DE202014105528U1 - Formkern zum Herstellen von Formteilen - Google Patents

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Abstract

Formkern (10) zum Fertigen von Formteilen, insbesondere im Spritzguss- oder Druckgussverfahren, umfassend wenigstens zwei unterschiedliche Trägermaterialien wie beispielsweise Kupfer/Kupferlegierungen und Eisen/Eisenlegierungen zur Stabilisierung und zum Bereitstellen eines optimierten Wärmetransports, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein abgetragener Materialbereich durch Regeneration unter Einsatz von Mitteln (50, 53, 55) umfassend Material mit hoher Festigkeit und/oder Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder Material mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit ersetzt ist.

Description

  • 1. Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Formkern, ein Verfahren zur Regeneration eines Formkerns zum Herstellen von Formteilen und Werkstücken aus Kunststoffen und/oder Metalllegierungen in einem Spritzguss-Werkzeug und/oder aus Metalllegierungen in einem Druckguss-Werkzeug sowie ein Verfahren zum Optimieren der Qualität und Zykluszeit von Formteilen und Werkstücken beim Spritz- und/oder Druckgießen.
  • 2. Stand der Technik
  • Formteile werden häufig im Spritzguss- oder Druckgussverfahren hergestellt. Zur Herstellung werden Metallformen benötigt, die einen Formkern, der die Innenform des herzustellenden Formteils bildet, und einen Formeinsatz, der das Negativ der Außenform des herzustellenden Formteils bildet, umfassen. Der Formkern und der Formeinsatz bilden gemeinsam einen Hohlraum „Kavität“ aus, in dem eine Formmasse eingespritzt bzw. eingepresst werden kann. Zur rationellen Herstellung von Formteilen werden oft Formen benutzt, die mehrere Kavitäten und eine entsprechende Anzahl an Formkernen umfassen, die auf einer gemeinsamen Platte angeordnet sind.
  • Der Formkern dient zum Formen von inneren Konturen von Formteilen und umfasst einen Schaftabschnitt, der ein eine Formfläche tragendes Schaftende aufweist, wobei das Schaftende aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als jener des Schaftabschnittes besteht und das Schaftende unlösbar mit dem Schaftabschnitt verbindbar ist.
  • Die Erfindung betrifft neben dem fertigen Formkern auch den sog. Rohkern. Der Rohkern unterscheidet sich im Wesentlichen vom fertigen Formkern dadurch, dass in die Außenfläche des Schaftendes noch keine der gewünschten Werkstücke entsprechende Formfläche wie beispielsweise ein Gewinde eingebracht ist. Weiterhin weist der Rohkern keine ggf. noch anzubringende Zahnritzel, sowie kein Lager für Drehbewegungen auf. Diese werden lediglich bei Bedarf in die Außenkontur des Schaftendes eingebracht, insbesondere dann, wenn mit dem fertigen Formkern Schraubkappen oder Gegenstände mit Innengewinde gespritzt werden sollen. Für die Fertigung solcher Formteile ist eine Drehbewegung des Formkerns vorteilhaft. Alternativ ist auch das Abstreifen des Formteiles möglich. Der fertige Formkern wird in Spritzgießmaschinen eingesetzt, wobei die äußere Formfläche des Schaftendes mit einem Gegenwerkzeug einer Maschinenhälfte dem so genannten Formeinsatz eine Kavität bildet, also den geometrischen Raum, der die negative Entsprechung des fertigen Spritzgießteils ist. Die Spritzgießmaschine spritzt die aufbereitete Kunststoffmasse unter hohem Druck und hoher Temperatur in einer bestimmten Zeit in die Kavität.
  • Daraufhin erfolgt eine Abkühlung der geformten Kunststoffmasse, wodurch der Kunststoff erstarrt und das fertige Spritzgießteil, das auch Formteil oder Spritzling genannt wird, gebildet wird. Die von der Formmasse beim Erstarren abgegebene Wärme wird unter anderem über den Formkern Innenkern abgeführt.
  • Der thermo-dynamische Prozess in der Kavität des Spritzgießwerkzeuges bestimmt die Zykluszeit und die Qualität der herzustellenden Spritzgießteile. Ein optimaler thermo-dynamischer Prozess ist dann erreicht, wenn alle Zustandsgrößen und Verfahrensparameter in dem gesamten Bereich der Kavität optimale Prozessbedingungen erreichen.
  • Der thermo-dynamische Prozess wird durch die Zustandsgrößen Druck(p), spezifisches Volumen (V) und Temperatur (T) gebildet und durch das p-V-T-Diagramm funktionell erfasst und mathematisch beschrieben.
  • In der Praxis lassen sich die p-V-T-Diagramme für jeden Kunststoff experimentell ermitteln. Anhand dieser Zustandsgrößen lässt sich der zu erwartende Spritzgießprozess gut beschreiben, vorausgesetzt, in allen Bereichen der Kavität herrscht durch eine gleichmäßig verteilte Werkzeugwandoberflächentemperatur eine gleichmäßige Abkühlgeschwindigkeit.
  • Das kann dann in der Praxis zur Konsequenz haben, dass bei einer Zykluszeit, die um 30 Prozent gegenüber einem konventionellen Spritzgießwerkzeug reduziert wurde, nur mit einer reduzierten Zykluszeit zwischen 20 und 25 Prozent produziert wird, um durch den längeren Nachdruck eine optimale Kristallisation und damit höchste Formteilqualität zu erreichen.
  • Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 022 306 ist bekannt, Mittel zur homogenen Ableitung der Wärme vorzusehen, wodurch die Qualität des Spritzgießteils bzw. des Formteils aufgrund der gleichmäßigeren Materialabkühlung wesentlich erhöht wird.
  • Es ist ferner vorgesehen, dass das Schaftende aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen ist im Vergleich zu Werkzeugstählen wesentlich höher und beträgt dort vorzugsweise zwischen 130 und 260 W/mK. Diese Maßnahme beschleunigt den Abtransport von Wärme aus der Kavität, was wiederum zu einer Erhöhung der Produktionsleistung führt.
  • Es wurde als zweckmäßig vorgeschlagen, dass als Mittel zur Ableitung von Wärmemengen aus dem Schaftende mindesten eine Wärmeableitung im oder am Schaft vorzugsweise zumindest teilweise entlang des Schaftes vorgesehen ist, wobei die Wärmeableitung mit dem Schaftende mindestens eine Wärmeaustauschfläche aufweist. Die Wärme wird entlang des Schaftes abtransportiert, was zu einer beschleunigten Abkühlung des Schaftendes führt. Je größer die Wärmeaustauschfläche ausgebildet ist, desto schneller erfolgt der Wärmeaustausch.
  • Um einen Wärmemengenabtransport ohne Materialtransport bereitstellen zu können ist ferner vorgesehen, dass die Wärmeableitung massiv ausgebildet ist, und aus einem Material besteht, vorzugsweise aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Schaftmaterial, vorzugsweise Werkzeugstahl, aufweist. Die Wärme wird durch die Wärmeleitung entlang des Schaftes transportiert und kann an einer von dem Schaftende entfernten Stelle weiter abgeführt werden.
  • In der deutschen Patentanmeldung DE 102013100277 werden Mittel zum Kühlen eines Formwerkzeuges vorgeschlagen. Eine Formschmelze, die in Formhohlräume eingebracht werden soll, soll zum Verfestigen gekühlt werden. Der Abkühlvorgang soll einerseits zur Verkürzung der Zykluszeiten so schnell wie möglich erfolgen, andererseits muss gewährleistet werden, dass die Formschmelze in alle Formhohlräume eindringt. Zum Kühlen der Formschmelze werden Kühlkanäle vorgesehen.
  • Damit der Formkern eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist, um eine sichere, störungsfreie und hohe Produktionsstandzeit bereitstellen zu können, werden unterschiedliche Werkstoffe für Formwerkzeuge, Formkerne vorgeschlagen. Beispielsweise werden gehärtete Werkzeugstähle als Werkstoff für Formwerkzeuge, Formkerne und/oder Formeinsätze eingesetzt, die eine hohe Stabilität und Verschleißbeständigkeit aufweisen und kostengünstig herstellbar sind. Ferner wird für das Schaftende die Verwendung von Kupferlegierungen als Werkstoff für Formkerne vorgeschlagen um eine hohe Wärmeleitfähigkeit und effiziente Kühlung bereitzustellen werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass Bauteile aus Kupferlegierungen eine geringe Stabilität aufweisen. Insbesondere ist bei unsachgemäßer Verwendung eine erhöhte Verschleißanfälligkeit durch die niedrigere Härte als der von Werkzeugstahl gegeben und das Material ist teurer als Werkzeugstahl. Nachteilig ist ferner, dass sich unterschiedliche Materialien von Schaftende und Schaft in der Praxis nicht beliebig und ohne weiteres dauerhaft aneinander fügen lassen und deshalb dazu neigen, sich mit der Zeit unter Kraft- und Wärmeeinwirkung wieder zu trennen. Außerdem weist ein Formkern nach dem Aneinanderfügen von Schaft und Schaftende in der Regel wenigstens eine Fügelinie auf, welche im Formteil sichtbar werden kann und somit die Qualität des Formteils beeinträchtigt.
  • In der Praxis besteht jedoch ein Bedarf an Formkernen, die über den gesamten Lebenszyklus und die Einsatzdauer hinweg produktionssicher funktionieren, d.h. eine hohe Standzeit aufweisen und die es ermöglichen, Formteile, insbesondere Spritzgussformteile oder Druckgussformteile, in kürzest möglicher Zykluszeit in hoher Qualität herzustellen. Ferner besteht Bedarf, defekte und/oder abgenutzte gebrauchte Formkerne zu regenerieren oder herkömmliche Formkerne auf erfindungsgemäßen modularen Aufbau hochzurüsten.
  • Die qualitativen Anforderungen an thermoplastische Kunststoffteile, die durch Spritzgießen hergestellt werden, sind hoch und äußerst vielschichtig. Sowohl technische Teile als auch Erzeugnisse für die Konsumindustrie müssen sehr hohe Qualitätsansprüche erfüllen. Sie müssen über die gesamte Zeit der Verwendung höchste Maßhaltigkeit gewährleisten, dürfen keine Risse bilden und es dürfen nach dem Spritzgießprozess keine Teileverwerfungen durch partielles Nachschrumpfen auftreten; alle Spritzgießteile müssen eine hohe Formteilqualität aufweisen.
  • Um eine wirtschaftliche Herstellung zu ermöglichen, muss die Produktionszeit, also die Zykluszeit, so kurz wie möglich gehalten werden und sowohl Unikate wie auch Großserien müssen in gleichbleibender hoher Qualität wirtschaftlich herstellbar sein.
  • Die Anforderungen, die an den Spritzgießprozess gestellt werden, wie hohe Wirtschaftlichkeit der Produktion, hohe Formteilqualität und hohe Standzeit und Lebensdauer der Werkzeugkomponenten können nur dann realisiert werden, wenn die Spritzgießwerkzeuge konstruktiv so konzipiert werden, dass eine optimale Kristallisation des Kunststoffes bei kurzer Zykluszeit erreicht wird, ohne dass dabei erhöhter Verschleiß an den Werkzeugkomponenten auftritt.
  • Während für die Kristallisation der Thermoplaste dem Verarbeitungsprozess Wärme entzogen werden muss, muss für die Verarbeitung von Duroplasten dem Verarbeitungsprozess Wärme zugeführt werden. Ansonsten sind alle prozessualen Anforderungen mit der Verarbeitung von Thermoplasten vergleichbar.
