DE102005038887A1

DE102005038887A1 - Gussform für ein Niederdruck-Gussverfahren, Verfahren zum Herstellen einer solchen Gussform und Verfahren zum Niederdruckgießen

Info

Publication number: DE102005038887A1
Application number: DE200510038887
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Menzel; Rudolf Kraus; Uwe Heinold
Original assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gussform mit DOLLAR A - einer Basisschicht (2), einer permeablen Filterschicht (1) mit einer Filterschicht-Permeabilität (k1) auf einer Oberfläche der Basisschicht zwischen der Basisschicht und einem Gussraum (6), einer ersten Leitungseinrichtung (50-52) zum Zuführen von Schlicker (S) in den Gussraum und DOLLAR A - einer zweiten Leitungseinrichtung (5) zum Ableiten von Flüssigkeit (W) aus dem Gussraum durch die Filterschicht und/oder zum Zuleiten eines Druckmediums (L) zum Ablösen eines im Gussraum gebildeten Scherben, DOLLAR A - wobei die Basisschicht aus fest miteinander verbundenem Schüttgut mit einer Basisschicht-Permeabilität (k2) ausgebildet ist und die Filterschicht von der Oberfläche der Basisschicht aus eine Strecke in die Basisschicht eindringt und in diesem Bereich mit der Basisschicht verbunden ist, wobei die zweite Leitungseinrichtung einen Anschluss zum Anlegen eines Unterdrucks (p1) aufweist. Gegebenenfalls auch eingenständig vorteilhaft ist eine Druckgussform, wenn die Basisschicht und/oder die Filterschicht durch eine Trennwand (9) in zumindest zwei Abschnitte (8, 8*) unterteilt ist, wobei die Abschnitte (8, 8*) drucktechnisch und/oder leitungstechnisch voneinander getrennt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gussform für ein Niederdruck-Gussverfahren mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gussform bzw. auf ein Verfahren zum Niederdruckgießen.

Eine Druckgussform dient zum Fertigen von z.B. hartmetallischen oder keramischen Gegenständen mittels des sogenannten Schlickergussverfahrens. Üblicherweise zumindest zwei Druckgussformteile werden zusammengesetzt und unter Druck mit Schlicker gefüllt. Die Druckgussform besteht innenseitig aus einer permeablen bzw. porösen Filterschicht, durch welche die Flüssigkeit des Schlickers hindurchtritt. Auf der Oberseite der Filterschicht bildet sich dadurch aus den festen Bestandteilen des Schlickers ein Scherben, welcher nach Entnahme und Sintern den keramischen Gegenstand ausbildet. Zur Abführung der Flüssigkeit des Schlickers ist der Gießschicht benachbart eine Basisschicht, welche der Gießschicht Stabilität bietet und eine Leitungseinrichtung zum Abführen der Flüssigkeit aufweist.

Bekannt sind außerdem Gussformen für Niederdruck-Gussverfahren, bei denen Formen aus Gips als Gussformen verwendet werden. Schlicker wird in die Gussform quasi druckfrei oder mit geringem Überdruck eingeleitet. Deshalb werden solche Gussverfahren als Niederdruck-Gussverfahren bezeichnet. Die Entwässerung einer solchen Gussform erfolgt im Wesentlichen durch Kapillarwirkung, indem das Material der Gussform die Flüssigkeit des Schlickers aufnimmt.

Nachteilhaft sind beim Niederdruck-Gussverfahren die hohen Zykluszeiten von ca. 3 bis 4 Stunden für einfache keramische Artikel, da nach dem Eingießen des Schlickers und dem Ausbilden eines Scherben an der Wandung der Gussform vor dem Entformen des Scherben eine Trocknung bzw. Nachverfestigung mit einer Dauer von ca. 30 Minuten bei einem einfachen keramischen Artikel erfolgen muss. Außerdem muss alle drei bis vier Zyklen eine Trocknung der Gussform selber vorgenommen werden, da diese mit Kapillarwasser vollgesogen ist. Auch eine solche Formenrücktrocknung benötigt einen entsprechend hohen Zeitaufwand. Nachteilhaft ist auch die Lebensdauer von oftmals nur ca. 100 Zyklen aufgrund unter anderem der erforderlichen Formenrücktrocknung, so dass entsprechend hohe Herstellungs- und Entsorgungskosten für die Neubeschaffung von Formen bei Serienfertigungen keramischer Artikel entstehen.

Neben einer ersten Leitungseinrichtung zum Zuführen von Schlicker in einen Gussraum einer solchen Gussform sind auch Gussformen mit einer zweiten Leitungseinrichtung bekannt, welche in Form von Schläuchen zum Entwässern in das Material der Gussform eingearbeitet ist.

Die Leitungseinrichtung dient üblicherweise einerseits als Drainagesystem zum Entwässern bzw. Abführen der Flüssigkeit des Schlickers. Andererseits dient die Leitungseinrichtung zum Lösen des Scherben aus der Form, indem in umgekehrter Richtung Druckluft durch die Leitungseinrichtung und die Filterschicht gegen den ausgebildeten Scherben gedrückt wird.

