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Verfahren und Einrichtung zur Formung plastischer Massen durch Pressen mittels Matrizen.
In den verschiedensten Zweigen der Technik ergibt sich die Notwendigkeit, plastische Massen mittels Matrizen in eine bestimmte Form zu pressen. Häufig liegt auch die Aufgabe vor, bei einer solchen Formgebung beispielsweise zur Versteifung in die plastischen Massen Bewehrungseinlagen aus den verschiedensten Materialien einzubringen. Bei einem solchen Pressvorgang tritt der Übelstand auf, dass die plastische Masse an ihrer Oberfläche an den Matrizen klebenbleibt und daher der Formling eine zerrissene Oberfläche aufweist und ein unschönes Aussehen bekommt.
Es ist bereits bekanntgeworden, mit Solaröl oder auch mit sogenanntem Stanzöl versetzte pulverige Massen in einer Schrauben-oder Hebelpresse zu formen, welche in entsprechenden Vertiefungen einer Metallplatte (Matrize) das Pulver zusammendrücken. Um beispielsweise das Hängenbleiben eines fertiggepressten Tellers entweder an dem Stempel oder in der Blechform zu vermeiden, wurde ferner bereits vorgeschlagen, den Stempel vor dem Pressen mit Terpentinöl oder Petroleum od. dgl. zu befeuchten, welches die Adhäsion des Pressgutes an das Metall aufhebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in ihrem Gefüge absolut gleichartige, exakt gepresste Körper herzustellen, die während und nach dem Pressvorgang weder an ihrer Oberfläche an die Matrize ankleben und dadurch Beschädigungen erleiden noch sonst im Inneren Störungen der Gleichmässigkeit des Gefüges erfahren. Im Gegenteil wird durch die eigenartige Durchführung des Pressvorganges gemäss der Erfindung knapp vor der Fertigstellung des Produktes noch eine Gelegenheit geschaffen, die im Inneren des Pressgutes etwa noch vorhandenen Ungleichmässigkeiten des Gefüges durch die knetende Wirkung der Pressteile, z. B. der Matrizen, infolge des elastisch federnden Andruckes an den Presskörper zu beseitigen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt dadurch, dass zunächst vor oder während des Pressvorganges den plastischen Massen gegenüber den Matrizen ein derartiger Temperaturunterschied erteilt wird, dass ein Ankleben des Pressgutes an die Matrizen nicht eintritt, worauf die Pressung unter elastischen Andruck der Matrizen an das Pressgut erfolgt. Es ist für den erzielten Verfahrenseffekt der Vermeidung des Anklebens belanglos, ob das Schmiermittel (z. B. Stanzöl) der plastischen Masse zugesetzt oder als Pressformschmiermittel verwendet wird.
Als plastische Massen werden im vorliegenden Fall insbesondere Massen aus dem Bereiche der Mineralstoffe, ferner organische Faserstoffe verstanden, welche als ein Gemisch organischer Fasern mit Bindemitteln beliebiger Art hergestellt werden können, ferner Zellulosemassen, die mit oder ohne Bindemittel durch den Pressvorgang im Gefüge gefestigt, allenfalls auch verhärtet werden können.
Eingehende Versuche des Erfinders haben ergeben, dass die Herstellung homogener Presskörper mit gleichartiger Oberfläche und die Verhinderung des Anklebens der plastischen Massen an die Matrizen nur dann gelingt, wenn den plastischen Massen gegenüber den Matrizen ein ganz bestimmter von dem zu verarbeitenden Material und dessen Feuchtigkeits-bzw. Fettgehalt abhängiger Temperaturunterschied erteilt wird und wenn die Produktionstemperatur selbst so gewählt wird, dass das verwendete Schmiermittel jenen Viskositätsgrad aufweist, welcher zur Verhinderung des Anklebens der plastischen Massen an die Matrize erforderlich ist.
Die geeignete Durchlaufgeschwindigkeit eines jeden Pressgutes ergibt sich nach den Versuchen des Erfinders als eine Funktion erstens des spezifischen Gewichtes, zweitens des Wassers-oder Fettgehaltes des Pressgutes, drittens des Temperaturuntersehiedes zwischen Pressgut und Pressteilen, endlich viertens des zur Pressung anzuwendenden Druckes und der Zahl der Eigenschwingungen der Anpressfedern zwecks Erzielung der Knetwirkung, wodurch der störungsfreie und dennoch absolut formgebende
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Durchgang des Pressgutes gesichert ist. In an sich bekannter Weise hängt die Durchlaufgeschwindigkeit auch noch fünftens von der Viskosität und der Menge des verwendeten Schmiermittels ab.
