Die Erfindung geht aus von einem Formwerkzeug, beispielsweise einem Gießwerkzeug, einem Kernschießwerkzeug, einem Werkzeug für die Herstellung von (KFZ-) Innenauskleidungen, oder einer Blasform, wobei das Formwerkzeug zumindest ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil und gegebenenfalls mindestens einen Schieber aufweist, wobei zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil ein Formhohlraum für die Ausbildung eines Formteils ausgebildet ist. Ein derartiges Werkzeug ist aus der DE 1280505 Ai bekannt.

Solche Werkzeuge können beispielsweise als Kernschießwerkzeuge für die Herstellung von Gießkernen aus Sand, Salz oder anderen Formgrundstoffen verwendet werden. Ebenso können diese Werkzeuge Kokillen in einem Kokillengießverfahren, Werkzeuge für den Druckguss sowie Formwerkzeuge für den Kunststoffspritzguss sein, etwa zur Herstellung eines glasmattenverstärkten Thermoplasts (GMT), beim Fließpressen von Sheet Molding Compounds (SMC) oder bei der Lang-Faser-Injektion (LFI).

Beispielsweise werden für das Kernschießen sogenannte Kernschießmaschinen verwendet, die in der Regel einen mehrteiligen, etwa einen zweigeteilten, massiv ausgebildeten Kernkasten aufweisen. Der Kernkasten grenzt einen Formhohlraum ab, der die äußere Form des zu erzeugenden Kerns abbildet. Beim Kernschießen wird in der Kernschießmaschine ein mit Bindemittel versetzter Formgrundstoff mit einem Schießdruck von beispielsweise 2 bis 6 bar bei definierter Arbeitstemperatur in den Kernkasten, eingebracht. Nach dem Aushärten des Kerns kann dieser in eine Gussform eingebaut werden. Nach dem Abguss wird der Formstoff, aus welchem der Kern besteht, durch Öffnungen in der Gusskonstruktion entfernt, wobei der Kern zerstört wird.

Im Kokillengießverfahren wird die Schmelze über einen oben liegenden Einguss in die Kokille gegossen und deren Hohlraum allein infolge der Schwerkraft ausgefüllt. Dabei werden zur Vermeidung von Volumendefiziten, den sogenannten Lunkern, bestimmte Partien des Gussstücks thermisch isoliert, um die Erstarrung zu verzögern, oder durch Kühlstifte gekühlt, um die Erstarrung zu beschleunigen.

Die DE 102011111583 Ai beschreibt darüber hinaus ein temperierbares Werkzeug zur Formgebung von Werkstücken, wobei die formgebende Kontur des Werkzeugs als Schale ausgebildet ist, die an einer von dem Formhohlraum abgewandten Seite eine Wärmeleitstruktur aus einem offenporigen, porösen und von einem Temperiermedium durchströmten Material aufweist. Dadurch soll eine verbesserte Temperierbarkeit des Werkzeugs bei der Formgebung von Werkstücken erreicht werden. Ein weiteres temperierbares Werkzeug in Schalenbauweise ist in der DE 102014223922 Ai beschrieben.

Insbesondere für die Massenproduktion ist es erforderlich, dass hohe Taktzahlen eingehalten werden können. Bei den zuvor beschriebenen Formgebungsverfahren unter Verwendung von Werkstoffen, die durch Erhitzen fließfähig gemacht worden sind, sind die Heizzeiten und die Abkühlzeiten des Formwerkzeugs die für die Verringerung der Taktzeit limitierenden Parameter.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Formwerkzeug der zuvor beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass es die Einhaltung niedriger Taktzeiten bzw. hoher Taktzahlen erlaubt und gleichzeitig kostengünstig in der Bereitstellung ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs l gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 14 beschreibt ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs. Die abhängigen Ansprüche betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Demgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eines von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil und/oder mindestens ein Schieber des Formwerkzeugs zumindest an einer von dem Formhohlraum abgewandten Außenseite eine Wärmeleiterstruktur zur Erhöhung der Oberfläche der Außenseite aufweist. Die Wärmeleiterstruktur kann dazu eingerichtet sein, die Wärmeableitung aus dem Werkzeugoberteil bzw. dem Werkzeugunterteil und/oder dem Schieber zu fördern, beispielsweise die Übertragung von Wärme an Luft, mit welcher das Werkzeugoberteil bzw. Werkzeugunterteil und/oder der Schieber umströmt wird. Ebenso ist die Wärmeeintragung in das Werkzeugoberteil bzw. das Werkzeugunterteil realisierbar, beispielsweise indem das betreffende Bauteil mit Warmluft beaufschlagt wird, deren Wärme über die an der Außenseite ausgebildete Wärmeleiterstruktur an das Werkzeugoberteil bzw. Werkzeugunterteil und/oder den Schieber übertragen wird.

