DE19934761C1 - Verfahren zum Pressen zylindrischer Verbundkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundkörpern, insbesondere von zylindrischen keramischen Körpern für Glühstiftkerzen, bei dem mehrere Formhülsen (10), welche durch Kaltpressen vorgeformte Einzelteile aufnehmen, in die entsprechenden Bohrungen (20) einer vertikal stehenden, über weitere Bohrungen (16) mit Hilfe von Heizpatronen oder einer Wärmeträgerflüssigkeit beheizten Trägerplatte (27) eingesetzt und dann die vertikal stehende Trägerplatte mit den Formhülsen (10) zwischen zwei Pressplatten (17) einer Presse eingespannt wird und bei dem dann mit durch die Pressplatten in die Formhülsen (10) beidseitig eingreifenden Druckstiften (13) die darin befindlichen Einzelteile verpresst werden. Nach Ablauf der notwendigen Druckhaltezeit kann die verpresste Masse nach dem Zurückfahren der Druckstifte und dem Öffnen der Presse in den in der ausgefahrenen, weiter beheizten Trägerplatte (27) befindlichen Formhülsen (10) drucklos aushärten und schließlich nach dem Abkühlen der Formhülsen (10) an Luft aus diesen entformt und mittels einer Schleifmaschine in die endgültige Form geschliffen werden (Figur 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere von zylindrischen kera­ mischen Körpern von Glühstiftkerzen, bei dem die zu verbindenden Einzelteile der Verbundkörper jeweils aus verschiedenem Material durch Kaltpressen vorgeformt, in einem Füge­ schritt zusammengefügt und in einem Warmpressvorgang ver­ bunden werden und anschließend der Verbundkörper in einem Konfektioniervorgang seine endgültige Form erhält, eine Verwendung des Verfahrens, sowie eine Pressvorrichtung, die zur Herstellung von Verbundkörpern eingerichtet ist.

Bei einem solchen, von der Robert Bosch GmbH ausgeführ­ ten, bekannten Verfahren zur Herstellung von zylindri­ schen Keramikkörpern von Glühstiftkerzen wird zunächst mit einem Kaltpressverfahren eine Keramikisolierschicht und separat davon werden die zu beiden Seiten der Isolierschicht liegenden Leitschichten hergestellt. Dann wird die Isolierschicht zwischen die Leitschichten eingelegt und zunächst mit einem Kaltpressschritt verbunden. Dann erfolgt in einem Warmpressverfahren die Vernetzung des Harzes und die Ausbildung des Verbundes. Schließlich werden die Verbundplatten in Vierkantstäbe gesägt und zu ihrer Konfektionierung profilgeschliffen. Aufgrund der beiden zur Herstellung eines Verbundkörpers notwendigen Pressschritte, nämlich dem Kaltpressen und dem Warmpressen, werden verschiedenartige Pressformen und auch der Wechsel von einer Pressform zur anderen nötig. Ferner ist die Zerteilung der ausgehärteten Verbund­ platten in Vierkantstäbe und das anschließende Rund­ schleifen derselben aufwendig und teuer.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für zylindrische Verbundkörper aus vorher kaltgepressten Einzelteilen, welche sich zur Her­ stellung keramischer Glühstiftkerzen eignen, sowie eine als Mehrfachnutzen eingerichtete Pressvorrichtung anzu­ geben, die bei diesem Verfahren verwendbar ist und die Herstellungskosten stark absenken kann. Dabei ist einigen besonderen Eigenschaften des zur Bindung der Keramik­ pulver eingesetzten Harzes Rechnung zu trägen, so z. B. dass ein Entformen der heiß verpressten Verbunde nur aus der abgekühlten Pressform erfolgen sollte, da die heißen zylindrischen Verbundkörper unter dem Einfluss von Entformungskräften deformiert oder gar beschädigt werden.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass

• 1. Der Fügeschritt einen Schritt aufweist, bei dem die Einzelteile in eine Formhülse eingelegt werden und die Formhülse stirnseitig beiderseits mit je einem axial beweglichen Stempel verschlossen wird,
• 2. Wenigstens eine so vorbereitete Formhülse dann in eine entsprechende Bohrung einer Isolierplatte gelegt und von dort in eine mit dieser fluchtenden Bohrung einer heißen Trägerplatte aus Stahl gedrückt wird, die zu diesem Zweck kurzzeitig parallel an der Isolierplatte anliegt;
• 3. Die beheizte Trägerplatte mit der Formhülse zwischen zwei Pressplatten einer Pressvorrichtung eingespannt und dann die in der Formhülse befindlichen Einzelteile beiderseits an den mit einem in die stirnseitigen Stempeln der Formhülse axial eingreifenden gefederten Druckstiften verpresst werden, die durch die beiden ebenfalls beheizten Pressplatten gehen;
• 4. Die verpressten Einzelteile unter Druck in der Formhülse und diese in der heißen Trägerplatte zwischen den heißen Pressplatten während einer notwendigen Druckhaltezeit verbleiben;
• 5. Dann die Druckstifte zurückgefahren, die Pressvorrichtung geöffnet, die Trägerplatte aus den Pressplatten ausgefahren und die in der Formhülse verpresste Masse drucklos in der heißen Trägerplatte weiter aushärtet;
• 6. Die Formhülse aus der heißen Trägerplatte ausgestoßen und abgekühlt wird und anschließend der abgekühlte Formkörper aus der Formhülse entformt wird.

Da sich die verwendete Pressvorrichtung z. B. als 100-fach Nutzen einrichten lässt, d. h. die Trägerplatte weist 100 Bohrungen zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Formhülsen auf, wird die Herstellung solcher zylindrischer Keramikverbundkörper für keramische Glühstiftkerzen wesentlich vereinfacht und durch die damit erreichte Erhöhung des Durchsatzes wesentlich verbilligt. Zudem wird das aufwendige Rundschleifen von Vierkantstäben vermieden.

Eine solche für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren geeignete als Mehrfachnutzen, insbesondere 100-fach Nutzen, ausgebildete Pressvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägerplatte, deren Dicke bevorzugt der Länge der Formhülsen entspricht, mit parallelen und regelmäßig beabstandeten Bohrungen senkrecht durch die Trägerplatte mit einem zur Aufnahme der Formhülsen angepassten Durchmesser ausgeführt wird und in der Mittenebene der Trägerplatte liegende zweite Bohrungen zum Durchströmen mit einem Heizmedium oder zur Aufnahme von Heizpatronen angebracht sind, dass diese Trägerplatte durch Verwendung von Zentrierelementen derart zwischen zwei Pressplatten eingespannt wird, dass in entsprechenden Bohrungen der Pressplatte verschiebbar angeordnete einzeln gefederte Pressstifte mit den Bohrungen in der Trägerplatte zur Aufnahme der Presshülsen fluchten und dass die Führungshülsen der einzeln gefederten Pressstifte mit je einer beweglichen Druckplatte auf der der Trägerplatte abgewandten Seite der Pressplatten verbunden sind.

Die obigen und weitere vorteilhaften Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläuternden, Beschreibung noch deutlicher, wenn diese Beschreibung bezogen auf die beiliegenden Figuren gelesen wird.

Figuren

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß verwendete Formhülse, die die zur Verpressung vorgesehenen kalt vorgeformten Einzelteile aus Bindemittel und Keramikpulver zwischen zwei eingepassten Druckstempeln aufnimmt.

Fig. 2 zeigt schematisch und im Querschnitt einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Pressvorrichtung mit Mehrfachnutzen mit eingelegten Formhülsen.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine zylindrische Formhülse 10 und die Einzelteile eines in diese Formhülse 10 eingelegten Vorpresslings, letztere auf der linken Seite auch im Querschnitt. Der aus einem Isolationsvorpressling 1 und zwei den Isolationsvorpressling 1 zu beiden Seiten einschließenden Leitvorpresslingen 2 bestehende Vorpressling ist von einer Kappe 3 aus vorgepresstem Leitmaterial abgedeckt. Zur Herstellung von Glühstiftkerzen bestehen diese Einzelteile 1 bis 3 aus in einem Festharz gebundenen Keramikpulvern. An ihren Stirnseiten ist die Formhülse 10 jeweils von einem beweglichen Stempel 11 und 12 abgeschlossen. Die Formhülse 10 bildet für die bevorzugte Verwendung zur Herstellung von Glühstiftkerzen eine Zylinderhülse, von der mehrere gleichzeitig in entsprechende erste Bohrungen 20 der Trägerplatte 27 eingedrückt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Trägerplatte 27, die beidseitig an die Trägerplatte 27 aus Stahl angelegten Pressplatten 17, die miteinander verschraubten, über die Stange 33 beweglichen Druckplatten 31a und 31b und die in den Pressplatten 17 beweglichen, über Tellerfedern 19 und Spannbolzen 22 vorgespannten Druckstifte 13. Es ist ersichtlich, dass Fig. 2 nicht die gesamte Pressvorrichtung mit Mehrfachnutzen, sondern nur einen Abschnitt derselben mit der Mittebene S-S der Trägerplatte 27 als Spiegelebene zeigt.

