DE4038491A1

DE4038491A1 - Verfahren der mischung und formung zur herstellung von kunstbausteinen zum spielerischen, werblichen und gestalterischen einsatz

Info

Publication number: DE4038491A1
Application number: DE19904038491
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl I Meyer-Hermann
Original assignee: MEYER HERMANN CHRISTIAN DIPL I
Current assignee: MEYER HERMANN CHRISTIAN DIPL I
Priority date: 1990-12-03
Filing date: 1990-12-03
Publication date: 1992-06-11

Description

Stand der Technik

In der Klasse 80b, Gruppe 17 01 Ton- und Steinwaren industrie wurden nachfolgend aufgeführte Patent schriften als relevant erachtet. Patentschrift Nr. 13 770 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Steinen aus Kalk, Sand und Firnis als Bindemittel. Der angerührte Brei wurde in Formen gepreßt und mußte dann bei 100 bis 150 Grd.C ca. eine Woche aushärten. Patentschrift Nr. 1 62 858 beschreibt ein Verfahren, bei dem man ein Gemenge von Füllstoffen und Fett als lockeres Pulver der Einwirkung der Luft aussetzt. Patentschrift Nr. 1 85 524 beschreibt, daß man in Ergänzung zu Patent Nr. 1 62 858 Harze hinzufügt die aus der Luft Sauerstoff entnehmen und dadurch den Ansteifungsprozeß beschleunigen. Patentschrift Nr. 6 55 288 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Straßendecken. Patentschrift Nr. 6 40 931 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung farbiger Straßenbelegmassen. Patentschrift Nr. 9 49 634 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Fußbodenbelag. Patentschrift Nr. 13 770 ist die einzige, bei den angestellten Recherchen, die sich auf die Herstellung von Kunststeinen zu spielerischem Zwecke beschäftigt. Der aus dem Herstellungsverfahren entstehende Baustein erfüllt jedoch wichtige Erfordernisse nicht: Mangelnde Abriebfestigkeit. Nicht wasserfest/-abweisend. Nicht für feine Konturen geeignet. Durch Erwärmung feste Verbindung der Steine miteinander nicht möglich. Hoher Produktionsaufwand und lange Aushärtezeit. In den übrigen oben aufgeführten Patentschriften be schriebene Gemische sind für vollkommen andere Ein satzgebiete entwickelt und erfüllen bestenfalls Teil aspekte der bei diesem Kunstbaustein notwendigen Eigenschaften und Herstellungsverfahrens.

Der Einsatzzweck des Kunstbausteins

Für die Erstellung von architektonischen Modellen. Um Bauwerke jedweder Art im Modell nachzubauen oder selbst zu entwerfen ist ein Material erforderlich, daß ein natürliches Aussehen hat und auch unterschiedlichste geometrisch/räumliche Formen und Farben haben kann. Bei durchdacht erstellten Kunstbausteintypen entstehen Bausätze, die im Bereich der Spielzeugindustrie, aber auch im werblichen- und gestalterischen Sektor einen erheblichen Einsatznutzen bieten können. Mir ist nicht bekannt, daß derzeit Baukästen oder Bausätze mit Kunstbausteinen wie hier beschrieben produziert werden.

Die notwendigen Eigenschaften des Kunstbausteins

Temperaturstabil - keine plastische Verformung je nach Erfordernis bis < 60 Gr. Celsius. Schwindung zwischen Kunstbausteinmasse (warm) und fertigem Stein (kalt) nicht relevant.

Komplizierteste und feinste Formen können gebildet werden (Konturentreue). Weitgehend Volumen unabhängig (dicke, dünne, große und kleine) Steine können gleichermaßen einfach und gut hergestellt werden. Weitgehend kratz- stoß- und abriebfest, robust, daher auch für rauhen Umgang geeignet. Wasserfest und wasserabweisend, daher gut zu reinigen. Aussehen wie echter Sandstein, Einsatz auch, dort wo naturgetreue Nachbildung gewünscht ist, wie z. B. im Modellbau. Gute Haftreibung und Steingewicht, daher genaues stabiles Bauen auch großer Bauwerke sehr gut möglich. Farbenvielfalt, daher Gestaltung nach Einsatzzweck, Geschmack usw. beliebig möglich. Einfaches Herstellen fester Verbindung der Steine untereinander durch Erwärmung und Aufeinanderpressen der zu verbindenden Flächen. Ungiftig, deshalb auch für Kinder ab 6 Jahre geeignet. Umweltfreundlich, nicht mehr benötigte Steine können zurück zum Hersteller und eingeschmolzen werden (kein Qualitätsverlust wie z. B. bei Glas).