Dadurch kann beispielsweise die Kühlleistung oder Heizleistung verringert werden, welche über die Einleitung von erwärmtem bzw. gekühltem Fluid in das Werkzeug bereitgestellt wird und dementsprechend unter hohem Energieaufwand, etwa unter Zuhilfenahme einer Kältemaschine zur Verfügung gestellt werden muss.

Die Wärmeleiterstruktur kann in Form von Ausnehmungen in der Außenseite des Werkzeugoberteils bzw. des Werkzeugunterteil und/ oder des Schiebers ausgebildet sein, sodass über die Ausnehmungen die für den effektiven Wärmeaustausch mit der Luft erforderliche Oberflächenvergrößerung erreicht wird. Neben der Oberflächenvergrößerung haben die Ausnehmungen die zusätzliche vorteilhafte Wirkung, dass eine Materialersparnis erreicht wird und dementsprechend das Werkzeug kostengünstig bereitgestellt werden kann und ein geringes Gewicht aufweist. Die Wärmeleiterstruktur kann eine Rippenstruktur aufweisen oder als eine solche ausgebildet sein. Mindestens eine Rippe der Rippenstruktur und vorzugsweise eine Mehrzahl der Rippen können als eine Hohlrippe ausgebildet sein, durch welche ein wärmeleitendes Fluid hindurchgeleitet ist.

Die Wärmeleiterstruktur kann eine Rippenstruktur und/ oder eine Wabenstruktur aufweisen, die sich zwischen nebeneinander oder gegenüberliegenden, äußeren Wandungen des die Wärmeleiterstruktur aufweisenden Bauteils von Schieber, Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil erstreckt. Die Waben der Wabenstruktur können beispielsweise von rechteckigen Ausnehmungen gebildet sein, die von stegförmigen bzw. rippenförmigen Trennwänden voneinander separiert sind. Anstelle von rechteckigen Ausnehmungen können auch andere, mehreckige Ausnehmungen vorgesehen sein, beispielsweise sechseckige Ausnehmungen.

Die nebeneinander und/ oder gegenüberliegenden äußeren Wandungen können sich senkrecht und parallel zu der die Wärmeleiterstruktur aufweisenden Außenseite erstrecken und eine Wanddicke aufweisen, die kleiner als eine weitere Wanddicke des die Wärmeleiterstruktur aufweisenden Bauteils von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil ist. Die Wärmeleiterstruktur kann dabei eine Verstärkungsstruktur für das die Wärmeleiterstruktur aufweisende Bauteil von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil und/oder Schieber bilden und demgemäß die Ausbildung des Bauteils in Leichtbauweise ermöglichen.

Das die Wärmeleiterstruktur aufweisende Bauteil kann in einem Bereich zwischen der Wärmeleiterstruktur und dem Formhohlraum massiv ausgebildet sein, vorzugsweise bis auf mindestens einen Temperierkanal für die Hindurchleitung eines Wärmeleitfluids. Der massive Bereich kann dazu vorgesehen sein, eine hohe Wärmekapazität und ggf. Wärmeübertragung an das Wärmeleitfluid bereitzustellen, welche mit dem Formhohlraum in thermischem Kontakt steht und den Wärmeaustausch zwischen dem Formhohlraum bzw. einem darin aufgenommenen Werkstoff und dem Werkzeug fördert. Des Weiteren kann über den massiven Zwischenbereich die Wärmeübertragung zwischen dem Zwischenbereich und der Wärmeleiterstruktur an der Außenseite des Formwerkzeugs begünstigt werden. Der massive Zwischenbereich kann auch dazu vorgesehen sein, um an der Position des massiven Zwischenbereichs gezielt Wärme in der Formwerkzeug zu halten. An der Position des massiven Zwischenbereichs kann dann keine Rippenstruktur ausgebildet sein.