Bei der Befüllung der in Fig. 2 abschnittsweise gezeigten Pressvorrichtung werden zunächst die gemäß Fig. 1 vorbereiteten Formhülsen 10 in Bohrungen einer hier nicht gezeigten Isolierplatte, welche dasselbe Bohrungsbild wie die Trägerplatte 27 aufweist, wie in ein Flaschenregal eingelegt. Dann wird die Isolierplatte von einer Seite aus derart gegen die beheizte Stahlträgerplatte 27 gedrückt, dass die entsprechenden Bohrungen von Isolierplatte und Trägerplatte 27 fluchten, die Formhülsen 10 gleichzeitig mittels einer nicht gezeigten Vorrichtung von den Bohrungen der Isolierplatte in die entsprechenden Bohrungen 20 der beheizten Trägerplatte 27 überführt, die Trägerplatte 27 in die Pressvorrichtung zwischen die beiden Pressplatten 17 eingefahren und die Pressvorrichtung mechanisch oder hydraulisch verriegelt, wobei konische Zentrierstifte 21 gewährleisten, dass die in die Pressplatten 17 eingefahren Druckstifte 13 und die Formhülsen 10 in der Trägerplatte 27 axial fluchten. Zu erkennen ist, dass Fig. 2 nur zwei erste Bohrungen 20 in der Trägerplatte 27 und in diese eingedrückt zwei Formhülsen 10 mit Druckstempeln 11 zeigt, und dass die Linie S-S sowohl die Mittelebene der Trägerplatte 27 als auch die Spiegelebene der gesamten Pressvorrichtung darstellt.

Die Beheizung der Trägerplatte 27 und der Pressplatten 17 erfolgt über zweite Bohrungen 16 entweder durch eine strömende Wärmeträgerflüssigkeit oder über eingeschobene Heizpatronen.

Neben der halben Trägerplatte 27 ist in Fig. 2 von der Pressvorrichtung nur die eine Seite mit der Pressplatte 17, zwei gefederten Druckschriften 13, der Federmechanismus, bestehend aus den Tellerfedern 19, den Spannbolzen 22 für die Tellerfedern 19 und den Führungshülsen 23, welche mit der zweiteiligen Druckplatte 31a und 31b fest verbunden sind, dargestellt, sowie die mit der zweiteiligen Druckplatte 31a und 31b verbundene Stange 33, die untere Anschlagplatte 30 bzw. obere Anschlagplatte 32 und die Isolierplatte 15, welche die Pressplatte 17 vom übrigen Bereich der Pressvorrichtung thermisch isoliert.

Beim Anlegen der Pressplatten 17 an die Trägerplatte 27 sind die zweiteiligen Druckplatten 31a und 31b auf beiden Seiten bis auf die jeweilige untere Anschlagplatte 30 zurückgefahren. In dieser Position der Druckplatten 31a, 31b schließen die Druckstifte 13 mit der Oberfläche der Pressplatten 17 bündig ab. Beim Pressvorgang bewegt man die zweiteilige Druckplatte 31a, 31b von beiden Seiten gegen die zwischen den Pressplatten 17 eingespannte Trägerplatte 27. Dadurch drücken die Druckstifte 13 gegen die Druckstempel 11 bzw. 12 in den Formhülsen 10, und der Vorformling wir über beide Stirnflächen mit derselben Druckkraft beaufschlagt. Die über die vorgespannten Tellerfedern 19 einzeln gefederten Druckstifte 13 üben über die Druckstempel 11 und 12 auch auf etwas unterschiedlich lange Formkörper in den Formhülsen 10 annähernd gleiche Druckkräfte aus. Man erhält dadurch Formkörper, die während der Härtung dasselbe Temperatur-Druck-Profil durchlaufen haben und nimmt dafür geringfügig unterschiedliche Längen in Kauf. Die Führungshülsen 23 können in Richtung der Trägerplatte 27 maximal bis zum Anschlag der Druckplatte 31b an die oberen Anschlagplatten 32 bewegt werden.

