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Verfahren und Vorrichtung zum Pressen von körnigen, zähen plastischen Massen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung von körnigen, zähen plastischen Massen, insbesondere für die Herstellung von Körpern aus Kunstkohle, welche in der Regel anschliessend einem Brennprozess unterworfen werden und bei denen hohe Anforderungen an die Homogenität, Dichte und Fehlerfreiheit der Erzeugnisse gestellt werden. Derartige Massen fühlen sich vor der Formgebung sandig und zäh-klebrig an, sind aber noch nicht plastisch. Erst bei der Formgebung erhalten sie plastischen Charakter.
Die bekannten Verfahren für die Formgebung solcher Massen zu Formkörpern mit mehr als 20 dm3, in der Regel etwa 300 - 1000 dm3 Inhalt, sind das Pressen und das Stampfen. Die Herstellung grösserer Körper auf Blockpressen stösst auf Schwierigkeiten, weil der Pressdruck sich in der Masse nicht wie in einer Fltis- sigkeit ausbreiten kann, sondern in der Mitte des Presslings geringer ist als an den Flächen, auf welche der Pressdruck wirkt. InfolSRdessen sind die so hergestellten Körper trotz der dabei angewendeten hohen Pressdrücke von etwa 600 bis 1000 kg/cm2 nicht gleichmässig dicht.
Zum Pressen mit der Strangpresse eignen sich nur Körper mit einfachen Querschnitten, am bestfn Rundkörper. Auch bei dem Strangpressen, bei welchem ein spezltischer Pressdruck von etwa 100 bis 4Ul ! kgl cm2, Je nach Temperatur der Masse und der Querschnittsverjüngerung im Mundstück, angewendet wird, gibt es derartige Dichteunterschiede, so dass die Körper aussen dichter sind als innen.
Schwierigere Formkörper, aber auch solche, bei denen sich wegen der erforderlichen geringen Stückzahl die Herstellung der teuren Pressformen nicht lohnt, werden meist gestampft. Hiebei werden die Körper in einfachen zerlegbaren Formen, die z. B. aus Holz gefertigt sind, von Hand mittels Pressluftstampfer lagenweise gestampft ; d. h. die für die Herstellung eines Körpers benötigte Stampfmasse wird nicht auf einmal in die Form geschüttet, sondern in Teilmengen zugegeben, wobei jede Teilmenge für sich gestampft wird. Diese lagenweise Fertigung von Formkörpern ist z. B. beim Pressen nicht möglich, weil sich die Körper dann später leicht in den Schichtebenen der Lagen spalten.
Da die Pressluftstampfer aber eine sehr kleine Stampffläche von nur etwa 20 cm2 besitzen, kann bei dieser Arbeitsweise dieser Fehler nicht auftreten, weil es dabei nicht zur Bildung von Schichtebenen kommt. Die Pressluftstampfer haben einen Hub von etwa 150 mm und eine Schlagzahl von etwa 600 je Minute. Das Stampfen von Hand mittels Pressluftstampfer erfordert sehr viel Geschick, Erfahrung und Sorgfalt. Die erzielbaren Resultate sind sehr gut. Man hat übrigens die Handarbeit beim Stampfen auch schon durch maschinelle Vorrichtungen ersetzt, die das Handstampfen nachahmen.
Solche Stampfmaschinen werden z. B. zum Einstampfen der Pressmasse in die Rezipienten der Strangpressen und zur Herstellung von Konverterböden benutzt ; auch grosse Elektroden für elektrische Öfen sind bereits damit gestampft worden. Die Stempel solcher Maschinen haben etwa 300 mm Hub und eine Schlagzahl von etwa 200 je Minute. Die Qualität der handgestampften Körper wird aber mit den bekannten Stampfmaschinen nicht erreicht. Zur Herstellung von Giessformen aus Formsand, Bausteinen aus Betonmischungen od. dgl. sind bereits eine Anzahl anderer Verfahren bekanntgeworden ; so beispielsweise das Rütteln z. B. durch fortgesetztes Aufschlagen des Formtisches auf einen sogenannten Amboss, das Vibrieren mittels z. B. rotierender Umwuchten, welche auf die Form oder auch auf den Inhalt wirken.
