DE19851224C1 - Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in in Formstoff und Vorrichtung zum Ausführen desselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff aus pastösem Material oder Schüttgut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff aus pastösem Material oder Schüttgut und eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens. Die Herstellung derartiger definierter Oberflächen ist in vielen Bereichen erforderlich, so z. B. für die Herstellung von Gießformen für Metall, Beton, Gips, Wachs, Kunststoff, etc., aber auch für die direkte Herstellung von Elementen aus den vorgenannten Materialien. Desweiteren ist es notwendig, definierte Flächen für die Herstellung von Geländemodellen gestalten zu können. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt das Rapid Prototyping dar.

Für die Herstellung von Gießformen ist es im Stand der Technik bekannt, ein Modell herzustellen, das dann in einem geeigneten Formstoff abgebildet wird. Die Herstellung eines solchen Modells ist kostenintensiv und zeitaufwendig. Darüber hinaus werden große Mengen an umweltbedenklichem Formstoff verbraucht.

Weiterhin ist beim Rapid Prototyping mit Formstoff z. B. zur Herstellung von Gießkernen das Lasersintern bekannt. Bei diesem Verfahren werden nacheinander dünne Schichten thermisch aushärtbaren Formstoffs eben aufgetragen und mit einem Laserstrahl ausgehärtet. Der Strahl verfährt dabei auf Bahnen, die die auszuhärtende Fläche des Formstoffs beschreiben. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, dass der Brennfleck des Lasers klein ist und es daher vergleichsweise lange dauert, bis die auszuhärtende Fläche einer Schicht abgefahren ist. Weiterhin ist diese Prozedur mehrfach notwendig, da jede Schicht einzeln ausgehärtet werden muss. So ist zum Beispiel, um ein Gebilde mit einem Volumen von ca. 3 Litern herzustellen, eine Herstellungsdauer von fünf bis zehn Stunden notwendig. Schließlich muss der nicht ausgehärtete Formstoff einer Schicht nach dem Aushärten entfernt werden.

Die WO 90/03893 beschreibt die Herstellung eines dreidimensionalen Körpers aus aufeinanderfolgenden Schichten durch Schneiden, Verschmelzen, etc. mittels eines energiereichen Strahls, wobei das den Körper umgebende Material später entfernt wird.

Zur Herstellung von zum Beispiel Geländemodellen ist weiterhin das Handmodellieren bekannt, bei dem der Formstoff manuell geformt wird. Dieses Verfahren bietet den größtmöglichen Freiheitsgrad bei der Gestaltung von Flächen. Allerdings ist hierbei der manuelle Aufwand sehr hoch und die Formgenauigkeit gering. Die Geometrie der modellierten Form ist nicht definiert reproduzierbar. Schließlich besteht bei den vielfach toxischen Formstoffen eine Gesundheitsgefährdung für die modellierende Person.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von definierten Oberflächen aus Formstoff sowie eine Vorrichtung zu dessen Ausführung anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff aus pastösem Material oder Schüttgut, wobei der Formstoff über eine Auftragseinrichtung auf einen Auftragsgrund aufgebracht wird und wobei anschließend die definierte Freiformfläche im Formstoff mittels einer Walzeinrichtung geformt wird. Ein derartiges Verfahren bietet gegenüber den bekannten Verfahren zum maschinengesteuerten Herstellen von verlorenen Formen für die Gießtechnik den Vorteil, dass es nicht länger notwendig ist, für jede gewünschte Gussform zunächst ein Modell zu erstellen, das dann als Schablone für die Herstellung der Gussformen verwendet wird. Insbesondere für Gussteile, die als Einzelstücke gefertigt werden, ist die Schablonenherstellung unwirtschaftlich, da sie Zeit- und kostenintensiv ist. Soweit diese Formen manuell hergestellt werden, wie es auch bei der Herstellung von Geländemodellen üblich ist, bietet das Verfahren den Vorteil, dass der Formgeber nicht länger in Kontakt mit den oft gesundheitsschädlichen Formstoffen kommt. Jedoch bleibt die Freiheit in der Formgestaltung erhalten, wobei die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Oberflächengestaltung verbessert wird.