Für die Kunstbausteinmasse wird gefordert

Preisgünstige einfach zu beschaffende und unkritisch zu lagernde Rohstoffe. Verarbeitung in wenigen direkt aufeinander folgenden leicht beherrschbaren Arbeitsgängen, Einsatz wenig investiver Werkzeuge.

Gute Reproduzierbarkeit der anzusetzenden Mischungen. Geringer Energieeinsatz (kein Aushärten über Tage, son dern nur Schmelzen bei Temperaturen < 150 Grad. Eignung für preisgünstige Serienfertigung (fertiges Produkt in wenigen Minuten). Wiederverwendbarkeit ohne Qualitätsverlust des Aus schusses und der Abfälle.

Nicht gesundheitsgefährdende Rohstoffe und deren Kombinationen.

Beschreibung Verfahren der Mischung und Formung zur Herstellung von Kunstbausteinen zum spielerischen, werblichen und gestalterischen Einsatz

Bis zu 15% Kunstharz der gesamt Kunstbausteinmasse wird auf ca. 120 bis 145 Grad Celsius erwärmt. In den Versuchen wurden gute Ergebnisse mit Inden-Cumaron harzen der Barrett-Helligkeit 1 und unterschiedlichen Erweichungspunkten erzielt. Durch Zugabe von Stabilisatoren gegen Versprödung unter Sauerstoff einfluß beständig gemacht. Es wurde herausgefunden, daß durch eine Kombination von zwei Stabilisatoren mit unterschiedlichem Schmelzpunkt die Aushärtezeit und Festigkeit unter Temperatureinwir kung gesteuert werden kann. In den Versuchen wurden unter dem Schutznamen IRGANOX 1010 (a-Modif.) und IRGANOX 1076 bekannte Stabilisatoren eingesetzt. Verschiedene Verhältnisse von Kunstharz zu IRG. 1010 zu IRG. 1076 wurden untersucht, gute Ergebnisse ergaben sich z. B. bei dem Verhältnis Kunstharz (IC.B1/105) zu IRG.1010 bis 1 : 1 und gleichzeitigem Verhältnis IRG.1010 zu IRG. 1076 bis 6 : 1. Als Mittel gegen Verfärbung unter Sauerstoffeinfluß ist eine geringe Menge (< 1%) des unter dem Markennamen TINUVIN 234 bekannten Antioxidants eingesetzt.

Durch den Einsatz des Cumaronharzes als Bindemittel ist für sehr helle Steine die Zugabe von geringer Menge an gut deckendem Weiß erforderlich. Mit Titanweiß als Basis sind praktisch alle gewünschten Farbtöne realisierbar. Versuche sowohl mit Leinölfarben und Trockner, aber auch mit Pulverfarben führten zu guten Ergebnissen. Der benötigte Anteil Farbe am Gesamtvolumen liegt zwischen 2 bis 4% je nach Farbton Sand und Holzraspel Farbein fluß. Der Anteil an mineralischen Naturprodukten muß sehr hoch eingestellt werden, um das Steincharak teristikum zu erhalten. Zum Einsatz gelangen Kalk (CaCO₃), Sande (feinster Körnung 0 bis <1 mm; und unterschiedlicher Färbung, um die Farbgebung des zu produzierenden Steins mit möglichst wenig zusätzlichem Farbstoff zu erleichtern) und Feldspat. Diese Mineralien zusammen mit den weiter unten aufgeführten Holzraspeln können bereits in kaltem Zustand mit Hilfe eines Rührwerks gut vermischt werden.

Etwa 75% bis 85% des gesamt Gewichtsvolumens soll aus vorher genannten Mineralien und Holzraspeln bestehen. In diversen Versuchen haben sich Mischungen aus 30-36% Kalk (CaCO₃), 30-45% Sand, 5-15% Feldspat als günstig herausgestellt. Um die Empfindlichkeit des Kunstbausteins gegen Schlag und Sturz zu mindern, werden zu den vorher erwähnten Mineralien noch Holzraspeln in angepaßter Färbung anteilig dazu gemischt. Aussehen und Struktur werden fast gar nicht beeinflußt, die Zähigkeit aber spürbar erhöht. Der Anteil der Holzraspeln am Gesamtvolumen liegt bei 5 bis 8%. Beigabe der Mineralien und Holzraspeln zu dem erhitzten Harz mit Stabilisatoren nach intensivem Durchrühren oder Kneten je nach sich einstellender "Feuchte" (% Anteil der geschmolzenen und festen Bestandteile) aller Zutaten. Das Gemisch wird in ggf. vorgewärmte Formen gedrückt (gepreßt) und ist in kürzester Zeit formstabil erstarrt. Die Erstarrungszeit ist abhängig von der oben erwähnten Einstellung des Gemischs, dem Volumen und der Formtemperaturabkühlung. Ich habe herausgefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, die Innenseiten der Formen mit einem Silikon-Sand-Kalk-Gemisch auszuklei den. Das Gemisch kann aus jeweils gleichen Teilen bestehen. Die Aushärtung erfolgt an der Luft (in Versuchen wurde handelsübliche Silikonpaste verwendet).

