DE19945191C2 - Herstellung keramischer Erzeugnisse nach dem Druckgussverfahren und Druckgussform zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Erzeugnissen der keramischen Industrie durch Druckguß unter Verwendung einer besonders ausgebildeten Druckgußform.

Bei bekannten Verfahren wurde bereits versucht, die Eigenschaften der Grünkörper und die Produktivität des Druckgußverfahrens zu verbessern. Durch die Anwendung der elektrophoretischen Scherbenbildung beim Druckgußverfahren ist die Produktivität grundsätzlich verbessert worden. In der DE 43 41 533 A1 wird eine Lösung offenbart, bei der in und/oder an der Druckgußform Elektroden angeordnet sind. Die Elektroden können auch integral über die Formgebungsfläche der Druckgußform verteilt sein. In diesem Fall sind die Elektroden als Siebgewebe über der inneren Oberfläche der Druckgußform angeordnet und garantieren nach der offenbarten Lehre eine verbesserte Entwässerung des keramischen Scherbens. Wie die Praxis zeigt, gelingt der beschriebene Effekt nur bei keramischen Erzeugnissen mit annähernd konstanter Scherbendicke und reduziert seine Anwendbarkeit dadurch auf die Herstellung von Erzeugnissen mit ebenen Oberflächen, wie z. B. Platten aus Porzellan und Scheiben aus High- Tech-Keramik. Es ist auch bekannt, daß die Elektrophorese mit zunehmendem Abstand der Elektroden vom sich bildenden Scherben in ihrer Wirkung nachläßt und daher bei Artikeln mit gewölbten Oberflächenbereichen auch mit flächig angeordneten Elektroden der gewünschte Effekt nicht eintritt. Bei Scherben mit größerer Dicke bildet sich im Scherben ein Feuchtegradient aus, der anodenseitig zu starker Austrocknung führt und damit Risse im Brennprozeß vorprogrammiert. Bei kompliziert geformten Erzeugnissen ist es unter wirtschaftlichen Aspekten auch mit einer Siebgewebe-Elektrode nicht möglich, nahe genug an die Oberfläche des Scherbens zu kommen und einen Stromfluß im keramischen Scherben zu gewährleisten. Ein weiteres noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem beim Druckgußverfahren ist das Ablösen der Formlinge aus den Druckgußformenhälften. Bisher werden die Druckgußformenhälften nach dem Ausformen des keramischen Erzeugnisses nacheinander kurz mit Druckluft beaufschlagt, wobei ein Teil des dem Formling gerade erst entzogenen Filtratwassers gegen die Formlingoberfläche zurückgedrückt und die Formlingoberfläche wieder angelöst wird. Damit einher geht ein Abfall der Grünfestigkeit des gerade gebildeten und an der Form zu entnehmenden Scherbens, so daß der Scherbenstärke des Formlings objektive Grenzen gesetzt sind, d. h. dünne Qualitätsporzellanerzeugnisse sind nach dem Druckgußverfahren nicht herstellbar. Auch für Erzeugnisse der technischen Keramik ist das Druckgußverfahren aus den aufgeführten Gründen nicht immer nutzbar. Massezusammensetzungen der technischen Keramik sind sehr rein und fast ohne plastische Bestandteile und reagieren auf Wassereingriffe am neugebildeten Scherben mit einer drastisch abfallenden Grünfestigkeit.