Auch gegenüber dem bekannten Lasersintern und anderen Methoden des sukzessiven Aushärtens, wie z. B. in der WO 90/03893 beschrieben, ergeben sich Vorteile, denn die Modellierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt schneller als das beim Lasersintern erforderliche sukzessive Aushärten. Die Entstehung der Form ist darüber hinaus während der Modellierung zu beobachten und es ist nicht notwendig, überschüssigen Formstoff aufzutragen, der nach dem Brennvorgang wieder entfernt werden muss.

Der dabei verwendete Formstoff kann ein Material mit hohem Feststoffanteil sein.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff aus pastösem Material oder Schüttgut gemäß dem vorstehenden Verfahren mit einer Auftragseinrichtung zum Aufbringen des Formstoffs auf einen Auftragsgrund und einer Walzeinrichtung, wobei die Walzeinrichtung zum Formen des Formstoffs dient, also zum Modellieren der Freiformfläche.

Nach einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass als Auftragsmodul ein Zylinder mit einer in Richtung auf den Auftragsgrund weisenden Auftragsöffnung dient und in dem Zylinder ein Kolben zum Ausschieben des Formstoffs verschiebbar geführt ist, der über einen Motor antreibbar ist. Die Verwendung eines derartigen Auftragsmoduls zur Förderung und Dosierung des Formstoffs bietet gegenüber herkömmlichen Fördervorrichtungen, nämlich Bandförderern, Rohrkettenförderern den Vorteil, dass es sich auch zum Dosieren von Formstoff eignet, wofür diese Vorrichtungen auch aufgrund der damit transportierten großen Materialmenge nicht einsetzbar sind. Die weiterhin bekannten Schneckenförderer, die zwar auch eine Dosierfunktion übernehmen können, besitzen gegenüber dem Auftragsmodul den Nachteil, dass sie vielfach nicht für die Förderung von Formstoff mit einem hohen Feststoffanteil geeignet sind, wie er bei der Herstellung von Oberflächen und Grußformen eingesetzt wird. Darüber hinaus ist die Auslegung eines Schneckenförderers, insbesondere wenn variierende Dosiermengen bereitgestellt werden müssen, aufwendig im Gegensatz zu der einfachen konstruktiven Gestaltung des Auftragsmoduls. Das Auftragsmodul kann daher in einer Ausgestaltung aus einem Zylinder und einem darin verschiebbar geführten Kolben bestehen, wobei Zylinder und Kolben entweder einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen können. Die Verschiebebewegung des Kolbens wird mit Hilfe einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange oder Schubkette durchgeführt, die mit einem Motor gekoppelt ist. Zum Auftragen des Formstoffs wird der Kolben zunächst in seine obere Endlage verfahren, die am weitesten von der Auftragsöffnung des Zylinders entfernt ist. Die Auftragsöffnung kann während des Befüllvorgangs durch zum Beispiel einen Schieber verschlossen werden. Der Zylinder wird dann über eine beispielsweise als verschwenkbare Klappe ausgebildete Befüllöffnung befüllt. Die Klappe dient dabei beim Befüllen als Rutsche für den Formstoff und kann nach Beendigung des Befüllens geschlossen werden, um ein Austreten des Formstoffs während des Ausschiebens durch den Kolben zu verhindern. Zum Ausschieben des Formstoffs wird dann der Schieber entfernt, der die Auftragsöffnung des Zylinders, die in Richtung auf einen Formkasten oder Auftragsgrund weist, verschließt. Der Kolben wird dann angetrieben durch den Motor in Richtung auf die Auftragsöffnung verschoben, wobei der Formstoff aus der Auftragsöffnung austritt. In der Auftragsöffnung ist ein starres Teilungsgitter angeordnet, das Verklumpungen des Formstoffs, die sich im Zylinder gebildet haben können, zerteilt und so einen gleichmäßigen Auftrag des Formstoffs auf den Auftragsgrund sicherstellt.

Um die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand zu verringern, kann vorgesehen sein, den Kolben im Zylinder mit Spiel zu führen. Dieses Spiel kann so ausgebildet sein, dass es in etwa dem Durchmesser der Feststoffteilchen im Formstoff entspricht. Dies hat zur Folge, dass Feststoffteilchen in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder gelangen können. Wird nun der Kolben im Zylinder bewegt, so führt diese translatorische Bewegung zu einer Rotation der Feststoffteilchen im Spalt. Die Feststoffteilchen dienen also als Rollen zwischen Zylinderwand und Kolben. Die nun nur noch bestehende Rollreibung zwischen den Auftragsmodulteilen Zylinder und Kolben ist erheblich geringer als die normalerweise bestehende Haftreibung.