Derartige Gussformen für Druckguss bestehen üblicherweise aus Kunststoff, welcher elastische und plastische Eigenschaften aufweist, so dass die Gussformen regelmäßig zu erneuern sind. Problematisch ist ein materialbedingtes Eigenleben, welches bereits beim Herstellen der Gussform zu einem nur begrenzt beherrschbaren 3D-Schwund führt. Beim späteren Einsatz in einem Gussverfahren schwindet außerdem die gesamte Form aufgrund der Einspannkräfte der Gussform in einer Druckgusspresse. Üblicherweise wird die Form ausgetauscht, wenn die erzeugten Artikel nicht mehr innerhalb der gegebenen Toleranzen liegen, so dass auch dadurch eine nur begrenzte Nutzungsdauer der Druckgussform gegeben ist.

Allgemein bekannt ist zum Ausbilden der Leitungseinrichtung eine Anordnung von ggf. tausenden Löchern von einer Außenseite bis kurz vor die Oberfläche der permeablen Filterschicht. Die Herstellung einer solchen Druckgussform ist entsprechend sehr aufwändig. Aus US 5,556,587 ist eine Druckgussform mit einem aufwändigen Drainagesystem als Leitungseinrichtung zum Entwässern und entformen bekannt. WO 02/072327 A1 beschreibt eine Druckgussform mit einer ausgebildeten Doppelwandung. Unter der Filterschicht befindet sich ein Hohlraum, welcher mit einem Leitungssystem zum Entwässern verbunden ist. Entsprechend ist die Herstellung der Druckgussform mit einem hohen Aufwand verbunden.

DE 37 24 610 C2 bzw. US 4,913,868 zeigen eine Druckgussform, welche zwei übereinander angeordnete poröse Schichten aufweisen. Zur Herstellung der Druckgussform wird eine poröse Innenschicht mit einem mittlern Porendurchmesser von höchstens 20 μm und einer Dicke von 5–40 mm gegossen. Auf der Rückseite der porösen Schicht wird mit einem Muster ein Kleber aufgetragen, wobei wenigstens einige Bereiche der Rückseite von dem Kleber unbedeckt bleiben müssen, woraufhin auf die Rückseite der porösen Innenschicht eine grobporöse Außenschicht aufgesetzt wird. Die grobporöse Außenschicht weist eine Korngröße von 0,1–5 mm und eine Dicke von 5–30 mm auf. An der grobporösen Außenschicht wird wenigstens ein Rohr zum Abführen von Wasser und zum Einblasen von Luft aus der bzw. in die grobporöse Außenschicht angeschlossen. Außerdem wird die derart gebildete Druckgussform außenseitig mittels eines Harzklebers abgedichtet. Die Leitungseinrichtung zum Entwässern der porösen Innenschicht bzw. zum Zuführen von Druckluft durch die poröse Innenschicht besteht somit aus der grobporösen Außenschicht und dem Rohr. Nachteilhaft ist bei dieser Anordnung jedoch das aufwändige Verkleben der beiden porösen Schichten miteinander.

EP 0 121 929 B1 bzw. US 4,531,705 beschreiben ein sehr aufwändiges Verfahren zum Herstellen einer Druckgussform, bei dem nach dem Formen eines rohen Grundkörpers durch Ausschmelzen Zwischenräume und Poren ausgebildet werden. DE 42 25 412 C1 beschreibt eine Form zum Herstellen von flüssigkeitshaltigen Pressteilen, wie Dachziegeln aus Lehm oder ähnlichem Material. Die Form weist zwei Schichten auf, wobei die mit dem zu verpressenden Material in Kontakt kommende Schicht aus feinporigem geschäumtem Keramikmaterial besteht, während die darunter angeordnete Schicht aus grobporigem geschäumtem Keramikmaterial oder geschäumtem Beton besteht.

Bei einer Vielzahl der Gussformen besteht zudem das Problem, dass die Wandungsstärke der Gussform bei aufwändig zu formenden Keramikartikeln, beispielsweise Toiletten oder Waschbecken, unterschiedlich dick ist, so dass ein sehr aufwändiges Leitungssystem erforderlich ist, damit die verschiedenen Abschnitte der Gussform im Bereich von der Filterschicht optimal entwässert bzw. rückseitig mit Druckluft beaufschlagt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gussform mit einem einfacheren Aufbau, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gussform bzw. ein verbessertes Verfahren zum Niederdruckgießen vorzuschlagen. Vorzugsweise soll die Gussform ein verbessertes Verfahren zum Entwässern ermöglichen. Insbesondere soll die Zyklusdauer bei der Herstellung keramischer Artikel verkürzt werden durch eine reduzierte Rücktrocknungszeit und/oder durch eine Reduzierung der Anzahl von erforderlichen Formenrücktrocknungen.

Diese Aufgabe wird durch eine Druckgussform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 11 ein Verfahren zum Herstellen einer Druckgussform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 bzw. durch ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Artikels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 23 gelöst.

