DE19655149C2

DE19655149C2 - Verfahren zur Herstellung trockengepreßter Formlinge

Info

Publication number: DE19655149C2
Application number: DE19655149A
Authority: DE
Inventors: Klaus Strobel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-04
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2016-01-05
Also published as: DE19600185A1; DE19600185C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung trockengepreßter und verdichteter Formlinge aus rieselfähiger Formmasse, insbesondere aus keramischem, metallischem oder kohlehaltigem Material.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE 31 01 236 A1 bekannt und ist zur Herstellung eines trockengepreßten Formlings durch isostatisches Pressen geeignet. Bei dem bekannten Verfahren kommt eine Vorrich tung mit zwei Preßformhälften zum Einsatz, nämlich eine Unterform und eine auf diese Unterform absenkbare Oberform. Die Unterform um faßt einen Einsatz, dessen zur Oberform weisende Kontur einem zu pressenden Formling entspricht. In den Einsatz ist eine Membran aus einem gummielastischen Kunststoff eingespannt, deren dem Einsatz zugekehrte Seite mit einem Druckfluid beaufschlagt werden kann. In der Oberform ist ein formgebender Stempel vertikal verstellbar gela gert, dessen der Membran in der Unterform zugekehrte Fläche zusam men mit der auf dem Einsatz anliegenden Membran einen Formhohl raum begrenzt. Zum Einfüllen der Formmasse ist an der Oberform ein trichterförmiger Behälter vorgesehen, dessen untere Öffnung in den Formhohlraum mündet. In dem formgebenden Stempel der Oberform sind des weiteren Luftabführungsöffnungen vorgesehen. Zum Einfüllen der Formmasse in den Formhohlraum wird dieser mittels der Luftabführungsöffnungen evakuiert, wodurch Formmasse durch die untere Öff nung des trichterförmigen Behälters in den Formhohlraum gesaugt wird. Dieses Einsaugen der Formmasse mittels Unterdruck dient nicht nur zum Füllen des Formhohlraums, sondern auch zur Vorverdichtung des Formlings. Noch während die Kammer unter Unterdruck steht, wird die Membran in der Unterform druckbeaufschlagt, beispielsweise mit tels eines durch Druckfluidleitungen in dem Einsatz gepumpten Druck mittels, wodurch der Formling isostatisch verpreßt wird. Dieser Preß vorgang kann einseitig von der Membran her, aber auch beidseitig von der Membran und dem formgebenden Stempel her erfolgen.

