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Patent Searching and Data


Title:
MOULD, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND USE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/084851
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a mould used to produce fibre composite bodies or cast parts from metal or plastic, made from a particulate mould base material and a binder, wherein said mould comprises pores which are filled with a pore-filler material, the binder is water-soluble, and the pore-filler material is liquefiable by increasing the temperature and is chemically-inert in relation to the binder. The invention also relates to the production and the use of the mould.

Inventors:
HERZOG IVO (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/075915
Publication Date:
May 26, 2017
Filing Date:
October 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
H2K MINERALS GMBH (DE)
International Classes:
B29C33/38; B29C33/52; B29C33/54; B29C33/56
Domestic Patent References:
WO2014131388A12014-09-04
WO1992006808A11992-04-30
Foreign References:
DE102013106876A12015-01-08
GB782205A1957-09-04
DE19925167A12000-12-14
DE102007045649A12009-04-02
US5474606A1995-12-12
DE10359547B32005-03-03
DE19525307A11997-01-16
US5711792A1998-01-27
EP1802409B12012-01-25
DE102007045659A12009-04-02
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwaltskanzlei Cartagena Partnerschaftsgesellschaft Klement, Eberle mbB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Form aus einem partikulären Formgrundstoff und einem Binder, wobei

• die Form Poren aufweist,

• die Poren mit einem Porenfüllmaterial befüllt sind,

• der Binder wasserlöslich ist und

• das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung verflüssigbar und gegenüber dem Binder und/oder dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert ist.

2. Form nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der partikuläre Formgrundstoff aus einer der folgenden Komponenten besteht oder mindestens eine der folgenden Komponenten enthält:

• Partikel aus anorganischen, wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise Sandpartikel, Glaspartikel, Partikel aus einer Keramik oder einer Glaskeramik, Partikel aus einer Glasfritte, silikatische Partikel wie Partikel aus Aluminiumsilikat, Partikel aus einem Metalloxid wie Aluminiumoxid, Partikel aus einem Metallnitrid, Partikel aus einem Titanat, Partikel aus einem Zirkonat, Partikel aus einem Aluminat, Partikel aus einem Carbid, beispielsweise Siliciumcarbid, Partikel aus einem Metall oder einer Metalllegierung, Graphitpartikel, Partikel aus wasserunlöslichen Salzen,

• Partikel aus anorganischen, wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Salzen aus der Gruppe mit Natriumchlorid (NaCI), Natriumnitrat (NaNC ), Kaliumchlorid (KCl), Kaliumnitrat (KNO3) und Natriumcarbonat (Na2COs) oder Mischungen aus diesen Salzen,

• Partikel aus organischen, wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise aus einem wasserunlöslichen Polymer wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan oder Polycarbonat,

• Partikel aus organischen, wasserlöslichen Materialien, beispielsweise aus einem wasserlöslichen Polymer wie Polyvinylalkohol (PVA) oder einem Salz einer organischen Säure wie Natriumacetat,

• Partikel aus einem anorganisch-organischen Verbundmaterial, beispielsweise einem Kunststoff, in den anorganische Partikel eingebettet sind.

3. Form nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wasserlöslichen Binder um • einen wasserlöslichen anorganischen Binder, beispielsweise um einen auf Wasserglas oder auf Magnesiumsulfat oder auf Phosphat und/oder Borat basierenden Binder

und/oder

• um einen wasserlöslichen organischen Binder, beispielsweise auf Basis eines wasserlöslichen Polymers wie Polyvinylalkohol (PVA),

handelt.

4. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Binder

• ein auf Wasserglas basierender Binder mit einem Anteil an einem synthetischen o- der natürlichen Siliziumdioxid

und/oder

• ein Phosphat, insbesondere ein Polyphosphat mit der allgemeinen Summenformel Μη+2Ρη03η+ι und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0]n-M (M = einwertiges Metall) enthält, insbesondere Natrium-Hexametaphosphat ((NaPOs)6)

und/oder

• ein Borat, insbesondere Polyborat der allgemeinen Formel Mn-2Bn02n-i oder ein Metaborat der allgemeinen Formel (B02)nn~

und/oder

• Magnesiumsulfat

ist.

5. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Porenfüllmaterial um

• ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl, beispielsweise Paraffin oder Fettsäureester, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 200 °C, insbesondere von 30 °C bis 100 °C,

oder

• ein wasserlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise Polyethylenglykol, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 70 °C,

oder

• ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise ein niedrigschmelzendes thermoplastisches Polyamid oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C, oder

• ein Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise Bismut oder eine Bismutlegierung, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C oder

• ein wasserlösliches Salz oder eine Mischung aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 500 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 380 °C, oder

• Harnstoff

oder

• mindestens einen wasserlöslichen Zucker, insbesondere aus der Gruppe mit Glukose, Mannose, Fructose und Galactose,

oder

• mindestens einen wasserlöslichen Polyalkohol, insbesondere aus der Gruppe mit Sorbit und Mannit,

handelt.

6. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllmaterial

• nicht wasserlöslich ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem Schmelzpunkt des verwendeten partikulären Formgrundstoffs liegt, bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C,

oder

• wasserlöslich ist.

7. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie

(a) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen anorganischen Binder und als Porenfüllmaterial ein wasserlösliches Polymer

oder

(b) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen anorganischen Binder und als Porenfüllmaterial natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung oder (c) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen organischen Binder und als Porenfullmaterial natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserlösliches Polymer oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung

oder

(d) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen, organischen Binder und als Porenfullmaterial ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserlösliches Polymer oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer aufweist.

8. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Füllmaterial in einem Anteil von 1 bis 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 10 und 50 Vol.- %, enthält.

9. Verfahren zur Herstellung einer zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienenden Form, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei aus einem partikulären Formgrundstoff und einem wasserlöslichen Binder eine Poren aufweisende Form gefertigt wird, insbesondere durch 3D-Druck, und die Poren mit einem flüssigen Porenfüllmaterial, das sich gegenüber dem Binder und/oder dem Formgrundstoff chemisch inert verhält, befüllt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt wird und drucklos oder mittels Druck oder Unterdruck in die Poren des Kerns gedrückt oder gesaugt wird.