  • Für die Kühlung/Temperierung von Spritzgießwerkzeugen stehen den Anwendern nachfolgende Temperierverfahren zur Verfügung:
    Statische Temperierung: Durchflussregelung Temperaturregelung elektrische Heizung
  • Charakteristisch an der statischen Temperierung ist bei kontinuierlich ablaufenden Prozessen die konstante Temperatur an einer bestimmten Stelle im Verarbeitungsprozess, d. h. in dem Werkzeugbereich, der die Kavität bildet. Dieses Verfahren wird bei der Verarbeitung von Kunststoffen mit niedrigen Prozesstemperaturen, kalt gefahrenen Spritzgießwerkzeugen, bei denen die Temperaturgenauigkeit und die Temperaturverteilung eine untergeordnete Rolle spielen, angewendet.
    Dynamische Temperierung: Intermittierend, Kaltwasser intermittierend, CO2-Kühlung Variotherm, fluidisch/ Dampf elektrisch, induktiv/infrarot
  • Beim Spritzgießen handelt es sich um einen zyklisch ablaufenden Verarbeitungsprozess, mit auftretenden prozessbedingten Temperaturschwankungen in dem Werkzeugbereich der die Kavität bildet.
  • Für Hochleistungs-Spritzgießwerkzeuge sollte die dynamische Temperierung gewählt werden. Ob mit intermittierenden Verfahren oder Variotherm-Verfahren temperiert wird, entscheidet der Anwender anhand der herzustellenden Spritzgießteile, der zur Verfügung stehenden Produktionsmittel, sowie der möglichst funktionsgerechten konstruktiven Gestaltung der Werkzeugteile, die die Kavität bilden und temperiert werden müssen.
  • Kohlendioxid, CO2, kann als ergänzende Kühlung zur Wassertemperierung eingesetzt werden, indem es aus dem Flüssigzustand verdampft wird. Das CO2 wird über immer kleiner werdende Leitungen flüssig zum temperierenden Bereich, dem Expansionsraum, geführt, wo es verdampft. Durch den Verdampfungsprozess wird den umgebenden Bereichen Energie entzogen, wodurch Temperaturen von theoretisch –78,9°C entstehen können. Schwerpunkt dieser Temperiertechnologie ist die Temperierung von Werkzeugteilen, wie beispielsweise Formkernen. Die zu temperierenden Werkzeugteile müssen, wenn erfolgreich produziert werden soll, von geringem Gewicht bzw. geringer Masse sein.
  • Unter Variotherm ist ein erzwungener dynamischer Temperaturverlauf im Spritzgießwerkzeug während des Spritzgießzyklus zu verstehen. Welches Temperiermedium für die Produktion gewählt wird, entscheidet der Anwender bei Erstellung der Werkzeugkonstruktion. Auch für dieses Temperierverfahren müssen, wenn erfolgreich produziert werden soll, die zu temperierende Werkzeugteile von geringem Gewicht bzw. geringer Masse sein.
  • Bei Variotherm Temperierung mittels fluidischen Medien, in der Regel aufbereitetes Wasser, kommen zwei Temperiergeräte und eine Umschalteinheit zum Einsatz. Die Umschalteinheit regelt im von der Spritzgießmaschine vorgegebenen Takt zwischen dem auf hoher und dem auf tiefer Temperatur arbeitenden Temperiergerät prozessoptimierend den Temperier-/Produktionszyklus.
  • Bei der Beheizung mit Dampf wird die sehr hohe Verdampfungswärme von Wasser genutzt, indem man den in die Zu- und Ablaufkanäle geleiteten Wasserdampf in dem zu temperierenden Werkzeugbereich zur Kondensation bringt. Die in diesem Bereich freigesetzte Wärme erhitzt den zu temperierenden Bereich. In der Kühlphase fließt anschließend kaltes Wasser durch das Temperiersystem und kühlt den entsprechenden Werkzeugbereich ab. Auch für dieses Temperiermedium müssen die zu temperierenden Werkzeugteile von geringem Gewicht bzw. Masse sein, wenn erfolgreich produziert werden soll.
  • Bis vor wenigen Jahrzehnten galt für auftretenden Verschleiß durch Reibung die Philosophie: „Hart ist verschleißbeständig, härter ist verschleißbeständiger und am härtesten ist am verschleißbeständigsten!“ Diese, vor allem durch Praktiker vertretene Philosophie, ist falsch und durch die Gesetze der Tribologie widerlegt.
  • Erst durch Erkennen und Definition der auftretenden Verschleiß-Mechanismen kann der am Werkzeugteil durch Reibung verursachte Verschleiß wie
    Adhäsionsverschleiß,
    Abrasionsverschleiß,
    Oberflächen-Zerrüttung und/oder
    Tribo-Chemische Reaktion
    erkannt und fachkundig definiert werden.
  • Bei auftretendem Adhäsionsverschleiß muss zwischen dem verarbeitenden Kunststoff und dem Werkzeugteil für ausreichende Härtedifferenz gesorgt werden.
  • 3. Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte konkrete Auswahl von Materialzusammensetzungen und/oder Oberflächen für jeweils den Schaftabschnitt und/oder das Schaftende bereitzustellen, sowie für eine geeignete Fügetechnik die Geometrie sowie die Vor- und Nachbehandlung der Formkernkomponenten und einen Fügeprozess vorzuschlagen, um Formkerne zur Verfügung zu stellen, mit welchen die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können, insbesondere indem defekte und/oder verbrauchte Formkerne in einen Zustand regeneriert werden, in welchem die Fertigungsleistungen bekannter Spritzgieß- und/oder Druckgießwerkzeuge erhöht werden können, mit welchen die Qualität der Formteile auf einem hohen Standard gehalten oder verbessert werden können, welche produktionssicher funktionieren und welche eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.
  • 4. Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch einen Formkern mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Regeneration im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet entweder
    • a) Die Hochrüstung eines herkömmlichen nicht modular aufgebauten Stahlformkerns auf einen erfindungsgemäß modular aufgebauten Formkern, der einen Schaftabschnitt mit wenigstens teilweise einem Material mit hoher Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit umfasst und der ein Schaftende mit wenigstens teilweise einem Material mit guter Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit umfasst, oder
    • b) die Reparatur eines erfindungsgemäß modular aufgebauten Formkerns, der einen Schaftabschnitt mit wenigstens teilweise einem Material mit hoher Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit umfasst und der ein Schaftende mit wenigstens teilweise einem Material mit guter Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit umfasst.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den Ersatz der Fehlstelle von durch Verschleiß abgetragenem oder herausgebrochenem Material oder durch Abtragen von Material vom Schaft alter Formkerne und Ersatz bzw. Hochrüsten sowie durch Mittel erreicht, umfassend eine geeignete Auswahl von Werkstoffverbindungen für den Formkern, deren Härte-, Oberflächen- und Gleiteigenschaften, der geeigneten Fügetechnik unter Berücksichtigung von definierten, an die ausgewählten Werkstoffverbindungen angepasst vorbereitete Geometrie der Fügeübergänge, unter Beachtung definierter Fügeprozessschritte hergestellten Formkern mit definierten Materialabständen im Bereich der Kavität und unter Einsatz definierter Verfahrensparameter beim Spritzgussvorgang gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
  • Eine optimale Kristallisation wird erfindungsgemäß erreicht, indem alle Werkzeugbereiche, die die Kavität bilden, eine gleichmäßig verteilte und über die gesamte Dauer des Spritzgießprozesses auch eine gleichmäßig verlaufende Werkzeugwandtemperatur, sowie Gleiteigenschaften und innerhalb der Kavität ein möglichst geringes und/oder ein möglichst homogenes Magnetfeld über die gesamte Werkzeugoberfläche der Werkzeugbereiche, die die Kavität bilden gewährleisten.
  • Das setzt voraus, dass Werkstoffe mit hoher bis höchster Wärmeleitung verwendet werden, die Kühlung bzw. Temperierung der Kavität konturnah angebracht, die Oberfläche, die für den Wärmetransport im Kühl-/Temperierbereich maßgebend ist, so groß wie nur möglich, aber je nach Lage in der Kavität und je nach prozessualen Anforderungen, in der Größe variabel ausgelegt wird. Bei alternativer Anwendung von Kühlmitteln wird die Wanddicke für den Wärmeübergang konstruktiv vorteilhaft dünn gestaltet. Weiterhin vorteilhaft wird werden Mittel wie Strömungselemente vorgesehen, die im Strömungsbereich eine turbulente Strömung des Kühl-/Temperiermediums erzeugen.
  • Die Aufgabe wird vorteilhaft durch eine modulare Bauweise der formbildenden Werkzeugteile, wie Formkernteile das sind Schaftabschnitt, Schaftende und ggf. Brückenstück, Formeinsätze und Vorkammerbereich sowie durch die Materialauswahl der einzelnen Moduln, deren thermischer, oberflächengeometrischer- und reinigender Vorbehandlung und unter Verwendung geeigneter Fügetechnik praxisgerecht realisiert.
  • Die kurze Zykluszeit bei gleichbleibend hoher homogener (Kristallisations-)Qualität und hoher mechanischer Stabilität wird erreicht, wenn für die Werkstoffe, die die Kavität bilden, Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. hochwertige Kupferlegierungen oder Ingenieur-Keramik oder Hartsilber oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff wie Carbon oder vorwiegend carbonhaltiger Werkstoff verwendet werden, um einen optimalen thermodynamischen Prozess zu erzielen.
  • Bei der Verwendung von Hartsilber umfasst entweder der gesamte Formkern im Schaftabschnitt und im Schaftende Hartsilber. Alternativ umfasst der Formkern im Schaftabschnitt ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einer höheren Festigkeit als Hartsilber und im Schaftende Hartsilber. Schaftabschnitt und Schaftende sind dabei formschlüssig miteinander verbindbar. Der Formkern wird durch die Verbindung von Schaftabschnitt und Schaftende erzeugt. Die Verbindung erfolgt entweder über eine Schraubverbindung die vorteilhaft gegen Lösen gesichert sein kann, oder über eines der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fügeverfahren.
  • Bei der Verwendung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff wie Carbon oder vorwiegend carbonhaltigem Werkstoff umfasst entweder der gesamte Formkern im Schaftabschnitt und im Schaftende kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff. Alternativ umfasst der Formkern im Schaftabschnitt ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einer höheren Festigkeit als kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder vorwiegend carbonhaltiger Werkstoff und im Schaftende kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff. Alternativ umfasst der Schaftabschnitt kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff und das Schaftende bzw. das Brückenstück einen Werkstoff mit niedrigerer Festigkeit und höherer Wärmeleitfähigkeit als kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff. Der Schaftabschnitt und das Schaftende und/oder ggf. das Brückenstück sind dabei formschlüssig miteinander verbindbar. Der Formkern wird durch die Verbindung von Schaftabschnitt und Schaftende und/oder Brückenstück erzeugt. Die Verbindung erfolgt über eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise über eine Schraubverbindung, die vorteilhaft gegen Lösen gesichert sein kann und/oder vorzugsweise über ein Klebeverfahren oder über eines der anderen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fügeverfahren.
  • Erfindungsgemäße Systemkomponenten
  • Grundsätzlich können alle Systemkomponenten, wie Außenkerne, erfindungsgemäße Formkerne, Formeinsätze, Gewindekerne, Kernstifte, Innenkerne, Temperierkerne, Ritzel, Temperierplatten und Vorkammerbuchsen für jedes einzelne Temperierverfahren mit Vorteilen verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Systemkomponenten können für alle Temperierverfahren durch die modulare Bauweise so konzipiert werden, dass der zu temperierenden Werkzeugbereich filigran und großflächig gestaltet, dünnwandig, mit Wandstärken unter 1,0 mm, und damit mit geringem Gewicht, bzw. zu temperierender Masse, hergestellt und zudem das Temperiersystem konturnah zur Kavität angeordnet werden kann.