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gebenenfalls wird auch noch ein zusätzlicher Druck angewendet ; z. B. mittels Beschwerplatten, welche auf die in der Form befindliche Masse gelegt werden. Schliesslich sind auch durch Daumenwellen oder
Nockenscheiben betätigte Stampfer bekanntgeworden, wobei eine zusätzliche Federkraft im Augenblick deren Kontaktes mit der zu stampfenden Masse im Sinne einer Beschleunigung der Stampfer und zur Er- zielung einer grösseren Schlagkraft sowie einer statischen Presswirkung auf die Masse wirksam wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden. Pressdruck und zugleich Rüttelstösse auf die Masse wirksam werden zu lassen, wobei der Pressdruck in einer in Form einer Sinuslinie verlaufenden Druckkurve angewendet wird.
Diese Verfahren sind jedoch für die Herstellung von hochwertigen Formkörpern aus körnigen, zähen pla- stischen Massen bekanntlich nicht brauchbar, da sie keine genügend dichten Körper ergeben.
Das Verfahren gemäss der Erfindung beruht auf einer Weiterentwicklung des Blockpressens. Beim
Blockpressen musste man bisher z. B. in der Kunstkohlenfabrikation spezifische Drücke in der Grössenord- nung von 600 bis 1000 kg/cm2 anwenden, um dichte Formkörper zu erzielen. Infolgedessen sind die Pres- sen und auch die Pressformen ausserordentlich schwer und teuer.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass man bei Anwendung eines Bruchteiles von etwa ein Fünfhundenstel bis ein Tausendstel des üblichen Pressdruckes Presskörper mit derselben und sogar mit einer noch grösseren Dichte erhalten kann, wobei man mit einer einseitig offenen Form arbeitet und das Formwerkzeug mit Stempeln durch die offene Seite auf die in der Form befindliche Masse wirkt, wenn die Stempel den Querschnitt der Form praktisch vollstän- dig bedecken und kraftschlüssig gegen die in der Form befindliche Masse gepresst werden und dabei dauernd mit der Masse in Kontakt bleiben, während die Stempel gleichzeitig Stampfbewegungen in der Pressrich- tung ausführen. Die Stempel verlieren demnach auch beim Aufwärtshub keinen Augenblick ihren Kontakt mit der Masse.
Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren u. a. von den bekannten Ver- fahren. Durch das Zusammenwirken von Stempeln und elastischer Masse, wobei den Stempelbewegungen ein konstanter Pressdruck überlagert wird, entstehen bei hohen Stempelfrequenzen sehr günstige Bedingun- gen für die Kompression der Masse zu einem Fremdkörper so hoher Dichte, wie sie bisher nur durch schwere
Pressen mit hohen Drücken erzielt werden konnten.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Pressen von körnigen, zähen plastischen Massen, insbesondere für die Kunstkohleherstellung, in einer einseitig offenen Form, wobei ein in mehrere, voneinander unab- hängige Teilstempel unterteilter Pressstempel durch die oben offene Seite der Form auf die sich in ihr be- findliche Masse wirkt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der den Querschnitt der Form völlig bedeckende
Stempel kraftschlüssig auf die Masse gepresst wird, während die dauernd mit der Masse in Berührung blei- benden Teilstempel gleichzeitig Stampfbewegungen in verschiedenem Takt in der Pressrichtung ausführen.
Die einzelnen Teilstempel führen ihre Schläge also nicht gleichzeitig aus, sondern bewegen sich zur
Vermeidung von Schwingungen in verschiedenen Takten. Die Ausübung des gleichförmigen Druckes der
Stempel auf die in der Pressform befindliche Masse hat zur Voraussetzung, dass der den Pressstempeln ge- genüberliegende Boden der Form mit den Pressstempeln in kraftschlüssiger Verbindung steht. Dabei ist die
Pressrichtung vorzugsweise senkrecht. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Stampfbewe- gungen den Stempeln mit mechanischen oder elektrischen Mitteln aufgezwungen werden ; z. B. durch Kur- beln, Exzenter. Nocken, hydraulische oder elektromagnetische Mittel.