1 1 . Verfahren zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder von Formteilen aus Metall oder Kunststoff, wobei eine Form gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Form ein zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff geeigneter Kern verwendet wird und

• der Kern in einer Gießform angeordnet wird,

• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer oder ein flüssiges Metall eingebracht wird

und gegebenenfalls • nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers oder des Metalls der Kern entfernt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und der Kern mit einem Fasermaterial ummantelt wird, bevor er in der Gießform angeordnet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass

• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und das Porenfüllmaterial einen Schmelz- und/oder Siedepunkt aufweist, der über der Verarbeitungstemperatur des verwendeten Polymermaterials oder des Polymervorläufers liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C darüber,

und/oder dass

• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und das Porenfüllmaterial und das Polymermaterial oder der Polymervorläufer derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial eine Schmelztemperatur aufweist, die unter der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des aus dem Polymermaterial oder dem Polymervorläufer gebildeten Kunststoffs liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers mittels Wasser und/oder Erwärmung entfernt wird.

Description:
Form, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienende Formen, deren Herstellung und deren Verwendung. Besonders betrifft die Erfindung zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienende Kerne.

In einer Vielzahl von technischen Produkten kommen Bauteile aus Metall, Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff (ein Kompositmaterial umfassend eine Matrix aus einem Kunststoff und ein Fasermaterial, das in die Matrix eingebettet ist) zum Einsatz, die in ihrem Inneren einen Hohlraum aufweisen. Die Herstellung solcher Bauteile ist schwierig, insbesondere, wenn der Hohlraum eine komplexe Geometrie aufweisen soll, beispielsweise eine längliche, gebogene Form oder eine Form mit Hinterschneidungen, während die Hohlraumoberfläche gleichzeitig glatt und hochwertig sein muss. Ein möglicher Weg, solche Bauteile in einem Stück zu produzieren, ist der Guss unter Verwendung von sogenannten„verlorenen Formen". Bei dieser Technik wird in einem vorgelagerten Schritt ein Formteil (der sogenannte„Kern") produziert, das in Größe und Form dem zu bildenden Hohlraum entspricht. Der Kern wird in einem aus weiteren Formteilen bestehenden Gusswerkzeug angeordnet, in welches anschließend ein flüssiges Metall, Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingespritzt wird. Bei der Herstellung von Faserverbundkörpern wird der Kern vor dem Anordnen in dem Gusswerkzeug mit einem Fasermaterial ummantelt. Nach dem Guss erhält man einen Faserverbundkörper oder ein Gussteil aus Metall oder Kunststoff mit dem gewünschten Hohlraum, in dem allerdings noch der Kern steckt. Dieser wird anschließend entfernt, was bedingt durch die erwähnte komplexe Geometrie des Hohlraums nicht ohne eine Zerstörung des Kerns erfolgen kann. Der Kern ist als Formteil„verloren".

Um einen Kern aus einem Hohlraum komplexer Geometrie zu entfernen, kann man ihn beispielsweise zerkleinern oder in einen flüssigen oder zumindest fließfähigen Zustand überführen. Voraussetzung hierfür ist eine geeignete Beschaffenheit des Kerns.

Beim sogenannten Schmelzkern-Spritzgießen, einer Sonderform des Kunststoff-Spritzgießens, fertigt man den Kern aus einem niedrigschmelzenden Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung. Der Kern wird in ein Gusswerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt. Nach Abschluss dieses Schritts wird das erhaltene Gussteil samt dem darin enthaltenen Kern in ein Heizbad überführt, um den Kern auszuschmelzen. Hierzu wird das Heizbad auf eine Temperatur eingestellt, die leicht über dem Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Metalls oder der niedrigschmelzenden Legierung liegt, so dass das Spritzgussteil nicht beschädigt wird. Gegebenenfalls kann die Ausschmelzzeit durch induktives Erwärmen des Kernmetalls verkürzt werden. Flüssiges Kernmetall sammelt sich am Boden des Heizbads und ist zur Herstellung neuer Kerne nutzbar.

Die benötigten niedrigschmelzenden Metalle oder Legierungen sind allerdings relativ teuer. Darüber hinaus eignen sich die Metalle und Legierungen nur begrenzt zur Prozessierung von Polymeren mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen wie Polypropylen und Polyethylen.

Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen werden oft auch unter Verwendung aufblasbarer Schläuche hergestellt, die an Stelle von Kernen in einem Gusswerkzeug angeordnet werden können. Hierbei handelt es sich meist um verschließbare Schläuche aus einem Silicon, welche während eines Gussvorgangs von innen mit einem Druck beaufschlagt werden können. Nach Abschluss des Gussvorgangs wird der Druck abgelassen und der Schlauch wird entfernt. Die dabei verwendeten Schläuche sind grundsätzlich wiederverwendbar. Allerdings sind sie thermisch und mechanisch nur begrenzt stabil, was ihrer Wiederverwendbarkeit in der Praxis enge Grenzen setzt. Darüber hinaus sind sie nur begrenzt zur Herstellung von Hohlräumen mit komplexen Geometrien geeignet.

Aus dem Metallguss ist es bekannt, zur Herstellung von Hohlräumen in Gussteilen Kerne aus Sand zu verwenden. Derartige Kerne lassen sich unter der Voraussetzung, dass ihre Oberfläche versiegelt wird (beispielsweise indem ein Schrumpfschlauch auf den Kern aufgezogen wird), auch beim Kunststoffguss einsetzen. Sie werden aus einer Formstoffmischung umfassend ein Bindemittel und den Sand als partikulären Formgrundstoff hergestellt. Das Bindemittel hält die Partikel des Formgrundstoffs zusammen und ist somit für die strukturelle Integrität der Kerne verantwortlich. Die Kerne müssen den während eines Gussvorgangs auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen standhalten können. Nach dem Guss werden die Kerne meist mittels Vibrationen zerkleinert. Bei Verwendung eines wasserlöslichen Binders, beispielsweise eines Binders auf Basis von Magnesiumsulfat, Wassergläsern oder auf Basis von Polyphosphat und/oder Borat, lassen sich die Kerne nach dem Gussvorgang auch mit Wasser aus erhaltenen Gussteilen herauslösen.