Zur Reduzierung der Wandreibung zwischen Kolben und Zylinder kann weiterhin eine Bandführung des Kolbens vorgesehen sein.

Dabei erfolgt die Verschiebung des Kolbens mittels einer in der Zylinderwandung angeordneten sich über zumindest einen Teilbereich der Zylinderlänge erstreckenden Bandführung aus einem oder mehreren umlaufenden, ringförmig geschlossenen Bändern. Das Band (die Bänder) verläuft dabei parallel zu der Zylinderwandung in Richtung der Kolbenbewegung. Die Bandführung ist dabei mit dem Motor verbunden und wird davon angetrieben. So können zum Beispiel vier Bänder bei einem Zylinder mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen sein. Jedes der Bänder kann ringförmig geschlossen sein und über zwei Rollen laufen. Jedes Band erstreckt sich also entlang der inneren Zylinderwandung von der oberen Endlage des Kolben bis zur unteren Endlage desselben. Die Achsen der Rollen liegen in einer Ebene mit der Zylinderwand und sind in derselben drehbar gelagert. Die Bänder liegen flach auf der Innenwandung auf. Der Kolben ist mit den Bändern in Durchlaufrichtung verbunden. Die Bewegung der Bänder, also deren Umlaufen erfolgt synchron, durch die Bewegung des Kolbens. Je nach Bewegungsrichtung des Kolbens werden die Bänder in Richtung Auftragsöffnung geführt oder in die umgekehrte Richtung.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Auftragsmodul und/oder die Walzeinrichtung mit einem Manipulatorarm eines Industrieroboters verbunden und von diesem geführt ist. Die Steuerung eines derartigen Industrieroboters geschieht beispielsweise mittels direkter Übernahme der CAD-Daten der Solloberfäche in einen Rechner, der über eine Offline-Programmierschnittstelle die Steuerung des Industrieroboters anspricht. Ist in den Formkasten eine Grobform eingebracht worden, so ist das Volumen des Auftrags zu errechnen aus der voreingestellten Grobform und der Solloberfläche. Bei unbekanntem Untergrund kann dieser, zur Errechnung des benötigten Formstoffvolumens von einem Sensor, zum Beispiel einem Laserscanner vor dem eigentlichen Auftragen abgetastet werden. Der Auftrag der errechneten Formstoffmenge kann dann bereits unter Berücksichtigung der erforderlichen Menge auf einem bestimmten Abschnitt des Auftragsgrundes erfolgen. Das heißt, an Stellen die später eine größere Materialstärke aufweisen sollen, wird von vorneherein mehr Formstoff aufgebracht. So kann später unnötige Walzarbeit vermieden werden.

Die Walzeinrichtung kann mindestens eine Walze umfassen, mittels der das Formgeben des aufgetragenen Formstoffs erfolgt. Die Walze wird dazu mit einem gewissen Anpressdruck über den in entsprechender Stärke aufgetragenen Formstoff geführt und verteilt so den Formstoff in der gewünschten Weise zur Erzeugung einer definierten Oberflächenstruktur.

Um zu verhindern, dass die Walze sich nicht dreht, also nicht abrollt, sondern blockiert und lediglich geschoben wird und den Formstoff vor sich aufhäuft bzw. vor sich zusammenschiebt oder sogar über sich wirft, kann vorgesehen sein, eine angetriebene Walze zu verwenden. Diese kann mit Schlupf über die Oberfläche geführt werden. Der Antrieb kann beispielsweise über einen Antriebsriemen, der mit einem Motor gekoppelt ist, erfolgen. Es kann zur Verhinderung dieses Problems weiter vorgesehen sein, mehrere Walzen zu einem Walzenverbund miteinander zu koppeln bzw. hintereinander anzuordnen. Weiterhin kann die Walze bzw. der Walzenkörper profiliert sein, um die Verteilung des Formstoffs zu verbessern. Derartige in dem Walzenkörper angebrachte Rillen oder Wendel, die von der Walzenmitte zu den Walzenenden verlaufen, führen dazu, dass der Formstoff von der Walzenmitte hin zu den Walzenenden seitlich weg transportiert wird.