Beispielsweise wird so vorgegangen, dass man die Stempel bei einem Pressdruck bis zu etwa 10, vor- zugsweise 0, 5 - 3 kg/cm2, bezogen auf den Formquerschnitt, ausserdem noch Stampfbewegungen in der
Grössenordnung bis zu etwa 50, vorzugsweise 10-30 Schlägen, je Sekunde und bis zu etwa 15, vor- zugsweise 2 - 8 mm Hub in der Pressrichtung ausführen lässt, so dass man dem gleichförmigen Pressdruck noch Stampfbewegungen überlagert. Der gleichförmige Pressdruck, welcher die Pressstempel stetig auf die in der Form befindliche Masse drückt, kann in beliebiger Weise erzeugt werden ; z. B. mittels Schrauben- spindel oder Hub-und Druckzylindern, welche mit Pressluft, Wasser und Öl betrieben werden.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Pressstempel untereinander und gegenüber den Formwänden einen möglichst geringen Spalt frei lassen, welcher etwa
0, 1 - 20, vorzugsweise 0, 5 - 10 mm betragen kann, je nach der Plastizität und Körnung der Masse.
Bei der Herstellung von grossen Formkörpern mit Höhen über 200 mm ist das bereits oben erwähnte lagenweise Stampfen zu empfehlen, wobei vor jedem Arbeitsgang nur ein Teil der insgesamt benötigten
Masse in die Form gefüllt wird. Die Lagen können etwa 150 - 300 mm hoch sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet noch weitere Ergänzungen. So ist es z. B. zweckmässig, während des Formgebungsvorganges die bei unverändertem stetigem Pressdruck für die Stampfbewegungen der Pressstempel aufgewendete Leistung zu messen. Es wird also während des Formgebungsvorganges die
Leistungsaufnahme des Antriebsmotors der Stempel laufend gemessen. Der Vorgang wird beendet, wenn die Leistung auf einen konstanten Wert gefallen ist. Aus der Leistungskurve kann man also den Zeitpunkt
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entnehmen, bei welchem der Vorgang beendet ist ; dadurch ist es möglich, die Stempel durch eine geeignete Steuerung z. B. automatisch stillzusetzen und von der Form abzuheben, so dass dieselbe aus dem Bereich der Stempel gebracht und der fertige Körper daraus entnommen werden kann.
Varianten des Verfahrens ergeben sich aus der Möglichkeit, während des Formgebungsvorganges die Höhe des stetigen Pressdruckes sowie die Schlagzahl und/oder den Hub der Stempel zu verändern.
Da der erforderliche Druck beim erfindungsgemässen Verfahren nur einen sehr kleinen Bruchteil des bisher erforderlichen Druckes beträgt, können die benötigten Einrichtungen wesentlich einfacher und leichter gebaut werden. Eine Blockpresse für Formkörper mit einem Gewicht von z. B. 50 kg wiegt 80000 kg,
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für ForinKörper von etwa l MO hg9 800 kg wiegt. Diese Zahlen beweisen eindringlich den mit der Erfindung erzielten technischen Fortschritt.
Nicht nur die Presse, sondern auch die Pressformen können leichter gebaut werden. Die Blockpressen nach dem bisherigen Verfahren benötigen schwereStahlformen, aus denen der Formkörper nach dem Pressen durch besondere Vorrichtungen herausgedrückt werden muss. Die Formen für das neue Verfahren kön- nen leichter und zerlegbar gebaut werden, so dass nach dem Pressen die Form z. B. aufgeklappt werden kann, um den Pressling daraus zu entnehmen.