Beim isostatischen Pressen insbesondere von Gegenständen kompli zierterer Gestalt muß sowohl beim Vorverdichten als auch beim End verdichten auf eine gleichmäßige Dichteverteilung der zu verpressen den Formmasse geachtet werden. Dabei können insbesondere bei Ab schnitten unterschiedlicher Dicken Unterschiede in der Dichte auftre ten, die beim nachfolgenden Brennen des Formlings zu Rissen führen können. Darüber hinaus besteht bei dem bekannten Verfahren die Ge fahr einer Beschädigung des Formlings durch die Auslenkbewegung der Membran beim isostatischen Pressen, wenn diese gegen den Einsatz der Unterform schlägt und somit in ihrer Auslenkbewegung beschränkt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Preßprodukte auch in Bereichen großer Wanddickenunterschiede eine derart gleich mäßige Dichte aufweisen, daß die Gefahr von Rißbildungen beim nach folgenden Brennen verringert ist und bei dem Beschädigungen des Preßprodukts auf Grund von Auslenkbewegungen der Membran ausge schlossen sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß besteht somit we nigstens eine der beiden zur Formgebung vorgesehenen Preßformhälf ten wenigstens in ihrem Preßbereich nicht aus massivem Material, sondern aus einer Vielzahl feinkörniger Teilchen, beispielsweise aus feinem Granulat, aus Quarzsand, Metallkügelchen oder dergleichen. Diese feinkörnigen Teilchen sind mit einer elastischen Membran, insbe sondere einer Membran aus gummielastischem Kunststoff, abgedeckt. Wird nun ein die Kontur des zu pressenden Formlings aufweisender Vorformkörper auf die Membran und somit auf die ein Formbett bilden den feinkörnigen Teilchen aufgelegt oder aufgedrückt, so werden fein körnige Teilchen verdrängt und gegeneinander verschoben, so daß das Formbett die Konturen des Vorformkörpers nachbildet. Durch Beauf schlagung des Formbetts mit Vakuum nimmt dieses gemeinsam mit der abdeckenden elastischen Membran eine feste Gestalt an, so daß bei Abnehmen des Vorformkörpers dessen Konturen beibehalten wer den. Das evakuierte Formbett ersetzt somit einen massiven Formstem pel, so daß mit diesem Formbett die Verdichtung der Formmasse oder aber im Falle isostatischen Pressens deren Vorverdichtung in bekannter Weise durchgeführt werden kann. Zur Durchführung von isostatischem Pressen ist das Formbett mit Überdruck beaufschlagbar, so daß das Formbett und somit auch die elastische Membran im Anschluß an die Vorverdichtung druckbeaufschlagt werden können, wodurch sich die durch die Evakuierung erzeugte feste Form des Formbetts auflöst und sich die vielkörnigen Teilchen unter Schwerkrafteinwirkung verteilen. Durch die Druckbeaufschlagung wird die elastische Membran gleichmäßig gegen den vorverdichteten Formling gepreßt, wodurch das isostatische Pressen erfolgt. Da das Formbett nunmehr keine feste Kontur hat, stellt dieses auch für die Auslenkbewegungen der elasti schen Membran kein Hindernis dar, so daß Beschädigungen des Form lings aus dieser Ursache ausgeschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung trockengepreßter Formlinge bietet des weiteren den Vorteil, daß das Formbett der Preß formhälfte universell einsetzbar ist, da es nicht auf eine Form oder Kontur ausgelegt ist, sondern durch Auflegen oder Aufdrücken eines entsprechenden Vorformkörpers jeweils an dessen Konturen anpaßbar ist, wodurch sich sehr vielfältige Einsatzmöglichkeiten eröffnen. Da die Membran bei ihren Auslenkbewegungen gegen keinen festen und mas siven Gegenstand schlägt, ist die Beschädigungsgefahr für die elasti sche Membran erfindungsgemäß sehr gering und es können sehr dünne Membranen eingesetzt werden, wodurch der Druck beim isostatischen Pressen besser übertragbar ist. Die Druckbeaufschlagung der elasti schen Membran erfolgt durch die feinkörnigen Teilchen sehr gleichmä ßig, so daß das Pressen des Formlings ebenfalls sehr gleichmäßig er folgt und die Schwierigkeit der Verteilung des Drucks auf die Mem bran, wie sie bei der bekannten Preßvorrichtung vorhanden ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr auftaucht.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Druckbeaufschlagung des Formbetts und der elastischen Membran da durch, daß unter Druck stehendes Öl in die Schüttung feinkörniger Teilchen gepumpt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellt sind. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Preßformhälfte einer ersten Preßvorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 die Preßformhälfte der Fig. 1, nachdem ein Vorformkör per auf das Formbett der Preßformhälfte aufgedrückt wur de und das Formbett durch Beanspruchung mit Vakuum stabilisiert ist;

Fig. 3 die erste Preßvorrichtung mit der Preßformhälfte der Fig. 1 und 2 während des Preßvorgangs;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Preß vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5 die Preßvorrichtung der Fig. 4 während des Preßvor gangs und

Fig. 6 die Preßvorrichtung der Fig. 4 und 5 nach dem Preß vorgang.

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch eine Preßformhälfte 10 einer ersten Preßvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Preßformhälfte 10 umfaßt einen Grundkörper 11, der massiv ausgebildet ist und als äußerer Druckman tel dient. Innerhalb dieses Druckmantels des Grundkörpers 11 befindet sich ein Einsatz 12, der eine Ausnehmung 13 aufweist. Die Ausneh mung 13 ist dabei zum (oberen) offenen Ende des Grundkörpers 11 hin angeordnet.

Die Ausnehmung 13 ist mit einer Vielzahl feinkörniger Teilchen 14 ge füllt und mit einer elastischen Membran 15, die beispielsweise aus gummielastischem Kunststoff besteht, abgedeckt. Die elastische Membran 15 kann dabei, wie in der Figur dargestellt, über die Aus nehmung 13 und somit über den Preßbereich der Preßformhälfte 10 hinausragen und an dem Grundkörper 11 der Preßformhälfte 10 befe stigt sein. Die feinkörnigen Teilchen 14 und die elastische Membran 15 bilden ein Formbett 16, das auf Grund der lose beweglichen feinkörni gen Teilchen 14 einer Druckausübung auf die Membran 15 nachgibt.