Bevorzugt wird demgemäß eine Gussform mit einer Basisschicht, mit einer permeablen Filterschicht mit einer Filterschicht-Permeabilität auf einer Oberfläche der Basisschicht zwischen der Basisschicht und einem Gussraum, mit einer ersten Leitungseinrichtung zum Zuführen von Schlicker in den Gussraum und mit einer zweiten Leitungseinrichtung zum Ableiten von Flüssigkeit aus dem Gussraum durch die Filterschicht und/oder zum Zuleiten eines Druckmediums zum Ablösen eines im Gussraum gebildeten Scherben. Vorteilhaft wird die Gussform dadurch, dass die Basisschicht aus fest miteinander verbundenem Schüttgut mit einer Basisschicht-Permeabilität ausgebildet ist und die Filterschicht von der Oberfläche der Basisschicht aus eine Strecke in die Basisschicht eindringt und in diesem Bereich mit der Basisschicht verbunden ist, wobei die zweite Leitungseinrichtung einen Anschluss zum Anlegen eines Unterdrucks aufweist.

Bevorzugt wird gemäß auch eigenständiger Ausgestaltung eine Gussform, insbesondere eine solche Gussform, mit einer Basisschicht, mit einer permeablen Filterschicht mit einer Filterschicht-Permeabilität zwischen der Basisschicht und einem Gussraum, mit einer ersten Leitungseinrichtung zum Zuführen von Schlicker in den Gussraum und mit einer zweiten Leitungseinrichtung zum Ableiten von Flüssigkeit aus dem Gussraum durch die Filterschicht und/oder zum Zuleiten eines Druckmediums zum Ablösen eines im Gussraum gebildeten Scherben, wobei die Basisschicht und/oder die Filterschicht durch eine Trennwandung in zumindest zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei die Abschnitte drucktechnisch und/oder leitungstechnisch voneinander getrennt sind und wobei die zweite Leitungseinrichtung einen Anschluss zum Anlegen eines Unterdrucks aufweist.

Bevorzugt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform, bei dem eine Basisschicht und eine permeable Filterschicht bereitgestellt und miteinander verbunden werden, wobei die Basisschicht aus einem Schüttgut durch Formen und Verbinden des Schüttguts unter Beibehaltung einer Basisschicht-Permeabilität zum Leiten von Flüssigkeit und/oder zum Leiten von einem Druckmedium ausgebildet wird, nachfolgend die Filterschicht auf einer Oberfläche der Basisschicht aufgebracht wird, und die Basisschicht und/oder die Filterschicht mit einem Anschluss zum Anlegen eines Unterdrucks ausgestattet wird.

Insbesondere im Fall des Niederdruckgießens mit einem solchen Niederdruck-Gussverfahren unter Einsatz eines Unterdrucks an der zweiten Leitungseinrichtung zum Absaugen von Flüssigkeit ist eine überraschend gute Reduzierung der Zyklusdauer beim Herstellen keramischer Artikel erzielbar. Vorteilhafterweise reduziert sich nicht nur die erforderliche Dauer für das Ausbilden der Scherben. Zusätzlich wird auch eine Reduzierung der Dauer für die Rücktrocknung der Gussform erreicht, da sich weniger Flüssigkeit in dem Körper der Gussform einlagert. Die Übertragung des Konzeptes einer zweiten Leitungseinrichtung, wie sie von Druckgussverfahren zum passiven, unterdruckfreien Entwässern und zum Entformen bekannt ist, ist somit in der erweiterten Form durch den Anschluss an eine Pumpe zum Anlegen eines Unterdrucks überraschend vorteilhaft übertragbar. Im Fall der Druckgussverfahren liegt das Anlegen eines Unterdrucks an die zweite Leitungseinrichtung fern, da aufgrund des hohen Drucks, mit welchem der Schlicker in die Druckgussform eingepresst wird, ein Absaugen durch die zweite Leitungseinrichtung nach außen hin nicht erforderlich erscheint.