Nach dem Ende der Presszeit werden die Druckplatten 31a, 31b über die Stange 33 auf beiden Seite bis auf die unteren Anschlagplatten 30 zurückgefahren. Dadurch legen sich die Köpfe der Druckstifte 13 an die Absätze in den Führungshülsen 23 an. Die Druckstifte 13 werden so aus den Formhülsen 10 herausgezogen und stehen dann wieder bündig mit den Oberflächen der Pressplatten 17.

Nach dem Öffnen der Pressvorrichtung läßt sich die Trägerplatte 27 zwischen den beiden Pressplatten 17 ausfahren. Die verpresste Masse härtet dann drucklos in den Formhülsen 10, welche sich noch in den ersten Bohrungen 20 der beheizten Trägerplatte 27 befinden, weiter. Nach dem Ende der Härtezeit werden die Formhülsen 10 aus der heißen Trägerplatte 27 ausgestoßen, an Luft abgekühlt und die gepressten Glühstifte zusammen mit den beweglichen Stempeln 11 und 12 aus den Farmhülsen 10 herausgedrückt. Die Formhülsen 10 und Druckstempel 11, 12 werden gereinigt und die Farmhülsen erneut mit Vorformlingen gefüllt und mit den Druckstempeln 11, 12 verschlossen. Die abgekühlten Glühstiftkerzen-Rohlinge werden auf einer Schleifmaschine in ihre endgültige Form geschliffen.

Die schematisch in der Fig. 2 dargestellte Pressvorrichtung mit Mehrfachnutzen, der z. B. ein 100-fach Nutzen sein kann, ersetzt die beim bekannten Verfahren zum Wechseln nötigen mehreren Pressformen und verringert den zum Schleifen notwendigen Aufwand, da die Trägerplatte 27 während des gesamten Aushärtevorgangs mit und ohne Pressdruck auf konstanter Härtetemperatur gehalten wird. Die an das Heißpressen sich anschließende drucklose Aushärtezeit legt die Verwendung mehrerer der preisgünstigen Trägerplatten 27 für jede Pressvorrichtung nahe, um die im Vergleich zu den Trägerplatten 27 wesentlich teureren Pressvorrichtungen ohne Stillstandzeiten zu betreiben. Außerdem wird eine Verkürzung der Presszeiten dadurch erreicht, dass die Trägerplatte 27 nicht abgekühlt und aufgeheizt werden muss, im Gegensatz zum bisherigen Plattenpressprozess. Damit wird eine deutliche Verringerung der Herstellungskosten von keramischen Glühstiftkerzen erreicht.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere von zylindrischen keramischen Körpern für Glühstiftkerzen, bei dem die zu verbindenden Einzelteile der Verbundkörper jeweils aus verschiedenem Material durch Kaltpressen vorgeformt, in einem Fügeschritt zusammengefügt und in einem Warmpressvorgang verbunden werden und anschließend der Verbundkörper in einem Konfektioniervorgang seine endgültige Form erhält, dadurch gekennzeichnet, dass

• 1. A: Der Fügeschritt einen Schritt aufweist, bei dem die Einzelteile (1, 2, 3) in eine Formhülse (10) eingelegt werden und die Formhülse (10) stirnseitig beiderseits mit je einem axial beweglichen Stempel (11, 12) verschlossen wird,
• 2. B: Wenigstens eine so vorbereitete Formhülse (10) dann in eine entsprechende Bohrung einer Isolierplatte (15) gelegt und von dort in eine mit dieser fluchtenden ersten Bohrung (20) einer heißen Trägerplatte (27) aus Stahl gedrückt wird, die parallel zur Isolierplatte (15) liegt und an diese kurzzeitig anschließt;
• 3. C: Die beheizte Trägerplatte (27) mit der Formhülse (10) in einer Pressvorrichtung zwischen zwei Pressplatten (17) eingespannt und dann die in der Formhülse (10) befindlichen Einzelteile (1, 2, 3) über auf die beweglichen Stempel (11, 12) der Formhülse (10) beiderseits axial drückende Druckstifte (13) verpresst werden, die durch die ebenfalls beheizten Pressplatten (17) gehen, wobei die Pressplatten (17) und die Trägerplatte (27) heiß bleiben;
• 4. D: Die verpressten Einzelteile (1, 2, 3) unter Druck in der Formhülse (10) und diese in der heißen Trägerplatte (27) zwischen den heißen Pressplatten (17) während einer notwendigen Druckhaltezeit verbleiben;
• 5. E: Dann die Druckstifte (13) zurückgefahren, die Pressvorrichtung geöffnet, die Trägerplatte (27) aus den Pressplatten (17) ausgefahren und die in der Formhülse (10) verpresste Masse drucklos in der heißen Trägerplatte (27) weiter aushärtet;
• 6. F: Die Formhülse (10) aus der heißen Trägerplatte (27) ausgestoßen und abgekühlt wird und anschließend der abgekühlte Formkörper aus der Formhülse (10) entformt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägerplatte (27) mehrere, insbesondere zylindrische Formhülsen (10), in paralleler Lage aufnimmt.

3. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Presse die Trägerplatte (27) zwischen den zwei Pressplatten (17) derart eingespannt wird, dass die durch die beiden Pressplatten (17) hindurchgreifenden Druckstifte (13) mit den ersten Bohrungen (20) in der Trägerplatte (27) fluchten, so dass jeweils ein Druckstift (13) an den beweglichen Stempeln (11, 12) in den Formhülsen (10) angreift bzw. in die Formhülse (10) eingreift.

4. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Druckstift (13) in Führungshülsen (23) über Spannbolzen (22) mit Tellerfedern (19) vorgespannt ist und die in den Pressplatten (17) verschiebbaren Führungshülsen (23) mit zwei miteinander verschraubten, beweglichen Druckplatten (31a, 31b) starr verbunden sind.

5. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressplatten (17) und die Trägerplatte (27) vertikal ausgerichtet sind und die Formhülsen (10) in den ersten Bohrungen (20) der letzteren horizontal liegen.

6. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (27) zur Aufnahme von z. B. 100 Formhülsen (10) ausgebildet ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (27) und die Pressplatten (17) zweite Bohrungen (16) zur Aufnahme von Heizpatronen oder zum Durchströmen mit einem Temperiermedium aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bohrungen (16) für die Heizpatronen bzw. für das Temperiermedium in der Trägerplatte (27) zwischen den die Formhülsen (10) aufnehmenden ersten Bohrungen (20) und in den Heizplatten (17) zwischen den die Führungshülsen (23) aufnehmenden Bohrungen (25) senkrecht zu diesen liegen.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presszeit annähernd 15 Minuten beträgt.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformten Einzelteile (1, 2, 3) einen in der Formhülse (10) zentral und axial liegenden Isolationskern (1) und je einen zu beiden Seiten des Isolationskerns (1) innerhalb der Formhülse (10) axial liegenden Leitkörper (2) so aufweisen, dass der Isolationskörper (1) die beiden Leitkörper (2) voneinander isoliert und der Isolationskörper (1) an zwei einander in radialer Richtung gegenüberliegenden Seiten zur Innenwand der Formhülse (10) freiliegt und der so in die Formhülse (10) eingelegte Vorpressling eine an die Innenwand der Formhülse (10) anliegende zylindrische Außenkontur hat und dass eine der Stirnseiten dieser zylindrischen Außenkontur von einem zylindrischen Vorpressling in Form einer Kappe (3) gleichen Durchmessers abgeschlossen wird.

11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung zylindrischer keramischer Körper von Glühstiftkerzen.

12. Pressvorrichtung, die zur Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere zylindrischer Keramikkörper von Glühstiftkerzen, gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pressvorrichtung eine Trägerplatte (27) mit regelmäßig beabstandeten ersten Bohrungen (20) senkrecht durch die Trägerplatte mit einem zur Aufnahme der Formhülsen (10) angepassten Durchmesser unter Verwendung von Zentrierhilfen (21) zwischen zwei Pressplatten (17) derart eingespannt ist, dass in den Pressplatten zurückgefahrene gefederte Druckstifte (13) mit den Formhülsen (10) in der Trägerplatte (27) fluchten, so dass bei beidseitiger Bewegung der Druckstifte (13) gegen die Trägerplatte (27) die zwischen den Stempeln (11, 12) der Formhülse (10) eingeschlossene Masse verpresst wird, wobei die Trägerplatte (27) und die Pressplatten (17) zweite Bohrungen (16) in der Plattenebene zwischen den voneinander beabstandeten ersten Bohrungen (20) zur Aufnahme von elektrischen Heizpatronen oder zum Durchströmen eines Wärmeträgermediums aufweisen.

13. Pressvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Isolierplatte (15) zwischen den Pressplatten (17) und den oberen Anschlagplatten (32) die beheizten Trägerplatten (27) und die Pressplatten (17) thermisch gegen den Rest der Pressvorrichtung isoliert.