Schließlich besteht bezüglich der Walzengestaltung das Problem, dass einfache zylindrische Walzen es nicht ermöglichen, in Walzrichtung runde, gekrümmten Fläche zu gestalten. Eine konkav geformte Oberfläche setzt sich daher bei der Verwendung von zylindrisch geformten Walzen in Walzrichtung aus einer Reihe gerader Flächen mit verschiedenen Steigungen zusammen, wobei stets Kanten bzw. Knicke entstehen beim Übergang von einer Fläche zur nächsten. Um dies zu vermeiden, können Walzen mit gekrümmter Oberfläche, wie zum Beispiel Walzen mit fassartig oder hyperboloidisch gekrümmter Mantelfläche eingesetzt werden. Mit diesen Walzen lassen sich auf einfache Weise "Täler" und "Berge" formen. Um jedoch den Austausch bzw. das Einwechseln von Walzen für unterschiedliche Oberflächengeometrien, inbesondere auf einer Bahn, zu vermeiden, können nach einem Ausführungsbeispiel Walzen mit flexibel veränderbarer Gestalt eingesetzt werden. Das heißt, die Walzenform kann während des Formgebens der Oberfläche der Solloberflächenform angepasst werden. Dies kann durch eine Kraft erfolgen, die im Inneren der Walze angreift und die Mantelfläche der Walze definiert verformt. Dabei kann die Kraft zentrisch oder außermittig angreifen, so dass eine symmetrische oder asymmetrische Walzenverformung erzielt wird. Die Verformung der Walze kann mechanisch, durch Druck, Wärmeausdehnung, Kondensatoreffekt, Magnetwirkung, Induktion etc. erfolgen. Die Verformung durch Druck erfolgt, indem in die innen hohle Walze zur Erzeugung einer Fassform ein Druckmedium aus einem Druckspeicher eingeleitet und so die Walze "aufgepumpt" wird, bis ihre Mantelfläche die gewünschte konvexe Krümmung erreicht hat. Umgekehrt erfolgt die Erzeugung einer Walze mit konkav gekrümmter Mantelfläche durch Evakuieren des Walzeninneren. Der Walzenmantel muss dabei so gestaltet sein, dass er eine Verformung zulässt und sich nach Entlastung wieder in seine zylindrische Form zurückverformt. Als Pumpmedium kommen Gase, Flüssigkeiten und Pasten in Frage. Um die maximale Verformung bei derartigen hohlen Walzen nach innen festzulegen, kann vorgesehen sein, im Walzeninneren Formbleche anzubringen, die entsprechend der maximalen Krümmung vorgebogen sein können und bei einer Evakuierung des Walzeninneren als Anschlag für den Walzenmantel dienen. Diese Formbleche weisen Bohrungen auf, um eine direkte Einwirkung des Druckmediums auf die Wandung des Zylindermantels zu erlauben.

Die Verformung kann auch mittels einer mechanischen Einrichtung im Walzeninneren erzielt werden, die über ein Leitgestänge von außen bewegbar ist.

Um eine asymmetrische Verformung der Walze zu ermöglichen, können zum Beispiel bei einer Pumpwalze mehrere Druckkammern vorgesehen sein, die durch Zwischenwände voneinander getrennt sind und keinen Druckausgleich untereinander durchführen. Jede Druckkammer ist dann separat mit der Druckzuleitung und dem Druckbehälter verbunden. Da starre, nicht dehnbare Wände jedoch in jeder Kammer zu einer symmetrischen Verformung führen, was wiederum abrupte Übergänge der Manteloberfläche von einer Kammer zur nächsten zur Folge hat, kann vorgesehen sein, gelagerte oder elastisch dehnbare Trennwände vorzusehen, so dass eine gleichmäßige asymmetrische Verformung des Walzenmantels erzielt wird.

Um Formstoff zu sparen, kann in die Auftragsform eine vorgeformte Grobform eingelegt sein. Derartige Grobformen bestehen beispielsweise aus stabförmigen Formstiften, die in einem Rahmen zusammengespannt werden, wobei die Stirnflächen der unterschiedlich eingespannten Stäbe eine Treppenkurven- Formfläche mit einstellbarer Geometrie bildet. Derartige Formen sind beispielsweise in der DE 41 12 736 C2, der DE 196 27 930 A1 und der DE 197 34 286 C1 beschrieben.