Vor diesem technischen Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Leitfähigkeit der Druckgußform an sich zu verbessern, um auch bei Unterschieden in der Scherbendicke der keramischen Erzeugnisse oder bei komplizierten Oberflächengestaltungen der keramischen Erzeugnisse die aufgezeigten Nachteile, wie die Ausbildung eines Feuchtegradienten, zu vermeiden und gleichzeitig die Druckgußform so auszubilden, daß der neugebildete Scherben ohne wesentliche Beeinträchtigung der Grünfestigkeit aus den Druckgußformenhälften entnommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Formenwerkstoff für die Druckgußform schwer oxidierbare, elektrisch leitende Stoffe in Pulverform direkt zugemischt werden und dadurch ein konstanter Stromfluß in der Druckgußform gewährleistet wird, in den Druckgußformenhälften eine zusätzliche Elektrode und am Abnehmergreifer eine Elektrode angeordnet sind, und die Druckgußformenhälften gegeneinander und gegen die gesamte Druckgußanlage elektrisch isoliert angeordnet sind.

Einer üblichen Zusammensetzung zur Herstellung von Druckgußformen werden nach der Erfindung 5 Masse-% Pulver eines schwer oxidierbaren, elektrisch leitenden Stoffes, bezogen auf 100 Masse-% des Formenwerkstoffes, zugesetzt und homogenisiert. Aufgrund der Dichteunterschiede der Formenwerkstoffkomponenten konzentriert sich das homogen verteilte Pulver an der Druckgußformenoberfläche und ein Rest verteilt sich relativ gleichmäßig in der gesamten Druckgußform. In die Druckgußformenhälften werden vorteilhafterweise zusätzlich Elektroden, bevorzugt Flächenelektroden, eingebracht. Auch am Abnehmergreifer, der den Scherben aus der Druckgußformenhälfte entnimmt, ist eine Elektrode eingebracht. Das feinverteilte Pulver in den Druckgußformenhälften sichert einen ungehinderten Stromfluß, fördert den elektrophoretischen Effekt, verbessert dadurch die Entwässerung des Scherbens in der Druckgußform und verkürzt zwingender Weise die Scherbenbildungszeit. Das ist ein wesentlicher Vorteil des Druckgußverfahrens zur Herstellung keramischer Erzeugnisse. Die in die Druckgußform und den Abnehmergreifer eingebrachten Flächenelektroden sind mit einem Stromversorgungsgerät verbunden, wobei vorzugsweise ein Spannungswert von ca. 100 V und ein Stromwert von ca. 50 A eingestellt sind. Nachdem sich der Scherben in der Druckgußform ausgebildet hat, wird über die Flächenelektroden in den Druckgußformenhälften kurzzeitig eine Gleichspannung angelegt. Der kurze hohe Stromfluß bewirkt an der Katodenseite die Ausbildung eines Wasserfilmes zwischen Druckgußform und Scherben, wobei das Wasser dem Scherben weiter entzogen wird. Die Spannung wird abgeschaltet, die Druckgußform wird geöffnet, die Katodenseite der Druckgußform trennt sich vom Scherben. Der Abnehmergreifer fährt in den geöffneten Arbeitsraum ein, preßt seine Abnahmefläche gegen den Formling und saugt den Formling mittels Vakuum an. Jetzt wird die Spannung mit umgekehrter Polung wieder kurz eingeschaltet, ein hoher Stromfluß verursacht die Ausbildung des Wasserfilmes zwischen der 2. Druckgußformenhälfte und dem Scherben des Formlings und mit dem Abschalten der Spannung löst sich der Formling als Ganzes aus der Druckgußform und ist mittels Abnehmergreifer manipulierbar.

Der keramische Scherben weist nach der Erfindung beim Ablösen aus der Druckgußform keinen Abfall in der Grünfestigkeit auf, ganz im Gegenteil, nach der Erfindung wird die Grünfestigkeit des Scherben geringfügig erhöht. Mit der Druckgußform nach der Erfindung und der weiteren Ausbildung der Druckgußform und des Abnehmergreifers mit Flächenelektroden ist es möglich, auch dünne Erzeugnisse aus Qualitätsporzellan und feine Erzeugnisse aus technischer Keramik herzustellen. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und ihrer Rückbeziehung.