Die Filterschicht-Permeabilität entspricht vorzugsweise einer Permeabilität bzw. einer Porosität, wie sie von Filterschichten für sich bekannt ist. Die Basisschicht-Permeabilität bzw. eine entsprechende Basisschicht-Porosität wird vorzugsweise im Verhältnis zur Filterschicht-Permeabilität so gewählt, dass in der Basisschicht für die Flüssigkeit bzw. den Schlicker relativ zu den Verhältnissen in der Filterschicht ein geringer oder vernachlässigbarer Druckwiderstand besteht, um ohne ein aufwändiges Leitungssystem in der vorzugsweise gesamten Basisschicht stets die gleichen Druckverhältnisse zu bieten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der das Schüttgut aus Teilen eines mineralischen Materials, insbesondere Stein oder Glas, und/oder Teilen eines Kunststoffmaterials besteht. Insbesondere wird dadurch in einem Niederdruck-Gussverfahren bzw. in einer Gussform für ein solches Niederdruck-Gussverfahren auch die Verwendung von Kunststoffen oder sonstigen Materialien ermöglicht, welche keine Kapillarwirkung haben oder sogar wasserabstoßend sind, da die Kapillarwirkung durch das Anlegen des Unterdrucks ganz oder teilweise entbehrlich ist. Auch das Auftrag einer nur bedingt wasserdurchlässigen oder flüssigkeitsdurchlässigen Farbe zum Ausbilden der permeablen Filterschicht anstelle einer körnigen permeablen Filterschicht wird dadurch in vorteilhafter Art und Weise ermöglicht.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der das Schüttgut zu dessen Verbindung aus miteinander verklebten Teilen des Schüttguts ausgebildet ist. Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der das Schüttgut mit einem die Oberfläche der Teile des Schüttguts benetzenden Bindemittel verklebt ist.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Basisschicht-Permeabilität der Basisschicht größer, insbesondere mehr als eine Zehner-Potenz größer als die Filterschicht-Permeabilität der Filterschicht ist.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Basisschicht-Permeabilität der Basisschicht groß genug ist, die Flüssigkeit und/oder das Druckmedium mit geringem, insbesondere vernachlässigbarem Druckwiderstand innerhalb der Basisschicht zu transportieren.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Filterschicht auf die Basisschicht aufgegossen ist. Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Filterschicht aus einem Material ausgebildet ist, welches mit dem Material der Basisschicht und/oder mit einem Überzug über das Material der Basisschicht verklebt.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die zweite Leitungseinrichtung in der Basisschicht eine oder mehrere Öffnungen aufweist.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Strecke des Eindringens der Filterschicht in die Basisschicht zumindest eine Schicht aus Teilen der Basisschicht umgreift.

Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform mit einer solchen Trennwandung, bei der die Trennwandung aus einem flüssigkeitsdichten Material ausgebildet ist. Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Trennwandung aus einem gasdichten Material ausgebildet ist. Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Trennwandung aus einem elastischen Material, insbesondere aus Kunststoff und/oder Silikon ausgebildet ist. Bevorzugt wird insbesondere eine Gussform, bei der die Trennwandung die Basisschicht in die zumindest zwei Abschnitte unterteilt, wobei die Basisschicht aus einem permeablen Material mit einer Basisschicht-Permeabilität ausgebildet ist.

Bevorzugt wird insbesondere eine Niederdruck-Gussform aus einer solchen Gussform, wobei die Gussform dimensioniert ist zum Anlegen eines Differenzdrucks von weniger als 2,5 bar, insbesondere von weniger als 2 bar an die permeable Filterschicht durch Anlegen eines Unterdrucks an den Anschluss der zweiten Leitungseinrichtung. Umsetzbar ist das Verfahren vom Grundprinzip aber auch bei größeren Differenzdrücken.

Bevorzugt wird insbesondere eine Niederdruck-Gussanlage mit einer solchen Gussform nach einem vorstehenden Anspruch und einer Pumpe zum Anlegen des Unterdrucks an den Anschluss der Gussform.

Bevorzugt wird insbesondere ein solches Verfahren, bei dem zum Ausbilden der Basisschicht einzelne Teile des Schüttguts miteinander verklebt werden. Bevorzugt wird insbesondere ein solches Verfahren, bei dem die Filterschicht zum Aufbringen auf die Oberfläche der Basisschicht auf die Oberfläche der Basisschicht aufgegossen, aufgestrichen oder aufgespritzt wird.

Die Art des Auftragens der Filterschicht bzw. des Materials der Filterschicht hängt insbesondere von der Flüssigkeitskonsistenz des Materials ab. Die Flüssigkeitskonsistenz wird insbesondere im Fall eines körnigen Materials auch mit Blick darauf ausgewählt, dass das Material der Filterschicht zwar ausreichend tief zum Umgreifen von Teilen der Basisschicht eindringt, um eine gute Verzahnung der beiden Schichten zu ermöglichen, andererseits aber nicht zu tief in die Basisschicht eindringt, um eine gute Druckverteilung innerhalb der Basisschicht nicht durch zu weit eingedrungenes Material der Filterschicht zu behindern. Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem die Filterschicht beim Aufbringen auf die Oberfläche der Basisschicht flüssig genug ist, eine begrenzte Strecke in die Basisschicht einzudringen.

Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, zum Herstellen einer Gussform, bei dem eine Basisschicht und eine permeable Filterschicht bereitgestellt und miteinander verbunden werden, wobei in der Basisschicht und/oder in der Filterschicht eine Trennwandung derart ausgebildet wird, dass die Trennwandung die Basisschicht und/oder die Filterschicht in zumindest zwei drucktechnisch und/oder leitungstechnisch getrennte Abschnitte unterteilt.

Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Artikels unter Verwendung einer solchen Gussform, bei dem die Gussform mit Schlicker befüllt wird und an eine Filterschicht und/oder eine Basisschicht der Gussform ein Unterdruck angelegt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Gussform für ein Niederdruck-Gussverfahren;
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Gussform aus 1; und
3 eine Schnittansicht durch eine Gussform mit drucktechnisch getrennten Abschnitten.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, besteht eine Gussform für ein Niederdruck-Gussverfahren zum Fertigen keramischer Artikel im Wesentlichen aus einer Gussschicht bzw. Filterschicht 1, einer Basisschicht 2 zum Tragen und Stützen der Filterschicht 1 und einer Leitungseinrichtung 50–55. Umgeben ist die Anordnung abgesehen von der Seite mit der Filterschicht von einer Wandung 40, 41. Zum Fertigen eines keramischen Artikels werden üblicherweise zwei oder mehr derartige Druckgussformen mit einander zugewandten Filterschichten 1 zueinander angeordnet, um zwischen den Filterschichten 1 einen Gussraum 6 auszubilden.
Die Leitungseinrichtung 50–55 besteht aus einer ersten Leitungseinrichtung 50–52 und aus einer zweiten Leitungseinrichtung 53–55. Die erste Leitungseinrichtung 50–52 besteht aus einem Rohr 50, welches durch die Wandung 41 und die Filterschichten 1–3 zu dem Gussraum 6 führt, um von außen her Schlicker S in den Gussraum 6 einzubringen. Außenseitig ist an dem Rohr 50 eine Verschluss- oder Ventileinrichtung 52 angeschlossen, oberhalb der ein Schlickerbehältnis 51 zum Bereitstellen des Schlickers S angeordnet ist. Alternativ kann jedoch beispielsweise auch ein Schlauch, welcher zu einem solchen Schlickerbehältnis 51 führt, je nach Bedarf an das nach außen mündende Rohr 50 angeschlossen werden.
Die zweite Leitungseinrichtung 53–55 besteht aus einem Rohr 53, welches durch die Wandung 40 bis zu der Basisschicht 2, bis zu der Filterschicht 1 oder gegebenenfalls auch in diese hineinführt. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, das Rohr 53 und/oder weiterer Rohre oder davon abzweigende Rohre bis in die permeable Filterschicht 1 zu führen. Unter Rohr ist prinzipiell nicht nur ein übliches starres Rohr aus Kunststoff oder Metall sondern ein beliebig ausgestaltetes Leitungssystem zu verstehen. Außenseitig ist an dem Rohr 53 eine Pumpe 54 angeschlossen, welche zum Anlegen eines Unterdrucks p1 dient, um Flüssigkeit W abzusaugen. Über einen Auslass 55 wird die Flüssigkeit W aus der Pumpe 54 optional abgeführt. Außerdem kann die Pumpe 54 zum Einpressen von Druckluft L in umgekehrter Richtung eingesetzt werden.
Der in den Gussraum 6 eingefüllte Schlicker S besteht aus festen Bestandteilen zum Ausbilden eines Scherben und aus flüssigen Bestandteilen in Form der Flüssigkeit W. Dies Flüssigkeit wird durch das Anlegen eines Unterdrucks der Pumpe 54 aus dem Gussraum 6 durch die permeable Filterschicht 1 und die Basisschicht 2 herausgezogen. Außerdem wird die Menge an Flüssigkeit W reduziert, welche nach einem derartigen Gussverfahren in der Gussform zurückbleibt.
Die Kombination aus Unterdruck über die zweite Leitungseinrichtung 53–55 und innerem Überdruck im Gussraum 6 über die erste Leitungseinrichtung 50–52 führt zu einer deutlich erhöhten Zykluszahl bei der Fertigung keramischer Artikel. Im Fall eines Niederdruck-Gussverfahrens werden dabei über die permeable Filterschicht 1 wirkende Differenzdrücke von weniger als 2,5 bar, insbesondere geringe Differenzdrücke von ca. 1,5 bar besonders bevorzugt.
Der Überdruck p2 in dem Gussraum 6 ergibt sich dabei insbesondere bei geöffnetem Ventil 52 durch eine Höhe h des oberhalb des Gussraums 6 in der ersten Leitungseinrichtung und gegebenenfalls dem Schlickerbehältnis 51 stehenden Schlickers S. Optimale Unterdrücke p1 lassen sich abhängig von Material der Form, Konsistenz des Schlickers S und der Geometrie des herzustellenden Scherben bzw. keramischen Artikels individuell bestimmen.