Gegenüber der elastischen Membran 15, am Boden der Ausnehmung 13, münden eine Druckleitung 40 und eine Vakuumleitung 41 in die Ausnehmung 13. Durch diese Leitungen 40, 41 sind die feinkörnigen Teilchen 14 und die Membran 15 und somit das Formbett 16 druck- und vakuumbeaufschlagbar. Die Druckleitung 40 ist vorzugsweise eine Druckölleitung. Im Bereich ihrer Einmündung in die Ausnehmung 13 ist in dem Querschnitt beider Leitungen 40, 41 jeweils ein Sieb 42 ange ordnet, das ein Entweichen der feinkörnigen Teilchen 14 in die Leitun gen 40, 41 verhindert.

Des weiteren ist am Boden der Ausnehmung 13 ein Vorratsbehältnis 50 für die feinkörnigen Teilchen 14 vorgesehen. Das Vorratsbehältnis 50 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel schematisch als zylinderförmige Vertiefung 51 dargestellt, in der sich feinkörnige Teilchen 14 befin den und in der zum Regulieren der Menge der feinkörnigen Teilchen 14 in der zylinderförmigen Vertiefung 51 und der Ausnehmung 13 ein ver tikal verstellbarer Stempel 52 vorgesehen ist.

Um das Formbett 16 der Preßformhälfte 10 auf einen Preßvorgang vorzubereiten, wird ein Vorformkörper 30 (vgl. Fig. 2) auf das Form bett 16 aufgelegt und aufgedrückt. Auf seiner dem Formbett 16 zuge wandten Seite 31 weist der Vorformkörper 30 die Konturen des zu pressenden Formlings auf. Diesen Konturen passen sich die elastische Membran 15 und die feinkörnigen Teilchen 14 an. Die auf Grund des Aufdrückens des Vorformkörpers 30 verdrängten feinkörnigen Teilchen werden dabei in der zylinderförmigen Vertiefung 51 des Vorratsbehält nis 50 aufgenommen.

Um nun den Preßbereich der Preßformhälfte 10 mit der durch den Vor formkörper 30 verliehenen Kontur zu fixieren, wird das Formbett 16 durch die Vakuumleitung 41 mit Vakuum beaufschlagt. Dadurch wird der Bereich zwischen dem Vorformkörper 30 und dem Boden der Aus nehmung 13 evakuiert, wobei das im Querschnitt der Vakuumleitung 41 angeordnete Sieb 42 ein Entweichen der feinkörnigen Teilchen 14 verhindert. Durch das Evakuieren des Formbetts 16 entstandene Volu menverminderungen können durch Nachschub feinkörniger Teilchen aus dem Vorratsbehältnis 50 ausgeglichen werden.

Bei maximalem Vakuum bilden die feinkörnigen Teilchen 14 und die Membran 15 einen festen Körper, so daß bei Abheben des Vorform körpers 30 (wie in Fig. 2 dargestellt) das Formbett 16 die nachgebildete Kontur des Vorformkörpers 30 beibehält. Das Formbett 16 kann nunmehr als Formstempel für einen Preßvorgang dienen.

Dieser Preßvorgang, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, erfolgt in an sich bekannter Weise. Dazu wird eine zweite Preßformhälfte 20 auf die er ste Preßformhälfte 10 abgesenkt, wobei die zweite Preßformhälfte 20 einen ebenfalls als Formstempel ausgebildeten Preßbereich aufweist. Im Falle der in der Fig. 3 dargestellten Preßvorrichtung handelt es sich bei der zweiten Preßformhälfte 20 um einen massiven Körper. Die zweite Preßformhälfte 20 kann jedoch ebenso wie die erste Preßform hälfte 10 eine Schüttung feinkörniger Teilchen aufweisen.

Die in Fig. 3 dargestellte Preßformhälfte 20 verfügt über eine elasti sche Membran 21, die den Preßbereich der Preßformhälfte 20 bedeckt. Die Preßbereiche der beiden Preßformhälften 10, 20 bilden beim Zu sammenführen einen Formhohlraum 60, der für den Preßvorgang in bekannter Weise mit Formmasse gefüllt wird. Das Befüllen mit Form masse und deren Vorverdichten durch statisches Vorpressen kann bei spielsweise gemäß des in der DE 31 01 236 A1 beschriebenen Verfah rens erfolgen. Als Formmasse kommen insbesondere keramische, aber auch metallische oder kohlehaltige rieselfähige und feindisperse Form massen in Betracht.