Weiterhin kann vorgesehen sein, die Vorrichtung mit einer Lagereinrichtung und/oder einer Fördereinrichtung zur automatischen oder halbautomatischen Befüllung des Auftragsmoduls zu versehen, da das Auftragsmodul nur bis zum Handhabungsgewicht des Manipulators befüllt werden kann. Eine einzige Füllung wird daher in der Regel nicht ausreichen, eine ausreichende Menge Formstoff für eine zu gestaltende Oberfläche bereitzustellen. Schließlich kann die Vorrichtung eine Mischeinrichtung zum Anmischen des Formstoffs aufweisen. Als Fördereinrichtung kommen sowohl Band- als auch Schneckenförderer in Betracht. Der Mischer dient dazu, den Formstoff vor dem Auftrag mit Bindemitteln, Wasser etc. zu vermischen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt - in schematischer Darstellung:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2: eine Walze mit veränderbarer Gestalt auf verschiedenen Positionen einer gekrümmten Oberfläche;

Fig. 3A-B: eine symmetrische bzw. eine asymmetrische Pumpwalze; und

Fig. 4A-B: Teilansichten der Aufgabeeinrichtung in zwei verschiedenen Ausgestaltungen.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Auftragsgrund 10 bzw. einen Formkasten aufweist, der bereits eine Grobform (nicht dargestellt) enthält. Oberhalb des Auftragsgrundes 10 ist ein Auftragsmodul 12 angebracht, das mittels eines Manipulatorarms 14 eines Industrieroboters geführt und über diesen an einem Rahmen 16 befestigt ist. Der Industrieroboter wird so gesteuert, dass eine dem späteren Oberflächenprofil entsprechende Verteilung des Formstoffs erfolgt. Die Menge wird dabei so gewählt, dass die gewünschte Oberfläche später geformt werden kann, ohne unnötig große Mengen an Formstoff verschieben zu müssen. Da das Auftragsmodul 12, das aus einem Zylinder 18 und einem in diesem geführten Kolben besteht, nur bis zum Handhabungsgewicht des Manipulators aufgefüllt werden kann, kann nicht das gesamte Volumen, das für die Herstellung eines entsprechenden Oberflächenprofils notwendig ist, zugleich von dem Auftragsmodul 12 aufgenommen werden. Die Befüllung kann erfolgen mittels eines Bandförderers 20, der das Auftragsmodul 12 in seiner (gezeigten) Befüllposition mit einer Schneckendosiereinrichtung 22 verbindet, die für die Bereitstellung einer der Handhabungsmenge entsprechenden Menge an Formstoff verantwortlich ist. Die Lagerung des Formstoffs erfolgt in seiner trockenen Form in einem Silo 24, das über einen Bandschneckenförderer 26 mit einer Mischkammer 28 verbunden ist. In der Mischkammer 28 wird dem trockenen Formstoff Wasser 30 zugegeben und mit diesem mittels eines Rühr- oder Mischwerks 32 vermischt, um ein pastöses, homogenes Material herzustellen. Nach der Wasserzugabe 30 gelangt nun der pastöse Formstoff über ein Rutsche 34 in das Schneckendosiergerät 26, das neben seiner Dosier- und Förderaufgabe auch sicherstellt, dass das Gemisch aus trockenem Formstoff und Wasser homogen bleibt.

Das Formgeben des Formstoffs in dem Auftragsgrund 10 erfolgt mittels einer Walzenanordnung (nicht dargestellt), die ebenfalls mit dem Industrieroboter verbunden wird oder an einem zweiten Manipulatorarm (nicht dargestellt) angebracht ist.