Die Auskleidung sichert eine natürliche matte Oberfläche des Kunstbausteins, sowie ein leichtes Herauslösen aus der Form ohne Rückstände. Unterschiedliche Körnung des Sandanteils und dessen prozentuale Beigabe verändern das Aussehen der Ober fläche. Weiterhin habe ich herausgefunden, daß die Masse zur Herstellung des Kunstbausteins auch kalt erzeugt wer den kann. Nach feinster Zermahlung des Harzes werden alle Zutaten wie oben angegeben miteinander gemischt. Die nach Farben getrennten Gemische werden in Einheiten verpackt und dienen dann der Selbstanfertigung von Modellen durch den Verbraucher (Anwender). Die Mischung kann modifiziert werden, indem für diesen Einsatzfall ein Kunstharz mit niedrigem Erweichungs punkt und kein Antioxidant für Farbstabilität bei gegeben wird.

Da in vielen Fällen (z. B. im Modell(eisenbahn)bau) einmalig fest gefügte Bauten notwendig sind, ist es wichtig, daß der erfindungsgemäße Kunstbaustein die Eigenschaft besitzt, eine feste Verbindung durch An wärmen der Oberflächen zu ermöglichen. Stand der Technik bisher ist, Verbindungen durch Noppen o. ä. oder Kleben zu realisieren.

Beispiele für Kunstbausteinmischungen

Buntsandsteinrote Masse:

30,0% Kalk CaCO₃
40,0% Sand rot
5,0% Feldspat
9,0% Harz IC B1/105
9,0% IRGANOX 1010
1,5% IRGANOX 1076
0,5% TINUVIN 234
4,5% Holzraspel (rot-braun)
1,5% Titanweiß

Gelbsandsteinmasse:

33,0% Kalk CaCO₃
35,0% Sand hell (F36)
5,0% Feldspat
8,0% Harz IC B1/105
8,0% IRGANOX 1010
1,0% IRGANOX 1076
0,5% TINUVIN 234
6,5% Holzraspel (Naturfarben)
2,0% Titanweiß
1,0% Gelb

Schiefergraue Masse:

38,0% Kalk CaCO₃
39,0% Sand grau/hell
4,5% Feldspat
6,0% Harz IC B1/105
6,0% IRGANOX 1010
1,5% IRGANOX 1076
0,5% TINUVIN 234
3,0% Holzraspel (blau)
0,5% Titanweiß
0,5% ultramarin
0,5% schwarz

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kunstbausteinen inbe sondere im spielerischen, werblichen und gestalte rischen Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung angerührt wird von Mineralstoffen : Kalk (CaCO₃) und Feldspat pulverförmig, Sand in feinster Körnung (<1 mm) und Inden-Cumaronharz als Bindemittel unter Zugabe von Antioxidationsmitteln für Festigkeit und Lichtbeständigkeit sowie Pulver- oder Leinoelfarben und Trockner zur vollständigen Durchfärbung der Kunst bausteinmasse; außerdem Beigabe von feinen Holzraspeln in angepaßter Färbung zur Erhöhung der Zähigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Aushärtezeit, Temperatur beständigkeit und Spröde durch die anteilige Mischung von Harz mit unterschiedlichen Antioxidantien erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß Mineralien und Holzraspeln weitgehend zur Farbgebung einbezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Masse in Formen verarbeitet wird, die mit einem Gemisch aus Silikon, Kalk (CaCO₃) und Sand (Körnung nach Strukturwunsch) beschichtet sind.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach Mahlen des Harzes kalt hergestellt und erst beim Anwender verarbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß ganze Fertigteile aus dem Kunstbau steingemisch für den Modellbau maßstabsgerecht geformt werden und in Kombination mit Kleinteilen aus marktgän gigen Kunststoffen verarbeitet werden (z. B. zu Bau sätzen).

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 5 und 6, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß auch Harze mit anderen Erweichungs punkten (nach Kraemer-Sarnow) eingesetzt werden, insbesondere, wenn eine Verarbeitung durch den Anwender des Gemisches erfolgen soll (z. B. niedrigerer Erweichungspunkt) .

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 5, 6 und 7, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß Umweltfreundlichkeit durch Wiederverwendbarkeit ohne Qualitätsverlust möglich ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung der Kunstbausteine untereinander durch Erwärmung der jeweils fest miteinander zu verbindenden Flächen erfolgt.