  • Für statische Temperierverfahren kann der zu temperierende Werkzeugbereich konstruktiv so gestaltet werden, dass für jedes gewählte Durchflussvolumen im gesamten Temperierbereich eine turbulente Strömung für den optimalen Wärmetransport gewährleistet wird.
  • Alternativ erfolgt die Kühlung / Temperierung ohne Temperiermittel, d.h. über die Wärmeleitung der Systemkomponenten, insbesondere der Trägermaterialien des Formkerns.
  • Bei der dynamischen Temperierung, sei es intermittierend (Impulskühlung) mit CO2 oder durch Variotherm mit Dampf, können die Expansions- oder Verdampfungsbereiche der zu temperierende Werkzeugteile durch die modulare Bauweise der Werkzeugteile ebenfalls filigran, großflächig und dünnwandig, mit geringster Masse, entsprechend den tatsächlichen Prozessanforderungen hergestellt werden.
  • Je nach Werkzeugteil und Beanspruchungsmechanismen können im zu temperierenden Werkzeugbereich Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder Legierungen mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit zum Einsatz kommen. Durch die erfindungsgemäße Fügetechnologie werden die unterschiedlichen Legierungen kraft- und stoffschlüssig, wasser- und Gas dicht und alternativ auch metallurgisch miteinander verbunden.
  • Die erfindungsgemäßen Systemkomponenten bilden mit optimaler Temperierung die Voraussetzungen für eine Produktion mit kurzer Zykluszeit und hoher Formteilqualität.
  • Fehlstellen durch Abtrag wie durch Verschleiß oder Korrosion abgetragene und/oder herausgebrochene Materialbestandteile, zur Reparatur abgetragene sowie zur Hochrüstung abgetragene Materialbestandteile werden bei der Regeneration je nach Position des Abtrags formschlüssig durch Mittel ersetzt, die ein entsprechendes Material mit hoher Festigkeit und/oder ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder Legierungen mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit umfassen.
  • Vorteile:
  • Bei Verwendung von erfindungsgemäßen Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit gelingt es, in der Kavität gleiche Abkühlverhältnisse bei zeitlich konstanten Temperaturen herzustellen. Dann kann die Zustandsgröße Druck (p) über den Faktor Zeit (t) als ideale Variable für die Prozessoptimierung genutzt werden, da das sonst nicht direkt beeinflussbare spezifische Volumen, bei konstantem Temperaturverlauf, indirekt über den Prozessparameter Nachdruck gelenkt werden kann, mit dem Ergebnis, dass
    die Werkzeugwandtemperatur gleichmäßig verteilt wird,
    die Abkühlgeschwindigkeit gleichmäßig konstant gehalten wird,
    die Wärmeableitung an das Kühl-/Temperiersystem gleichmäßig schnell erfolgt,
    partielle Hot Spots vermieden und/oder
    das Fließvermögen und die Kristallisation des Kunststoffes optimiert werden.
  • Das bedeutet, dass durch einen optimalen thermo-dynamischen Prozess nicht nur kurze Zykluszeit für eine produktive und gewinnbringende Produktion, sondern auch die Formteilqualität der hergestellten Spritzgießteile maßgeblich bestimmt und das Prozessfenster erheblich erweitert wird.
  • Auf diese Weise kann die Schussfolge der Spritzgießmaschine verkürzt werden. Die Produktivität steigt entsprechend. Dieser Effekt lässt sich dadurch erklären, dass der Wärmemengenabtransport wesentlich schneller erfolgen kann, was auf die erhöhte Wärmeleitfähigkeit von und zur Außenfläche des Schaftendes zurückzuführen ist.
  • Die erfindungsgemäße Werkstofftechnologie für die Herstellung von Werkzeugkomponenten betrifft unterschiedliche Legierungen, in modularer Bauweise, mit und ohne integrierten, konturnah angeordneten Kühl-/Temperier-systemen.
  • Durch Regeneration können verbrauchte oder beschädigte Werkzeugkomponenten, insbesondere Formkerne durch erfindungsgemäße Aufarbeitung wiederverwendet werden, was zu höherer Produktivität, höherer Formteilqualität und schließlich zu Materialeinsparung und Reduktion der Herstellkosten von Werkzeugkomponenten führt. Alte Formkerne, welche nicht verbesserte erfindungsgemäße modulare Materialkombinationen umfassen, können durch die erfindungsgemäße Aufarbeitung auf Formkerne mit erfindungsgemäßen modularen Materialkombinationen aufgerüstet werden.
  • Dadurch wird eine Optimierung des Spritzgießwerkzeugs mit den Vorteilen der erfindungsgemäßen modularen Materialkombinationen erzielt:
    • – kürzere Zykluszeit optimiert und erhöht die Prozesssicherheit
    • – gleichmäßigere Werkzeugwandtemperatur bewirkt ein effizienteres Kühl-/Temperiersystem
    • – hohe Korrosionsbeständigkeit vermindert die Rissgefahr der Legierungen,
    • – lange Lebensdauer der Werkzeugteile mit verminderter Neigung zu Kalkablagerung,
    • – hohe Stabilität schlanker Werkzeugkomponenten durch verminderte Porosität in den Legierungen
    • – Erprobte Fügetechnik von Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit in Kombinationen mit Werkzeugstahl/Werkzeugstahl führt zu stark reduzierter Bruchgefahr im Fügebereich,
    • – Einsatz unterschiedlicher Oberflächenbeschichtungen ermöglicht weitere Nutzung alter Werkzeugkomponenten,
  • Daneben wird auch eine Optimierung der Formteilequalität erzielt:
    • – Durch bessere Kristallisation wird ein homogeneres Ergebnis erzielt
    • – Es entstehen praktisch keine Hot Spots, was zu hoher Maßhaltigkeit führt
    • – Es entsteht kaum partielles Nachschrumpfen, wodurch kaum Teileverwerfungen vorkommen
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß zur Regenerierung angewandten Werkstofftechnologie besteht darin, dass alte, gebrauchte und/oder beschädigte Stahlformkerne regeneriert und ohne sonstige Änderungsarbeiten am Spritzgießwerkzeug auf die erfindungsgemäß angewandte Werkstofftechnologie, umgerüstet und vorteilhaft wiederverwendet werden können!
  • Weiterhin vorteilhaft sind die erfindungsgemäß regenerierten Werkzeugkomponenten mit verschleißmindernden Oberflächenbeschichtungen problemlos oberflächenbeschichtbar und sind dadurch auch für Trockenlauf geeignet.
  • Ferner sind die erfindungsgemäß regenerierten Werkzeugkomponenten für alle am Markt eingeführten Temperierverfahren bestens geeignet.
  • Erfindungsgemäße Werkzeugteile sind insbesondere für die Herstellung von Schraubverschlüssen, Steckverschlüssen, Schutzkappen erprobt.
  • Die nach diesem System in Hochleistungswerkzeugen verwendeten Werkzeugteile bestehen aus Gewindekernen, Formkernen, Innenkernen und Formeinsätzen, die entsprechend den gestellten Anforderungen in konstruktiv unterschiedlicher Bauweise hergestellt werden können.
  • Nach der erfindungsgemäßen Werkstofftechnologie werden für die Ausbildung der Kavität spezielle Kupferlegierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und für den mechanischen Werkzeugbereich gehärtete Werkzeugstähle mit hoher Verschleißbeständigkeit verwendet.
  • Die unterschiedlichen Legierungen werden durch ein erfindungsgemäß angewandtes Fügeverfahren zu einem Werkzeugteil kraft- und stoffschlüssig, untrennbar und wasser- und Gas dicht und alternativ vorzugsweise metallurgisch verbunden und sind dadurch vorteilhaft für auf dem Markt angebotene Kühl-/Temperierverfahren geeignet.
  • Durch die modulare Bauweise können die Kühl-/Temperierbereiche entweder über einen massiven Wärmetransport durch das Trägermaterial selbst oder konturnah über Kühl- oder Temperiermittelkanäle angeordnet, systemkonform konstruiert und in den Abmessungen mindestens in der Größe des Querschnittes der Zugangsbohrung ausgelegt werden; mit der alternativen Möglichkeit, selbst für kleine Formkerne noch zwei, bei größeren Abmessungen mehrere, voneinander unabhängige Kühl-/Temperierbereiche anzubringen.
  • Die modulare Bauweise, in Abhängigkeit von den auftretenden Beanspruchungen, wie Schließ- und Druckkräfte sowie Wärmetransport, hat zudem den Vorteil, dass selbst bei dünnwandigen und schlanken Werkzeugteile, durch konstruktive Gestaltung der Einzelteile, hohe dynamische und statische Festigkeit erzielt und mit hoher Wärmeleitfähigkeit kombiniert werden kann.
  • Da die verwendeten unterschiedlichen Legierungen ihre ursprünglichen vorteilhaften Eigenschaften beibehalten, treten
    keine Porosität im Werkstoff,
    keine Risse im Werkstoff,
    keine intermetallische Korrosion,
    keine Neigung zu Kalkablagerungen,
    keine Bruchempfindlichkeit im Fügebereich auf.
  • Die vorteilhaften Eigenschaften jeder einzelnen Legierung werden durch die modulare Bauweise und die erfindungsgemäße Fügetechnologie der erfindungsgemäßen Werkstoff-Technologie für jedes Werkzeugteil voll zum Tragen gebracht und bilden die Grundlage für eine optimale Funktion.
  • Es werden vorteilhaft Kupferlegierungen für ein erstes Trägermaterial des Formkerns am Schaftende vorgeschlagen, umfassend eine Kombination aus
    Cr < 2% **) bervorzugt 0% bis 0,4% und 0,9% bis 1,1%
    Zr < 1% **) bervorzugt 0% bis 0,15%
    Co < 2% **) bervorzugt 0% bis 1,0%
    Ni < 4% **) bervorzugt 0% bis 1,0% und 2,0% bis 2,5%
    Be < 4% **) bervorzugt 0% bis 0,5% und 2,0% bis 2,5%
    Al < 1% **)
    Si < 2% **) bervorzugt 0% bis 0,7%
    Fe < 0,5% **)
    sonstige < 2% **)
    Cu Rest bis 100%
    insbesondere
    Cr 0% bis 0,1%
    Zr 0% bis 0,1%
    Co 0,9% bis 1,1% oder 0% bis 0,1%
    Ni 0,9% bis 1,1% oder 0% bis 0,1%
    Be 0,4% bis 0,6% oder 1,0% bis 2,2%
    Al 0% bis 0,1%
    Si. 0% bis 0,1%
    Fe 0% bis 0,1%
    sonstige 0,3 bis 0,5% oder 0,4% bis 0,6%
    Cu Rest bis 100%
  • Von den in der Folge aufgeführten hochwertigen Kupferlegierungen wurden bisher insbesondere die Legierungen CuCoNiBe* und CuBe2 durch die Fügetechnologie Elektronenstrahlschweißen mit gehärteten Werkzeugstählen gefügt und in der Praxis erfolgreich eingesetzt und werden insbesondere zum erfindungsgemäßen Einsatz vorgeschlagen.