Ausführungsbeispiel 1

Die Formeneinrichtung für die Druckgußform zur Herstellung einer Platte aus Porzellan wird wie üblich zum Gießen vorbereitet. Die Komponenten des Formenwerkstoffes werden im bekannten Verhältnis gemischt, gesumpft und die erforderliche Viskosität eingestellt. Unmittelbar vor dem Gießen der Druckgußform werden 5 Masse-% Metallpulver Ni/Cr 60/40, bezogen auf 100 Masse-% des Formenwerkstoffes, zugesetzt und homogenisiert. In die Hälften der Formeneinrichtung werden die gesamte Formlingsfläche abdeckende Drahtgitter gelegt, die Drahtstärke ist vorteilhafterweise 1 mm, und anschließend wird die homogenisierte metallpulverhaltige Masse in die so vorbereitete Formeneinrichtung gegossen, wie üblich ausgehärtet und ausgehärtet der Formeneinrichtung als zweiteilige Druckgußform entnommen. Die zweiteilige Druckgußform wird in die Druckgußanlage eingebaut und der keramische Druckgußschlicker in die Druckgußform gegossen und in bekannter Weise nach dem Druckgußverfahren die Platte geformt. Aufgrund der Dichteunterschiede der Formenwerkstoffkomponenten konzentriert sich das homogen verteilte Metallpulver an der Oberfläche der erhaltenen Druckgußformenhälften, und der Rest ist in der ausgehärteten Druckgußform relativ gleichmäßig verteilt. Das feinverteilte Metallpulver in der Druckgußform sichert einen ungehinderten Stromfluß. Durch das feinverteilte Metallpulver, Ni/Cr 60/40, in der Druckgußform nach der Erfindung wird auch bei Unterschieden in der Scherbendicke des Plattenformlings aus Porzellan die Leitfähigkeit und der elektrophoretische Effekt gewährleistet und die Scherbenbildungszeit wesentlich verkürzt. Desweiteren wird mittels der eingearbeiteten Drahtgitterelektroden der Plattenformling zerstörungsfrei und mit einer weiter leicht verbesserten Grünfestigkeit aus der Druckgußform entnommen, indem nach Ausbildung des Scherbens die Druckgußform kurz mit einer Spannung in Höhe von ca. 100 V beaufschlagt wird. Der kurze Spannungsstoß bewirkt katodenseitig die Ausbildung eines Wasserfilmes zwischen Druckgußformenoberfläche und Scherben des Plattenformlings, wobei das Wasser für den Wasserfilm der Scherbenoberfläche entzogen und damit die Grünfestigkeit des Plattenformlings weiter erhöht wird. Die Spannung wird abgeschaltet, die katodenseitige Druckgußform löst sich vom Scherben des Plattenformlings und der Abnehmergreifer fährt in den Arbeitsraum. Der Abnehmergreifer preßt seine Abnahmefläche an den Scherben des Plattenformlings und saugt den Plattenformling mittels Vakuum an. Jetzt werden mit umgekehrter Polung die zweite Druckgußformenhälfte und der Abnehmergreifer kurz mit einer Spannung von ca. 100 V beaufschlagt, und an der zweiten Druckgußformenhälfte bildet sich zwischen Druckgußformenoberfläche und Scherben des Plattenformlings wiederum ein Wasserfilm aus. Auch das Wasser für diesen Wasserfilm wurde dem Scherben des Plattenformlings entzogen und erhöht die Grünfestigkeit des Scherbens auch auf dieser Seite des Plattenformlings. Die Spannung wird abgeschaltet, der Plattenformling löst sich auch von der zweiten Druckgußformenhälfte und hängt am Abnehmergreifer, der den Plattenformling nun dem weiteren Bearbeitungsprozeß zuführt.