Die zuvor beschriebene Wärmeübertragung zwischen dem Formhohlraum bzw. einem darin aufgenommenen Material und dem Werkzeug bzw. der Umgebungsluft des Werkzeugs kann sowohl für den Wärmeeintrag in den Formhohlraum als auch für die Wärmeableitung aus dem Formhohlraum verwendet werden. Demgemäß kann die zuvor beschriebene Wärmeübertragung sowohl dazu verwendet werden, um den Formhohlraum bzw. ein darin aufgenommenes Material zu heizen, als auch um Wärme aus dem Formhohlraum bzw. einem darin aufgenommenen Material abzuleiten. Eine Verringerung der Taktzeiten kann somit sowohl durch kürzere Heizzeiten als auch durch verkürzte Kühlzeiten erreicht werden.

Das die Wärmeleiterstruktur aufweisende Bauteil kann im Bereich seiner Wärmeleiterstruktur frei von Temperierkanälen für die Hindurchleitung eines flüssigen Mediums für die Wärmeübertragung sein, wodurch die Herstellungskosten des Formwerkzeugs herabgesetzt werden können, da die Einbringung der Wärmeleiterstruktur durch beispielsweise Laserablation oder Laserauftragschweißen kostengünstiger als die Einbringung von Temperierkanälen mit komplizierten Kanal Verläufen ist. Die Wärmeleiterstruktur kann eine Rippenstruktur mit mindestens einer Kühl- oder Heizrippe sein oder aufweisen, wobei mindestens eine der Kühl- oder Heizrippen als eine Hohlrippe ausgebildet ist, durch die ein flüssiges Medium für die Wärmeübertragung hindurchgeleitet ist.

Das die Wärmeleiterstruktur aufweisende Bauteil von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil und/oder Schieber kann aus einem Hybridwerkstoff ausgebildet sein, beispielsweise aus einem metallischen Verbundwerkstoff, wobei die Wärmeleiterstruktur aus einem ersten Metallwerkstoff mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit und die übrigen Teile des die Wärmeleiterstruktur aufweisenden Bauteils aus mindestens einem zweiten Werkstoff mit einer von der ersten Wärmeleitfähigkeit abweichenden zweiten Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist.

Der erste Metallwerkstoff kann eine im Vergleich zu dem zweiten Metallwerkstoff höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Das die Wärmeleiterstruktur aufweisende Bauteil von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil und/oder Schieber kann einen Luftstromerzeuger, beispielsweise ein Gebläse, aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Wärmeleiterstruktur mit einem Luftstrom, beispielsweise aus Umgebungsluft oder über ein Kühl- oder Heizaggregat bereitgestellter Kühl- oder Warmluft, zu beaufschlagen. Darüber hinaus kann es für die Wärmeübertragung durch Strahlung (z.B. IR-Strahlung) eingerichtet sein. Dazu kann eine Wärmestrahlungsquelle bereitgestellt sein, beispielsweise ein IR-Strahler.

Das Werkzeugoberteil und das Werkzeugunterteil und/ oder der Schieber können an gegenüberliegenden Seiten jeweils mindestens eine als Schalengravur ausgebildete Gravur aufweisen, wobei die Schalengravur an einer dem Formhohlraum abgewandten Außenseite mindestens einen physikalischen Sensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine physikalische Messgröße bezüglich eines in dem Formhohlraum aufgenommenen Materials zu erfassen.

Der physikalische Sensor kann einen mit der Schalengravur thermisch gekoppelten Temperatursensor aufweisen, wobei das Formwerkzeug mindestens ein mit der Schalengravur thermisch gekoppeltes Heizelement und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, abhängig von einem Messsignal des Temperatursensors eine Heizleistung des Heizelements nachzuführen.

Der physikalische Sensor kann einen an der Schalengravur montierten Dichtesensor zur Ermittlung einer Dichte eines in den Formhohlraum eingeschossenen Materials aufweisen, wobei die Steuer- und Regeleinheit dazu eingerichtet ist, abhängig von einem Messsignal des Dichtesensors eine Heizleistung des Heizelements nachzuführen.

Die Schalengravur zumindest im Bereich eines Messfelds des Sensors eine Wandstärke aufweist, die zwischen 0,5 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 mm beträgt. Es sind je nach Ausführungsform bzw. je nach Anwendung auch abweichende Abmessungen denkbar.

Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Formgebungsverfahren unter Verwendung eines Formwerkzeugs der zuvor beschriebenen Art offenbart, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

- Einleiten eines fließfähigen Werkstoffs in den Formhohlraum des Formwerkzeugs;

- Überwachen einer Temperatur des Formwerkzeugs während des Einleitens des fließ fähigen Werkstoffs und/ oder während des Aushärtens des fließfähigen Werkstoffs und Bestimmen eines Temperaturgradienten eines bei dem Überwachen erfassten Temperaturverlaufs des Formwerkzeugs;

- Auswählen aus einer ersten Kühl- oder Heizmethode, etwa Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Wärmestrahlung, Heizdrahterwärmung, oder Heizmattenerwärmung, und einer zweiten Heiz- oder Kühlmethode, etwa Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Wärmestrahlung, Heizdrahterwärmung, oder Heizmattenerwärmung, die von der ersten Heiz- oder Kühlmethode abweicht, wobei die erste Kühl- oder Heizmethode ausgewählt und aktiviert wird, wenn der bestimmte Temperaturgradient einen Schwellwert nicht übersteigt, wobei die zweite Kühl- oder Heizmethode ausgewählt und aktiviert wird, wenn der Temperaturgradient den Schwellwert übersteigt, und wobei sowohl die Luftkühlung erste als auch die zweite Kühlmethode ausgewählt und aktiviert werden, wenn der Temperaturgradient den Schwellwert um einen Mindestwert übersteigt.

Dabei kann bei ausgewählter erster und zweiter Kühl- oder Heizmethode die energieeffizientere Kühl- oder Heizmethode oder die Kühl- oder Heizmethode mit der höheren Kühl- oder Heizleistung priorisiert werden, wobei eine maximale Kühl- oder Heizleistung von der ersten Kühlmethode und lediglich eine darüber hinaus zusätzlich erforderliche Kühl- oder Heizleistung von der zweiten Kühl- oder Heizmethode bereitgestellt wird.

Beispielsweise kann die erste Kühl-oder Heizmethode eine energieeffiziente Luftkühlung sein, welche bedarfsweise von einer Kältemaschine zur Bereitstellung hoher Kühlleistungen, die die zweite Kühl-oder Heizmethode darstellt, zumindest zeitweise unterstützt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Figur l ein Formwerkzeug nach dem Stand der Technik;

Figur 2 das Formwerkzeugunterteil der Ausführungsform gemäß Figur l;

Figur 3 eine erste Ausführung Form eines Werkzeugoberteils oder eines

Werkzeugunterteil gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines Werkzeugoberteils oder eines Werkzeugunterteil gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das in Figuren l und 2 gezeigte Formwerkzeug l kann beispielsweise ein Gusswerkzeug oder ein Kernschießwerkzeug gemäß dem Stand der Technik sein. Dieses weist ein Werkzeugoberteil 2 und ein Werkzeugunterteil 3 auf, zwischen denen ein Formhohlraum 4 für die Ausbildung eines Formteils ausgebildet ist. Vorliegend kann es sich beispielsweise um ein Gusswerkzeug handeln, bei dem über die Eingießöffnung 11 beispielsweise ein flüssiger Metallwerkstoff in den Formhohlraum 4 eingeführt werden kann. Ebenso kann es sich um ein Sandkernschießwerkzeug handeln, bei dem über die Öffnung li ein Gemisch aus Sand und einem Bindemittel eingeleitet wird.

Zur Herstellung qualitativ hochwertiger Gussteile kann es erforderlich sein, dass das Formwerkzeug l, beispielsweise die beiden Werkzeughälften 2, 3, vor dem Gießvorgang, während des Gießvorgangs, oder nach dem Gießvorgang geheizt oder gekühlt wird. Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass das Formwerkzeug 1 und insbesondere zumindest eines von Werkzeugoberteil 2 und Werkzeugunterteil 3 Kühlkanäle aufweist, die sich durch das jeweilige Bauteil 2, 3 hindurch erstrecken, und durch welche ein Wärme transportierendes Fluid, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird. Das Fluid kann dabei für die Kühlung des Werkzeugoberteils 2 bzw. des Werkzeugunterteils 3 oder für dessen Erwärmung verwendet werden, je nachdem, welchen Prozessverlauf der Gussvorgang erfordert. Analoge Technologien sind aus dem Bereich der Innenauskleidungs- und Blasformen bekannt.