    Cr: 1%
    Zr 0,15%
    andere 0% bis 0,2%
    Cu Rest bis 100%
    oder
    Cr: 0,4%
    Ni 2,5%
    Si 0,7%
    andere 0% bis 0,2%
    Cu Rest bis 100%
    oder
    Ni 2%
    Be 0,4%
    andere 0% bis 0,5%
    Cu Rest bis 100%
    oder „CuCoNiBe“
    Co 1%
    Ni 1%
    Be 0,5%
    andere 0% bis 0,5%
    Cu Rest bis 100%
    oder „CuBe2“
    Be 2%
    andere 0% bis 0,7%
    Cu Rest bis 100%
  • Die genannten Kupferlegierungen können insbesondere und vorteilhaft durch Elektronenstrahlschweißen problemlos wechselweise untereinander oder werkstoffgleich miteinander sowie mit den für den Schaftbereich aufgeführten Werkstoffkombinationen gefügt werden.
  • Für die genannten Legierungen, insbesondere CuCoNiBe und CuBe2 wird vorteilhaft das Fügeverfahren der Elektronenstrahlschweißung mit Arbeitsstählen welche die folgenden Materialien umfassen angewendet:
    Es werden ferner vorteilhaft Stahllegierungen für wenigstens ein zweites Trägermaterial des Formkerns im Schaftabschnitt vorgeschlagen, umfassend eine Kombination aus
    C: 0% bis 2% bevorzugt 0,3% bis 1%
    Si 0% bis 2% bevorzugt 0,3% bis 1,2%
    Cr 0% bis 18% bevorzugt 4,5% bis 14%
    Mo 0% bis 2% bevorzugt 0,7% bis 1,4%
    V 0% bis 2% bevorzugt 0,3% bis 1,1%
    Mn 0% bis 2% bevorzugt 0,2% bis 1,0%
    Ni 0% bis 13% bevorzugt 8% bis 11%
    Al 0% bis 2% bevorzugt 1,5% bis 1,7%
    Andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
    insbesondere
    A)
    C: 0,33% bis 0,41%
    Si 0,8% bis 1,2%
    Cr 4,8% bis 5,5%
    Mo 1,1% bis 1,5%
    V 0,3% bis 0,5%
    Mn 0,25% bis 0,5%
    andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
    oder B) alternativ
    C: 0,35% bis 0,42%
    Si 0,8% bis 1,2%
    Cr 4,8% bis 5,5%
    Mo 1,2% bis 1,5%
    V 0,85% bis 1,15%
    Mn 0,25% bis 0,5%
    andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
    oder C) alternativ
    C: 0,36% bis 0,42%
    Si 0% bis 1%
    Cr 12,5% bis 14,5%
    Mn 0% bis 1%
    andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
    oder D) alternativ
    C: 1,45% bis 1,6%
    Si 0,1% bis 0,6%
    Cr 11% bis 13%
    Mo 0,7% bis 1%
    V 0,7% bis 1%
    Mn 0,2% bis 0,6%
    andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
    oder E) alternativ
    C: 0% bis 0,04%
    Si 0% bis 0,4%
    Cr 11% bis 13%
    Mo 1,3% bis 1,5%
    Mn 0,2% bis 0,4%
    Ni 9% bis 9,5%%
    Al 1,5% bis 1,7%
    andere 0% bis 2%
    Fe Rest bis 100%
  • Alternativ kann vorteilhaft zwischen dem Trägermaterial am Schaftende und dem Trägermaterial des Schaftabschnitts ein Brückenstück eingefügt werden, welches sowohl mit dem Schaftbereich als auch mit dem Schaftende fügbar ist, ausreichende Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder niedrige magnetische relative Permeabilität aufweist.
  • Die Trägermaterialien sind über ein Fügeverfahren und/oder Fügemittel dauerhaft miteinander verbunden oder verbindbar.
  • Von den bekannten und eingeführten Schweiß-/Löt- und Fügeverbindungen, wie
    Lichtbogenschweißen,
    WIG/MAG-Schweißen,
    Reibschweißen,
    Explosions-Magna-Flash-Schweißen,
    Diffusionsschweißen,
    Laserschweißen,
    Lasersintern,
    Elektronenstrahlschweißen,
    Hartlöten im Vakuum,
    Kalteinsenken und
    Verschraubungen
    Verkleben
    wird für das Fügen der Komponenten Schaft und Schaftende und ggf. Brückenstück des Formkerns mit Trägermaterialien aus unterschiedlichen Legierungen, wie spezielle Kupferlegierungen mit gehärteten Werkzeugstählen, vorzugsweise das Elektronenstrahlschweißen angewendet.
  • Vorteile dieser Fügetechnologie in Verbindung mit den oben genannten Materialkombinationen sind mögliche Strahldurchschweißung, nur partielle Hitzeentwicklung, schmale Wärmeeinflusszone, nur geringer Härteabfall im Schweißbereich, kaum auftretender Verzug, gute Festigkeit der Schweißverbindung, gute Schweißnahtbildung auch bei unterbrochenen Fügeflächen wie im Fall von vorhandenen Temperiermittel-Kanälen.
  • Der Fügeprozess ist zusätzlich durch gleichzeitiges Mehrstrahlschweißen, Beschichten, Vorwärmen und Härten noch vorteilhaft erweiterbar.
  • Für jede einzelne Materialkombination der Werkstoffverbindung (Fügeverbindung) ist die beste Geometrie der Fügeverbindung wie die folgenden Beispiele zeigen optimiert angepasst. Die optimalen Prozessparameter wurden in Vorversuchen wie folgt ermittelt.
  • Es wurde festgestellt, dass alle Werkzeugstähle mit einem C-Gehalt bis 0,38 % durch Elektronenstrahlschweißen direkt mit den oben genannten Kupferlegierungen gefügt werden können. In Bezug auf die Rissbildung der Stähle ist jedoch darauf zu achten, dass im Fügebereich selbst keine Rundung kleiner R = 0,3 mm und ca. 20 mm im Einzugsbereich der Fügezone keine Rundung kleiner R = 1,0 mm ausgeführt wird.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass auch der Kaltarbeitsstahl gehärtet, mit Härte von 68 bis 70 HRC, mit einem C-Gehalt von 1,55 % insbesondere mit der Legierung CuCoNiBe vorteilhaft gefügt werden kann, wenn praktisch keine Rundung in der Fügezone selbst und ca. 50 mm im Einzugsbereich der Fügezone kleiner als R = 2,0 mm ist, da bei kleineren Radien Rissbildung auftritt.
  • Die Temperatur im Fügebereich, das ist pro Fügekomponente ein Randbereich der Fügegeometrie u1 des Schaftbereichs 12 bzw. des Brückenstücks 15 und ein Randbereich der Fügegeometrie u2 des Schaftendes 11 bzw. des Brückenstücks 15, und die Bestrahlungsdauer wird vorteilhaft so gewählt, dass die Schmelztemperatur des Cu-Anteils gerade nicht erreicht wird und/oder nicht wesentlich überschritten wird, d.h. im Bereich von knapp unter dem unteren Schmelzpunkt bis maximal dem oberen Schmelzpunkt der Schmelztemperatur des Cu-Anteils liegt. Der Randbereich der Fügegeometrie u1 oder u2 liegt abhängig von den verwendeten Materialien der Werkstoffpaarung vorteilhaft in einer Schichtstärke von kleiner 0,01 mm bis 3,0 mm, insbesondere 0,1 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 1,3 mm. Die optimale Schmelztemperatur und Schichtstärke des Randbereichs der Fügegeometrie der Werkstoffpaarung wird vor der Fügung der Realteile/Komponenten durch Ermittlung der Verfahrensparameter anhand von Prüfstücken ermittelt.
  • Vorteilhaft beträgt der Radius rF der Fügelinie im Wesentlichen 0 mm bis maximal 0,4 mm, insbesondere 0,01 mm bis maximal 0,35 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis maximal 0,3 mm. Dieser Wertebereich führt zu einer nicht mehr sichtbaren Fuge im Formteil, was insbesondere bei einem transparenten Getränkebehälter wie einem Pilsglas, Bierglas und dergleichen von Vorteil ist.
  • Bei allen für die Elektronenstrahlschweißung vorgesehen Werkzeugstählen, ist darauf zu achten, dass die gefügten Teile nach der Elektronenstrahlschweißung bei Raumtemperatur langsam und gleichmäßig, abhängig vom Gewicht, der Werkstoffpaarung, der Fügegeometrie, abkühlen müssen und nach der Elektronenstrahlschweißung auf gar keinen Fall sofort und direkt durch Pressluft oder gar Wasser oder Öl abgekühlt werden dürfen, um nach dem Fügevorgang Rissbildung zu vermeiden. Vorteilhaft erfolgt der Abkühlvorgang unter kontrolliertem Temperaturverlauf und /oder in kontrollierter Atmosphäre beispielsweise in einer Temperierkammer oder einem gesteuerten Ofen mit definiertem Temperaturprofil.
  • Alternativ kann für die Fügung statt Elektronenstrahlschweißen auch ein anderes der genannten Fügeverfahren angewandt werden.
  • Die Fügeflächen der zu fügenden Bauteile müssen planparallel zueinander hergestellt und im Toleranzbereich von 0,01 bis 0,1 mm eingepasst werden.
  • Es ist weiterhin darauf zu achten, dass beim Zusammenbau der Einzelteile keine Verunreinigungen wie beispielsweise Kupferspäne oder andere Fremdkörper in die Fügeflächen gelangen.
  • Die einzelnen Bauteile müssen sauber, öl- und fettfrei und frei von Kühlmittelrückständen sein.
  • Die Stahlteile werden vorteilhaft insbesondere vor der Elektronenstrahlschweißung entmagnetisiert und weisen keinen oder nur geringen Restmagnetismus als Folge von mechanischer Bearbeitung oder von Härteschichten auf. Der Restmagnetismus ist vorteilhaft kleiner als 0,1 mT.
  • Die verwendeten Werkzeugstähle sind vorteilhaft im Vakuum gehärtet und frei von Einsatz-, Nitrier- oder sonstigen Schichten.
  • Die Güte der Schweißverbindung entspricht vorteilhaft zumindest der DIN EN ISO 13919-1, (Stahl), Bewertungsgruppe D.
  • Sofern ein gewählter Werkzeugstahl nicht direkt mit einer gewählten Kupferlegierung durch Elektronenstrahlschweißen oder durch ein anderes Fügeverfahren gefügt werden kann, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Brückenstück, das sowohl mit dem gewählten Werkzeugstahl als auch mit der gewählten Kupferlegierung durch Elektronenstrahlschweißen oder durch ein anderes Fügeverfahren gefügt werden kann, konstruktiv zwischen den beiden zu fügenden Materialkombinationen angeordnet werden.
  • Alternativ umfasst das Brückenstück entweder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff wie Carbon oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff oder Ingenieurkeramik. Die Verbindung zwischen dem Brückenstück und dem Schaftbereich und/ oder dem Schaftende erfolgt bei Verwendung eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes wie Carbon oder vorwiegend carbonhaltigen Werkstoff oder Ingenieurkeramik umfassenden Brückenstücks entweder über kraftschlüssige Verbindung, eine Schraubverbindung, die vorteilhaft gegen Lösen gesichert sein kann, und/oder vorzugsweise über ein als Fügetechnik genanntes Klebeverfahren oder alternativ über ein anderes der genannten Fügeverfahren.
  • Im Fall der Verwendung eines Brückenstücks liegt vorteilhaft für Gewinde- oder Formkerne eine erste Fügezone in der Formtrennebene.