Fig. 2 zeigt die Verwendung von Walzen mit unterschiedlichen Oberflächengestaltungen bzw. die Geometrien einer unterschiedlich mit Druck beaufschlagten flexiblen Walze zur Herstellung von verschiedenen Oberflächengeometrien. Der Formstoff 40 ist hier von dem Auftragsmodul (nicht dargestellt) mit relativ gleichmäßiger Dicke auf eine Grobform 42 aufgebracht worden, die aus relativ zueinander festgelegten Metallstäben 44 besteht. Die Verwendung einer Grobform 42, die auf den Auftragsgrund aufgelegt wird, besitzt den Vorteil, dass Formstoff 40 eingespart werden kann. Die Formung einer definierten Oberfläche erfolgt mit Hilfe einer Walze 46, die hier in verschiedenen Positionen während der Oberflächenbearbeitung gezeigt ist. Für die Erstellung von in Walzrichtung konkav oder konvex geformten Oberflächenprofilen ist es erforderlich, Walzen 46 zu verwenden, deren Mantelflächen ebenfalls konkav bzw. konvex geformt sind, da ansonsten nur gerade Flächen gebildet werden können, an deren Übergängen zueinander sich Knicke bzw. Kanten bilden. Neben der Verwendung von starren fassförmigen oder hyperboloidischen Walzen können - wie dargestellt - Walzen 46 mit veränderlicher Gestalt verwendet werden, die den Vorteil besitzen, dass auf einen Walzenwechsel verzichtet werden kann. Die Veränderung der Gestalt erfolgt bei sogenannten Pumpwalzen durch die Änderung des Walzeninnendrucks. Die Gestaltsänderung ist jedoch vollständig reversibel. Die Walzen 46 sind hierzu über ein Rohr 48 mit einer Druckerzeugungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Die Mantelfläche der Walze 46 besteht dabei aus einem flexiblen Material. Soll die Walze 46 eine Fassform 46f aufweisen, um ein konkave Oberfläche zu formen, so wird über das Rohr 48 ein Druckmedium in den Walzenkörper eingeleitet, das zu einer Verformung der Walze 46 führt, wobei die Hauptverformung in der Hälfte der Walzenlänge anzutreffen ist. Wird der Druck wieder abgelassen, so geht die Walze 46 zunächst in ihre zylindrische Form 46z über, wird dagegen ein Unterdruck aufgebracht, so verformt sich die Walze 46 in eine hyperboloidische Form 46h. Die Verformung der Walze 46 kann dabei je nach gewünschter Oberflächenkrümmung verschieden stark ausgeprägt sein, was durch die Größe des aufgebrachten Drucks geregelt wird. Die Herstellung von ineinander übergehenden Oberflächenkrümmungen der Freiformfläche wird auf diese Weise ermöglicht.

Die Fig. 3A und 3B zeigen nun verschiedene Ausgestaltungen von derartigen Walzen mit veränderbaren Formen. So zeigt Fig. 3A eine Walze 46, deren Formänderung mittels einer mechanische Einrichtung 50 im Inneren der Walze 46 erfolgt. Die durchgezogenen Linien stellen den unverformten, zylindrischen Zustand der Walze 46 dar. Ausgehend von dieser Grundposition kann die Walze 46 sowohl in eine Fassform als auch in eine hyperboloidische Form überführt werden, die durch strichpunktierten Linien dargestellt sind. Die Verformung wird von außen durch eine Leitstange 52 hervorgerufen, die sich von außen nach innen in die Walze 46 erstreckt. Die Verformung erfolgt durch translatorische Verschiebung der Leitstange 52 in Richtung der Pfeile 54, wobei eine Bewegung in Richtung des schwarzen Pfeils 54s zu einer konvexen Verformung führt und eine Bewegung in Richtung des weißen Pfeils 54w zu einer konkaven Verformung der Walze 46. Die Leitstange 52 ist hierzu im Walzeninneren im Bereich ihres freien inneren Endes 56 gelenkig mit mehreren Übertragungshebeln 58 verbunden, die wiederum gelenkig mit Verstellhebeln 60 verbunden sind. Die Verstellhebel 60 greifen mit ihrem einen Ende 60w an der Walzenwand 46w an und sind lösbar mit dieser verbunden. Das andere Ende 60v der Verstellhebel 60 ist gelenkig mit einer Verstelleinrichtung 62 für den Kraftangriffspunkt verbunden. Die Anlenkung der Übertragungshebel 58 liegt zwischen den beiden Enden 60w und 60v. Die Verstelleinrichtung 62 besteht aus einem Rohr, das durch eine Öffnung 64 in der Walze 46 geführt und in der Öffnung 64 gelagert ist und in dessen Inneren die Leitstange 52 angeordnet und geführt ist. Die Verstellung des Kraftangriffs- bzw. Verformungsangriffspunktes P erfolgt durch translatorische Verschiebung der Verstelleinrichtung 62 für den Verformungsangriffspunkt P in Richtung der Walzenmitte oder in entgegengesetzte Richtung, wodurch eine asymmetrische Verformung der Walze 46 ermöglicht wird. Soll nun die Walze 46 von ihrer Grundposition in eine Fassposition überführt werden, so verbleibt die Verstelleinrichtung 62 in der Grundposition, wobei der Kraftangriffspunkt in der Walzenmitte liegt, so dass eine symmetrische Fassform erreicht wird. Die Leitstange 52 wird dann in Richtung aus der Walzenmitte herausgezogen (schwarzer Pfeil 54s). Das führt dazu, dass sich der Winkel α zwischen den Übertragungshebeln 58 und der Leitstange 52 vergrößert bis auf maximal 90°. Durch diese Auslenkung der Übertragungshebel 58 werden die Verstellhebel 60 ebenfalls ausgelenkt und zwar derart, dass sie um ihren festen Angriffspunkt P, in dem sie mit dem Walzenmantel 46w verbunden sind, verschwenkt werden, wobei sich der Winkel β, der zwischen den Verstellhebeln 60 und der Walzenwand 46w eingeschlossen ist, ebenfalls vergrößert. Dies führt dann dazu, dass die Verstelleinrichtung 62 für den Kraftangriffspunkt translatorisch in Richtung auf die Walzenmitte verschoben wird. Die konkave Verformung der Walze 46 erfolgt entsprechend umgekehrt.