Zum isostatischen Pressen des vorverdichteten Formlings wird das Formbett 16 der Preßformhälfte 10 durch die Druckleitung 40 mit un ter Druck stehendem Öl beaufschlagt. Das Öl dringt durch das im Querschnitt der Druckleitung 40 angeordnete Sieb 42 in die Ausneh mung 13 der Preßformhälfte 10 ein und löst das dort befindliche Va kuum auf, wodurch die feste Struktur des Formstempels verloren geht und die feinkörnigen Teilchen 14 wieder lose vorliegen. Nach dem Auf heben des Vakuums wird die elastische Membran 15 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit Öl gegen den Formling in dem Formhohlraum 60 gedrückt, wodurch das isostatische Pressen erfolgt. Vorteilhafter weise wird der Stempel 52 des Vorratsbehältnisses 50 während der Druckbeaufschlagung fixiert.

Nach Beendigung des isostatischen Pressens wird das Öl über die Druckleitung 40 wieder abgesaugt, wobei das Sieb 42 in der Drucklei tung 40 ein Entweichen von feinkörnigen Teilchen 14 verhindert. An schließend liegt die erfindungsgemäße Preßformhälfte 10 wieder in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand mit gleichmäßig und lose verteilten feinkörnigen Teilchen 14 vor.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die obere Preßformhälfte 20 ebenfalls über eine deren Preßbereich bedeckende elastische Mem bran 21, die in nicht näher dargestellter Art und Weise ebenfalls druck beaufschlagbar ausgebildet ist. Somit kann der Formling von allen Sei ten gleichmäßig gepreßt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt einen breiten und universellen Einsatz von Preßformhälften. Insbesondere ermöglicht es einen ratio nellen und ökonomischen Betrieb einer Preßvorrichtung, da ein und die selbe Preßvorrichtung nun erfindungsgemäß zum Pressen unterschied licher Formlinge verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine Preßvorrichtung mit einer oder zwei Preßformhälf ten mit einem rotierenden "Revolverkopf", einem umlaufenden Band oder dergleichen ausgestattet sein, mittels welchem die Vorformkörper je nach Bedarf einfach und schnell ausgetauscht werden können, so daß für die Fertigung unterschiedlicher Formlinge kein aufwendiger Werkzeugwechsel mehr notwendig ist oder nicht mehrere Preßvorrich tungen benötigt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Preßvorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens mit einer Preßformhälfte 10' mit einem Grundkörper 11', der konsolenartig ausgebildet ist und an dem eine elastische Membran 15' befestigt ist. Die elastische Membran 15' ist dabei ballonförmig ausgebildet und mit einer Vielzahl feinkörniger Teil chen 14' gefüllt, so daß die elastische Membran 15' "sackartig" unter halb der Preßformhälfte 10' hängt. Das Formbett der Preßformhälfte 10' ist somit außenliegend ausgebildet. Im Innern des Grundkörpers 11' der Preßformhälfte 10' sind eine Druckleitung 40' und eine Va kuumleitung 41' mit darin eingesetzten Sieben 42' vorgesehen, die jeweils mit dem durch die mit feinkörnigen Teilchen 14' gefüllte Mem bran 15' gebildeten Formbett verbunden sind. Des weiteren ist ein Vor ratsbehältnis 50' vorgesehen, das als Reservoir für feinkörnige Teilchen 14' dient.

Um der Membran 15' und den darin befindlichen Teilchen 14' eine für den Preßvorgang benötigte Form zu verleihen, ist ein zweiteiliger Vor formkörper 30' vorgesehen, wobei die Membran 15' zwischen die bei den Teile des Vorformkörpers 30' gebracht wird und diese zusammen gepreßt werden. Das Innere des Vorformkörpers 30' bildet die Nega tivkonturen einer Flasche. Durch weiteres Befüllen der Membran 15' mit feinkörnigen Teilchen 14' kann diese soweit ausgedehnt werden, daß sie sich vollständig an die Innenkontur des Vorformkörpers 30' an schmiegt. Sobald der Hohlraum des Vorformkörpers 30' auf diese Wei se vollständig ausgefüllt ist, werden die feinkörnigen Teilchen 14' in dem Ballon der elastischen Membran 15' über die Vakuumleitung 41' vakuumbeaufschlagt, wodurch diese und die Membran 15' wie schon vorstehend erläutert einen festen Körper bilden. Werden die beiden Teile des Vorformkörpers 30' im Sinne der eingezeichneten Pfeile ab genommen, so behalten die feinkörnigen Teilchen 14' und die elasti sche Membran 15' die Flaschenform bei.