  • Um für ein formbildendes Werkzeugteil beispielsweise aus Gründen der homogenen Kristallisation des Formteils Magnetismus in der Kavität zu reduzieren, wird vorteilhaft für diesen Bereich eine Kupferlegierung mit einer niedrigen relativen Permeabilitätszahl beispielsweise kleiner 50 insbesondere von ca. 1,0018, beispielsweise CuCoNiBe oder CuBe2, oder eine nicht oder nur schwach ferromagnetische Legierung verwendet, um mittels Brückenstück den gefährdeten Magnetismusbereich mechanisch zu überbrücken und den magnetischen Fluss von dem definierten unmagnetischen Bereich fernzuhalten (der Kavität) fernzuhalten.
  • Durch die diamagnetische bis relativ schwach (bezüglich Formwerkzeug und Formkern) ferromagnetische Eigenschaft des Schaftendes (relative Permeabilität bei Raumtemperatur μr < 1...50) der Kavität vom ferromagnetisch (erforderlich wegen Stabilität des Formkerns) magnetisch gut leitenden Schaft des Formkerns (μr > 100) aus potentiell vorhandener magnetischer Remanenz im Formwerkzeug vorhandener magnetischer Fluss von der Kavität ferngehalten, da die magnetischen Feldlinien den Weg des magnetisch besser leitenden Formwerkzeugs und des Schafts aus Stahl wählen. In der Kavität wird durch diese Maßnahmen eine geringe magnetische Flussdichte (B < 0,05 Vs/m2 und weitgehend homogene Verteilung der magnetischen Feldlinien erreicht, falls das Formwerkzeug magnetische Remanenz aufweist. Dadurch und durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Formkernspitze wird eine gleichmäßige Auskristallisation unterstützt, was die Formteilequalität erhöht.
  • Diese Ausführungen gelten auch, wenn nicht elektronenstrahlschweißfähige Werkstoffe zu einer erfindungsgemäßen Werkzeugkomponente gefügt werden sollen.
  • Um Adhäsionsverschleiß vorzubeugen, wird vorteilhaft zwischen dem verarbeitenden Kunststoff und dem Werkzeugteil eine Härtedifferenz von min. 250 HB gewählt, um diese Verschleißart zu unterbinden. Diese Härtedifferenz ist bei Verwendung von handelsüblichen Kunststoffmaterialien bei den vorgeschlagenen Kupferlegierungen, insbesondere bei CuCoNiBe und CuBe2, gegeben.
  • Auftretender Abrasionsverschleiß durch gefüllte Kunststoffe wird vorteilhaft durch hohe Härte der Werkzeugteile von über 62 HRC ausgeschlossen.
  • Wenn Werkzeugteile aus einer „weichen“ Kupferlegierung durch die Verarbeitung von gefüllten Kunststoffen durch diese Verschleißart beansprucht werden, können diese vorteilhaft mit einer verschleißmindernden Oberflächenbeschichtung mit einer Härte bis zu 70 HRC beschichtet und dadurch „hart gemacht“ und verschleißbeständig werden, ohne die hohe Wärmeleitfähigkeit zu mindern.
  • Oberflächen-Zerrüttung tritt dann ein, wenn die Werkzeugteile infolge einer fehlerhaften Konstruktion durch die auftretenden Beanspruchungen überlastet werden. Kupferlegierungen, insbesondere CuCoNiBe und CuBe2, haben sich bei dieser Verschleißart als widerstandsfähiger erwiesen als gehärtete Werkzeugstähle und werden auch deshalb vorteilhaft als Trägermaterial für das Schaftende eingesetzt.
  • Tribo-chemische Reaktion kann in Einzelfällen an Werkzeugteilen aus Kupferlegierungen auftreten. Diese Verschleißart kann durch eine Oberflächenbeschichtung, die eine Art Sperrschicht zwischen reagierendem Kunststoff und Kupferlegierung bildet, unterbunden werden.
  • Die Werkstoffe, welche die Kavität bilden sollten vorteilhafterweise eine hohe bis höchste Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie z. B. die Kupferlegierung CuCoNiBe oder Ingenieurkeramik oder Hartsilber oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff wie Carbon oder ein vorwiegend carbonhaltiger Werkstoff. Diese Werkzeugteile werden mit jedem Zyklus des Spritzgießwerkzeuges einer hohen thermischen und dynamischen Beanspruchung ausgesetzt. Die thermische Beanspruchung wird durch die wechselnde Temperaturdifferenz des Kühl/Temperiervorganges verursacht, während die dynamische Beanspruchung auf den hohen Einspritz- und Schließdruck der Spritzgießmaschine zurückzuführen ist.
  • Die gehärteten Werkzeugstähle im mechanischen Bereich des Spritzgießwerkzeuges können im Gleitbereich zusätzlich mit einer verschleißmindernden und gleitfähigen Oberflächenbeschichtung versehen werden und können dadurch vorteilhaft ohne Beigabe von Schmierstoff erfolgreich auch im Trockenlauf zum Einsatz kommen.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Werkstofftechnologie liegen darin, dass durch die modulare Bauweise der Werkzeugteile die Materialkombination an jede auftretende Verschleißart optimal anpassbar ist und partiell durch verschleißmindernde Oberflächenbeschichtungen entsprechend den tatsächlich auftretenden Verschleißmechanismen behandelt und dadurch Langzeitqualität – auch bei den „weichen“ Kupferlegierungen – erreicht werden kann.
  • Die modulare Bauweise der Werkzeugteile, die durch die erfindungsgemäß angewandte Fügetechnologie wie beispielsweise der Elektronenstrahlschweißung auf vielfache Weise realisiert werden kann, ermöglicht es, jeden Werkzeugbereich entsprechend den auftretenden dynamischen, statischen und thermischen Beanspruchungsmechanismen unter Berücksichtigung der auftretenden Verschleißart zu konstruieren.
  • Jedes einzelne Werkzeugteil kann entsprechend der auftretenden Zug-/Druck-/Biege- und Drehbeanspruchung unter Vorgabe des höchsten Widerstands- und Trägheitsmomentes, dünnwandig aber sehr stabil konstruiert und zu einem kompletten Werkzeugteil gefügt werden.
  • Nach dieser Methode kann der Kühl-/Temperierbereich des Werkzeugteils konturnah, in seinen Abmessungen ausreichend großzügig dimensioniert und partiell genau dort angebracht werden, wo die anfallende Prozesswärme schnell und kontrolliert aus dem Bereich der Kavität abgeführt werden muss.
  • Nach der erfindungsgemäßen Werkstofftechnologie kann den Anforderungen der Praxis, Werkzeugteile mit hoher Wärmeleitfähigkeit und großzügig konzipiertem Kühl-/Temperiersystem, sowie mit hoher Härte für hoher Verschleißbeständig, entsprochen werden.
  • Zur Regeneration von verbrauchten oder beschädigten Formkernen in modularer Bauweise beziehungsweise zur Hochrüstung alter nicht modular aufgebauter Formkerne auf erfindungsgemäße modulare Bauweise werden erfindungsgemäß vorteilhaft folgende Mittel und/oder alternative Verfahrensschritte vorgeschlagen:
  • Regenerationsaufbau- und Verfahrensalternative 1: Maßkorrektur durch galvanischen Materialauftrag, beispielsweise von Nickel.
  • Wenn Maßkorrekturen von etwa im Bereich einer Stärke von 0,003 mm bis 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,01 mm und 0,4 mm, pro Verfahrensschritt vorgenommen werden sollen oder müssen, erfolgt dies vorteilhaft beispielsweise mittels galvanischem Auftrag von Nickel oder galvanischem Auftrag anderer erfindungsgemäß vorgeschlagener Materialien oder Legierungsbestandteile mit hoher Festigkeit und/oder Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder durch Legierungen mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit unter/oder durch PVD (Physikalische Gasphasenabscheidung) und/oder durch CVD (Chemische Gasphasenabscheidung).
  • Dabei wird der zu beschichtende Bereich gegebenenfalls und optional unter Verwendung einer Abdeckung über nicht zu beschichtenden Bereichen beispielsweise durch eine Maske unter Verwendung üblicher galvanotechnischer Verfahrensschritte und -parameter als Empfängerelektrode (Kathode) im galvanischen Bad unter Anlegen von elektrischer Spannung einem elektrischen Ionenstrom ausgesetzt, wodurch sich an den zu regenerierenden Stellen das im galvanischen Bad in einer Metallsalzlösung gelöste Material und/oder der Spenderelektrode (Anode) je nach Stromstärke und Dauer in der gewünschten Schichtstärke absetzt. Auf diese Weise entsteht sukzessive ein Materialaufbau mit galvanisch erzeugter Schichtung.
  • Dieses Verfahren und der entsprechende Materialaufbau haben den Vorteil, dass durch die Beschichtung im Niedrigtemperaturbereich kein Verzug auftritt. Die aufgetragene Schicht kann problemlos bearbeitet, abgetragen und wieder neu aufgetragen werden.
  • Alternativ und optional kann deshalb vorteilhaft zusätzlich wenigstens einmal oder auch mehrfach ein Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem die Oberfläche des auf das Werkzeugteil, insbesondere auf den Formkern aufgetragenen Materials und/oder die Oberfläche des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch nachbearbeitet wird, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen.
  • Alternativ und optional kann ferner in einem weiteren Verfahrensschritt zusätzlich wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
  • Weitere Vorteile dieses Verfahrens und des entsprechenden Materialaufbaus bestehen darin, dass die Härte des Grundwerkstoffes nicht negativ beeinflusst wird, die Arbeiten schnell und ohne Maßverzug durchgeführt werden können, die Beschichtung bei Bedarf mehrmals vorgenommen werden kann und die Härte der galvanischen Schicht, wie beispielsweise Nickel, entsprechend der Anwendung gewählt und dem System angepasst werden kann.
  • Zusammenfassung der Verfahrensschritte der Regenerationsalternative 1:
    • a) Bereitstellen eines zu regenerierenden Formkerns
    • b) Optional Abdecken von zunächst nicht galvanisch zu bearbeiten Oberflächenbereichen des zu regenerierenden Formkerns
    • c) Bereitstellen eines galvanischen Bades mit aufzutragender Metallsalzlösung und/oder Spenderelektrode umfassend ein galvanisch aufzutragendes Material beispielsweise Nickel oder anderer erfindungsgemäß vorgeschlagener Materialien.
    • d) Eintauchen des zu regenerierenden Formkerns in das galvanische Bad
    • e) Anlegen einer elektrischen Spannung an den zu regenerierenden Formkern und an die Spenderelektrode, bis die gewünschte Schichtdicke an Materialauftrag am zu regenerierenden Formkern erreicht ist.
    • f) Optional Bearbeiten der beschichteten Stellen mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen
    • g) Optional zusätzlich Auftrag wenigstens einer weiteren Schicht desselben oder eines anderen Materials als Oberflächenbeschichtung, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen
  • Regenerationsaufbau- und Verfahrensalternative 2: Maßkorrektur mittels wärmetechnischem Materialauftrag, beispielsweise durch Lasern.
  • Für die Regeneration oder Reparatur von verbrauchten oder beschädigten Werkzeugkomponenten im Bereich von Kupferlegierungen, insbesondere von Formkernen am Schaftende, wird der Auftrag eines Reparaturmaterials unter Einwirkung von Wärme wie beispielsweise das Lasern mittels Zufuhr von Reparaturmaterial, insbesondere aus Aluminium-Mehrstoffbronze und/oder hochwertigen Kupferlegierungen, vorgeschlagen.
  • Für das Lasern von Kupferlegierungen wird nach den gemachten Erfahrungen vorzugsweise das Mittel eines Drahtes aus einer Aluminium-Mehrstoffbronze, beispielsweise Ampco 18, verwendet. Dieser Werkstoff hat eine Härte von ca. 220–240 HB und eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 80 W/m°K.
