DE1966932A1 - Verfahren zur herstellung von formen und nach diesem verfahren hergestellte formen - Google Patents

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Patentanwälte:

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München, den

B 6357

13. Dez. 1974

Imperial Chemical Industries Linited
London, Großbritannien

Verfahren zur Herstellung von Formen
und nach diesem Verfahren hergestellte Formen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formen sowie auf die mit diesem Verfahren hergestellten Formen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Formen für das Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischen Materialien, insbesondere auf Formen für Spritzgußverfahren .

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für das Herstellen einer Form geschaffen, bei dem um ein Modell des herzustellenden Gegenstands eine Metallschale gebildet, an dieser Metallschale unter Verwendung eines mit Metall gefüllten

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Epoxyharzes als Klebstoff Heizrohre oder Kühlrohre angebracht und die Schale dann unter Einschließen der Rohre bei freigelassenen Enden mit einer Hinterfütterung zur Verstärkung der Schale versehen wird.

Vorzugsweise ist die Schale wenigstens 2,54716 cm (1/16 englische Zoll) dick.

Die Erfindung umfaßt auch Formen, sofern sie nach diesem Verfahren hergestellt worden sind.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Formen nutzbar, die beim Spritzgießen verwendet werden. Diese Formen sind allgemein als geteilte Formen bekannt und bestehen aus zwei Hälften, die getrennt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und dann vereinigt werden können. Alternativ kann eine Formhälfte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wobei ein Modell des zu formenden Gegenstands in die erste Hälfte eingelegt und dann die Metallschale der anderen HäLfte vorzugsweise durch Metallspritzen um das Modell geformt wird. Es ist dann notwendig, die beiden Formhälften zu hinterfüttern oder zu stützen und sicherzustellen, daß sie miteinander fluchten, wenn sie im Hinterfütterungsmaterial sitzen.

Das Modell des zu formenden Gegenstands kann in jeder beliebigen Weise hagesteXt werden und aus einem beliebigen Material

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bestehen,sofern dieses nicht während der einzelnen Verfahrensschritte nach der· Erfindung nachteilig beeinflußt wird.Das Modell kann aus Holz,Metall, Gips, Kunststoff, synthetischem thermoplastischen Material, warmhärtbaren Harzen, Kautschuk, insbesondere Silikonkautschuk, Wachs, Plastillin, Ton oder glasverstärkten Polyesterharzen bestehen. Das Modell wird vorzugsweise auf einen Grundkörper aus Holz oder Metall aufgesetzt, der gewinkelte Ränder hat, welche Einrichtungen für das Verkeilen oder Festhalten der um das Modell gebildeten Spritzmetallüberzug bilden. Das Modell sollte zweckmäßig Kühlrohre enthalten, die so nah wie möglich an der zu spritzenden Oberfläche liegen sollten. Sofern die Metallschale durch Flammenspritzen hergestellt wird, wird vorzugsweise das Modell mit einem wasserlöslichen Ablösungsmittel wie Polyvinylalkohol vor dem Bespritzen mit Metall besprüht. Durch das Ablösungsmittel kann die Metallschale bei Eintauchen in Wasser leicht von dem Modell abgehoben werden; ferner unterstützt das Ab-.lösungsmittel das saubere Niederlegen des anfänglichen Überzugs aus dem aufgesprühten Metall.

Die Metallschale kann durch elektrolytischen Niederschlag, durch Gießen von Metall, durch Formen von Metallblech und durch Metallspritzen um das Modell gebildet werden. Jedes Metall, aus dem eine Schale um das Modell geformt werden kann, läßt sich verwenden; bevorzugt wird jedoch im Falle der Schalenbildung durch Flammenspritzen das Metall Zink. Für das Spritzen mit Druckluft sind insbesondere wenig schrumpfende

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Legierungen, insbesondere Legierungen aus Wismuth und Zinn geeignet. Diese Technik liefert eine genaue . Reproduktion der Modelloberfläche. Eine flanunengespritzte Schale kann vollständig aus Zink bestehen oder aus Zink mit einer minimalen Dicke von 0,127 cm (0,050 englische Zoll) und einer Hinterfütterung aus kohlenstoffarmem Stahl, Kupfer oder Aluminium. Beim Flammenspritzen ist Aluminium ein weiterhin brauchbares Material, als es leichter ist, weniger zu Rissen neigt und mit einer hohen Rate, d.h. Metallablage pro Minute aufgespritzt, werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Metalldicke zwischen 0,159 cm und 0,64 cm (1/16 und 1/4 englische Zoll) bevorzugt.