Derartige Kerne eignen sich grundsätzlich auch zur Prozessierung von Polymeren mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen. Allerdings mangelt es den Kernen häufig an der erforderlichen Festigkeit und auch an der erforderlichen Lagerbeständigkeit. Wasserlösliche Bindermaterialien sind oft hygroskopisch und lagern somit in feuchten Umgebungen Wasser ein, was ihre Bindewirkung deutlich herabsetzen kann. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Formen, insbesondere zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Kerne, bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen sind und ein breites Anwendungsspektrum bieten. Darüber hinaus sollen die Formen und Kerne eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Lagerstabilität aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Form mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zur Herstellung der Form mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Form sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 9 ist im abhängigen Anspruch 10 angegeben. Weiterhin ist auch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 von der vorliegenden Erfindung umfasst. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens finden sich in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 15. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.

Die erfindungsgemäße Form dient insbesondere zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder in Gussteilen aus Kunststoff. Sie kann aber auch zur Erzeugung von Gussteilen aus Metall dienen. In vielen Fällen kann es sich bei der erfindungsgemäßen Form auch um einen Kern zur Erzeugung von Hohlräumen handeln. Die Form umfasst einen partikulären Formgrundstoff und einen Binder und sie weist Poren auf. Bei dem Binder handelt es sich um einen wasserlöslichen Binder.

Besonders zeichnet sich die Form durch folgendes Merkmal aus:

1 a Sie weist Poren auf und die Poren sind mit einem Porenfüllmaterial befüllt, wobei dieses Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung verflüssigbar ist.

Die Poren sind mindestens teilweise mit dem Porenfüllmaterial befüllt, in bevorzugten Ausführungsformen auch vollständig. In Ausführungsformen, in denen die Poren mindestens teilweise befüllt sind, sind vor allem die Poren befüllt, die Öffnungen hin zur Oberfläche der Form aufweisen.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen füllt das Porenfüllmaterial nicht nur besagte Poren sondern bedeckt auch die Oberfläche der Form. Bevorzugt ist das Porenfüllmaterial gegenüber dem Binder und/oder gegenüber dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert. Besonders bevorzugt ist es sowohl gegenüber dem Binder als auch gegenüber dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert. Es ist weiter bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial bei Raumtemperatur (20 °C) und Normaldruck (1 bar) fest ist.

Unter dem Begriff „chemisch inert" soll vorliegend verstanden werden, dass das Porenfüllmaterial bei seiner Verarbeitung mit dem Binder und/oder dem Formgrundstoff nicht oder nur in verschwindend geringem Maß eine Reaktion, insbesondere eine chemische Reaktion, eingeht. Das Porenfüllmaterial wird bevorzugt so gewählt, dass es in unmittelbarem Kontakt mit dem Binder und/oder dem Porenfüllmaterial nicht zu einer Schwächung der strukturellen Integrität des Kerns führt. Insbesondere darf es den verwendeten Binder nicht lösen.

Unter dem Begriff „durch Temperaturerhöhung verflüssigbar" soll vorliegend verstanden werden, dass das Porenfüllmaterial bei einer Temperaturerhöhung aus dem festen in einen flüssigen Zustand übergeht und somit einen Schmelzpunkt oder zumindest einen Schmelzbereich aufweist.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 500 °C, bevorzugt zwischen 20 ° C bis 380 °C, verflüssigbar. Innerhalb dieser Bereiche können die folgenden Bereiche weiter bevorzugt sein:

• 20 °C bis 200 °C

• 20 °C bis 150 °C

• 20 °C bis 100 °C

Die Kombination aus einer porösen Form basierend auf einem wasserlöslichen Binder und einem dem Binder gegenüber chemisch inerten Porenfüllmaterial bringt unerwartete Vorteile mit sich und eröffnet Anwendungsmöglichkeiten insbesondere im Bereich der Kunststoffverarbeitung, die über die Möglichkeiten der eingangs erwähnten Formen und Kerne weit hinausgehen. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Formen einfach und kostengünstig herzustellen.

Partikulärer Formgrundstoff

Der partikuläre Formgrundstoff besteht bevorzugt aus einer der folgenden Komponenten oder einer Kombination aus mindestens zwei der folgenden Komponenten oder umfasst zumindest eine der folgenden Komponenten oder eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Komponenten:

2a Partikel aus anorganischen, wasserunlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere Sand, Glas, Keramiken, Glaskeramiken, Glasfritten, Silikate wie Aluminiumsilikat, Metalloxide wie Aluminiumoxid, Metallnitride, Titanate, Zirkonate, Aluminate, Carbid, beispielsweise Siliciumcarbid, Metalle, Metalllegierungen, Graphitpartikel, wasserunlösliche oder in Wasser schwerlösliche Salze wie Bariumsulfat oder Calciumcarbonat.

Bei den Sandpartikeln handelt es sich bevorzugt um Partikel aus einem feuerfesten, mineralischen Sand. Der Sand kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. In Frage kommen insbesondere Quarzsand, Zirkonsand, Chromerzsand, Mullitsand und O- livinsand.

Der Begriff„Glaspartikel" meint vorliegend insbesondere alle Partikel aus anorganischen Gläsern, die sich chemisch inert gegenüber Wasser oder wässrigen Lösungen verhalten, zumindest im Temperaturbereich zwischen 0 °C und 200 °C.

Unter keramischen Partikeln sind insbesondere Partikel aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Siliciden sowie aus bekannten Tonmineralien wie zum Beispiel Kaolinit zu verstehen.

Mit dem Begriff „Glaskeramiken" sind Gläser gemeint, die kristalline keramische Partikel aufweisen, die in eine amorphe Glasphase eingebettet sind.

Glasfritten treten als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Glasschmelzen auf. Durch oberflächliches Schmelzen eines Glaspulvers backen die einzelnen Partikel des Pulvers zusammen. Bricht man den Schmelzvorgang an diesem Punkt ab, erhält man einen als Glasfritte bezeichneten porösen Körper. Der Begriff „Fritte" wird auch auf aus diesem Körper durch Mahlen gewonnene Partikel und Pulver angewandt.

Als Metallpartikel kommen vorliegend insbesondere Partikel aus Leichtmetallen wie Aluminium in Frage.

Eine Verwendung von Metallpartikeln oder niedrigschmelzenden Partikeln, beispielsweise aus einem niedrigschmelzenden Glas, kommt grundsätzlich nur bei der Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen. Für die Verarbeitung von flüssigen Metallen, beispielsweise von flüssigem Aluminium, sind Formen aus diesen Materialien nicht gut geeignet. Als Formgrundstoff eignen sich in diesen Fällen besonders Sand und keramische Partikel.