  • Alternativ erfolgt der Materialauftrag durch Reparaturmaterial aus hochwertigen Kupferlegierungen und oder aus Hartsilber. Die aufgetragene Schicht weist thermisch erzeugte Schmelzschichtung auf und kann problemlos bearbeitet, abgetragen und wieder neu aufgetragen werden.
  • Alternativ kann vorteilhaft zusätzlich wenigstens einmal oder auch mehrfach ein Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem die Oberfläche des auf das Werkzeugteil, insbesondere auf den Formkern, aufgetragenen Materials und/oder die Oberfläche des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch nachbearbeitet wird, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen.
  • Das Verfahren als solches hat bei der Regenerierung von Kupferlegierungen zunächst den Nachteil, dass durch die eingebrachte Wärme wie beispielsweise durch das Lasern, der Grundwerkstoff in diesem Bereich erweicht und nicht mehr ausgehärtet werden kann. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Schließfläche im Bereich der Formtrennebene sich verformt bzw. setzt, wodurch eine nicht akzeptable Gratbildung am Verschluss- und Entformungsgewinde auftreten kann.
  • Alternativ kann deshalb in einem weiteren Verfahrensschritt mittels zusätzlich zu einer optionalen mechanischen Bearbeitung auf Basis galvanischer oder beschichtungstechnischer wie beispielsweise durch elektrostatische Beschichtung zusätzlich wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
  • Zusammenfassung der Verfahrensschritte der Regenerationsalternative 2:
    • a) Bereitstellen eines zu regenerierenden Formkerns
    • b) Auftrag eines Reparaturmaterials auf zu reparierende Stellen des zu regenerierenden Formkerns unter Einwirkung von Wärme, wie beispielsweise einer Flamme oder eines Laserstrahls.
    • c) Bearbeiten der wärmetechnisch mit Materialauftrag versehenen Stellen mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen
    • d) Optional zusätzlich galvanischer oder sonstiger beschichtungstechnischer Auftrag wenigstens einer weiteren Schicht desselben oder eines anderen Materials als Oberflächenbeschichtung, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen
  • Regenerationsaufbau- und Verfahrensalternative 3: Maßkorrektur mittels partiellem mechanischem Materialauftrag, beispielsweise durch Abtragen und Ersetzen eines Teils des zu reparierenden oder hochzurüstenden Materialbereichs.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den an einem nach der erfindungsgemäßen modularen Bauweise aufgebauten Formkern beschädigten oder anderweitig verursacht zu ersetzenden Bereich partiell spanabhebend beispielsweise durch Abdrehen oder beispielsweise durch Schleifen, Sägen oder Fräsen abzutragen. Die Fehlstelle wird damit durch Abtragen von Material des Formkerns beseitigt und durch eine geometrisch definierte Fehlstelle ersetzt.
  • Ein im Wesentlichen passgenaues Passstück, wie beispielsweise eine Hülse, aus erfindungsgemäß vorgeschlagenem Material, vorzugsweise umfassend den gleichen Grundwerkstoff wie der abgetragene Bereich, wird anstelle des abgetragenen Materials eingesetzt und erfindungsgemäß gefügt. Bei der Hochrüstung erfolgt vorteilhaft der Ersatz des abgetragenen Materials durch ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Festigkeit.
  • Der Fachmann erkennt, dass dabei beim Hochrüsten alter Formkerne neben Kupferlegierungen auch die vorgeschlagenen Materialkomponenten aus carbonhaltigem Werkstoff oder Ingenieur-Keramik oder Hartsilber unter Anwendung einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fügetechnik zum Einsatz kommen können. Dabei können vorteilhaft auch Materialkomponenten aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Kupferlegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten oder aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Hartsilber oder aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Ingenieur-Keramik oder carbonhaltigem Werkstoff mit Stahllegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten zum Einsatz kommen.
  • Ebenso kommt beim erfindungsgemäßen Hochrüsten alter Formkerne der Einsatz einer Verbindung von Ingenieur-Keramik mit Kupferlegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten oder aus einer Verbindung von Ingenieur-Keramik mit Hartsilber oder aus einer Verbindung von Ingenieur-Keramik mit Stahllegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten in Betracht.
  • Dieses Verfahren und der dadurch gebildete Materialaufbau haben den Vorteil, dass die hohe Wärmeleitfähigkeit erhalten bleibt und die Grundhärte der Kupferlegierung im Bereich der Formtrennebene nicht nennenswert reduziert wird oder bei alten Formkernen hohe Wärmeleitfähigkeit und die Grundhärte der Kupferlegierung im Bereich der Formtrennebene durch Hochrüstung bereitgestellt wird.
  • Das aufgetragene Passstück, wie beispielsweise eine Materialhülse, kann problemlos bearbeitet, abgetragen und wieder neu aufgetragen werden.
  • Alternativ kann vorteilhaft zusätzlich wenigstens einmal oder auch mehrfach ein Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem die Oberfläche der auf das Werkzeugteil, insbesondere auf den Formkern aufgetragenen Hülse zusammen mit dem Material und/oder die Oberfläche des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch nachbearbeitet wird, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen.
  • Alternativ kann ferner in einem weiteren Verfahrensschritt galvanisch oder beschichtungstechnisch wie beispielsweise durch elektrostatische Beschichtung zusätzlich wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen, und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
  • Zusammenfassung der Verfahrensschritte der Regenerationsalternative 3:
    • a) Bereitstellen eines zu regenerierenden oder hochzurüstenden Formkerns
    • b) Abtragen eines Teils des Materials des zu reparierenden Bereichs des zu regenerierenden oder hochzurüstenden Formkerns
    • c) Ersetzen des abgetragenen Teils des Materials durch Einsetzen eines im Wesentlichen passgenauen Passstücks umfassend ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Festigkeit.
    • d) Fügen des eingesetzten Materialteils mit dem des zu regenerierenden oder hochzurüstenden Formkerns entlang wenigstens eines Teils der Fügelinie zwischen den beiden Teilen
    • e) Optional Bearbeiten der Fügelinien- und/oder Flächen mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen
    • f) Optional zusätzlich galvanischer oder sonstiger beschichtungstechnischer Auftrag wenigstens einer weiteren Schicht des gleichen oder eines anderen Materials als Oberflächenbeschichtung, um beispielsweise die thermischen, und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen
  • Regenerationsaufbau- und Verfahrensalternative 4: Maßkorrektur mittels mechanischem Materialauftrag und/oder Hochrüstung, beispielsweise durch Abtragen und mittels Ersetzen des zu reparierenden Materialbereichs.
  • Um alte, nicht erfindungsgemäße Formkerne hochzurüsten oder erfindungsgemäß modular aufgebaute Werkzeugkomponenten mit stärker abgenutzten oder beschädigten Stellen im Bereich von Formkernen am Schaftende zu regenerieren, wird vorgeschlagen, das Schaftende vorzugsweise im Bereich der Kavität abzutrennen, beispielsweise spanabhebend, insbesondere durch Abdrehen oder Sägen oder Schleifen oder Fräsen oder durch entsprechende Verfahren wie beispielsweise Wasserstrahlschneiden zu entfernen, am Schaft durch Bearbeitung wie Überdrehen und/oder Schleifen und/oder Erodieren und/oder Polieren die erfindungsgemäße Fügegeometrie bereitzustellen und durch ein neues Schaftende und/oder ein Brückenstück aus erfindungsgemäßem Material und mit der erfindungsgemäßen Fügegeometrie zu ersetzen. Eventuell vorhandene Fehlstellen werden damit durch Abtragen von Material des Formkerns beseitigt und durch eine geometrisch definierte Fehlstelle ersetzt. Schaftende und Schaft werden nach der Bereitstellung der Fügegeometrie und der erfindungsgemäßen Behandlung wie beispielsweise Reinigung und/oder Entmagnetisierung der zu fügenden Materialkomponenten und durch ein erfindungsgemäßes Fügeverfahren aneinandergefügt.
  • Der Fachmann erkennt, dass bei der Produktion von neuen Formkernen ebenso wie beim Hochrüsten alter Formkerne neben Kupferlegierungen auch die vorgeschlagenen Materialkomponenten aus carbonhaltigem Werkstoff oder Ingenieurkeramik oder Hartsilber unter Anwendung einer der erfinderisch vorgeschlagenen Fügetechniken zum Einsatz kommen können.
  • Dabei können vorteilhaft auch Materialkomponenten aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Kupferlegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten oder aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Hartsilber oder aus einer Verbindung von carbonhaltigem Werkstoff mit Ingenieur-Keramik oder carbonhaltigem Werkstoff mit Stahllegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten zum Einsatz kommen.
  • Ebenso kommt bei der Produktion von neuen Formkernen ebenso wie beim Hochrüsten alter Formkerne der Einsatz einer Verbindung von Ingenieurkeramik mit Kupferlegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten oder aus einer Verbindung von Ingenieurkeramik mit Hartsilber oder aus einer Verbindung von Ingenieurkeramik mit Stahllegierungen umfassend die vorgeschlagenen Materialkomponenten in Betracht.
  • Die Praxis hat gezeigt, dass nach dem erfindungsgemäßen Fügen am Schaft kein Verzug auftritt. Schaft und Schaftende werden nach dem Fügevorgang im Fügebereich nachgearbeitet.
  • Dadurch entsteht bereits ein im Wesentlichen formschlüssiger Übergang vom Schaft auf das Schaftende oder im Falle eines Brückenstücks vom Schaft auf das Brückenstück und vom Brückenstück auf das Schaftende.
  • Alternativ kann vorteilhaft zusätzlich wenigstens einmal oder auch mehrfach ein Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem die Oberfläche des auf das Werkzeugteil, insbesondere auf den Formkern, gefügten Schaftendes zusammen mit dem Material und/oder die Oberfläche des Werkzeugteils, insbesondere dem Schaft des Formkerns und/oder des Brückenstücks mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch und/oder erodierend nachbearbeitet wird, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen.
  • Alternativ kann ferner in einem weiteren Verfahrensschritt galvanisch oder beschichtungstechnisch wie beispielsweise durch elektrostatische Beschichtung zusätzlich wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern. Durch diese Maßnahme lässt sich alternativ und bedarfsweise eine möglicherweise durch Bearbeitung verursachte Reduzierung des Formkerndurchmessers durch entsprechenden Materialauftrag ausgleichen, wodurch bei den genannten Ausführungsbeispielen der erforderliche Nenndurchmesser der Werkzeugkomponente, insbesondere des Formkerns, wieder herstellbar ist.
