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Verfahren zur Herstellung feinkeramischer Erzeugnisse, insbesondere
Blachgeechirr im Einmalbrand Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
feinkeramischer Erzeugnisse, insbesondere Flachgeschirr im Einmalbrand.
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Es ist bekannt, daß feinkerarnisches Flachgeschirr, wie beispielsweise
Teller und Platten, durch plastische und Gießformgebung erzeugt werden. Rotationssymmetrische
Produkte werden ausschließlich durch das,plastische Drehverfahren mit Schablone
beziehungsweise Rollerkopf und Spindel mit Arbeitsform gefertigt.
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Nicht rotationssymmetrische Produkte müssen mit der keramischen Sciilickergießformgebung
erzeugt werden. Bei diesen Technologien handelt es sich um die Verarbeitung strukturviskoser
Plüssigkeiten, die vorsichtig getrocknet werden müssen, damit im Pormling keine
Risse entstehen und die Form erhalten bleibt. ach der Trocknung erfolgt ein Erstbrand,
der zur Verfestigung des Scherbens beiträgt, damit er nachfolgend glasiert werden
kann. Dies erfolgt im allgemeinen durch Tauchen, Spritzen oder Begießen.
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Es ist bekannt, daß man bei nicht weiß- und transparent brennenden
Erzeugnissen, die eine hohe Rohbruchfestigkeit besitzen, auf den Glühbrand oder
Erstbrand verzichten kann und das Dekorieren und Glasieren auf den rohen getrockneten
Scherben erfolgt Der Brand der Erzeugnisse erfolgt im allgemeinen in einem normalen
Tunnelofen. Für nicht weiß- und transparent brennende Flachware werden auch Sohnellbrandöfen
eingesetzt.
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Die itufbereitung ar zur Verarbeitung kommenden Massen geschieht durch
Herstellung einer Suspension aus feingemahlenen Hartstoffen und plastischen keramischen
Rohstoffen, die durch Filterpressen bis auf Verarbeitungskonsistenz plastischer
keramischer Massen entwässert werden. Es ist auch der -ieg des Versprühens der Suspension
zu Trockengranulat bekannt, das jedoch in einer
nachfolgenden Einknettechnologie
auf den Feuchtigkeitsgehalt plastischer keramischer Massen eingestellt werden muß.
Die Einknettechnologie des Trockengranulats erfolgt nur deshalb, weil die Trockenpreßtechnik
in der Geschirrfertigung keine verbreitete technische Anwendung gefunden hat. Naßpressen
oder Quetschen plastischer Massen für kleinere Artikel ist vereinzelt bekannt.
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Bei der Aufbereitung von Gießschlicker versucht man durch ein Optimum
an Verflüssigungsmittel, ein maximum an Foststoffhalt und ein Minimum an Wasser
zu erreichen.
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Das gesamte Aufbereitungsverfahren für plastische Nassen und Gießschlicker
ist schwer automatisierbar, mit großem Aufwand und shwerer körperlicher Arbeit verbunden.
Es treten Homogenisierungsprobleme auf. Dazu kommen Schwankungen in den Eigenschaften
der plastischen keramischen Rohstoffe. Wird die Suspension als Trockengranulat versprüht,
muß infolge der sich anschließenden plastischen und Gießformgebung ein zusätzliches
Einkneten bez-iehungsweise Verflüssigen stattfinden.
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Das Trockenpressen von Sprühgranulat zu Geschirrkeramik hat sich technisch
noch nicht eingeführt. Das Pressen mit einem Stahlstempel bietet nichtdie Gewähr
einer gleichmäßigen Verdichtung des Trockenpreßsranulats im Scherbenprofil als eine
grundlegende Voraussetzung für gleiches Sinterverhalten. Ist die konstante Packungsdichte
des Rohlings nicht gegeben, tre--ten Risse, Deformationen und ein Lnterschiedlicher
Sintergrad an den fertigen Erzeugnissen auf. Es muß beim Verdichten mit Stahlstempeln
eine kompliziert zu beherrschende Vordosierung der Trockenpreßmasse mit nilfe von
Dosierschablonen vorgenommen werden, die gezielte anhäufungen schaffen, die exakt
auf die Geometrie und Profilierung des Scherbens und auf die Granulateigenchaften,
vie beispielsweise Rieselfähigkeit und Feuchtigkeit, abgestimmt sein müssen.
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Einen Ausweg aus dieser technologischen Unsicherheit bietet das isostatische
Pressen, das immer eine gleichmäßige Verdichtung iiber dem Scherbenquerschnitt beliebiger
Profilierung schafft.