Nach dem Herstellen der Metallschale sollten auf der Rückseite der Metallschale vorzugsweise aus Kupfer bestehende Rohre angebracht werden, die den Konturen der Schale nach einem vorbestimmten Kühlungsplan folgen. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn die Rohre mittels metallgefüllten Epoxyharzen an der Metallschale befestigt werden, die Form während der Spritzgußzyklen in wirkungsvoller Weise kühl gehalten werden kann, da die Epoxyharze einei besonders guten Wärmeaustausch zwischen den Formwänden und einem in den Rohren strömenden Kühlungsmittel ermöglichen. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Rohre mit metallgefüllten Epoxyharz in ihrer Lage festgelegt und dann durch weiteres Metallspritzen zum Oberdecken der Rohre an der Schale sicher befestigt werden. Im Bedarfsfall können vorzugsweise in derselben Weise wie bei den

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Rohren Thermoelemente an der Metallschale befestigt v/erden; dies hat den Vorteil, daß diese sich in unmittelbarer Nähe der Formfläche befinden. Die Metallschale sollte nunmehr mit einem Verstärkungsmaterial hinterfüttert werden, damit es bei Formvorgängen verwendet werden kann. Die Art des Verstärkung smaterialshängt von der Art der Verwendung der Form ab. Das Ausmaß der Verstärkung richtet sich nach dem Formvorgang. Im Falle von Spritzgußverfahren ist eine erhebliche Verstärkung notwendig, da die Form hohen Drücken Widerstand leisten muß. Bei anderen Formvorgängen, beispielsweise beim Formblasen, ist es nicht so wichtig, daß die Form so stark ist. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, um die Metallschale eine erste Verstärkungsschicht zu legen, so daß die Schale ohne Schwierigkeit von dem Modell abgehoben und leicht befördert werden kann. Diese verstärkte Schale kann dann mit einer weiteren Verstärkungsschicht hinterfüttert werden, damit sie bei Formvorgängen verwendet werden kann. Die erste Verstärkungsschicht wird zweckmäßig dadurch gebildet, daß man die Schale mit den daran befestigten Rohren mit einer Schalung umgibt und dadurch einen Hohlraum bildet, in den das erste Verstärkungsmaterial eingegossen werden kann. Beispielsweise kann auf dem Grundbrett, auf dem das Modell steht, eine Holzschalung aufgesetzt werden, so daß die Kühlrohre durch die Schalung vorstehen. Dann werden Stahlankeratäbe gebogen und kreuzweise in den gebildeten Kasten verlegt, so daß sie nach jeder Seite vorstehen. Die Stäbe dienen zwei Zwecken und zwar bilden sie Einrichtungen für die Beförderung der hinterfütterten Schale und außerdem sind sie beim Verankern der Schale

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in dor zweiten Verstarkungsschicht behilflich. Sofern die Metallschale durch Spritzen hergestellt worden ist, ist es zweckmäßig, sie mit einem wasserabweisenden Anstrich zu überziehen, bevor sie mit der ersten Verstärkungsschicht hinterfüttert wird. Es wurde festgestellt, daß sich besonders Beton oder Tonerdezement in den durch die Schalung gebildeten Hohlraum gießen lassen, um die Schale zu überdecken und die erste Verstärkungsschicht zu bilden. Das ganze System soll gut gerüttelt werden, damit keine Lehrstellen oder Lunkern in der Verstarkungsschicht verbleiben. Nach dem Aushärten des Hinterfütterungsmaterials wird die verstärkte Schale von dem Modell getrennt. Diese verstärkte Schale wird im Folgenden als Hohlraumeinsatz bezeichnet.

Der nächste Schritt besteht darin, an

dem Hohlraumeinsatz eine zweite Hinterfütterungsschicht anzubringen. Gemäß Vorbeschreibung hänt die Art und die Stärke der Hinterfütterung von der Verwendungsart und der Abmessung der Form ab. Bei kleinen Formen kann die Metallschale mit angebrachten Kühlrohren und Thermoelementen in einen Stützrahmen aus Metall oder Holz eingesetzt werden, der dann mit dem Hinterfütterungsmaterial gefüllt wird, welches verzugsweise Beton ist. Der Stützrahmen wird beim Gießen des Betons um den Hohlraumeinsatz auf einer ebenen Fläche zusammengestellt, wobei die Fläche zweckmäßig mit einen Kunststoffilm überdeckt wird, um dem Beton eine gute Außenfläche zu geben und um ferner als Ablösungsmittel zu dienen. Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung der Verstärkung in zwei Stufen besteht darin, daß Risse, die in der äußersten