  • Zusammenfassung der Verfahrensschritte der Regenerationsalternative 4a – Hochrüstung eines herkömmlichen nicht modular aufgebauten Formkerns:
    • a) Bereitstellen eines hochzurüstenden Formkerns
    • b) Abtragen eines Teils des Materials des Schaftes des zu ersetzenden Bereichs des zu regenerierenden Formkerns vorzugsweise im Bereich der Kavität
    • c) Ersetzen des abgetragenen Teils des Materials durch Einsetzen wenigstens eines im Wesentlichen zur alten Geometrie passgenauen Stücks aus einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Materialzusammensetzung für das Schaftende
    • d) Fügen des eingesetzten Materialteils mit dem des zu regenerierenden Formkerns entlang wenigstens eines Teils der Fügelinie zwischen den beiden Teilen
    • e) Optional Bearbeiten der Fügelinien mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen
    • f) Optional zusätzlich galvanischer oder sonstiger beschichtungstechnischer Auftrag wenigstens einer weiteren Schicht desgleichen oder eines anderen Materials als Oberflächenbeschichtung, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen
  • Zusammenfassung der Verfahrensschritte der Regenerationsalternative 4b – Regenerierung eines erfindungsgemäßen modular aufgebauten Formkerns:
    • a) Bereitstellen eines zu regenerierenden Formkerns in erfindungsgemäßer modularer Bauweise
    • b) Abtragen eines Teils des Materials des zu ersetzenden Bereichs des zu regenerierenden Formkerns
    • c) Ersetzen des abgetragenen Teils des Materials durch Einsetzen wenigstens eines im Wesentlichen zur Geometrie des Formkerns passgenauen Stücks aus einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Materialzusammensetzung
    • d) Fügen des eingesetzten Materialteils mit dem des zu regenerierenden Formkerns entlang wenigstens eines Teils der Fügelinie zwischen den beiden Teilen
    • e) Optional Bearbeiten der Fügelinien mechanisch, beispielsweise spanabhebend und/oder schleiftechnisch und/oder polierend und/oder chemisch, um eine möglichst formschlüssige Oberfläche zu erzielen
    • f) Optional zusätzlich galvanischer oder sonstiger beschichtungstechnischer Auftrag wenigstens einer weiteren Schicht desgleichen oder eines anderen Materials als Oberflächenbeschichtung, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen
  • Durch die modulare Bauweise und die erfindungsgemäß angewandte Fügetechnologie beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen können durch ein alternatives Brückenstück Werkzeugbereiche mit magnetischen oder unmagnetischen Eigenschaften oder sonst fügetechnisch nicht verbindbare Legierungen in das Werkzeugteil integriert und hergestellt werden. Ein derart aufgebautes Werkzeugteil weist gegenüber konventionellen Werkzeugteilen Vorteile in der thermischen Leitfähigkeit, der mechanischen Stabilität und bei der Reduzierung des magnetischen Flusses in der Kavität auf.
  • Der Fachmann erkennt, dass eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten, deren Werkstoffzusammensetzungen, der Fügetechniken, der Oberflächenbehandlungen und der geometrischen Ausbildungen möglich und entsprechend den gestellten Anforderungen konzipierbar sind.
  • Der Fachmann erkennt ferner, dass beispielsweise für erfindungsgemäß gestaltete Werkzeugteile der Einsatz in nachfolgenden Fachgebieten möglich ist:
    • i) Kunststoffindustrie,
    • ii) Druckgießindustrie und
    • iii) Maschinenbau.
    • i) In der Kunststoffindustrie können Werkzeugteile wie Gewindekerne, Formkerne, Außenkerne, Innenkerne, Temperierkerne, Touchierkerne, Ritzel, Formeinsätze Vorkammerdüsen, Vorkammerbuchsen, Temperierplatten, Heiz-/Kühlelemente, für die Herstellung von Verschlüssen aller Art, von Teilen für die Medizin-/Pharma- und Labortechnik, von Teilen der Automobilindustrie, z. B. Mittelkonsole und von Kunststoffteilen allgemeiner Bauart und allgemeiner Verwendung erfolgreich zum Einsatz kommen.
    • ii) Druckgießindustrie Für dieses Fachgebiet können erfindungsgemäße Werkzeugteile in erster Linie für Formkerne, Kernstifte und für eine partielle Bestückung einzelner Druckgießwerkzeuge in Frage kommen, eventuell auch für Formeinsätze, wenn diese entsprechend werkstoff- und kühlungstechnisch gestaltet werden.
    • iii) Maschinenbau Für dieses Anwendungsgebiet kommen erfindungsgemäß gestaltete Teile beispielsweise für Strömungsgeräte, Wärmeaustauscher und die Gleitlagertechnik in Betracht.
  • 5. Figurenbeschreibung
  • In der Folge werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
  • Die 1 bis 14 zeigen jeweils ein Schnittbild durch die Mittelachse eines Formkerns 10 und durch einen Formeinsatz 20, in welchem der Formkern 10 montiert ist.
  • 1 zeigt einen Formkern 10, der in einem Formeinsatz 20 montiert ist. Der Formkern umfasst ein Schaftende 11 aus einem ersten Trägermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Festigkeit und einen Schaftabschnitt 12 aus einem zweiten Trägermaterial mit guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit. Bei langen Formteilen kann sich eine Kavität 30 alternativ auch bis in den Bereich des Schaftabschnittes 12 erstrecken. Die Oberfläche des Schaftendes 11 und/oder des Schaftabschnittes 12 können zur Vermeidung von Reibungsverschleiß mit einer Beschichtung (nicht dargestellt) versehen sein.
  • Die Kavität 30 wird durch den Hohlraum zwischen dem Schaftende 11 und einem Formeinsatzteil 21 gebildet. Das fließfähige Material (nicht dargestellt) zur Bildung eines Formteils ist über eine Düse 31 in die Kavität 30 einbringbar.
  • Der Formeinsatz 20 bestehend aus einem Formeinsatzteil 21 und einem Formeinsatzteil 22 ist zum Entfernen eines Formteils (nicht dargestellt) nach dessen Erreichen des festen Zustands aus der Kavität 30 durch Trennen der beiden Formeinsatzteile 21 und 22 entlang der Trennebene 23 trennbar.
  • 2 zeigt einen alternativen Formkern 10, bei dem sich das Trägermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Festigkeit des Schaftendes 11 über den gesamten Bereich des Formkerns 10 bis zu dessen Ende erstreckt, von wo aus die über den Querschnitt des Trägermaterials des Schaftendes 11 Wärmemenge zum Schaftende in der Kavität 30 zugeführt oder vom Schaftende in der Kavität 30 abgeführt wird. Der Schaftabschnitt 12 umfassend ein Trägermaterial mit vorwiegend hoher Festigkeit umschließt in diesem Beispiel das Trägermaterial des Schaftendes 11 zumindest teilweise und erhöht so die Festigkeit des Formkerns 10.
  • 3 und 4 zeigen die Ausführungsbeispiele aus 1 und 2, wobei der Schaftabschnitt 12 jeweils mit einem Ritzel 13 zum Drehen des Formkerns 10 versehen ist. Die Drehung des Formkerns 10 wird zum Entfernen von Formteilen (nicht dargestellt) mit Innengewinde benötigt, sofern das Formteil nicht durch Abstreifen entformt werden soll. Die Formfläche des Gewindes befindet sich dabei auf dem Schaftende 11 des Formkerns 10. Nach der Trennung der Formeinsatzteile 21 und 22 des Formeinsatzes 20 erfolgt der Auswurf des Formteils durch Drehung des Formkerns 10.
  • 5 und 6 zeigen die Ausführungsbeispiele aus 1 und 2, wobei der Schaftabschnitt 12 und das Schaftende 11 jeweils wenigstens einen Kühlmittelkanal 14 umfassen, durch den ein Medium zur Kühlung oder Temperierung des Formkerns 10 leitbar ist. Der Fachmann erkennt, dass dieses Merkmal auch mit den Ausführungsbeispielen aus 3 und 4 vorteilhaft kombinierbar ist.
  • 7 und 8 zeigen die Ausführungsbeispiele aus 1 und 2, wobei zwischen dem Trägermaterial des Schaftendes 11 und des Schaftabschnitts 12 ein Brückenstück 15 angeordnet ist, das zur Verbesserung der Fügetechnik und/oder der magnetischen Eigenschaften der Komponenten 11 und 12 des Formteils 10 einfügbar ist. Der Fachmann erkennt, dass ein entsprechendes Brückenstück 15 auch in den Ausführungsbeispielen der 3 bis 6 vorteilhaft einbringbar ist.
  • 9 und 10 zeigen symbolisch eine magnetische Remanenz 40 im ferromagnetischen Formeinsatz 20 und/oder im ferromagnetischen Schaftabschnitt 12. Magnetischer Fluss durch Remanenz kann beispielsweise durch elektrische Ströme, wie sie beispielsweise durch elektrische Heizung (nicht dargestellt) eingebracht wird, im Formeinsatz und/oder im Schaftabschnitt gebildet werden. Die Feldlinien 42 des durch die Remanenz verursachten magnetischen Flusses durchdringen vorrangig den Formeinsatz 20 mit seinen Formeinsatzteilen 21 und 22, weil diese eine höhere relative Permeabilität aufweisen, als die Kavität 30 und das Schaftende 11. Die Folge ist, dass die Kavität 30 weitgehend von magnetischen Fluss abgeschirmt wird und lediglich ein geringer magnetischer Fluss 41 die Kavität 30 durchdringt. Der Abstand d zwischen dem ferromagnetischen Schaftabschnitt 12 und der Kavität 30 ist vorteilhaft so gewählt, dass der Schaftabschnitt 12 nicht in die Kavität ragt, um das Einbringen von zusätzlichen magnetischen Flussanteilen in die Kavität 30 zu vermeiden.
  • 11 und 12 zeigen die magnetischen Verhältnisse aus 9 und 10 unter Verwendung eines Brückenstücks 15.
  • 13 zeigt die Detailansicht A aus 1. Der Schaftbereich 12 und das Schaftende 11 sind entlang der Fügefläche 18 aneinander gefügt. Die Fügezonen 16 bzw. 17 dringen in diesem Beispiel rotationssymmetrisch mit einer Breite von u1 bzw. u2 und einer Tiefe v1 und v2 in die jeweiligen Trägermaterialien des Schaftbereiches 12 und Schaftendes 11 bzw. in ein Brückenstück 15 ein. U1 und u2 bilden den Randbereich der Fügegeometrie. Der Fachmann erkennt, dass Durchschweißung auftritt, wenn v1 und v2 bis an die Mittellinie des Formkerns reichen. rF zeigt im Schnitt den Radius einer umlaufenden Fügelinie, welche die Fügefläche 18 begrenzt.
  • 14 zeigt die Detailansicht A aus 1 unter Verwendung eines Fügemittels 19 wie beispielsweise Kleber oder Lötmittel. Der Schaftbereich 12 und das Schaftende 11 sind entlang der Fügefläche 18 aneinander unter Vermittlung des Fügemittels 19 gefügt. Die Fügezonen 16 bzw. 17 dringen in diesem Beispiel rotationssymmetrisch mit einer Breite von u1 bzw. u2 und einer Tiefe v1 und v2 in die jeweiligen Trägermaterialien des Schaftbereiches 12 und Schaftendes 11 bzw. in ein Brückenstück 15 ein. U1 und u2 bilden den Randbereich der Fügegeometrie. Der Fachmann erkennt, dass unter Verwendung von Fügemittel u1, u2 gegen Null gehen können und v1 und v2 sich parallel über den gesamten Bereich des Fügemittels 19 erstrecken können. rF zeigt im Schnitt den Radius einer umlaufenden Fügelinie, welche die Fügefläche 18 begrenzt.
  • 15a bis 15f zeigen den sukzessiven Aufbau eines galvanischen Materialauftrags 50 auf eine zu regenerierende Stelle 54 des Formkerns 10. Eine optionale Maske 51 deckt nicht zu beschichtende Oberflächenteile des Formkerns 10 ab. Nach erfolgtem Auftrag des Materials 50 im galvanischen Bad wird beispielsweise die Maske 51 entfernt und das überschüssige Material 50 beispielsweise durch mechanische Bearbeitung so weit abgetragen, dass eine im Wesentlichen formschlüssige glatte Oberfläche entsteht. Optional kann mithilfe von geeigneter Beschichtungstechnik, wie beispielsweise elektrostatischer Beschichtung oder vorzugsweise galvanisch, eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung 52 aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns 10, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
  • 16a bis 16d zeigen den sukzessiven Aufbau eines wärmetechnischen Materialauftrags auf eine zu regenerierende Stelle des Formkerns 10. Nach erfolgtem Auftrag eines Reparaturmaterials 53 unter Einwirkung von Wärme wie beispielsweise das Lasern, Schweißen oder Löten mittels Zufuhr von Reparaturmaterial 53 vorzugsweise aus Aluminium-Mehrstoffbronze und/oder hochwertigen Kupferlegierungen und oder aus Hartsilber.