Beim Fertigen eines keramischen Artikels wird in den Gussraum 6 oberhalb bzw. benachbart der Filterschicht 1 der Schlicker S unter niedrigem Druck eingelassen. Die festen Bestandteile des Schlickers setzen sich an einer Oberfläche 7 der Filterschicht 1 ab, wobei die Oberfläche 7 der Filterschicht dem Gussraum 6 zugewandt ist. Die Flüssigkeit W in dem Schlicker dringt durch die Filterschicht 1 hindurch in die Basisschicht 2 und von der Basisschicht 2 über die Leitungseinrichtung 5 nach außen. Die auf der Oberfläche 7 verbleibenden festen Bestandteile des Schlickers bilden einen Scherben aus, welcher nach dem Entformen aus der Gussform in einem nachfolgenden Arbeitsschritt gesintert wird. Zum Entformen des Scherben wird über das zumindest zweite Leitungssystem 53–55 ein gasförmiges Medium, insbesondere Druckluft L in die Basisschicht 2 eingepresst. Von der Basisschicht 2 aus dringt die Druck- bzw. Pressluft L durch die Filterschicht 1 und drückt den Scherben von der Oberfläche 7 weg.
Zum Herstellen einer solchen Gussform wird in einem ersten Arbeitsschritt die Basisschicht 2 aus einem Schüttgut ausgebildet. Als Schüttgut dient ein festes, vorzugsweise mineralisches Material, beispielsweise Splitt, Steine etc. Einsetzbar sind als Schüttgut aber auch Materialien wie Glaskugeln oder Glasstücke, Blähton, Kunststoffgranulat und dergleichen. Einzelne Teile T des Schüttguts werden dazu miteinander verbunden. Zum Verbinden dient vorzugsweise als Bindemittel B ein Kleber. Auf besonders einfache Art und Weise können die Teile T des Schüttguts in einem Bad aus dem Bindemittel B eingetaucht und anschließend in einer geeigneten Form in die gewünschte Form gebracht werden.
Nach dem ausreichenden Aushärten des Bindemittels B bzw. Verfestigen der Basisschicht 2 wird die Filterschicht 1 auf der Oberfläche der Basisschicht 2 ausgebildet. Dazu wird das flüssige Material der Filterschicht 1 auf die Oberfläche der Basisschicht aufgegossen und/oder aufgestrichen und in die gewünschte Form gebracht. Die Konsistenz des Materials zum Ausbilden der Filterschicht 1 ist beim Aufbringen auf die Oberfläche der Basisschicht 2 derart beschaffen, dass ein Teil des Materials zum Ausbilden der Filterschicht 1 eine Strecke in die Oberfläche der Basisschicht 2 eindringt und sich mit der in der Zeichnung oberen Lage von Teilen T der Basisschicht 2 fest verbindet. Die Konsistenz des Materials zum Ausbilden der Filterschicht 1 wird dabei derart gewählt, dass die Strecke, über welche das Material in die Basisschicht 2 eindringt, vorzugsweise nur soweit reicht, wie dies erforderlich ist zum Aufbauen einer ausreichend festen Verbindung von Basisschicht 2 und Filterschicht 1 aneinander.
Als Material für die Filterschicht 1 können dafür übliche Materialien verwendet werden. Beispielsweise wird derzeit bevorzugt Polymetylmetacrylat (PMMA) als Formmasse zum Ausbilden der Filterschicht 1 verwendet. Mit diesem Material ist eine feinporöse Filterschicht 1 mit einer niedrigen Permeabilität zum Hindurchlassen der Flüssigkeit W und der Druckluft L aber zum Zurückhalten der festen Bestandteile des Schlickers ausbildbar.
Als Schüttgut für die Basisschicht 2, welche vorzugsweise ein Bett für die Filterschicht 1 ausbildet, werden Materialien verwendet, welche eine gute Festigkeit mit Blick auf die Drücke beim Gießverfahren bieten. Außerdem soll das Material für die Basisschicht 2 im verbundenen, festen Zustand eine hohe Permeabilität k2 und vorzugsweise hohe Porosität bieten. Der Kleber als das Bindemittel B vernetzt vorzugsweise die Oberflächen der einzelnen Teile T des Schüttguts, so dass einerseits eine ausreichende Festigkeit gewährleistet wird und andererseits eine möglichst hohe Permeabilität ermöglicht wird. Die Permeabilität k2 in der Basisschicht 2 ist vorzugsweise groß gegenüber der Permeabilität k1 in der Filterschicht 1. Die Permeabilität k2 der Basisschicht 2 ist durch entsprechende Auswahl des Schüttgutmaterials und des Bindemittels B vorzugsweise so groß, dass in der gesamten Basisschicht 2 ein gleichmäßiger Aufbau eines Überdrucks beim Zuleiten der Druckluft L bzw. eines Unterdrucks beim Ableiten der Flüssigkeit W ermöglicht wird. Das Permeabilitätsverhältnis k1:k2 der Filterschicht 1 bzw. der Basisschicht 2 kann gemäß erster Versuche beliebige Werte annehmen. Möglich ist auch der Aufbau einer Basisschicht 2 mit einer zur Filterschicht 1 hin abnehmenden Permeabilität bzw. Porosität.