Zwecks Herstellung einwandfreier Presserzeugnisse gemäss der Erfindung werden im ersten Verfahrensschritt der Ausgangsmasse so lange geeignete Zusätze beigegeben, bis die Masse genügend plastisch geworden ist. Im zweiten Schritt des Verfahrens wird die plastische Masse in an sich bekannter Weise mit einem Schmiermittel benetzt und ihr gegenüber der Matrize eine derartige Temperaturdifferenz erteilt, dass, wie leicht zu ermitteln ist, während des Pressens kein Ankleben der Masse an die Matrize eintritt.
Im dritten Verfahrenssehritt wird der Andruck der Matrize an die plastische Masse so lange erhöht, bis der Pressling das gewünschte Aussehen und Gefüge aufweist, worauf im vierten Verfahrensschritt die Durchlaufgeschwindigkeit bis zu ihrem wirtschaftlichen Grösstwert erhöht wird, d. h. bis noch eine einwandfreie Pressung des Formlings möglich ist, wie ebenfalls leicht festgestellt werden kann.
Versuche des Erfinders haben ferner ergeben, dass für plastische Massen von einem spezifischem Gewichte zwischen l'l und 2'8 bei einem Feuchtigkeits-oder Fettgehalt zwischen 5-45% günstige Pressergebnisse bis zu einer Durchlaufgeschwindigkeit von O'l m/8ek erzielbar sind und der günstigste Mittelwert in technischer wie in wirtschaftlicher Beziehung sich mit 0'0135 m/Mek ergibt.
Die obengenannten fünf Variablen, als deren Funktion sich die Durchlaufgeschwind'gkeit darstellt, können derartig mannigfaltig miteinander kombiniert werden, dass sich überraschende Grenzwerte für die möglichen Durchlaufgeschwindigkeiten daraus ergeben, wobei aber praktische und wirtschaftliche Werte-wie der oben angeführte günstigste Mittelwert von 0'0135 zeigt-von dem unteren und oberen Grenzwert der möglichen Durchlaufgeschwind : gkeit ziemlich weit entfernt sind. Nicht zuletzt besteht aber auch ein Zusammenhang der vorteilhaftesten Durchlaufgeschwindigkeit des Pressgutes mit der Grösse des elastischen Andruckes der Federn und der Zahl ihrer Eigenschwingungen, wodurch der störungsfreie und dennoch absolut formgebende Durchgang des Pressgutes gesichert ist.
Nur die Zusammenfassung und Einhaltung aller dieser Bedingungen ist massgebend für die Lösung der gestellten Aufgabe, ein in jeder Richtung einwandfreies Presserzeugnis aus plastischer Masse herzustellen.
Es wird die Zeitdauer des Pressvorganges bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit des Pressgutes durch die Presse auf jeden Fall so bemessen, dass genügend Zeit vorhanden ist, um. eine innige mechanische Verbindung der Masseteilchen unter sich und allenfalls mit einer Einlage während des Pressvorganges sicherzustellen.
Es ist ferner bereits bekanntgeworden, ein Gemisch aus Faserstoffen und Zement zwecks Herstellung von Platten oder ähnlichen Gegenständen einer gleichmässigen oder fortschreitenden oder stufen- weise gesteigerten Vorpressung im trockenen Zustand zu unterwerfen. Diese Trockenvorpressung fand dabei mit Hilfe von Druckore : anen statt. wobei die Materialnlatte oder der Materialstreifen unter oder zwischen den Druckorganen hindurchging, so dass die Druckstelle gegenüber der Materialmasse wanderte.
Bei diesen bekannten Einrichtungen war eine untere und eine obere Druckrolle vorhanden, von welchen die letztere in einen beweglichen Block gelagert war, der mit Federn behufs Regelung des durch die beiden
Rollen auf das zwischen ihnen befindliche Material ausgeübten Druckes ausgerüstet war. Diese bekannte aus Druckrollen und Federn bestehende Einrichtung diente also ausschliesslich zum Verdichten der zwischen den Druckrollen hindurchgeführten Platten.