2b Partikel aus anorganischen, wasserlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere Salze aus der Gruppe mit Natriumchlorid (NaCI), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumcarbonat (Na2COs). Weiterhin zählen auch Nitrate dazu, insbesondere Natriumnitrat (NaN0 3 ) und Kaliumnitrat (KN0 3 ).

Die genannten Salze eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff.

2c Partikel aus organischen, wasserunlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere wasserunlösliche Polymermaterialien wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan und Polycarbonat.

Die genannten Polymermaterialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.

2d Partikel aus organischen, wasserlöslichen Materialien: Hierzu zählen insbesondere wasserlösliche Polymere wie Polyvinylalkohol (PVA) oder Salze organischer Säuren, beispielsweise Natriumacetat.

Die genannten Materialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.

2e Partikel aus einem anorganisch-organischen Verbundmaterial: Hierzu zählt beispielsweise Verbundmaterialien aus einem der in 2c oder 2d genannten Polymermaterialien, in das anorganische Partikel, beispielsweise aus einem der unter 2a genannten Materialien, eingebettet sind.

Anorganisch-organische Verbundmaterialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.

In bevorzugten Ausführungsformen können die Partikel des partikulären Formgrundstoffs als Kugeln oder als Hohlkugeln vorliegen. Besonders geeignet sind beispielsweise Kugeln oder Hohlkugeln aus Glas und aus Aluminiumsilikat sowie aus keramischen und glaskeramischen Materialien.

Bevorzugt weisen die Partikel des partikulären Formgrundstoffs eine mittlere Partikelgröße < 1000 μηη, bevorzugt < 600 μηη, auf. Besonders bevorzugt sind Partikel mit mittleren Partikelgrößen im Bereich von 50 μηη bis 500 μηη.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der partikuläre Formgrundstoff frei von Wasser, bevorzugt auch frei von Kristallwasser, sofern es sich bei dem Formgrundstoff um ein Salz handelt.

Gegebenenfalls kann dem partikulären Formgrundstoff Glyzerin oder ein übliches Tensid zugesetzt sein. Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Kerne kann das verwendete Porenfüllmate- rial, insbesondere wenn es sich dabei um ein Salz handelt, leichter in die Poren eindringen.

Wasserlöslicher Binder

Bei dem wasserlöslichen Binder handelt es sich bevorzugt um einen der folgenden Binder oder um eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Binder:

3a Einen wasserlöslichen anorganischen Binder: Hierzu zählen besonders bevorzugt auf Wasserglas basierende Binder, auf Magnesiumsulfat basierende Binder oder auf Phosphat und/oder Borat basierende Binder.

Als Wassergläser bezeichnet man sowohl aus einer Schmelze erstarrte, glasartige, wasserlösliche Alkalisilikate, insbesondere Natrium-, Kalium-, und Lithiumsilikate, als auch ihre wässrigen Lösungen. Zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders Natriumwassergläser. Es ist auch möglich, ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Wassergläsern einzusetzen.

Ein charakteristisches Merkmal von Wassergläsern ist ihr Modul, worunter man das Molverhältnis Si02:M2<D im Wasserglas versteht, wobei M bevorzugt ausgewählt ist aus Li + , K + oder Na + . Vorliegend werden bevorzugt Wassergläser verwendet, deren Modul im Bereich von 1 ,5 bis 3,3 liegt.

In der GB 782 205 A ist ein Alkaliwasserglas beschrieben, das sich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Binder eignet und das durch Einleitung von CO2 ausgehärtet werden kann. Weitere geeignete auf Wasserglas basierende Binder sind z.B. aus der DE 199 25 167 A1 , der DE 10 2007 045 649 A1 oder aus der US 5474606 A bekannt.

Aus der DE 10 2007 045 649 A1 ist ein„in-situ Binder" bekannt, der„in-situ" aus Kieselsäure und einer wässrigen alkalischen Lösung, beispielsweise 40%iger Natronlauge, hergestellt werden kann. Auch ein solcher Binder eignet sich hervorragend zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Borate sind Salze oder Ester der Borsäuren. Auch Borsäure selbst kann zu den Boraten gezählt werden, sie wird oft auch als Trihydrogenborat bezeichnet. Die Salze sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in ihrem lonengitter als Anion das Borat-Ion BO3 3" bzw. eine kondensierte Form davon (zum Beispiel Β4θ5(ΟΗ)4 2 , Tetraborat) enthalten.

Als Phosphate können neben klassischen Phosphaten wie Ammoniumphosphat insbesondere auch Polyphosphate und Hydrogenphosphate wie Natriumhydrogenphosphat eingesetzt werden.

Bei Polyphosphaten handelt es sich bekanntlich um Kondensationsprodukte von Salzen der ortho-Phosphorsäure (H3PO4) mit der allgemeinen Summenformel Iv PnC n+i und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0] n -M, wobei M ein einwertiges Metall ist und n ohne weiteres eine bis zu drei- oder sogar vierstellige Zahl sein kann. Zu den Polyphosphaten werden allerdings sehr häufig auch die kurzkettigen (also eigentlich Oligo-) Phosphate gezählt, bei denen n beispielsweise eine Zahl von 8 bis 32 sein kann. Zyklische Polymere werden als Metaphosphate bezeichnet.

Zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Binder auf Basis von Po- lyphosphat und/oder Borat sind beispielsweise in der WO 92/06808 A1 beschrieben. Weitere geeignete phosphatbasierte Binder sind aus der DE 103 59 547 B3 oder aus der DE 195 25 307 A1 oder aus der US 571 1792 A bekannt.

In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäß verwendete Binder als Phosphat Natrium-Hexametaphosphat ((NaPOs)6).

Einen wasserlöslichen organischen Binder: Hierzu zählen insbesondere Binder auf Basis von wasserlöslichen Polymeren, beispielsweise auf Basis von Polyvinylalkohol (PVA). Bei Polyvinylalkohol handelt es sich bekanntlich um einen thermoplastischen Kunststoff, der meistens durch Verseifung von Polyvinylacetat hergestellt wird. Der Kunststoff wird meist in Form einer wässrigen Lösung verarbeitet. Sein Schmelzpunkt liegt abhängig vom Hydrolyse- und Polymerisationsgrad in der Regel im Bereich von 200 °C bis 228 °C.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem wasserlöslichen Binder um einen der folgenden Binder oder um eine Kombination aus den folgenden Bindern:

4a Um einen auf Wasserglas basierenden Binder mit einem Anteil an einem synthetischen oder natürlichen Siliziumdioxid: Derartige Binder sind beispielsweise aus der EP 1 802 409 B1 und aus der DE 10 2007 045 659 A1 bekannt.