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S'chicht auftreten können, nicht in die andere Schicht fortschreiten. Sofern die Formen beim Spritzgießen Verwendung finden, sollen zweckmäßig an jede Ecke der Schalung Metallblöcke eingesetzt werden. Die Abmessung der Metallblöcke hängt von der Formmaschine und der Größe des herzustellenden Formkörρ er s ab,

Sofern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geteilte Formen für Spritzgießen hergestellt werden, kann die Schale der zweiten Formhälfte zweckmäßig durch Umkehren der ersten^ Formhälfte und Verwendung des Hohlraums als Sprühwanne hergestellt werden, um die Metallschale für die andere Hälfte zu bilden. Längs der Oberseite der umgekehrten Schale wird zweckmäßig ein gewinkelter Wulst befestigt, um einen Sitz oder Keil für das aufgespritzte Metall zu bilden. Vor dem Einsprühen eines Metalls in den Hohlraum wird auf die Schale der ersten Formhälfte zur Festlegung des Formhohlraums Material auf die erforderliche Dicke abgesetzt. Bei Verwendung der Formen für Spritzgießen muß ein als Angußkegel bezeichnetes konisches Loch in der Formwand gebildet werden, durch das das Polymeres in die Form eingespritzt werden kann. Zweckmäßig wird an dem den Hohlraum bestimmenden oder festlegenden . Material vor dem Aufsprühen des Metalls ein Metallblock genau festgelegt, der später zur Bildung des Angußkegels durchbohrt und erweitert werden kann. Es kann dann auf das Wachs um dem Metallblock Metall auf die erforderliche Dicke gespritzt werden, um die Schale für die zweite Form-

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halfte zu bilden, wobei die bereits an dem Hohlraumeinsatz befestigten Rohre für das Kühlen beim Spritzen benutzt werden kann. Alternativ kann der Metallblock hinter der Schale angeordnet und durch beide zur Bildung des Angußkegels ein Loch gebohrt werden; bei dieser Arbeitsweise muß darauf geachtet werden, daß Reißen der Schale verhindert wird.

Anschließend können in derselben Weise wie bei dem Hohlraumeinsatz Rohre und Thermoelemente an der zweiten gespritzten Schale angebracht werden. Die Rohre werden zweckmäßig mit einem metallgefüllten Epoxyharz befestigt, um eine gute Wärmeübertragung zu erzielen; gegebenenfalls kann die Haftung durch" Umspritzen der Rohre mit Metall noch verbessert werden. Dann kann um die Schale eine Holzschale zusammen mit Verstärkungsstäben aufgebaut werden und ferner ein Metallblock so angebracht werden, daß er eine Verlängerung des Angußblocks bildet, der auf dem Wachs sitzt. Der Block sollte sich über die Höhe hinaus erstrecken, bis zu der.die Verstärkung gegossen wird, so daß er zur Herstellung, des Angußkegels durchbohrt werden kann. Es kann dann um die Schale Verstärkungsmaterial wie Beton oder Tonerdezement gegossen werden, der dann erhärtet, so daß die Schale selbsttragend ist. Die Betonhöhe sollte unterhalb der Oberseite des Metallblocks liegen.

Sofern gemäß Vorbeschreibung die beiden Formhälften zur Herstellung großer Formen in Maschinen verwendet werden,