In Fig. 3B ist eine Walze 46 gezeigt, die mittels eines Druckanstiegs im bzw. einer Evakuierung des Walzeninneren in ihrer Form veränderbar ist. Eine derartige "Pumpwalze" nimmt, wenn das Walzeninnere mit einem Überdruck beaufschlagt wird, eine Fassform an, wird das Innere evakuiert, so nimmt sie eine hyperboloidische Form an. Bei der gezeigten Walze 46 wird eine Flüssigkeit als Druckmedium eingesetzt. Um auch asymmetrische Verformungen bei Pumpwalzen zu ermöglichen, ist die Walze 46 in drei Kammern 46k(1-3) geteilt. Da eine starre Trennung der Kammern 46k zum Beispiel durch Wände zu einer ungleichmäßigen Verformung führt und sich unerwünschte Knicke in der Außenkontur der Walze 46 im Bereich der Wände bilden, sind bei der gezeigten Walze die Kammern 46k nicht starr voneinander getrennt, sondern durch gelagerte Begrenzungen 70, die in ihren jeweiligen Führungen 72 translatorisch verschiebar sind, um so einen Längenverstellung der Begrenzungen 70 zu ermöglichen und damit einen gleichmäßigen Übergang von einer Kammer 46k zur nächsten, entsprechend den verschiedenen in den Kammern 46k1-3 eingestellten Drücken. Die strichpunktierte Linie stellt dabei eine asymmetrisch verformte Walze dar, wobei die erste Kammer 46k1 (von links in der Zeichnung) mit dem größten Druck von den drei Kammern 46k beaufschlagt ist, die zweite Kammer 46k2 mit einem geringeren Druck und die dritte Kammer 46k3 unter Normaldruck steht. Die Zuleitung des Druckmediums bzw. das Evakuieren geschieht über eine Druckzuleitung 73, die sich durch eine Öffnung 74 in das Walzeninnere erstreckt und einen Ausgang in jede der drei Kammern 46k1-3 aufweist.

In Fig. 4A ist ein Ausschnitt aus einem Schnitt durch das Auftragsmodul gezeigt, wobei hier zwischen dem Kolben 80 und der Innenwandung 82 des Zylinders 84 ein Spiel besteht. Wird nun der Kolben 80 in Pfeilrichtung bewegt, um den Formstoff (nicht dargestellt) in den Formkasten zu applizieren, so geraten Feststoffteilchen 86 in den Spalt zwischen Kolben 80 und Zylinder 84 und werden durch die translatorische Bewegung des Kolbens 80 in Rotation versetzt, so dass sie wie ein "Kugellager" wirken. Durch dieses Abrollen wird ein Blockieren des Kolbens 80 verhindert.