Ausführungsbeispiel 2

Die Formeneinrichtung für die Druckgußform zur Herstellung einer gerippten Brennplatte aus Tonerde (Al₂O₃) wird wie üblich zum Gießen vorbereitet. Die Komponenten des Formenwerkstoffes werden im bekannten Verhältnis gemischt, gesumpft und die erforderliche Viskosität eingestellt. Unmittelbar vor dem Gießen der Druckgußform werden 5 Masse-% Metallpulver Ni/Cr 60/40, bezogen auf 100 Masse-% des Formenwerkstoffes, zugesetzt und homogenisiert. In die Hälften der Formeneinrichtung werden die gesamte Formlingsfläche abdeckende Drahtgitter gelegt, die Drahtstärke ist vorteilhafterweise 1 mm, und anschließend wird die homogenisierte metallpulverhaltige Masse in die so vorbereitete Formeneinrichtung gegossen, wie üblich ausgehärtet und ausgehärtet der Formeneinrichtung als zweiteilige Druckgußform entnommen.

Die zweiteilige Druckgußform wird in die Druckgußanlage eingebaut und der Tonerdeschlicker in die Druckgußform gegossen und in bekannter Weise nach dem Druckgußverfahren die gerippte Brennplatte geformt. Die Tonerdemasse hat im Vergleich zur Porzellanmasse ein niedrigeres elektrokinetisches Potential, deswegen wird nach Ausbildung des Scherbens des gerippten Brennplattenformlings die Druckgußform kurz mit einer Spannung von ca. 120 V beaufschlagt. Der kurze Spannungsstoß bewirkt katodenseitig die Ausbildung eines Wasserfilmes zwischen Druckgußformenoberfläche und Scherben des gerippten Brennplattenformlings, wobei das Wasser für den Wasserfilm der Scherbenoberfläche entzogen und damit die Grünfestigkeit des gerippten Brennplattenformlings weiter erhöht wird. Die Spannung wird abgeschaltet, die katodenseitige Druckgußform löst sich vom Scherben des gerippten Brennplattenformlings und der Abnehmergreifer fährt in den Arbeitsraum. Der Abnehmergreifer preßt seine Abnahmefläche an den Scherben des gerippten Brennplattenformlings und saugt den gerippten Brennplattenformling mittels Vakuum an. Jetzt werden mit umgekehrter Polung die zweite Druckgußformenhälfte und der Abnehmergreifer kurz mit einer Spannung von ca. 120 V beaufschlagt, und an der zweiten Druckgußformenhälfte bildet sich zwischen Druckgußformenoberfläche und Scherben des gerippten Brennplattenformlings wiederum ein Wasserfilm aus. Auch das Wasser für diesen Wasserfilm wurde dem Scherben des gerippten Brennplattenformlings entzogen und erhöht die Grünfestigkeit des Scherbens auch auf dieser Seite des gerippten Brennplattenformlings. Die Spannung wird abgeschaltet, der gerippte Brennplattenformling löst sich auch von der zweiten Druckgußformenhälfte und hängt am Abnehmergreifer, der den gerippten Brennplattenformling nun dem weiteren Bearbeitungsprozeß zuführt.