  • Durch mechanische Bearbeitung wird überstehendes Reparaturmaterial 53 so weit abgetragen oder bearbeitet, dass eine im Wesentlichen formschlüssige glatte Oberfläche entsteht. Optional kann mithilfe von geeigneter Beschichtungstechnik, wie beispielsweise elektrostatischer Beschichtung oder vorzugsweise galvanisch, eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung 52 aufgetragen werden, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Werkzeugteils, insbesondere des Formkerns 10, zu verbessern und/oder um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
  • 17a bis 17c zeigen die Regeneration anhand einer Maßkorrektur durch partiellen mechanischen Materialauftrag, beispielsweise zunächst durch Abtragen und anschließendes Ersetzen eines Teils des zu reparierenden Materialbereichs des Formkerns 10. Das Schaftende 11 wurde in 17b beispielsweise durch Abdrehen so weit abgetragen, dass eine zu reparierende Fehlstelle 54 entfernt wurde und durch eine geometrisch definierte Fehlstelle ersetzt wurde. 17c zeigt das Schaftende 11 nach dem Ersetzen des abgetragenen Teils des Materials durch Einsetzen eines im Wesentlichen passgenauen Passstücks 55 wie beispielsweise einer Hülse vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das abgetragene Material. Der Fachmann erkennt, dass der partielle Materialauftrag auch im Rahmen einer Hochrüstung eines alten Formkerns durch Ersetzen des alten Materials durch ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Material erfolgen kann.
  • 17d zeigt die Regeneration anhand einer Maßkorrektur durch kompletten mechanischen Materialauftrag, beispielsweise durch komplettes Abtragen und Ersetzen des Schaftendes 11 des Formkerns 10. Das Schaftende 11 wurde in 17d beispielsweise durch Abdrehen abgetragen, womit unter anderem gegebenenfalls zu reparierende Fehlstellen 54 entfernt wurden. 17d zeigt das Schaftende 11 nach dem Ersetzen des abgetragenen Teils des Materials durch Einsetzen eines im Wesentlichen passgenauen Passstücks 55 vorzugsweise aus erfindungsgemäß vorgeschlagenem Material oder aus dem gleichen Material wie das abgetragene Material.
  • Zusammenfassung:
  • Erfindungsgemäße Formkerne können in Produktionswerkzeugen wie in Formeinsätzen dann erfolgreich zum Einsatz kommen, wenn neben hoher Verschleißbeständigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit gefordert wird.
  • Eine fachkundige Analyse der im Produktionsprozess auftretenden Beanspruchungs- und Verschleißmechanismen für die konstruktive Gestaltung der Werkzeugteile und die Herstellung derselben durch ein erfindungsgemäß angewandtes Fügeverfahren, sind die Garanten für eine optimale Funktion und eine lange Lebensdauer.
  • Durch den über eines der vorgeschlagenen Verfahren zur Regeneration oder zum Hochrüsten von Formkernen erzielten Materialaufbau ist der Formkern im Wesentlichen im Bereich des Schaftendes insbesondere im Bereich der Kavität entsprechend den Eigenschaften der verwendeten Legierung wieder erfindungsgemäß einsetzbar. Ein hochgerüsteter alter vorher nicht modular aufgebauter Formkern verfügt nach der Hochrüstung über die bereits ausgeführten erfindungsgemäßen Vorteile des erfindungsgemäß gefügten modularen Aufbaus der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Werkstoffzusammensetzungen.
  • Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkerns werden folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen:
    • A) Bereitstellung eines Schaftendes 11 aus einem vorgenannten ersten Trägermaterial.
    • B) Bereitstellung eines Schaftabschnittes 12 aus einem vorgenannten zweiten Trägermaterial.
    • C) Ggf. Bereitstellung eines Brückenstücks 15 aus einem Trägermaterial für Brückenstücke wie beschrieben.
    • D) Herstellen der planparallelen Fügegeometrie des Schaftendes 11 aus einem vorgenannten ersten Trägermaterial.
    • E) Herstellen der planparallelen Fügegeometrie des Schaftendes 12 aus einem vorgenannten zweiten Trägermaterial.
    • F) Entmagnetisieren des Schaftabschnittes 12 aus einem vorgenannten zweiten Trägermaterial
    • G) Die Reihenfolge der Schritte A) bis C) sowie der Schritte D) bis F) kann optional vertauscht werden
    • H) Reinigen der bereitgestellten Komponenten Schaftende 11, Schaftabschnitt 12 und ggf. Brückenstück 15
    • I) Fügen der bereitgestellten Komponenten unter Anwendung eines der genannten Fügeverfahrens ggf. unter Zugabe eines Fügemittels.
    • J) Abkühlung bzw. Aushärten der gefügten Komponenten unter Einhaltung des maximal zulässigen Abkühlungsgradienten.
    • K) Bedarfsweise und alternativ Beschichtung der Oberfläche des Formkerns mit einer verschleißmindernden und gleitfähigen Oberflächenbeschichtung. Alternativ kann dieser Schritt vor der Bereitstellung der Komponenten nach den Schritten A) bis C) für jede dieser Komponenten vor der Bereitstellung eigens erfolgen. Dabei sind die Fügeflächen von der Beschichtung frei zu halten.
  • Zur Herstellung von Formteilen mithilfe eines erfindungsgemäßen Formkerns werden folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen:
    • i) Bereitstellung eines Formkerns 10 nach einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele.
    • ii) Einbau des Formkerns 10 in einen Formeinsatz 20 zur Bildung der Kavität 30 und Bereitstellung einer Düse 31.
    • iii) Einspritzen eines flüssigen oder fließfähigen Formmaterials über die Düse 31 in die Kavität 30 unter Bereitstellung von Wärmemenge an die Kavität 30 oder unter Entzug von Wärmemenge aus der Kavität 30 über das Schaftende 11 und/oder den Schaftabschnitt 12 des Formkerns 10.
    • iv) Abwarten des Abschlusses der Kristallisation des Formteils in der Kavität 30 unter Bereitstellung von Wärmemenge an die Kavität 30 oder unter Entzug von Wärmemenge aus der Kavität 30 über das Schaftende 11 und/oder den Schaftabschnitt 12 des Formkerns 10.
    • v) Öffnen des Formeinsatzes 20 durch Trennung des Formeinsatzes 21 Teil 1 vom Formeinsatz 22 Teil 2 entlang der Formtrennebene 23.
    • vi) Auswerfen des Formteils aus der Kavität 30 ggf. unter rotierender und/oder translatorischer Bewegung des Formeinsatzes 10.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gewinde- oder Formkern
    11
    Schaftende
    12
    Schaftabschnitt
    13
    Ritzel
    14
    Kühlmittelkanal
    15
    Brückenstück
    16
    Fügezone 1
    17
    Fügezone 2
    18
    Fügefläche
    19
    Fügemittel]
    20
    Formeinsatz
    21
    Formeinsatz Teil 1
    22
    Formeinsatz Teil 2
    23
    Formtrennebene
    30
    Kavität
    31
    Düse
    40
    Remanenz (symbolisch)
    41
    Feldlinienanteil in der Kavität (symbolisch)
    42
    Feldlinienanteil in Schaft und Formwerkzeug (symbolisch)
    d
    Abstand des Schaftes von der Kavität
    50
    Materialauftrag
    51
    Maske
    52
    Oberflächenbeschichtung
    53
    Reparaturmaterial
    54
    Fehlstelle
    55
    Passstück
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004022306 [0010]
    • DE 102013100277 [0014]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN ISO 13919-1 [0089]

Claims (24)

  1. Formkern (10) zum Fertigen von Formteilen, insbesondere im Spritzguss- oder Druckgussverfahren, umfassend wenigstens zwei unterschiedliche Trägermaterialien wie beispielsweise Kupfer/Kupferlegierungen und Eisen/Eisenlegierungen zur Stabilisierung und zum Bereitstellen eines optimierten Wärmetransports, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein abgetragener Materialbereich durch Regeneration unter Einsatz von Mitteln (50, 53, 55) umfassend Material mit hoher Festigkeit und/oder Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder Material mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit ersetzt ist.
  2. Formkern (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (50, 53, 55) eine Kombination aus Cr < 2% **) bervorzugt 0% bis 0,4% und 0,9% bis 1,1% Zr < 1% **) bervorzugt 0% bis 0,15% Co < 2% **) bervorzugt 0% bis 1,0% Ni < 4% **) bervorzugt 0% bis 1,0% und 2,0% bis 2,5% Be < 4% **) bervorzugt 0% bis 0,5% und 2,0% bis 2,5% Al < 1% **) Si < 2% **) bervorzugt 0% bis 0,7% Fe < 0,5% **) sonstige < 2% **) Cu Rest bis 100%,
    insbesondere Cr 0% bis 0,1% Zr 0% bis 0,1% Co 0,9% bis 1,1% oder 0% bis 0,1% Ni 0,9% bis 1,1% oder 0% bis 0,1% Be 0,4% bis 0,6% oder 1,0% bis 2,2% Al 0% bis 0,1% Si. 0% bis 0,1% Fe 0% bis 0,1% sonstige 0,3 bis 0,5% oder 0,4% bis 0,6% Cu Rest bis 100%
    umfassen.
  3. Formkern (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (50) Nickel umfassen.
  4. Formkern (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (50) eine galvanisch erzeugte Schichtung aufweisen.
  5. Formkern (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (53) eine thermisch erzeugte Schmelzschichtung aufweisen.
  6. Formkern (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (53) Aluminium-Mehrstoffbronze umfassen.
  7. Formkern (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens eine Fehlstelle (54) durch Abtragen von Material des Formkerns (10) beseitigt und durch eine geometrisch definierte Fehlstelle ersetzt ist.
  8. Formkern (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass die geometrisch definierte Fehlstelle durch die Mittel (50, 53, 55) aus Material mit hoher Festigkeit und/oder Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder Material mit hoher Härte und/oder guter Korrosionsbeständigkeit ersetzt ist, wobei die Mittel als Passstück (55) ausgebildet sind.
  9. Formkern (10) nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) einen Teil des Schaftendes (11) ersetzt.
  10. Formkern (10) nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) das Schaftende (11) ersetzt.
  11. Formkern (10) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) mit dem Formkern (10) formschlüssig gefügt ist.
  12. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Elektronenstrahlschweißen gefügt sind.
  13. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels WIG/MAG-Schweißen gefügt sind.
  14. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Reibschweißen gefügt sind.
  15. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Explosions-Magna-Flash-Schweißen gefügt sind.
  16. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Diffusionsschweißen gefügt sind.
  17. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Laserschweißen gefügt sind.
  18. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Lasersintern gefügt sind.
  19. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Hartlöten im Vakuum gefügt sind.
  20. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Kalteinsenken gefügt sind.
  21. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Verschraubungen gefügt sind.
  22. Formkern (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass das Passstück (55) und der Formkern (10) mittels Verklebung gefügt sind.
  23. Formkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung (52) aufgetragen ist, um beispielsweise die thermischen und/oder statischen und/oder tribologischen oder gleittechnischen Eigenschaften des Formkerns zu verbessern.
  24. Formkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens eine weitere Schicht als Oberflächenbeschichtung (52) aufgetragen ist, um Materialabtrag, wie er bei der Bearbeitung des Formkerns auftreten kann, wieder auszugleichen.
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