DE2330620C2

DE2330620C2 - Verfahren zum Kalibrieren der Innenabmessungen von Tonwaren, insbesondere Tonrohren

Info

Publication number: DE2330620C2
Application number: DE2330620A
Authority: DE
Inventors: John Frederick Stocksbridge Sheffield Booth
Original assignee: Hepworth Iron Comp Ltd Stockbridge Sheffield Gb
Current assignee: Hepworth Iron Comp Ltd Stockbridge Sheffield Gb
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1982-09-30
Also published as: IT986525B; IE38059L; AU5684773A; DD104458A5; NL172628B; IE38059B1; ZA733998B; CA1000937A; BE800863A; US3822988A; GB1390965A; ES415970A1; CS166844B2; FR2190048A5; AU471115B2; NL7308391A; DE2330620A1; NL172628C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren so der Innenabmessungen von Tonwaren, insbesondere von Tonrohren, bei dem der Tongegenstand zunächst zum Brennen auf eine hohe Temperatur, bei der der Ton plastisch wird, erhitzt wird und er dann abgekühlt wird, wobei vor dem Erhitzen wenigstens ein Kalibrierdorn in den Tongegenstand eingesetzt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-AS 10 86 166 für die Herstellung von Muffenrohren bekannt, bei dem für den Brennvorgang Mittel vorgesehen sind, mit denen die Maßhaltigkeit gewährleistet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß aus einem Kragenteil und einem nach innen ragenden Bodenteil bestehende Aufstellringe verwendet werden, deren Kragenaußendurchmesser der Lichtweite der Muffe und deren Kragenlichtweite dem Außendurchmesser des Rohrschwanzendes entspricht und die bei Aufstellung der Muffenrohre auf die Stirnfläche ihres Schwanzendes mit der unteren Fläche ihres Bodenteils beim untersten Rohr auf dem Boden der Brennkammer und bei dem oder den oberen Rohren auf dem Muffengrund des darunterstehenden Rohres aufliegen und auf deren oberen Bodenteilflächen die Rohre mit den Stirnringflächen ihrer Schwanzenden aufliegen. Auf diese Weise werden die Tonrohre am Muffenende und am Rohrschwanzende entweder innen oder außen geschützt, um eine Verformung und eine Beschädigung der Rohrenden zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Kalibrierverfahren dahingehend zu verbessern, daß eine besonders gute Maßhaltigkeit bei Meidung der Gefahr des Entstehens von Rissen sicher erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein Dorn eingesetzt wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des gebrannten Tonproduktes ist und der sich während des Erhitzens an den Ton anlegt und beim Abkühlen sich davon wieder löst

Im Gegensatz zum Stand der Technik sieht die Erfindung nicht eine statische sondern eine dynamische Wechselwirkung zwischen dem Tongegenstand, insbesondere dem Tonrohr, und dem Dorn vor. Es wird nicht der Versuch der Verhinderung von Abmessungsänderungen der Rohrenden unternommen sondern vielmehr der Umstand ausgenützt, daß der Ton beim Erhitzen plastisch und dabei leicht verformbar wird, so daß durch die Wahl eines größeren Ausdehnungskoeffizienten für den Dorn als dem des gebrannten Tons und entsprechende Abmessungsauswahl erreicht wird, daß sich der Ton während des Erhitzens an den Dorn anlegt und sich von diesem nach dem Brennen und während des Abkühlens des Doms löst Trotz des festen Anliegens des Tons an den sich dehnenden Dom tritt entgegen allen Erwartungen kein Aufreißen des Tons auf. Dom und Rohr wirken daher während des Brennvorgangs aktiv zur Erzeugung der erforderlichen Abmessungen bzw. Kalibrierung miteinander zusammen, so daß der Innendurchmesser des Tonprodukts, bei Tonrohren insbesondere im Bereich üp.r Muffe und des Schwanzendes, seine genaue Sollabmessung erreicht Dies ist in dieser Genauigkeit mit den bekannten, passiv wirkenden Aufstellringen nicht möglich.