Durch das Anlegen eines Unterdrucks p1 zur Erzielung eines geeigneten Differenzdrucks über die permeable Filterschicht 1 wird eine Kapillarwirkung der eigentlichen Filterschicht vorteilhaft unterstützt. Bei einer Form ohne oder mit zu geringer Kapillarwirkung wird eine solche bei Niederdruck-Gussverfahren eigentlich erforderliche Kapillarwirkung im Vergleich zum konventionellen Niederdruck-Gussverfahren gegebenenfalls auch vollständig ersetzt. Dies ermöglicht insbesondere auch den Einsatz von porösen bzw. permeablen Kunststoffen oder einer Farbbeschichtung mit sogenannter Schwimmbadfarbe oder dergleichen als permeabler Filterschicht 1 sowie den Einsatz von Kunststoffen zum Herstellen der Basisschicht 3, welche nicht nur keine Kapillarwirkung aufweisen sondern gegebenenfalls sogar eine Flüssigkeit abstoßende Wirkung haben. Eine Niederdruck-Gussform kann durch das Anlegen des Unterdrucks p1 entsprechend auch aus anderen Materialien als beispielsweise Gips, der eine hohe Kapillarwirkung hat, gefertigt werden.
Besonders vorteilhaft bei einem derartigen Aufbau einer Gussform mit einer hochpermeablen Basisschicht 2 ist auch die gleichmäßige und gute Verteilung des Unterdrucks p1 innerhalb der Basisschicht, so dass eine geringe Anzahl von Ablässen, in vorteilhafter Weise ein einziger Ablass in Form des Rohrs 53 zum Auslassen bzw. Abpumpen der Flüssigkeit W ausreicht.
Durch das teilweise Eindringen des Materials der Filterschicht 1 in das Material der Basisschicht 2 entsteht ein Übergangsbereich 3, welcher eine feste Verbindung der Filterschicht und der Basisschicht 2 aneinander ermöglicht. Durch die Verzahnungswirkung im Übergangsbereich 3 kann auf zusätzliche Kleber, welche für Flüssigkeit und Druckluft undurchlässig wären, zwischen den beiden Schichten vorteilhafterweise verzichtet werden.
3 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform, wobei zur Vereinfachung lediglich Komponenten beschrieben werden, welche einen Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 ausbilden. Prinzipiell ist die drucktechnische und/oder leitungstechnische Trennung in verschiedene Abschnitte gemäß 3 aber auch auf andere Arten von Gussformen bzw. andersartig gefertigte Gussformen vorteilhaft übertragbar und stellt somit einen auch eigenständig vorteilhaften Aspekt dar.
Wie dargestellt, ist die Basisschicht 2 mittels einer Trennwandung 9 in zwei separate Abschnitte 8, 8* unterteilt. Die Trennwandung 9 besteht vorzugsweise aus einem flüssigkeitsdichten und/oder gasdichten Material. Jedem der beiden Abschnitte 8, 8* ist eine eigene zweite Leitungseinrichtung 53*–55* zugeordnet. Dadurch können die zwei oder mehr verschiedenen Abschnitte 8, 8* jeweils eigenständig mit Unterdrücken p1, p1* und gegebenenfalls mit Drücken in Gegenrichtung beaufschlagt werden. Vorteilhaft ist eine solche Anordnung insbesondere für den Fall von Druckgussformen für komplex geformte keramische Artikel, um eine gleichförmige Druckbeaufschlagung über die gesamte rückseitige Oberfläche 7 der Filterschicht 1 zu ermöglichen.
Gegebenenfalls kann die Trennwandung 9 nicht nur eine Trennung der Basisschicht 2 in zwei Abschnitte 8, 8* vornehmen sondern auch teilweise oder ganz durch die Filterschicht 1 hindurchführen, um auch diese ganz oder teilweise in zwei voneinander getrennte Abschnitte zu unterteilen. Als Material für die Filterschicht 9 bietet sich gemäß erster Versuche insbesondere Kunststoff und/oder Silikon an.