In der Figur 3 ist nunmehr eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Formwerkzeughälfte, mithin eines Werkzeugoberteils 2 oder eines Werkzeugunterteil 3 dargestellt. An einer von dem Formhohlraum 4 abgewandten Außenseite 5 weist das Werkzeugoberteil 2 bzw. das Werkzeugunterteil 3 eine Wärmeleiterstruktur 6 auf, welche der Erhöhung der Oberfläche der Außenseite 5 dient. Die Wärmeleiterstruktur 6 ist vorliegend als eine Wabenstruktur 7 aus mehreckigen und vorliegend rechteckigen Ausnehmungen ausgebildet. Dabei sind bei der vorliegenden Ausführungsform parallel und rechtwinklig zueinander verlaufende Rippen ausgebildet, welche die rechteckigen Ausnehmungen voneinander separieren. Ein bei der vorliegend gezeigten Ausführungsform nicht vorhandener Schieber könnte analog zu dem Oberteil 2 und dem Unterteil 3 eine entsprechende Wärmeleiterstruktur 6 aufweisen.

Die Wabenstruktur 7 erstreckt sich zwischen gegenüberliegenden Wandungen 8 des Werkzeugoberteils 2 bzw. des Werkzeugunterteils 3. Die Wabenstruktur 7 ist mithin von einer Rippenstruktur gebildet, wodurch sich eine Vergrößerung der Oberfläche der Außenseite 5 und damit ein effektiver Wärmeaustausch zwischen der Luft, mit welcher das Werkzeug Oberteil 2 bzw. Werkzeugunterteil beaufschlagt ist, und dem jeweiligen Bauteil 2, 3.

Ein weiterer Effekt ist, dass neben der Erhöhung der Oberfläche der Außenseite 5 gleichzeitig eine Materialersparnis bei gleichbleibender Stabilität des Bauteils 2, 3 erreicht wird und somit das Werkzeugoberteil 2 bzw. Werkzeugunterteil 3 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilen ein geringeres Gewicht aufweisen kann und wegen der Materialersparnis auch kostengünstiger in der Herstellung ist. Um die Wärmeübertragung zwischen der Luft, mit welcher das Werkzeugoberteil 2 bzw. das Werkzeugunterteil 3 und insbesondere deren die Wärmeleiterstruktur 6 aufweisende Außenseite, zu begünstigen, kann vorgesehen sein, dass die Wärmeleiterstruktur 6 mindestens eine Wärmeübertragerrippe aufweist, die als eine Hohlrippe ausgebildet ist, durch welche ein Kühlfluid hindurchgeleitet wird.

Die in der Figur 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Figur 3 gezeigten Ausführung darin, dass zusätzlich zu der an der äußeren Außenseite 5 angeordneten Wärmeleiterstruktur 6 eine weitere Wärmeleiterstruktur 6 an einer weiter innenliegenden zentralen Außenseite mit einer zusätzlichen Rippenstruktur aus in der vorliegenden Ausführungsform senkrecht zueinander stehenden Kühl- oder Heizrippen ausgebildet ist, welche rechteckige Ausnehmungen voneinander separieren. Des Weiteren weisen die zusätzlichen zentralen Kühl-oder Heizrippen eine größere Höhe als die Kühl- oder Heizrippen der Rippenstruktur am Außenumfang des Werkzeugoberteils 2 bzw. des Werkzeugunterteils 3 auf. Die Rippen können generell in Höhe und Ausführung je nach Ausführungsform variieren, um das gewünschte Temperierkonzept einzustellen. Sowohl durch die gegebenenfalls nur selektive Anordnung der Wärmeleiterstruktur 6 bzw. der Kühl- oder Heizrippen als auch durch deren geometrische Ausbildung, beispielsweise durch die Bemessung der Höhe der Kühl- oder Heizrippen, kann die Kühlleistungsverteilung über den Querschnitt des Formwerkzeugs 1 und insbesondere über den Querschnitt des Formhohlraum 4 bedarfsweise, d. h. insbesondere abhängig von der Geometrie des Formhohlraum ausgebildet werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste : l Formwerkzeug

2 Werkzeugoberteil

3 Werkzeugunterteil

4 Formhohlraum

5 Außenseite

6 Wärmeleiterstruktur

7 Rippenstruktur

8 Wandung

9 Bereich io Temperierkanal li Eingießöffnung