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die während des Formvorgangs eine große Kraft ausüben, müssen sie mit einer druckfesten Hinterfütterung, beispielsweise aus Beton und ferner mit Einrichtungen versehen werden, durch die sie in eine. Formmaschine lokalisiert werden können. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man jede Formhälfte in einen Stützrahmen' legt, der dann mit Verstärkungsmaterial, vorzugsweise Beton gefüllt wird. Der Rahmen sollte Wände ausreichender Höhe haben, um das VersHärkungsmaterial in der erforderlichen Tiefe zu stützen, wobei die Rohre ausreichend lang sein sollten, so daß sie sich zur Außenseite des Rahmens erstrecken. Die Einrichtungen, mit deren Hilfe die Formen auf der Formmaschine lokalisiert werden, sind zweckmäßig Metallblöcke, die vorzugsweise in die Ecken des Rahmens eingesetzt werden, wo sie in das Verstärkungsmaterial eingebettet werden. Alternativ können die Blöcke an der Außenseite des Rahmens befestigt werden. Es ist selbstverständlich wichtig, daß die beiden Formhälften in den Rahmen in korrekter Zuordnung sitzen. Eine Formhälfte kann dadurch genau in den Rahmen eingesetzt werden, daß man in diesem Stützen vorsieht, so daß dann, wenn der Einsatz auf den Stützen ruht, er sich in dem Rahmen auf der erforderlichen Höhe befindet, wobei dann der Rahmen bis über die Höhe der Stützen mit dem flüssigen härtbaren Verstärkungsmaterial gefüllt wird. Es kann dann die Formhälfte in das Verstärkungsmaterial abgesenkt werden, bis es auf den Stützen ruht. Die Roh-pe und Thermoelement leitungen werden durch Löcher in den Wänden des Rahmens herausgeführt. Wenn sich die Formhälfte gesetzt hat, wird der Rahmen end- . gültig mit Verstärkungsmaterial gefüllt, so daß dieses die

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Formhälfte umgibt.

Eine Spritzgußform wird generell mit Hilfe eines Lokalierierungsrings in eine Formmaschine eingesetzt, wobei der Lokalisierungsring die Form mit der Düse der Einspritzeinheit in Fluchtung bringt. Zweckmäßig wird der Lokalisierungsring, der generell ein Metallblock ist, genau in den Rahmen eingesetzt, so daß er durch den Beton in der erwünschten Lage gehalten wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Lokalisierungsring aus mehreren Stahlstäben, die zur Mitte des zylindrischen Blocks eingepaßt sind und sich von diesem radial wegerstrceeken,, so daß sie jegliche Kräfte, die auf den Lokalisierungsring ausgeübt werden, über einen großen Bereich des Betons verteilen. Das durch die Einspritzdüse der Formmaschine strömende Material übt ebenfalls auf diesen Bereich eine beträchtliche Kraft auf, so daß zweckmäßig $i& Stahlstäbe diese Kräfte zu den Bolzen verteilen, die die Form auf der Maschinenplatte halten.

Schließlich ist es notwendig, die zweite Formhälfte in ihr Verstärkungsmaterial einzusetzen und dafaei zu gewährleisten, daß die beiden Formhälften zusammenpassen und einen Formhohlraum der erwünschten Tiefe liefern. Die zweite Formhälfte wird zweckmäßig in einen Rahmen eingesetzt, der dann mit Beton gefüllt wird, so daß die Forrnhälfte auf dem Beton schwimmt und höher liegt als ihre endgültige Lage erfordert. Es wird dann die erste Formhälfte in ihrem Rahmen auf die zweite Form-

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hälfte abgesenkt, so daß der Formeinsatz in der zweiten Hälfte auf die erforderliche Tiefe im Beton eingedrückt wird. Die Lage der zweiten Formhälfte wird somit durch die Lage der ersten Formhälfte in deren Rahmen festgelegt.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden die beiden Formhälften dadurch in die richtige gegenseitige Lage gebracht, daß man in den Ecken des Rahmens Metallblöcke vorsieht, wobei die Blöcke in der einen Formhälfte mit Dübeln und die Blöcke in der anderen Formhälfte mit Löchern zur Aufnahme der Dübel versehen sind, so daß die beiden Formhälften durch Eingriff der Düel in die Löcher in die richtige Lage gebracht werden. Alternativ können die Blöcke an der einen Formhälfte mit Führungsplatten versehen werden, in denen die Dübel der anderen Formhälfte gleiten, um zu gewährleisten, daß die Blöcke in Berührung kommen, wenn die Formen geschlossen werden.

Die zweite Formhälfte setzt sich in dem Beton auf die erforderliche Tiefe ab, wonach der Beton aushärtet. Schließlich müssen die Metallblöcke, die die Richtung ades Angusses festlegen, ausgebohrt werden, um einen Kanal zu bilden, durch den in die Form Material eingespritzt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt das Modell, das zur Herstellung des Hohlraumeinsatzes benutzt wird;

Fig. 2 zeigt das mit einer Metallschale überzogene

Modell, wobei die Metallschale mit einem starren Stütz- oder Hinterfütterungsmaterial versehen ist;

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargestellte Formhälfte nach dem Abheben von dem Modell und dem Umdrehen}

Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise bei der Preparierung

der in Fig. 3 gezeigten Formhälfte als ein Modell für die Herstellung der anderen Formhälfte;

Fig. 5 verdeutlicht die Bildung der anderen Formhälfte.