Beim Gegenstande der Erfindung handelt es sich jedoch darum, dass keine Lufteinschlüsse im Formling bestehen bleiben und dass ein homogener Presskörper erhalten wird, insbesondere bei Umpressung einer Einlage mit plastischer Masse.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Auspressung von Luftblasen aus der plastischen Masse dadurch erleichtert wird, dass die Masse infolge des elastisch federnden Andruckes der Matrizen in schnell aufeinanderfolgenden Zeiträumen Druckschwankungen bei gleichzeitiger Knetwirkung unterworfen wird. Die Stärke und Zahl dieser Druckschwankungen hängt von der Dimensionierung, dem Material und der Spannung der die Pressteile an die Masse anpressenden Federn ab. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei sich verändernden Elastizitätskoeffizienten der plastischen Masse während des Arbeitsganges und auch bei ungleichmässigem Gefüge derselben ein vollkommenes Umfliessen der Bewehrungseinlage sicherzustellen.
Durch Anordnung einer Einstellvorrichtung für die beiden Pressteile kann deren Entfernung ge- ändert werden, ebenso kann die Spannung der Andruckfeder für die Pressteile durch Betätigung geeigneter Einstellvorrichtungen vergrössert oder verkleinert werden. Derart ist es möglich, für Pressgüter verschiedenen spezifischen Gewichtes, verschiedenen Feuchtigkeitsgehaltes und verschiedenen Gefüges die günstigste Durchlaufgeschwindigkeit und den günstigsten Pressdruck der Anpressfedern zur Anwendung zu bringen.
In den Fig. 1-5 sind in schematischer Darstellung die einzelnen aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte gemäss der Erfindung bei Verwendung von Pressstempeln zur Durchführung des Pressvorganges dargestellt. In allen Figuren ist X die plastische Masse, Y die einzubringende Bewehrungseinlage.
Fig. 1 stellt den ersten Verfahrensschritt dar. In diesem erfolgt die Benetzung der in Richtung
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material. Fig. 2 zeigt die im zweiten Verfahrens schritt durchgeführte Vereinigung der beiden Teile X und Y durch das Anpressen des oberen Pressstempels b an seine Unterlage. Infolge Niederganges des auf die Feder d drückenden Teiles b1 wird der Stempel b federnd nachgiebig auf die Masse X angedrückt.
Fig. 3 zeigt das Abheben des oberen Pressteiles b, wonach der zu einem Ganzen vereinigte Formling in Richtung des Pfeiles pi (Fig. 1) weiterbewegt wird. Ein Ankleben der plastischen Masse an den Stempel und die Unterlage wird durch die vorangegangene Schmierung an den Flächen, f2 verhindert. In Fig. 4 sind in vergrössertem Massstabe die Teile X und Y knapp vor ihrer Vereinigung dargestellt, in welcher Lage sich zwischen den Maschen der Bewehrung Lufteinschlüsse L befinden. In Fig. 5 ist dargestellt, in welcher Weise infolge des federnden Andrückens des Stempels an die plastische Masse letztere um die Teile der Bewehrung herumfliesst, wobei gleichzeitig das Auspressen und der Austritt der Lufteinschlüsse erfolgt.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendeten Einrichtungen sind in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt, bei welcher als Pressteile zwei Walzen verwendet werden.
Fig. 6 zeigt eine Maschine in Seitenansicht, welche zum Umpresen einer Metallbewehrung mit plastischer Masse dient. In Fig. 7 ist ein Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 6 dargestellt.
In Fig. 6 ist 1 der Walzenständer, 2 der Pressbügel, welche beiden Teile durch die Befestigungsschrauben. 3 verbunden sind. 4 sind die Gehäuse für Druckfedern 5. Mit ss sind oberhalb der Druckfedern 5 angeordnete Teller bezeichnet, die in vertikaler Richtung durch Verstellschrauben 7 eingestellt werden können. 8 sind die zur Unterstützung der Federn 5 dienenden unteren Federplatten. Mit 9 und 10 sind die obere und untere Presswalze bezeichnet, welche an ihren beiden Enden Achsstummeln 11, 12 tragen. Die obere Walze ist in zwei Lagerschalen 13, 14, die untere Walze in zwei Lagerschalen 15, 16 gelagert. Mit 17, 18 sind zwei Filz-oder Teppichrollen bezeichnet, welche je in einem Öl-oder Schmier- flüssigkeitsbehälter 19, 20 eintauchen.
