Modell zur Herstellung einer Funkenerosionselektrode aus Graphit heranzieht und sodann hiermit durch Elektro-Erosion in an sich bekannter Weise ein massgenaues Gesenkteil herstellt, wobei man zur Herstellung des Modells als Füllstoff für das Kunstharz 30 bis 85 Gew.% Graphit, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modells bzw. der Form, einsetzt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird der bei der Herstellung der Funkenerosionselektrode anfallende Abfallgraphit gesammelt und zumindest teilweise als Füllstoff für das Kunstharz,

gegebenenfalls unter Zufügung weiterer Füll- und _i

Hilfsstoffe, zur Herstellung des Modellmaterials der ι

Abgussform eingesetzt.

Durch die Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zum einen werden gut zerspanbare Massen mit hervorragender Oberflächencharakteristik geschaffen, die nach Aushärtung nur geringe oder keine innere Spannungen besitzen. Damit können die Harze mit diesen Füllstoffen nach deren Aushärtung problemlos durch Zerspanen bearbeitet werden. Andererseits ist es durch die Erfindung überraschenderweise möglich geworden, den Abfallgraphit, der bei Herstellung der Funkenerosionselektrode anfällt, einer sinnvollen Verwendung zuzuführen, weshalb entsprechende Umweltprobleme minmiert und der Ablauf des Formenschleifverfahrens in der Gesamtheit rationalisiert werden.

Claims (19)

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-1NG. K. GDRG DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE CARL DAN. PEDDINGHAUS GMBH & CO. KG, ENNEPETAL Verwendung von Graphit als Zusatzstoff für Modellkunststoffe, Modellmaterial sowie Formenschleifverfahren PATENTANSPRÜCHE

1. Verwendung von Graphit als Zusatzstoff für Modellkunststoffe und Modellmaterialien zur Herstellung von Modellen beim Formenschleifen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Graphit unter Naturgraphit, Elektrographit und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

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ARABELLASTRASSE A · D-8OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON COSS) S11O87 . TELEX 0-2961B CPATHE) ■ TELEKOPIERER 818356 *

3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Kopierfräsen (Vorkopieren) der Elektroden anfallende Abfall-Graphit eingesetzt wird.

4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Herstellung von Graphit-Produkten anfallende Abfall-Graphit eingesetzt wird.

5. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Graphit in einer Menge von 30 bis 85 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modellmaterials bzw. Modellkunststoffs, eingesetzt wird.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit in einer ■ Menge von 50 bis 80 Gew.% eingesetzt wird.

7. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des Graphits im Bereich von 10/um bis 5 mm liegt.

8. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des Graphits im Bereich von 50 /um bis 1 mm liegt.

9. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellkunststoff und der Graphit zuvor unter Erhalt eines homogenen Gemisches innig vermischt werden.

10. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff zur Bindung des Graphits als Modellmaterial zuvor unter Erhalt eines homogenen Gemisches innig vermischt wird.

11. Verwendung nach Anspruch 9 und 10, dadurch g ekennzeichnet, dass die Vermischung unter Vakuum vorgenommen wird.

12. Verwendung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet , dass nach der Vermischung die Masse zur Herstellung von Modellmaterial unter Druck, insbesondere bei 20 bis 80 bar, langsam ausgehärtet wird.

13. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nz e ich. η e t , dass der Kunststoff zur Bindung des Graphits als Modellmaterial und der Model Ik uns ts to ff zur Abformung unter Epoxidharzen, Polyurethariharζen, Polyesterharzen, sowie Harzen, die mit Formaldehyd auspolymerisiert bzw. -kondensiert wurden, ausgewählt wird.

0 14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass der Modellkunststoff vergiessbar ist.

15α Modell- bzw. Formmaterial, insbesondere zum Einsatz beim Formenschleifen aus giessfähigem Kunstharz und Füllmaterial, das, gegebenenfalls unter Zusatz von Härter und üblichen Hilfsstoffen, aushärtbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass es 30 bis 85 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modell- bzw. Formmaterials, an Graphit in einer Teilchengrösse im Bereich von 10 /um bis 5 mm in homogener Einmischung für das Modellmaterial und 10/um bis 1 mm für das Material der Form enthält.

16. Modellmaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit in Funkenerosionselektroden-Qualität vorliegt.

17. Formenschleifverfahren zur Herstellung von Gesenken bzw. Teilen hiervon, in dem man von einer Positiv-Form mittels eines Giessverfahrens unter Einsatz von mit Füllstoff und Schleifmittel versetztem Kunstharz ein Modell fertigt, das Modell zur Herstellung einer Funkenerosionselektrode aus Graphit heranzieht und sodann hiermit durch Elektro-Erosion in an sich bekannter Weise eine massgenaue Hdhlform herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung des Modells als Füllstoff für das Kunstharz 30 bis 85 Gew.% Graphit, bezogen auf das Gesamtgewicht des Modells bzw. der Form, einsetzt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man den bei Herstellung der Funkeneros ionselektrode anfallenden Abfall-

Graphit sammelt und zumindest teilweise als Füllstoff für das Kunstharz, gegebenenfalls unter Zufügung weiterer Füll- und Hilfsstoffe, zur Herstellung des Modells einsetzt. 5

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch g ekennzeichnet, dass man den Graphit zur Herstellung der Positiv-Form und/oder zur Herstellung des Modells selbst einsetzt. 10