Gemäß Fig. 1 sitzt das Modell 1 auf einer hölzernen Grundplatte 2, die einen gewinkelten Rand.3 aufweist, der die Metallschale an dem Modell /festkeilt. Auf der Rückseite des Modells sind Kühlrohre 4 vorgesehen, um die Oberfläche des Modells während des Spritzens zu kühlen und das Aushärten des aufgespritzten Metallüberzugs zu unterstützen* Gemäß Fig. 2 wird das Modell zunächst durch Bespritzen mit einer Metall-

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schicht 5 überzogen, an der mit Hilfe eines metallgefüllten Epoxyharzklebers Rohre 6 und Thermoelemente 7 befestigt werden. Das bespritzte Modell wird dann von einer Schalung 8 umschlossen, aus de? die Enden der Rohre und der Thermoelemente herausragen. Metallische Verankerungsstäbe 9 werden in Anpassung an die Form des Modells gebogen und in die Schalung eingesetzt, so daß nach dem Aushärten des Tonerdezements 10 die Formhälfte von dem Modell abgehoben und gemäß Fig. 3 umgedreht werden kann, in der man den Formhohlraum 11 erkennt.

Der in Fig. 3 dargestellte Hohlraumeinsatz wird dann als das Modell für die Herstellung der anderen Formhälfte verwendet, wie es in Fig. U gezeigt ist. Die Oberfläche 11 des Hohlraumeinsatzes wird zunächst mit einer Wachsschicht 12 einer für den Formhohlraum erforderlichen Dicke überzogen. Auf der Oberseite der Wachsschicht wird an der Stelle, an der der Angußkegel in der Form zu bilden ist, ein Metallblock 13 angeordnet. Es wird dann die mit Wachs überzogene Formhälfte mit einer Metallschicht 14 bespritzt, um die andere Formhälfte zu bilden, wie man es aus Fig. 5 ersieht; es werden . dann an der Rückseite der Metallschicht mit Hilfe eines metallgefüllten Epoxyharzklebers Thermoelemente IH und Rohre 15 befestigt.. Auf der Rückseite des Blocks 13 wird ein Metallblock 17 befestigt; anschließend wird um die Ränder der gespritzten Metallschale eine Schalung 19 angeordnet und auf die Rückseite der Schale Tonerdezement 18 gegossen, wobei das Ende des Metallblocks 17 frei bleibt. Es kann dann die zweite Formhälfte

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von der ersten Formhälfte abgehoben wer'den und es können dann die beiden Formhälften zusammen mit den daran befestigten Thermoelementen und Kühlrohren in eine starre Verstärkung, beispielsweise Beton eingesetzt werden, so daß sie für die Verwendung in einer Spritzgußmaschine fertig sind.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Herstellen einer geteilten Form mit einer ersten und einer zweiten Formhälfte, dadurch gekennzeichnet, daß man

   i) eine erste Lokalisierungseinrichtung positioniert, die mehrere Metallblöcke in Abstand von einer Metallschale aufweist, die eine Formgebungsfläche eines Teils des Formhohlraums liefert,

   ii) zwischen der Metallschale und der Lokalisierungseinrichtung Verstärkungsmaterial vorsieht,

   iii) das Verstärkungsmaterial aushärtet, wodurch die Metallschale, die mit Hilfe des Verstärkungsmaterials im Abstand von der Lokalisierungseinrichtung gehalten wird eine erste Formhälfte bildet,

   iv) mehrere Metallblöcke positioniert, die eine zweite Lokalisierungseinrichtung im Eingriff mit den Metallblöcken der ersten Lokalisierungseinrichtung aufweist,

   v) eine zweite Metallschale, die eine Formoberfläche für den Rest des Formhohlraums liefert, in Arbeitsberührung mit der Metallschale der ersten Formhälfte positioniert, um

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   den Formhohlraum zu begrenzen,

   vi) ein Verstärkungsmaterial in flüssiger Form zwischen der zweiten Metallschale und der zweiten Lokalisierungseinrichtung vorsieht und

   vii) dieses Verstärkungsmaterial aushärtet, wodurch die zweite Metallschale mit Hilfe des Verstärkungsmaterials im Abstand von der zweiten Lokalisierungseinrichtung gehalten wird und eine zweite Formhälfte bildet.

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