4b Sofern als Binder ein Polyphosphat zum Einsatz kommt, so handelt es sich hierbei bevorzugt um ein Polyphosphat mit der allgemeinen Summenformel Iv PnC n+i und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0] n -M (M = einwertiges Metall), insbesondere um Natrium- Hexametaphosphat ((NaPOs)6).

4c Sofern als Binder ein Borat zum Einsatz kommt, so handelt es sich dabei bevorzugt um ein Polyborat der allgemeinen Formel M n -2B n 02n-i oder um ein Metaborat der allgemeinen Formel (B02)n n" .

4d Magnesiumsulfat.

Mischungen aus Magnesiumsulfat und Phosphat und/oder Borat sind besonders bevorzugt.

Für die Verarbeitung von flüssigen Metallen, beispielsweise von flüssigem Aluminium, sind insbesondere Formen geeignet, die einen auf Wasserglas basierenden Binder aufweisen. Hingegen kommen alle genannten Binder grundsätzlich gut für die Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen.

Porenfüllmaterial

Bei dem Porenfüllmaterial handelt es sich bevorzugt um einen der folgenden Stoffe oder um eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Stoffe:

5a Ein wasserunlösliches natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl, beispielsweise ein Paraffin oder ein Fettsäureester, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Be- reich von 20 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 100 °C. b ein wasserlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise Polyethylenglykol oder niedermolekulares Polypropylenglycol, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 70 °C. c ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise ein niedrigschmelzendes thermoplastisches Polyamid oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C. d Ein niedrigschmelzendes Metall oder eine niedrigschmelzende Legierung, wie man es oder sie auch zur Fertigung von Kernen für das eingangs erwähnte Schmelzkern- Spritzgießen verwendet, beispielsweise Bismut oder eine Bismutlegierung, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C. e Ein wasserlösliches Salz oder eine Mischung aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen, insbesondere eine Schmelze aus dem wasserlöslichen Salz oder eine geschmolzene Mischung (Schmelze) aus den zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen.

Es gibt niedrigschmelzende Salze sowie eutektische Gemische solcher Salze, die sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Porenfüllmaterial einsetzen lassen. Geeignet sind insbesondere Salzmischungen aus Salzen, welche sich aus Kationen der Alkali- und Erdalkalimetalle sowie aus Anionen der Typen Chlorid, Nitrit, Nitrat, Carbonat, Hydroxid, Fluorid, Cyanat und Sulfat zusammensetzen.

Besonders geeignet sind beispielsweise Nitrate wie Lithium-, Kalium- oder Natriumnitrat oder Nitrite wie Lithium-, Kalium- oder Natriumnitrit oder Mischungen enthaltend ein Nitrat oder Nitrit oder bevorzugt zwei oder mehr Nitrate und/oder Nitrite. Es lässt sich beispielsweise aus 40 Gew.-% NaNÜ2, 7 Gew.-% NaNC und 53 Gew.-% KNO3 ein ternä- res Gemisch mit einer Schmelztemperatur von 142 °C bilden. Ein geeignetes binäres Gemisch aus 45 Gew.-% NaNÜ2 und 55 Gew.-% KNO3 weist eine Schmelztemperatur von 141 °C auf. Die Salzmischungen können auch Chloride enthalten, beispielsweise Magnesiumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Natriumchlorid. Aus Natriumnitrat und Natriumchlorid lässt sich beispielsweise ein binäres Gemisch mit einem Schmelzpunkt von 282 °C bilden.

Ebenfalls gut geeignet sind Formiate und Tartrate, insbesondere Kaliumformiat und Nat- riumtartrat, gegebenenfalls auch eine Mischung aus Kaliumformiat und Natriumformiat.

Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Porenfüllmaterial ausschließlich Salze und Salzmischungen eingesetzt, die frei von Wasser, insbesondere auch frei von Kristallwasser, sind.

Besonders bevorzugt werden Salze und Salzmischungen mit einer dynamischen Viskosität von weniger als 4 mPas (bei 300 °C), bevorzugt von weniger als 3 mPas (bei 300 °C), besonders bevorzugt von weniger als 2,5 mPas (bei 300 °C), eingesetzt.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Salze und Salzmischungen einen Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 500 °C, bevorzugt von 30 °C bis 380 °C, aufweisen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen können die Salze und Salzmischungen einen Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 300 °C, bevorzugt von 30 °C bis 150 °C, aufweisen.

5f Harnstoff: Bei Harnstoff handelt es sich bekanntlich um einen ungiftigen und hygienisch unbedenklichen Feststoff mit einem Schmelzbereich von 132,5 bis 134,5 °C, der eine hervorragende Wasserlöslichkeit aufweist.

5g Mindestens ein wasserlöslicher Zucker, insbesondere aus der Gruppe mit Mannoseund Galactose.

5h Mindestens ein wasserlöslicher Polyalkohol, insbesondere aus der Gruppe mit Sorbit und Mannit.

Die erwähnten organischen Porenfüllmaterialien eignen sich grundsätzlich nicht zur Verarbeitung flüssiger Metalle wie Aluminium. Hierfür sind besser geeignet sind insbesondere einige der genannten Salze und Salzmischungen. Hingegen kommen alle genannten Porenfüllmaterielien grundsätzlich gut für die Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen. In vielen Ausführungsformen ist es ganz grundsätzlich bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial ein Material ist, das nicht wasserlöslich ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem Schmelzpunkt des verwendeten partikulären Formgrundstoffs liegt, bevorzugt mindestens 20 °C unter dem Schmelzpunkt, insbesondere mindestens 50 °C. Diese Temperaturdifferenz ist insbesondere dann relevant, wenn als partikulärer Formgrundstoff Partikel aus organischen Materialien verwendet werden.

In den Fällen, in denen es bevorzugt ist, dass das Porenfüllmaterial wasserlöslich ist, spielt der Schmelzpunkt des Porenfüllmaterials eine vergleichsweise untergeordnete Rolle.