Das Verfahren umfasst alle die oben angegebenen Möglichkeiten, welche je nach der Art der Masse, nach der Form des Körpers und nach dem in dem einzelnen Fall erstrebten Ergebnis angewendet werden können. Es ist auch in der keramischen Industrie zur Herstellung grösserer Körper aus Massen anwendbar, die bisher in der Regel mit Pressluftstampfern von Hand gestampft werden.
Ein Beispiel zeigt die überraschende Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens. Mit der gleichen Pressmasse wurden unter sonst gleichen Bedingungen eine Anzahl Kunstkohlekörper in den Abmessungen 235 x 340 mm Querschnitt und 500 mm Höhe angefertigt, u. zw. :
1. Durch Blockpressen mit einem spezifischen Druck von 800 kg/cm2.
2. Durch Stampfen von Hand mittels eines handelsüblichen Pressluftstampfers mit 140 mm Hub und 600 Schlägen je Minute ; betrieben mit einem Luftdruck von 6 atü.
3. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit 1, 14 kg/cm2 gleichförmigem Druck, bezogen auf den Formquerschnitt, und zusätzlichen Stampfbewegungen von 15 Schlägen je Sekunde und 4 mm Hub.
Die mittels der drei Verfahren erzielten Dichten der Presskörper betragen nach dem Verfahren 1.
1, 67 g/cm3, nach dem Verfahren 2.1, 69 g/cm3 und nach dem Verfahren 3. 1, 73 g/cm'. Die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Presskörper zeigten nicht nur sehr befriedigende Dichten, sondern waren auch im Inneren sehr gleichmässig dicht und ergaben nach einem anschliessenden Erennprozess einwandfreie Erzeugnisse hoher Festigkeit.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung.
Die Stampfmaschine besitzt ein offenes Rahmengestell l, das übrigens auch geschlossen sein kann.
Das Gestell 1 nimmt sowohl die Stampfeinrichtung als auch die Stampfform 2 auf und verbindet diese kraftschlüssig miteinander, so dass es die Reaktionskräfte aufnehmen kann. Die Stampfeinrichtung besteht aus dem Stampfwerk 3 und der Schraubenspindel 5 mit Antrieb 51, mittels welcher das Stampfwerk hebund senkbar ist. Die Stampfform 2 besteht aus einem zerlegbaren Rahmen 21, welcher auf der Boden-
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vor-handen (nicht gezeigt), um Rahmen 21 und Bodenplatte 22 so auf dem Tisch 11 zu fixieren, dass das Stampfwerk 3 mit seinen Stempeln 31 mittels der Schraubenspindel 5 passgenau in die Stampfform 2 gesenkt werden kann. Durch die betatigung der Schraubenspindel o kann das Stampfwerk 3 aul- und abbewegt werden. Es stützt sich dabei mittels der Gleitschuhe 32 auf den Gleit-oder Führungsbahnen 12.
Das Stampfwerk 3 besteht aus dem Gehäuse 33, in welchem die Kurbelwelle 34 sowie die Schäfte der Stempel 31 gelagert sind. Die Teilstempel werden durch Pleuel 35 betätigt. Da das Stampfwerk 3 während des Betriebes gehoben und gesenkt werden kann, muss zwischen der Antriebsvorrichtung und der Kurbelwelle 34 ein bewegliches Glied eingeschaltet sein, z. B. eine Kardanwelle. Der nicht gezeichnete Antrieb wirkt auf den Wellenstumpf 36.
Das Stampfen eines Presslings in der Stampfform 2 erfolgt lagenweise ; für je 150 - 300 mm Formhöhe rechnet man in der Regel eine Lage. Nachdem das Stampfwerk mittels der Schraubenspindel 5 in die höchste Lage gebracht worden ist, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, wird die für die erste Lage benötigte Stampfmasse in die Stampfform 2 gefüllt und das Stampfwerk 3 auf die Masse gesenkt. Zugleich werden die Teilstempel 31 durch den Antrieb der Kurbelwelle 34 in Betrieb gesetzt. Diese Teilstempel 31 haben nur einen geringen Hub von 3 mm und eine Schlagzahl von 15 je Sekunde und Stempel. Die
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