Ausführungsbeispiel 3

Die Formeneinrichtung für die Druckgußform zur Herstellung eines konischen Brennerrohres aus Tonerde (Al₂O₃) wird wie üblich zum Gießen vorbereitet. Die Komponenten des Formenwerkstoffes werden im bekannten Verhältnis gemischt, gesumpft und die erforderliche Viskosität eingestellt. Unmittelbar vor dem Gießen der Druckgußform werden 5 Masse-% Metallpulver Ni/Cr 60/40, bezogen auf 100 Masse-% des Formenwerkstoffes, zugesetzt und homogenisiert. In die Hälften der Formeneinrichtung werden die gesamte Formlingsfläche abdeckende Drahtgitter gelegt, die Drahtstärke ist vorteilhafterweise 1 mm, und anschließend wird die homogenisierte metallpulverhaltige Masse in die so vorbereitete Formeneinrichtung gegossen, wie üblich ausgehärtet und ausgehärtet der Formeneinrichtung als zweiteilige Druckgußform entnommen. Die zweiteilige Druckgußform wird in die Druckgußanlage eingebaut und der Tonerdeschlicker in die Druckgußform gegossen und in bekannter Weise nach dem Druckgußverfahren das Brennerrohr geformt. Nach der Ausformung des Brennerrohres in der Druckgußform nach der Erfindung wird die Druckgußform geöffnet, so daß der Abnehmergreifer in den Brennerrohrformling hineinfahren kann, wobei die Kontur des Abnehmergreifers der inneren Oberfläche des Brennerrohrformlinges im wesentlichen entspricht. Der Abnehmergreifer ist jedoch nur bis auf einen Spalt geschlossen. Die Tonerdemasse hat im Vergleich zur Porzellanmasse ein niedrigeres elektrokinetisches Potential, deswegen wird nach Ausbildung des Scherbens des Brennrohrformlings die Druckgußform kurz mit einer Spannung von ca. 120 V beaufschlagt. Der kurze Spannungsstoß bewirkt katodenseitig, in dieser Ausführung ist die gesamte Druckgußformoberfläche die Katode, die Ausbildung eines Wasserfilmes zwischen Druckgußformenoberfläche und Scherben des Brennerrohrformlings, wobei das Wasser für den Wasserfilm der Scherbenoberfläche entzogen und damit die Grünfestigkeit des Brennerrohrformlings weiter erhöht wird. Der Abnehmergreifer hebt in diesem Moment den Brennerrohrformling an und schaltet gleichzeitig die Spannung ab, der Brennerrohrformling hängt am Abnehmergreifer, der den Brennerrohrformling aus der Druckgußform hebt und abstellt. Der Abnehmergreifer zieht sich um den genannten Spalt zusammen und gibt den Brennerrohrformling zur weiteren Bearbeitung frei.

Claims (4)

1. Herstellung keramischer Erzeugnisse nach dem Druckgußverfahren unter Anwendung eines elektrischen Feldes dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckgußform und der Abnehmergreifer elektrisch gleichmäßig leitend ausgerüstet sind,
die Druckgußformenhälften gegeneinander und gegen die Druckgußanlage elek­ trisch isoliert sind,
nach der Scherbenbildung die Druckgußform mit einer Gleichspannung kurz beaufschlagt wird, um zwischen der Druckgußformenoberfläche und dem Scherben des Formlings auf der Katodenseite einen Wasserfilm auszubilden, der als Trennfilm wirkt,
nach Abschalten der Gleichspannung der katodenseitige Teil der Druckgußform vom Formling getrennt wird,
der Abnehmergreifer an den Formling fährt und den Formling ansaugt,
anschließend der Abnehmergreifer und die zweite Druckgußformenhälfte mit einer Gleichspannung in umgekehrter Polung kurz beaufschlagt werden, sich zwischen dem Scherben des Formlings und der Druckgußformenhälfte auf der Katodenseite ein Wasserfilm ausbildet, der als Trennschicht wirkt,
der Formling aus der zweiten Druckgußformenhälfte abgelöst wird und
mit dem Abnehmergreifer der weiteren Bearbeitung zugeführt wird.

2. Herstellung keramischer Erzeugnisse nach dem Druckgußverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode am Abnehmergreifer eine Flächenelektrode ist.

3. Druckgußform mit in der Druckgußform den Druckgußformenhälften integral zugeordneten Elektroden nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Formenwerkstoff ein Pulver eines schwer oxidierbaren, elektrisch leitenden Stoffes in Anteilen von 1 bis 20 Gew.-% enthält, wobei das Pulver des schwer oxidierbaren, elektrisch leitenden Stoffes unmittelbar vor dem Herstellen der Druckgußform dem Formenwerkstoff zugesetzt und homogenisiert wird.

4. Druckgußform nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver Ni/Cr 60/40 ist.