Wenn es sich bei dem wasserlöslichen Binder um einen auf Wasserglas basierenden Binder handelt, so ist es besonders bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 140 °C verflüssigbar ist.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial in der Form - bezogen auf ihr Gesamtvolumen - in einem Anteil von 1 bis 80 Vol.-%, bevorzugt von 1 bis 50 Vol.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 50 Vol.-%, enthalten ist. Dabei füllt es die Poren der Form bevorzugt zu mehr als 25 %, insbesondere zu mehr als 50 %, besonders bevorzugt zu mehr als 75 %, aus. In einigen Ausführungsformen sind alle Poren der Form mit dem Porenfüllmaterial befüllt. In einigen weiteren Ausführungsformen sind die an und unter der Oberfläche der Form liegenden Poren mit dem Porenfüllmaterial befüllt, während im Inneren der Form nicht mit Porenfüllmaterial befüllte Poren existieren.

Besonders bevorzugte Kombinationen der angeführten Formgrundstoffe, Binder und Porenfüll- materialien

Besonders bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Formen mit den folgenden Kombinationen aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial:

7a Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher anorganischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Harnstoff oder eines der genannten wasserlöslichen Salze oder ein wasserlösliches Polymer, verwendet.

Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, lässt sich nach einem Gussvorgang aus einem Gussteil in der Regel leicht mittels Wasser herauslösen. Da sowohl das Porenfüllmaterial als auch der Binder wasserlöslich sind, verliert der Kern in Kontakt mit Wasser schnell seine strukturelle Integrität und zerfällt. b Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher, anorganischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.

Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, zeichnet sich dadurch aus, dass er aufgrund des hydrophoben Poren- füllmaterials wasserabweisend ist. Er ist von sich aus also nicht wasserlöslich. Erwärmt man allerdings den Kern, so schmilzt das Porenfüllmaterial und der wasserlösliche Binder kann mit Wasser, beispielsweise dem Wasser eines Wasserbads, unmittelbar in Kontakt treten. Der dann einsetzende Lösungsvorgang resultiert in einer Zersetzung des Kerns. c Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Harnstoff oder eines der genannten wasserlöslichen Salze oder ein wasserlösliches Polymer, verwendet.

Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich in Kontakt mit Wasser ähnlich wie ein Kern gemäß 7a. d Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher, organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.

Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich ähnlich wie ein Kern gemäß 7b. 7e Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserlösliches und/oder ein anorganisches wasserlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher anorganischer oder organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.

Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich ähnlich wie ein Kern gemäß 7b.

Grundsätzlich ist es bevorzugt, dass die auf Polyphosphat und/oder auf Borat basierenden Binder sowie auch auf Magnesiumsulfat basierende Binder mit Porenfüllmaterialien kombiniert werden, die wasserfrei sind, insbesondere auch kein Kristallwasser aufweisen. Gut geeignet sind hierfür insbesondere die vorstehend beschriebenen wasserfreien Salze oder Mischungen aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen.

Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Formen und Kerne

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienenden Form, insbesondere zur Herstellung eines zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienenden Kerns, besonders bevorzugt einer Form oder eines Kerns, wie sie oben beschrieben wurden.

Bei dem Verfahren wird zunächst aus einem der beschriebenen partikulären Formgrundstoffe und aus einem der beschriebenen wasserlöslichen Binder eine Poren aufweisende Form gefertigt. In bevorzugten Ausführungsformen werden die Poren anschließend mit einem der beschriebenen flüssigen Porenfüllmaterialien befüllt. Es ist allerdings auch möglich, dass das Porenfüllmaterial im gleichen Schritt mit dem Formgrundstoff und/oder mit dem Binder verarbeitet wird.

In bevorzugten Ausführungsformen können der Formstoffmischung aus dem Formgrundstoff und dem Binder sowie gegebenenfalls dem Porenfüllmaterial als Additiv ein organofunktionelles Siloxan, insbesondere Natrium-(3-(trihydroxysilyl)propyl)methylphosphonat, zugesetzt werden. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn einer der auf Wasserglas basierenden Binder verwendet wird. Alternativ zu dem organofunktionellen Silan können Formstoffmischungen mit auf Wasserglas basierendem Binder als Additiv auch Natriumnitrat und/oder Natriumnitrit zugesetzt werden.

Die Porosität der im ersten Schritt gefertigten Poren aufweisenden Form lässt sich beispielsweise über die Partikelgrößenverteilung des verwendeten partikulären Formgrundstoffs einstellen. Große Teilchen mit einer weitestgehend einheitlichen Größe führen beispielsweise zu höheren Porositäten als Mischungen aus großen und kleineren Teilchen.

Besonders bevorzugt weist die Form eine offenporige Struktur auf.

Zur Herstellung der Poren aufweisenden Form aus dem partikulären Formgrundstoff und dem wasserlöslichen Binder kann man auf herkömmliche Verfahren wie beispielsweise die Herstellung in einem Formkasten zurückgreifen. Es ist aber ebenso möglich, in den meisten Fällen sogar bevorzugt, die Form mittels 3D-Druck herzustellen.

In vielen Fällen ist es von Vorteil, die aus dem partikulären Formgrundstoff und dem wasserlöslichen Binder hergestellte Form vor ihrer Weiterbehandlung einem Härtungsschritt zu unterziehen, beispielsweise durch Erwärmen oder eine Behandlung mit Mikrowellenstrahlung.

Weiterhin ist es in vielen Fällen bevorzugt, die Poren aufweisende Form vor ihrer Weiterverarbeitung zu trocknen, insbesondere sämtliches ungebundene Wasser zu entfernen.

Zum Befüllen der Poren wird bevorzugt das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt und mittels Druck oder Unterdruck in die Poren der Form gedrückt oder gesaugt. Beispielsweise kann hierzu eine Form mit offenporiger Struktur in eine Unterdruckkammer eingelegt werden, die anschließend evakuiert wird. Nach Einstellen des gewünschten Unterdrucks wird dann in die Unterdruckkammer das flüssige Porenfüllmaterial injiziert und in die Poren der Form eingesogen. In der Regel lässt man das Porenfüllmaterial dann erkalten, bis es erstarrt. Danach lässt sich die fertige Form der Unterdruckkammer entnehmen.

Das Porenfüllmaterial kann auch drucklos in die Poren der Form eingebracht werden, insbesondere wenn es eine geringe Viskosität aufweist. Beispielsweise kann das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt und die Form in das flüssige Porenfüllmaterial eingetaucht werden, insbesondere bis sie vollständig von dem Porenfüllmaterial bedeckt ist.