Die obere bzw. die untere F, lzrolle sind mittels eines Hebels 25,26 je auf einem Zapfen 27, 28 gelagert, der auf einem Arm 29, 30 je ein Gegengewicht : 31, 32 trägt. Mit X ist die im vorliegenden Ausführungsbeispiel plattenförmige, von der Führungsvorrichtung 33 unterstützte plastische Masse bezeichnet. Y ist eine Metalleinlage, welche durch den Pressvorgang in die plastische
Masse eingeformt werden soll.
In Fig. 7 sind die gleichen Teile mit den gleichen'Bezugszeichen bezeichnet. 34 ist der zum Antrieb der Maschine dienende Elektromotor, der ein auf dem Achststummel 12 der unteren Walze sitzendes
Zahnrad 35 treibt, welches mit einem auf dem oberen Aehsstummel 11 sitzenden Zahnrad 36 in Eingriff ist. 37, 38 sind an die Dampfzuleitung angeschlossene Rohre für die Heizung der oberen und unteren Walze. 39,40 sind die Anschlüsse der Kondensatableitung. 41 ist eine mit Langlöchern 42,43 versehene Fixierschiene, 44, 45 Spiralanpressfedern für die obere bzw. untere Walze. 46, 47 sind zwei mit Schraubengewinden versehene Lagerstücke, die durch den Schraubenbolzen 48 distanziert werden.
Mit 50 iFt ein
Thermostat bezeichnet, welcher sich oberhalb der oberen Walze unter der Glocke 51 befindet, die auf dem Träger 52 aufgehängt ist. 53,54 ist die zur Anstellung bzw. zur Ausschaltung des Motors dienende Einrichtung.
Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende : Vor Ingangsetzung der Maschine werden vermittels der Dampfzuleitungsrohre 37, 38 die zur Durchführung des Pressvorganges dienenden Pressmittel, im vorliegenden Falle die obere Walze 9 und die untere Walze 10, geheizt, bis die während des Betriebes einzuhaltende Produktionstemperatur der Maschine erreicht ist. In diesem Zeitpunkte wird durch den Thermostaten 50 ein Stromkreis auf folgendem Wege geschlossen : Von der Klemme 60 der positiven Hauptleitungsschiene 61 geht der Strom über die Leitung 62 durch den Thermostaten und über die Leitung 63 durch die Magnetspule 54 und die Leitung 64 zur negativen Hauptschiene 65 zurück.
Gleichzeitig fliesst ein Strom von 60 über die Leitung 62 durch den Thermostaten, über die Leitung 66 zur Magnetspule 53 und über 64 zur negativen Leitungsschiene 65 zurück. Die beiden Magnetspulen 53, 54 halten daher den Kontakthebel 67 in seiner Mittelstellung, wodurch dessen Kontakt 68 geschlossen ist. Es fliesst jetzt ein Strom von der positiven Hauptschiene 61 über 70 und die Leitung 77 zur positiven Klemme 72 des Motors zur negativen Klemme 73 des Motors und durch die Leitung 74 zum Hebel 67 und über den Kontakt 68 und die Leitung 75 zur negativen Leitungsschiene 65 zurück. Bei Erreichung der im Betriebe einzuhaltenden Produktionstemperatur befindet sich daher der Hebel 67 in seiner Mittelstellung, und werden durch den Motor 34 die beiden Walzen 10, 9 in Drehung versetzt.
Wird die Produktionstemperatur um einen bestimmten Betrag unterschritten oder überschritten, wird entweder der eine Elektromagnet 53 oder der andere Elektromagnet 54 ausgeschaltet, wodurch der Hebel 67 aus seiner Mittelstellung entweder nach links oder nach rechts ausschlägt, in welchen beiden Fällen der Kontakt 68 geöffnet wird.
Durch Lösung des Kontaktes 68 findet daher sowohl bei Überschreitung als auch bei Unterschreitung der Produktionstemperatur eine Abschaltung des Motors 34 vom Netze statt.
Nach Ingangsetzung des Motors erfolgt infolge der Drehung der oberen und unteren Walze das gleichzeitige Einziehen der Drahteinlage Y und der plattenförmigen plastischen Masse X in Richtung der beiden Pfeile PI und pa (Fig. 6). Bei dem darauffolgenden Pressvorgang findet das Eindrücken der Metalleinlage Y in die plastische Masse X statt.