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Jedoch ist die maschinentechnische Lösung kompliziert. Wegen der Tägheit
der hydraulik und der Abdichtungsprobleme ist die Anzahl der Arbeitstakte gering
unQ der maschinentechnische Aufwand sehr hoch. Hingegen wird in der Geschirrfertigung
wegen des geringen Preises und der in großer Stückzahl zu fertigenden Erzeugnisse
eine hohe Produktivität gefordert.
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Es ist --eiterhin das quasi-isostatische Pressen bekannt, das es erlaubt,
geeignete Kunststoffe, die als Form und gleichzeitig, anstelle einer Flüssigkeit,
als Drucküberträger dienen, in einfache Preßmatrizen einzusetzen und mit Hilfe entsprechend
veränderter Trockenpressen die Fertigung zu rationalisieren und Formlinge zu erzeugen,
die in konventionellen Pressen hoher Produktivität nicht herstellbar sind. Technische
Schwierigkeiten bilden Abdichtungsprobleme, da der unter Druck flüssige Kunststoff,
ein Organogel oder Thermoplast, im Spalt zwischen Stempel und Matrizenrahmen herausgequetscht
wird. Organogele halten den industriellen Beanspruchungen einer Massenfertigung
nicht stand. Die Oberflächenrauhigkeit der Rohscherben nimmt solche Maße an, daß
sie durch das nachfolgende Glasieren nicht mehr verdeckt werden kann. Die Scharfkantigkeit
der Profile verschwindet und die Verputznähte werden größer.
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Bei den oben genannten Formgebungstechnologien wird das Phänomen der
keranischen Plastizität und Verflüssigung keramischer plastischer Rohstoffe ausgenutzt.
Die keramische Plastizität und die keramische Verflüssigung haben aber noch keine
komplexe wissenschaftliche Durchdringung erfahren.
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Aus diesem Grunde gibt es auch keine wissenschaftlich begründete Technologie,
Sie ist mit vielen Zufälligkeiten und Schwankungen behaftet, die eine perfekete
Mechanisierung beziehungsweise Automatisierung verhindern0 Bei der Gießformgebung
ist die manuelle Tätigkeit vorherrschend. Sie ist eine Technik geringer Arbeitsproduktivität.
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Einen guten Mechanisierungsgrad hat die plastische Formgebung erreicht,
der allerdings mit hohem Grundmittelaufwai, Materialeinsatz, Energie und Platzbedarf
verbunden ist. An die plastische und Gießformgebung schließt sich ein Trocknungsvorgang
an, bei dem der Formling schwindet. Diese Trocknung muß mit viel Energie, Zeit beziehungsweise
Platzbedarf sehr vorwichtig geführt werden, damit der Körper, ohne zu reißen, eine
begrenzte Rohfestigkeit und Transportfähigkeit erhält, um ihn anschließend zu verputzen
und in einem Erstbrand so zu verfestigen, daß er anschließend ein Glasurbad durchlaufen
kann, um danach endgültig gebrannt zu werden Die Rohfestigkeit ist eine entscheidende
technologische Größe, die hauptsächlich von den eingesetzten natürlichen plastischen
Rohstoffen abhängt. Nur farbig brennende Rohstoffe besitzen hohe Plastizität und
Rohfestigkeit.
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Der Keramiker ist in der Auswahl der Rohstoffe begrenzt, wenn er weiße,
dicht und transparent gebrannte Keramik, beispielsweise Porzellan, herstellen will.
Für die plastische Formgebung hat sich bisher noch keine einfache technische Lösung
gefunden, um weiße, dicht und transparent gebrannte Keramik hoher Rohfestigkeit
herzustellen und damit die technologische Stufe des Glühbrandes einzusparen0 Die
plastische Formgebung und das keramische Schlickergießen rufen eine bevorzugte Ausrichtung
der Teilchen hervor, obgleich sie auf einfache Art einen Rohecherben gleicher Packungsdichte
liefern. Diese Texturierung kann zu Spannungen, Deformationen und Rissen im keramischen
Brand führen,
Gerade in dieser. Tatsache liegt auch ein wichtiger
Grund, warum -es problematisch ist, stark texturierte Porzellanteller im benvlellbrand
zu sintern. Ausgehend vom Stand der Technik in der Geschirrfertigung fehlt ein sicheres
Verfahren, weißes und transparent brennendes slaushalt° und Hotelgeschirr, insbesondere
Flachgeschirr, ohne Glühbrand, möglichst in automatisierten Fließstrecken hoher
Produktivität zu erzeugen.