Gegebenenfalls kann das Befüllen der Poren mit dem Porenfüllmaterial auch mehrstufig, insbesondere zweistufig, erfolgen. In Abhängigkeit des gewählten Porenfüllmaterials können nach dem Einbringen des Porenfüllmaterials in die Poren beim Erkalten des Porenfüllmaterials Schrumpfungseffekte auftreten, die dazu führen, dass Poren in der Form nicht vollständig mit dem Porenfüllmaterial ausgefüllt sind. Zum vollständigen Verschließen der Poren kann es daher zweckmäßig sein, in die verbliebenen, teilbefüllten Poren in einem zweiten Schritt, gegebenenfalls noch in zusätzlichen weiteren Schritten, nochmals ein Porenfüllmaterial einzubringen.

Grundsätzlich kann in allen diesen Schritten das gleiche Porenfüllmaterial verwendet werden. Es ist allerdings in den meisten Fällen zweckmäßig, in dem oder den Folgeschritten ein Porenfüllmaterial zu verwenden, das einen tieferen Schmelzpunkt als das im ersten Schritt verwendete Porenfüllmaterial aufweist. Bereits in den Poren befindliches Porenfüllmaterial wird dann in dem oder den Folgeschritten nicht mehr aufgeschmolzen.

Eine Form, deren Poren mit einem der beschriebenen Porenfüllmaterialien befüllt sind, weist in aller Regel eine außerordentlich hohe Lagerstabilität auf, da sie, selbst wenn sie unter Verwendung eines stark hygroskopischen Binders gefertigt wurde, eine hohe Resistenz gegen Feuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit, aufweist und damit auch eine hohe Lagerstabilität. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Porenfüllmaterial eines der genannten wasserunlöslichen Materialien eingesetzt wird. Darüber hinaus erhöht die Behandlung mit dem Porenfüllmaterial die Festigkeit der Form zum Teil signifikant.

Verwendung erfindungsgemäßer Formen und Kerne

Die erfindungsgemäßen Formen und Kerne bzw. die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Formen und Kerne finden bevorzugt Anwendung zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder von Formteilen aus Kunststoff. Darüber hinaus eignen sich die Formen und Kerne auch sehr gut zur Verarbeitung von Beton sowie von keramischen Werkstoffen, insbesondere als Formen und Schalen für die Beton- und Keramikverarbeitung.

Einige Ausführungsformen der Formen und Kerne, insbesondere solche mit einem anorganischen, wasserunlöslichen Formgrundstoff sowie einem Binder auf Basis von Polyphosphat und/oder Borat sowie einem der genannten wasserlöslichen Salze oder einer der Mischungen aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen als Porenfüllmaterial eignen sich auch zur Verarbeitung von flüssigem Aluminium, insbesondere für den Aluminium-Druckguss.

Zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder Formteilen aus Kunststoff oder einem Metall mit einem Hohlraum unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kerns wird bevorzugt - der Kern in einer Gießform angeordnet und

- in die Gießform wird ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer oder ein flüssiges Metall eingebracht.

Nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers oder des Metalls kann der Kern entfernt werden. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich.

Beim Erstarren und/oder Aushärten wandelt sich das Polymermaterial oder der Polymervorläufer zu dem Kunststoff um. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass einem Eindringen des Polymermaterials oder des Polymervorläufers in die Poren der Form verhindert oder zumindest entgegengewirkt wird, da diese ja mit dem Porenfüllmaterial befüllt sind.

Bei dem flüssigen Polymermaterial kann es sich grundsätzlich um jedes Polymermaterial handeln, das sich durch Schmelzen in einen flüssigen Zustand überführen lässt, beispielsweise um ein Polyamid. Bei dem Polymervorläufer kann es sich beispielsweise um eine Reaktivmischung aus einem Bindemittel und einem auf das Bindemittel abgestimmten Härter handeln, beispielsweise um ein hydroxyfunktionelles Bindemittel und einen isocyanatfunktionellen Härter (zur Herstellung eines Polyurethans). Hervorragend lassen sich auch Epoxidharze und darauf abgestimmte Härter als Reaktivmischungen einsetzen.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Polymermaterial oder der Polymervorläufer und das Porenfüllmaterial derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial einen Schmelz und/oder Siedepunkt aufweist, der über der Verarbeitungstemperatur des verwendeten Polymermaterials oder des Polymervorläufers liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C. Umgekehrt ist es bevorzugt, dass das verwendete Polymermaterial oder der Polymervorläufer bei der Verarbeitung keine Temperaturen erreicht, bei der die genannten Temperaturdifferenzwerte überschritten werden. So liegt beispielsweise die Verarbeitungstemperatur einiger geeigneter Epoxidharze im Bereich von 150 °C bis 180 °C. Das verwendete Porenfüllmaterial sollte dann idealerweise einen Schmelzpunkt von mindestens 190 °C aufweisen, bevorzugt von mindestens 200 °C, insbesondere von mindestens 230 °C.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Kern, bevor er mit dem flüssigen Polymermaterial oder dem flüssigen Polymervorläufer in Kontakt gebracht wird oder bei der nachstehend beschriebenen Ummantelung mit dem Fasermaterial, gekühlt werden, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von - 20 °C bis 20 °C, besonders bevorzugt auf eine Tempera- tur im Bereich von - 20 °C bis 15 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von - 20 °C bis 10 °C. Durch die Abkühlung wird gegebenenfalls eine signifikante Erhöhung der Härte des Porenfüllmaterials und somit der Festigkeit des Kerns insgesamt herbeigeführt. Es lassen sich somit grundsätzlich auch Porenfüllmaterialien einsetzen, die bei Temperaturen oberhalb 20 °C einen ungenügenden Beitrag zur Festigkeit des Kerns leisten.

Zur Herstellung von Faserverbund körpern wird der Kern, bevor er in der Gussform angeordnet wird, bevorzugt mit einem Fasermaterial ummantelt. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikasern, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und Nylonfasern handeln. Die Fasern können um den Kern gewickelt oder geflochten werden. Es ist aber auch möglich, z.B. Netze, Matten oder Vliese aus den Fasern auf der Oberfläche des Kerns anzuordnen.