Die Vorformung kann gegebenenfalls auch durch Anlegen von Vakuum erzeugt werden, indem die Membran an die Kontur angesaugt wird und anschließend durch ausreichendes Befüllen mit feinkörnigen Teilchen und Vakuumbeaufschlagung von "innen" stabilisiert wird.

Zum Pressen eines Flaschenformlings wird eine zweiteilige Preßform hälfte 20' um die elastische Membran 15' angeordnet. Die Preßform hälfte 20' weist in ihrem Inneren ebenfalls eine entsprechende Kontur einer Flasche auf, die jedoch unter einem Abstand zur elastischen Membran 15' mit dieser einen Formhohlraum 60' einschließt. Dieser Formhohlraum 60' wird für den Preßvorgang mit einer Formmasse ge füllt, worauf das Vorverdichten und isostatische Pressen wie vorste hend erläutert erfolgen können. Zum isostatischen Pressen wird das Innere der Membran 15' wiederum druckbeaufschlagt, beispielsweise durch ruckartige Zufuhr von unter Druck stehendem Öl, wodurch die Membran 15' gegen das Innere des Formlings gedrückt wird, so daß dieser isostatisch gepreßt wird.

Nach erfolgtem Pressen wird die zweiteilige Preßformhälfte 20' abge nommen, und es liegt ein fertig gepreßter Formling 70' in Flaschenform vor (vgl. Fig. 6). Um nun den Formstempel der ersten Preßformhälfte 10' aus dem Inneren dieses Flaschenformlings 70' entfernen zu können, wird über die Druckleitung 40' das zugeführte Öl abgesaugt und die feinkörnigen Teilchen 14' werden wenigstens teilweise in das Vor ratsbehältnis 50' gesaugt, woraufhin die Membran 15' in sich zusam menfällt und durch den Flaschenhals herausgezogen werden kann.

Die äußere zweiteilige Preßformhälfte 20' kann in Abwandlung der dargestellten Ausführungsform ebenfalls jeweils einen durch eine Schüttung feinkörniger Teilchen gebildeten Preßbereich und eine diesen Preßbereich bedeckende Membran umfassen.

Da die Membran bei ihren Auslenkbewegungen gegen keinen festen und massiven Gegenstand schlägt, ist die Beschädigungsgefahr für die elastische Membran erfindungsgemäß sehr gering und es können sehr dünne Membranen in der Größenordnung von einem bis fünf Millime tern Dicke eingesetzt werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Ver dichtung des Formlings aus, da mit einer dünnen Membran der Druck beim isostatischen Pressen besser übertragen werden kann. Da die ela stische Membran während des Preßvorgangs am Stempel anliegt, kann sie auch trotz ihrer geringen Dicke nicht reißen. Die Membran besteht vorteilhafterweise aus einem gummielastischen Material, beispielsweise Latex, so daß sie sehr dehnfähig ist und sich auch Konturen mit einer großen Oberfläche anpassen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung trockengepreßter und verdichteter Formlinge aus rieselfähiger Formmasse, insbesondere aus kera mischem, metallischem oder kohlehaltigem Material, mit einem durch zwei Preßformhälften (10, 20) gebildeten Formhohlraum (60), wobei mindestens eine der Preßformhälften (10, 20) ein Formbett (16) umfaßt, das eine Schüttung feinkörniger Teilchen (14) aufweist, die im Preßbereich mit einer elastischen Membran (15) abgedeckt ist, mit den folgenden Schritten:

1. Vorformen des Preßbereichs des Formbetts (16) mittels eines Vorformkörpers (30),
2. Fixieren der mittels des Vorformkörpers (30) eingebrach ten Kontur durch Beaufschlagen des Formbetts (16) mit Vakuum,
3. Bilden eines Formhohlraums (60) durch Zusammenführen der Preßformhälften (10, 20),
4. Einfüllen rieselfähiger Formmasse in den Formhohlraum (60) und Trockenpressen der Formmasse, und
5. Beaufschlagen des Formbetts (16) mit Überdruck, wo durch die elastische Membran (15) unter Auflösung der in das Formbett (16) eingebrachten Kontur gegen den im Trockenpreßvorgang erzeugten Formling gepreßt wird und diesen verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung des Formbetts (16) und der elastischen Membran (15) unter Druck stehendes Öl in die Schüttung fein körniger Teilchen (14) gepumpt wird.