Um eine innige mechanische Verbindung der die Einlage
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umgebenden Massen, : insbesondere bei Zwisehenlagerung der Bewehrungseinlage Y zwischen zwei plattenförmigen, plastischen Massensträngen, zu gewährleisten und sicherzustellen, dass bei der Verformung die plastische Masse die Einlage von allen Seiten vollkommen umschliesst, wird erfindungsgemäss die Zeitdauer des Pressvorganges und die Durchlaufgeschwindigkeit des Pressgutes durch die Presse dementsprechend bemessen.
Es hat sich durch Versuche ergeben, dass ein homogener Presskörper, welcher vollständig frei von Lufteinschlüssen ist, nur dann erreicht werden kann, wenn der in der plastischen Masse eingeschlossenen Luft durch eine ganz bestimmte Zeit Gelegenheit gegeben wird, während des Pressvorganges zu entweichen. Die Einhaltung'einer bestimmten minimalen Zeitdauer des Pressvorganges ist auch deswegen erforderlich, um den einzelnen Teilchen der plastischen Masse jenes Minimum an Zeit zu lassen, welche nötig ist, damit die erforderliche Kohäsion innerhalb der gepressten Masse voll erreicht wird und damit die dem Material aufgezwungene Formänderungen zu bleibenden Formänderungen werden.
Insbesondere muss auch, wenn es sich um das Umpressen von Bewehrungseinlagen handelt, dem Pressgut genügend Zeit gelassen werden, damit es um die Bewehrungseinlage vollständig herumfliessen kann.
Mit dem Entweichen der in die plastische Masse etwa eingeschlossenen Luft und mit dem Eindringen des Materials in alle Hohlräume ist auch eine Volumsverminderung des plastischen Materials verbunden.
Aus diesem Grunde ist es notwendig, die Matrize elastisch nachgiebig zulagern, um die Matrize der Volumsverminderung entsprechend nachbewegen zu können. Durch die elastisch federnde Lagerung der beiden Walzen gegeneinander wird auch das sukzessive Auspressen etwa eingeschlossener Luftblasen erleichtert.
Erfindungsgemäss sind daher über dem Lager des oberen Pressteiles elastische Anpressmittel z. B. in Gestalt einer Druckfeder angeordnet. Die Spannung dieser Druckfeder kann mittels des Schraubenbolzens 1 eingestellt werden. Die Durchlaufgeschwindigkeit des Pressgutes und der Druck während des Pressvorganges kann durch Einstellung des Abstandes der zusammenwirkenden Pressteile geändert werden, es ist daher- erfindungsgemäss zwischen dem Lager für den oberen Pressteil und dem Lager für den unteren Pressteil eine Einstellvorrichtung für den Abstand beider Pressteile vorgesehen.
Durch Einhaltung einer bestimmten Durchlaufgeschwindigkeit wird die nötige Adhäsion zur sicheren Vereinigung der Teilchen der zu verformenden Masse untereinander und mit der Oberfläche der Einlage erzielt. Wird diese günstigste Durchlaufgeschwindigkeit überschritten, leidet die Festigkeit der Verbindung der zu vereinigenden Teile.
In vielen Fällen ist es erforderlich, dass das Produkt besondere Leichtigkeit in Verbindung mit hoher Homogenität und Festigkeit aufweist. Zu diesem Zwecke werden gemäss der Erfindung die verwendeten plastischen Massen mit bei späterem Brennen herausbrennbaren organischen Stoffen der verschiedensten Art in fein verteiltem Zustande vermengt. Besondere Leichtigkeit des Produktes kann auch durch Verengung der plastischen Massen mit organischen Stoffen, wie Kieselgur u. dgl., in feinverteiltem Zustande erzielt werden. Versuche des Erfinders haben ergeben, dass eine besonders gleichmässige Verteilung der durch Ausbrennung erzeugten Lufträume in der plastischen Masse durch Verwendung eines elastischen Andruckes der zusammenwirkenden Pressteile erzielt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Formung plastischer Massen durch Pressen mittels Matrizen, insbesondere aus dem Bereiche'der Mineralstoffe, ferner organischer Faserstoffe in Verbindung mit geeigneten Bindemitteln, bei dem die Matrizen bezw. die plastischen Massen an ihrer Oberfläche durch ein Schmiermittel benetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den plastischen Massen gegenüber den Matrizen ein derartiger Temperaturunterschied etteilt wird, dass ein Ankleben des Pressgutes an die Matrizen nicht eintritt, wobei die Pressung unter elastisch federndem Andruck der Matrizen an das Pressgut erfolgt.