Wie bereits oben angesprochen, wird der Kern nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers mittels Wasser und/oder Erwärmung entfernt. Sofern das Porenfüllmaterial wasserlöslich ist, kann der Kern ausschließlich mittels Wasser entfernt werden. Wenn das Porenfüllmaterial jedoch wasserabweisend ist, muss der Kern in einen wasserlöslichen Zustand überführt werden. Dies geschieht, wie oben bereits ausgeführt, indem das Porenfüllmaterial zum Schmelzen gebracht wird.

Grundsätzlich ist es natürlich aber auch möglich, den Kern durch mechanische Verfahren wie Rütteln, durch Ultraschall oder mittels eines Hochdruckwasserstrahls zu entfernen.

Bei Verwendung wasserabweisender Porenfüllmaterialien werden das Porenfüllmaterial und das Polymermaterial oder der Polymervorläufer bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial eine Schmelztemperatur aufweist, die unter der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des aus dem Polymermaterial oder dem Polymervorläufer gebildeten Kunststoffs liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C.

Ausführungsbeispiele

Weitere Merkmale der Erfindung sowie aus der Erfindung resultierende Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen. Diese dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Bereitstellung eines Poren aufweisenden Kerns aus einem partikulären Formgrundstoff und einem wasserlöslichen Binder

A Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Wasserglas Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:

• 1 ,80 Gewichtsteile Alkaliwasserglas mit einem Modul Si02:Na20 von ca. 2,4

• 0,90 Gewichtsteile einer 50%igen Lösung von Natrium-(3-(trihydroxysilyl)propyl)me- thylphosphonat (DOW CORNING Q1 -6083 Antifreeze Additive)

• 1 ,00 Gewichtsteile amorphes, pyrogenes Siliziumdioxid

• 96,3 Gewichtsteile Quarzsand H32

Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden der Quarzsand in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Wasserglas und das Methylphosphonat zugegeben. Nachdem die Mischung für eine Minute gerührt worden war, wurde das amorphe Siliciumdioxid unter weiterem Rühren zugegeben.

Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.

B Mit Formstoffmischungen mit einem Binder, der in-situ" aus Kieselsäure und einer wässrigen alkalischen Lösung gebildet wird

Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:

• 1 ,00 Gewichtsteile kolloidales Kieselsol (Ludox HS 40, Grace Chemicals, Columbia, MD, USA)

• 0,40 Gewichtsteile NaOH (40 %ig) • 0,60 Gewichtsteile amorphes Siliziumdioxid (Flugasche Pozzolan aus Montserrat)

• 98,0 Gewichtsteile Quarzsand H32

Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden der Quarzsand in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das kolloidale Kieselsol sowie die Natronlauge und das amorphe Siliziumdioxid zugegeben.

Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.

C Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:

• 2,50 Gewichtsteile Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat (TIM-Borat der Firma Inkabor, P.l. Rio Seco Arequipa - Perü)

• 2,50 Gewichtsteile Natriumhydrogenphosphat

• 5,00 Wasser

• 90,0 Gewichtsteile Quarzsand H32

Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat sowie das Natriumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben.

Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.

D Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:

• 2,50 Gewichtsteile Di-Natriumtetraborat-Decahydrat

• 2,50 Gewichtsteile Natnumhydrogenphosphat

• 5,00 Gewichtsteile Wasser

• 90,0 Gewichtsteile Glaskugeln Quarzsand H32

Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Borax sowie das Natnumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben.

Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.

E Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:

• 1 ,25 Gewichtsteile Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat

• 1 ,25 Gewichtsteile Natnumhydrogenphosphat

• 2,50 Gewichtsteile Wasser

• 95,0 Gewichtsteile Glaskugeln (Silibeads der Firma Sigmund Lindner GmbH, 95485 Warmensteinach, Deutschland)

Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat sowie das Natnumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben. Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet. Befüllen der Poren der gemäß I hergestellten Kerne mit einem Porenfüllmaterial

F Mit einer Schmelze aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen als Porenfüllmaterial

Eine Mischung aus 40 Gew.-% NaN0 2 , 7 Gew.-% NaNOs und 53 Gew.-% KN0 3 wurde durch Erhitzen in eine homogene, niedrigviskose Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.

G Mit einem synthetischen Wachs

Ein synthetisches Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von 90 °C wurde durch Erwärmen in einen flüssigen, niedrigviskosen Zustand überführt. Gemäß I. hergestellte Kerne A-E wurden in einer Vakuumkammer einem Unterdruck ausgesetzt. In diese Kammer wurde das flüssige Paraffin eingespritzt. Das Paraffin drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und anschließender Entnahme der Kerne aus der Vakuumkammer wiesen die behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.

H Mit Harnstoff als Porenfüllmaterial

Harnstoff wurde durch Erhitzen in eine homogene, niedrigviskose Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.

I Mit Kaliumformiat als Porenfüllmaterial Kaliumformiat wurde durch Erhitzen in eine Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.

III. Herstellen eines Kunststoffformteils mit einem innenliegenden Hohlraum

Gemäß F und G und H und I behandelte Kerne wurden in einer Gießform angeordnet, in welche nach dem Schließen der Form ein Polyamid mit einer Verarbeitungstemperatur von 85 °C eingespritzt wurde.

Nach dem Aushärten und Abkühlen des Polyamids wurde das Kunststoffformteil aus der Gießform entnommen.

IV. Herstellen eines Faserverbundkörpers mit einem innenliegenden Hohlraum

Gemäß F und G und H und I behandelte Kerne wurden mit Kohlenstofffasern umwickelt und in einer Gießform angeordnet, in welche nach dem Schließen der Form ein Polyamid mit einer Verarbeitungstemperatur von 85 °C eingespritzt wurde.

Nach dem Aushärten und Abkühlen des Polyamids wurde der Faserverbundkörper aus der Gießform entnommen.

V. Entfernung der Kerne aus den gemäß III. und IV. hergestellten Kunststoffformteilen und Faserverbundkörpern

Zur Entfernung der Kerne wurden die hergestellten Kunststoffformteile und Faserverbundkörper mit auf 95 °C erwärmtem Wasser behandelt. Sowohl die gemäß F und G als auch die gemäß H und I behandelten Kerne ließen sich problemlos entfernen.

Bei den gemäß G behandelten Kernen schmolz das verwendete Paraffinwachs in Folge des Kontakts mit dem Wasser auf. Das geschmolzene Paraffinwachs ließ sich anschließend problemlos abtrennen und wiederverwerten.