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ver Zweck der Erfindung liegt nun darin, die aufgezeigten Mangel durch
eine neuartige, der automation zugängigen Technologie zu beseitigen, Der Erfindung
liegt die Auf gabe zugrunde, bei der keramischen Formgebung, vorzugsweise für Teller
und Platten, das Phänomen der keramischen Plastizität und. Verflüssigung zu umgehen
und uaiilit Schwankungen und Zufälligkeiten auszuschalten. Damit wird die Voraussetzung
für eine sichere wissenschaftlich begründete Technologie geschaffen und die Anwendung
von Maschinensystemen mit hoher Produktivität, geringem Grundmittelaufwand, Platz-und
ßnergiebedarf ermöglicht. Damit wird weiterhin die Voraussetzung geschaffen, von
Rohstoffauswahl und Zusammensetzung weitgehend unabhängig zu sein und Rohstoffe
einzusetzen, die bei plastischer oder Gießformgebung schwer oder niemals einsetzbar
wären. Des weiteren ist zweitens die rufgabe zu lösen, die Rolifestigkeit der keramischen
Formlinge zu erhöhen, um die Transportfähigkeit abzusichern und technologische Stufen
wie beispielsweise den Glühbrand einsparen zu können. Außerdem ist als dritte Aufgabe
die bevorzugte Ausrichtung der Teilchen herabzusetzen und die Schwindung der Ware
zu verringern. Das trägt dazu bei, daß Spannungen, Risse und Deformationen im keramischen
Brand vermindert werden. Darüber hinaus besteht eine vierte Aufgabe darin, über
den Scherbenquerschnitt, der unterschiedliche Starke aufweist, konstantes Sinterverhalten
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird bei dem Herstellungsverfahren feinkeramischer
Erzeugnisse, insbesondere Haushalt- und Hotelgeschirr, die an sich bekannte Trockenpreßtechnik
angewendet, die es gestattet, über die Wahl des Preßdruckes, die Packungsdichte
der Formlinge und damit die Rohfestigkeit zu steigern. Damit im Scherben keine bevorzugten
Stellen auftreten, tie im Brand unterschiedliches Sinterverhalten zeigen, muß die
Packungsdichte über den Scherbenquerschnitt konstant sein. Das wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß sich bei der Verdichtung der Trockenpreßmasse, beispielsweise
einem Porzellansprühranulat, im Druckbereich je nach Druck und Preßmasse elastomeres
Lsaterial, vorzugsweise Polyurethan-Elastomere, befindet.
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Als andere elastomere Mat@rialien sind Silikon-Kautschuk, synthetischer
kautschuk und elastische Thermoplaste verwendbar.
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Das elastomere Material wirkt als Preßstempel und verleiht dem Trockenpreßgut
das Profil und überträgt den Druck auf die Preßmasse gleichmäßig über den Querschnitt
des cherbens, um damit gleiche Packungsdichte zu schaffen als Grundvoraussetzung
für konstantes Sinterverhalten im Scnerben. In Abhängigkeit von den technischen
Bedingungen und der Gestaltung des Formlings kann dieses elastomere Material hinsichtlich
seiner Harte in den Grenzen von 300 bis 1000 shope A variiert erden. Insbesondere
sind Polyurethan-Elastomere geeignet, da sie bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften,
beispielsweise Abriebfestigkeit, Weiterreißfestigkeit, Stoßelastizität und geringe
bleibende Verformung, allen anderen elastischen Steifen überlegen sind0 Zum Einsatz
können sowohl thermoplastische Polyurethan-Elastomere als auch gießfähige Polyurethan-Produkte
kommen, die kalt- oder heißhärtend zu den benötigten Elastomerteilen verarbeitet
werden Diese nacn dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohscherben können
auf rund ihrer durch den Preßdruck erzeugten Festigkeit und der über dem Querschnitt
der Rohscherben erzielten gleichmäßigen Verdichtung in der Einmalbrandtechnologie
weiterverar beitet werden.
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1. Trockenpressen, Trocknen, Unterglasurdekorieren, Glasieren Trpchnen,
traditionelles Glattbrennen.
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2. Trockenpressen, Trocknen, Ünterglasurdekorieren, Glasieren, Droclmen,
Glattbrennen im Schnellbrandofen.