Fig. 4B zeigt schließlich ein weiteres System zur Verringerung der Reibung zwischen Kolben 80 und Zylinder 84, hier in einem Zylinder 84 mit rechteckigem Querschnitt, wobei der Kolben 80 an Bändern 88 festgelegt ist, die jeweils mittels zweier Rollen 90, 91, die in der Wandung des Zylinders 84 liegen und dort drehbar gelagert sind, umlaufend geführt sind. Die Rollen 90, 91 spannen die Bänder 88 zwischen sich auf. Die ringförmig geschlossenen Bänder 88 verlaufen also von der oberen Rolle 90 entlang der inneren Zylinderwand, an der sie anliegen, zur unteren Rolle 91, um die Rolle 91 herum und entlang der äußeren Zylinderwand wieder zurück zur oberen Rolle 90.

Insgesamt wird der Kolben 80 von vier Bändern 88 geführt, wobei jedes an einer der Seitenwände des rechteckigen Zylinders 84 angeordnet ist. Alle vier Bänder 88 bewegen sich dabei synchron. Indem die Bänder 88 nun über die Rollen 90, 91 geführt werden und umlaufen, wandert der Kolben 80 von seiner Anfangsposition in Höhe der oberen Rolle 90 zu seiner Endposition während des Ausstoßvorgangs des Formstoffs 92 in Höhe der unteren Rolle 91. Dieses Führungssystem für den Kolben 80 führt ebenfalls wie die in Fig. 3A gezeigte Anordnung zu einer Reduzierung der Wandreibung zwischen Kolben 80 und Zylinder 84.

Claims (22)

1. Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff aus pastösem Material oder Schüttgut, wobei der Formstoff über eine Auftragseinrichtung auf einen Auftragsgrund aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die definierte Freiformfläche im Formstoff mittels einer Walzeinrichtung geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formstoff ein Material mit hohem Feststoffanteil verwendet wird.

3. Vorrichtung zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff (40, 92) aus pastösem Material oder Schüttgut gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer Auftragseinrichtung (12) zum Aufbringen des Formstoffs (40, 92) auf einen Auftragsgrund (10) und einer Walzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzeinrichtung zum Formen des Formstoffs (40, 92) dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmodul (12) ein Zylinder (18, 84) mit einer in Richtung auf den Auftragsgrund (10) weisenden Auftragsöffnung dient und in dem Zylinder (18, 84) ein Kolben (80) zum Ausschieben des Formstoffs (40, 92) verschiebbar geführt ist, der über einen Motor antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (18, 84) und der Kolben (80) einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (80) im Zylinder (18, 84) mit Spiel geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel etwa dem Durchmesser der Feststoffteilchen (86) im Formstoff (40, 92) entspricht und die Feststoffteilchen (40, 92) als Rollen zwischen Zylinderwand und Kolben (80) dienen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (80) mit einer in der Zylinderwandung angeordneten, sich über zumindest einen Teilbereich der Zylinderlänge erstreckenden Bandführung, die mindestens ein Band (88) umfasst, verbunden ist, und wobei das Band (88) entlang der inneren Zylinderwandung, in Richtung der Kolbenbewegung verläuft und die Bandführung mit dem Motor verbunden oder durch die Bewegung des Kolbens vorgegeben ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (80) mit einer vom Motor angetriebenen Schubkette verbunden und bewegbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auftragsöffnung des Zylinders (18, 84) ein starres Teilungsgitter zum Zerteilen des Formstoffs (40, 92) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsmodul (12) und/oder die Walzeinrichtung mit einem Manipulatorarm (14) eines Industrieroboters verbunden und von diesem geführt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzeinrichtung mindestens eine Walze (46) umfasst.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Walze (46) um eine angetriebene Walze (46) handelt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Walze (46) um eine profilierte Walze (46) handelt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzeinrichtung aus mehreren hintereinander angeordneten Walzen (46) besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Walze (46) um eine Walze (46h, 46f) mit gekrümmter Oberfläche handelt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Walze (46) um eine Walze (46) mit veränderlicher Gestalt handelt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenform mechanisch oder durch Druck veränderbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenform symmetrisch oder asymmetrisch ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftragsgrund (10) eine vorgeformte Grobform (42) beinhaltet.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagereinrichtung (24) und/oder eine Fördereinrichtung (20, 22, 26, 34) zur Befüllung des Auftragsmoduls (12) vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischeinrichtung (28) zum Anmischen des Formstoffs (40, 92) vorgesehen ist.