Claims

Gussform mit – einer Basisschicht (2), – einer permeablen Filterschicht (1) mit einer Filterschicht-Permeabilität (k1) auf einer Oberfläche der Basisschicht (2) zwischen der Basisschicht (2) und einem Gussraum (6), – einer ersten Leitungseinrichtung (50–52) zum Zuführen von Schlicker (S) in den Gussraum (6) und – einer zweiten Leitungseinrichtung (53–55) zum Ableiten von Flüssigkeit (W) aus dem Gussraum (6) durch die Filterschicht (1) und/oder zum Zuleiten eines Druckmediums (L) zum Ablösen eines im Gussraum (6) gebildeten Scherben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Basisschicht (2) aus fest miteinander verbundenem Schüttgut mit einer Basisschicht-Permeabilität (k2) ausgebildet ist und – die Filterschicht (1) von der Oberfläche der Basisschicht (2) aus eine Strecke in die Basisschicht (2) eindringt und in diesem Bereich mit der Basisschicht (2) verbunden ist, – wobei die zweite Leitungseinrichtung einen Anschluss (53) zum Anlegen eines Unterdrucks (p1) aufweist.
Gussform nach Anspruch 1, bei der das Schüttgut aus Teilen (T) eines mineralischen Materials, insbesondere Stein oder Glas, und/oder eines Kunststoffmaterials besteht.
Gussform nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Schüttgut zu dessen Verbindung aus miteinander verklebten Teilen (T) des Schüttguts ausgebildet ist.
Gussform nach Anspruch 3, bei der das Schüttgut mit einem die Oberfläche der Teile (T) des Schüttguts benetzenden Bindemittel (B) verklebt ist.
Gussform nach einem vorstehendem Anspruch, bei der die Basisschicht-Permeabilität (k2) der Basisschicht (2) größer, insbesondere mehr als eine Zehner-Potenz größer als die Filterschicht-Permeabilität (k1) der Filterschicht (1) ist.
Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, bei der die Basisschicht-Permeabilität (k2) der Basisschicht (2) groß genug ist, die Flüssigkeit (W) und/oder das Druckmedium (L) mit geringem, insbesondere vernachlässigbarem Druckwiderstand innerhalb der Basisschicht (2) zu transportieren.
Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, bei der die Filterschicht (1) auf die Basisschicht (2) aufgegossen ist.
Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, bei der die Filterschicht (1) aus einem Material ausgebildet ist, welches mit dem Material der Basisschicht (2) und/oder mit einem Überzug (B) über das Material der Basisschicht (2) verklebt.
Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, bei der die zweite Leitungseinrichtung (53–55) in der Basisschicht (2) zumindest eine Öffnung aufweist.
Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, bei der die Strecke des Eindringens der Filterschicht (1) in die Basisschicht (2) zumindest eine Schicht aus Teilen (T) der Basisschicht (2) umgreift.
Gussform, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit – einer Basisschicht (2), – einer permeablen Filterschicht (1) mit einer Filterschicht-Permeabilität (k1) zwischen der Basisschicht (2) und einem Gussraum (6) – einer ersten Leitungseinrichtung (50–52) zum Zuführen von Schlicker (S) in den Gussraum (6) und – einer zweiten Leitungseinrichtung (53–55) zum Ableiten von Flüssigkeit (W) aus dem Gussraum (6) durch die Filterschicht (1) und/oder zum Zuleiten eines Druckmediums (L) zum Ablösen eines im Gussraum (6) gebildeten Scherben, wobei – die Basisschicht (2) und/oder die Filterschicht (1) durch eine Trennwandung (9) in zumindest zwei Abschnitte (8, 8*) unterteilt ist, wobei die Abschnitte (8, 8*) drucktechnisch und/oder leitungstechnisch voneinander getrennt sind und – wobei die zweite Leitungseinrichtung (53–55) einen Anschluss (53) zum Anlegen eines Unterdrucks (p1) aufweist.
Gussform nach Anspruch 11, bei der die Trennwandung (9) aus einem flüssigkeitsdichten Material ausgebildet ist.
Gussform nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Trennwandung (9) aus einem gasdichten Material ausgebildet ist.
Gussform nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Trennwandung (9) aus einem elastischen Material, insbesondere aus Kunststoff und/oder Silikon ausgebildet ist.
Gussform nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der die Trennwandung (9) die Basisschicht (2) in die zumindest zwei Abschnitte (8, 8*) unterteilt, wobei die Basisschicht aus einem permeablen Material mit einer Basisschicht-Permeabilität (k2) ausgebildet ist.
Niederdruck-Gussform aus einer Gussform nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Gussform dimensioniert ist zum Anlegen eines Differenzdrucks (p2 – p1) von weniger als 2,5 bar, insbesondere von weniger als 2 bar an die permeable Filterschicht (1) durch Anlegen eines Unterdrucks (p2) an den Anschluss (53) der zweiten Leitungseinrichtung (53–55).
Niederdruck-Gussanlage mit – einer Gussform nach einem vorstehenden Anspruch und – einer Pumpe (54) zum Anlegen des Unterdrucks (p1) an den Anschluss (53) der Gussform.
Verfahren zum Herstellen einer Gussform, bei dem – eine Basisschicht (2) und eine permeable Filterschicht (1) bereitgestellt und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Basisschicht (2) aus einem Schüttgut durch Formen und Verbinden des Schüttguts unter Beibehaltung einer Basisschicht-Permeabilität (k2) zum Leiten von Flüssigkeit (W) und/oder einem Druckmedium (L) ausgebildet wird, – nachfolgend die Filterschicht (1) auf einer Oberfläche der Basisschicht (2) aufgebracht wird, und – die Basisschicht (2) und/oder die Filterschicht (1) mit einem Anschluss (53) zum Anlegen eines Unterdrucks (p1) ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem zum Ausbilden der Basisschicht (2) einzelne Teile (T) des Schüttguts miteinander verklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Filterschicht (1) zum Aufbringen auf die Oberfläche der Basisschicht (2) auf die Oberfläche der Basisschicht (2) aufgegossen, aufgestrichen oder aufgespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Filterschicht (1) beim Aufbringen auf die Oberfläche der Basisschicht (2) flüssig genug ist, eine begrenzte Strecke in die Basisschicht (2) einzudringen.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 18 bis 21, zum Herstellen einer Gussform, bei dem – eine Basisschicht (2) und eine permeable Filterschicht (1) bereitgestellt und miteinander verbunden werden, – wobei in der Basisschicht (2) und/oder in der Filterschicht (1) eine Trennwandung (9) derart ausgebildet wird, dass die Trennwandung (9) die Basisschicht (2) und/oder die Filterschicht (1) in zumindest zwei drucktechnisch und/oder leitungstechnisch getrennte Abschnitte (8, 8*) unterteilt.
Verfahren zum Herstellen eines gegossenen Artikels unter Verwendung einer Gussform nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Gussform mit Schlicker (S) befüllt wird und an eine Filterschicht (1) und/oder eine Basisschicht (2) der Gussform ein Unterdruck (p1) angelegt wird.