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Das erfindungsgemäße herstellungsverfahren für keramische Erzeugnisse,
insbesondere für flaches Haushalt- und Hotelgeschirr, mit der ein Elastomer als
Drucküberträger verwendeten Trockenpreßtechnik als Kernstück schafft die Voraussetzungen,
die bisher unvermeidbaren Schwankungen und Zufälligkeiten der plastischen und Gießformgebung
auszuschalten und eine sichere und wissenschaftlich begründete Technologie von hoher
Produktivität, geringen Grundmittelaufwand sowie Platz- und Energiebedarf zu schaffen
und die Rohstoffe in Quantität und Qualität einzusetzen, die bei herkömmlicher Technik
schwer oder niemals anwendbar wären. Die Preßformgebung ist einschließlich Masseaufbereitung
voll automatisierbar. Durch die Veränderung des Preßdruckes läßt sich die Rohfestigkeit
der Erzeugnisse derart steigern, daß die Bruchquoten vermindert werden und bisher
nötige Stufen in der Nachfolgetechnologie eingespart beziehungsweise vereinfacht
werden können. Außerdem bietet die beschriebene Preßtechnik neben einer starken
Reduzierung des Masserücklaufes ganz andere gestalterische Möglichkeiten für feinkeramische
Erzeugnisse, insbesondere flaches Haushalt- und Hotelgeschirr, weil sich mit dem
Verfahren nicht nur rotationssymmetrische, sondern auch anders geformte Artikel
mit hoher Arbeitsproduktivität herstellen lassen.
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Die erfindung soll nachstehend an zzei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden:
Beispiel: Herstellung einer Porzellanplatte In
einer 320-t-Presse wird mit Hilfe des Füllschiebers in den Matrizenrahmen von 200
x 300 mm eine genau dosierte Masse von 500 g Porzellan-Sprühgranulat von 4 % Feuchtigkeit
dosiert. Als Preßunterstempel wird ein auf eine Stahlplatte mit Befestigung aufgeklebtes
heißgehärtetes Elastomerteil aus Polyurethan mit nachstehenden Eigenschaftskennwerten
benutzt: Shore Härte A: 85° (TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit: 50 kpicm (DIN 53
515) Stoßelastizität: 30 % (TGL 24 415) Abrieb: 65 mm3 (TGS 24 924) Der Preßoberstempel
ist wegen der starken Profilierung des Formlings ebenfalls aus einem elastischen
Material. Verwendet wurde ein heißgehärtetes Polyurethan-Elastomere mit folgenden
Eigenschaftskennwerten: Shore Härte A: 600 (TGL 14 345) Weiterreißfestigkeit 15
kp/cm (DIN 53 515) Stoßelastizität: 35 % (TGL 24 415) Abrieb: 60 mm3 (TGL 24 924)
Bach dem Füllvorgang erfolgt das Verpressen des Granulates mit einem Vordruck von
200 kp/cm2 und einem Hauptdruck von 600 kp/cm2, Die gepreßte Platte hat konstante
Packungsdichte von 1,80 + 0,05 g/cm3 in allen Bereichen des Scherbenquerschnittes.
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Sie wird verputzt und in rohem Zustand mit einem Unterglasurdekor
versehen und anschließend tauchglasiert. Die Dichte der Glasursuspension 5 % Restfeuchte
heruntergetrocknet. Der Glattbrand geschieht bei SU 14 innerhalb von 36 Stunden
im Tunnelofen.
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Beispiel 2 Herstellung eines Porzellantellers 17 cm In einer 160-t-Fliesenpresse
wird mit Hilfe des Füllschiebers in den Riatrizenrahmen eine genau dosierte Masse
von 160 g Porzellan-Sprühgranulat von 4 % Feuchtigkeit dosiert. Als Preßunterstempel
wird ein auf eine Stahlplatte mit Befestigung aufgeklebtes kaltgehärtetes Elastomerteil
aus Polyurethan mit nachstehenden Eigenschaftswerten benutzt: Shore Härte A: 60Q
(TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit: 4,5 kp/cm (DIN 53 515) Stoßelastizität: 49 %
(TGL 24 415) Abrieb: 350 mm3 (TGL 24 924) Der Preßoberstempel ist aus Stahl und
60 °C warm. Nach dem Füllvorgang erfolgt, wie bei einer Fliesenpresse üblich, das
Verpressen des Granulates mit einem Vordruck von 200 kp/cm2 und einem Hauptdruck
von 600 kp/cm2.
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Der mit 4 «,ó Feuchtigkeit gepreßte Teller wird verputzt und nachgetrocknet.
Er verläßt die Trockenstrecke mit einer Restfeuchte von 1,8 % und einer Temperatur
von 60 OC. Anschließend geschieht das Begießglasieren mit einer Glasursuspension,
deren Dichte 1,4 g/cm3 ist. Durch das Überspülen steigt der Feuchtigkeitsgehalt
des Tellers auf 11 %, der anschließend bis auf 1 % heruntergetrocknet wird Im Anschluß
daran durchlaufen die Teller in einer Zeit von 2,5 Stunden einen SchnelIbrandofen
und werden darin bei SK 14 gesintert. Der gepreßte Teller hat eine konstante Packungsdichte
von 1,80 + 0,04 g/cm3 in allen Bereichen des Scherbenquerschnittes.