Zwar kann der Dom in den Tongegenstand zu verschiedenen Stadien bevor er plastisch wird eingeführt werden, doch wird vorgezogen, daß der Dom nach dem Trocknen auf eine vorbestimmte Härte eingesetzt wird. Dies kann im Inneren des Brennofens erfolgen.

Zweckmäßigerweise erfolgt das Einsetzen und Herausnehmen des Doms während des Erhitzens.

Der Tongegenstand kann nach dem Brennen mittels zwangsläufig zugeführter Luft abgekühlt werden.

Die Genauigkeit der Kalibrierung richtet sich nach der Genauigkeit der Dome. Sie können aus in hohem Maße hitzebeständigen Werkstoffen bestehen, z. B. aus hochschmelzenden Metallen oder hitzebeständigen Legierungen. Zweckmäßige Werkstoffe sind in den Ansprüchen 4 bis 7 angegeben. Sie behalten ihre Abmessungen und ihre Form auch nach häufiger Benutzung bei.

Hitzebeständige Stähle müssen in hohem Maße gegen Oxidation oder Zunderbildung widerstandsfähig sein und Temperaturwechselbeanspruchungen widerstehen.

Die Verzunderungs- oder Oxidationsbeständigkeit ist bei hitzebeständigen Stählen in erster Linie auf den Chromgehalt und in einem geringen Ausmaß auf den Siliziumgehalt zurückzuführen. Der Chromgehalt liegt

daher im Bereich von 8 bis 30%, während der Siliziumgehalt bis zu 4% betragen kann. Die Oxidationsbeständigkeit kann durch Nickel nur dann gesteigert werden, wenn dessen Gehalt sehr hoch ist, d. h. wenn das Eisen weitgehend durch Nickel ersetzt ist Die Werkstoffe müssen auch eine hohe Kriechfestigkeit haben. Obwohl Chrom die Verzunderungsbeständigkeit erhöht, trägt er nicht zur Steigerung der Kriechfestigkeit bei. Als das vorteilhafteste Metall erweist sich in dieser Beziehung Nickel, denn wenn man einem ι ο Chromstahl Nickel in ausreichender Menge beifügt, wird der Stahl austenitisch. Zu den weiteren Elementen, die zu ßiner Erhöhung der Kriechfestigkeit beitragen, gehören Titan, Niobium, Molybdän, Kupfer, Kobalt und Wolfram.

Als besonders hitzebeständig hat sich eine ferritische Eisen-Chrom-Legierung erwiesen, die etwa 28% Chrom enthält Im Brennofen herrschen Temperaturen bis zu 1100⁰C, w-obei die Atmosphäre schwefelhaltig ist und daher eine starke Oxidationswirkung zu erwarten ist Die Festigkeit ist zwar nicht von ausschlaggebender Bedeutung, jedoch ebenfalls zu berücksichtigen. Ein weiterer Vorteil dieses Werkstoffs besteht dann, daß er magnetisch ist so daß man diese Eigenschaft ausnutzen kann, um die Dome in die vorgeformten Tonerzeugnisse einzuführen. Schließlich bietet dieser Werkstoff kostenmäßige Vorteile, da er billiger ist als Stähle mit hohem Nickelgehalt

Es ist zweckmäßig, ein Muffenrohr mit seinem Schwanzende zu unterst stehend auf einen Dom so aufzusetzen, der von einem Aufstellring getragen wird, welcher einen größeren Außendurchmesser hat so daß er auch das Rohr unterstützt und einen zweiten Dom in den erweiterten Muffenabschnitt einzusetzen. Ein Rohr ohne eine Muffe, dessen beide Enden also glatt sind, kann mit jedem Ende zu unterst stehend auf einen Dom aufgesetzt werden, der von einem größeren Aufstellring getragen wird. Einen zweiten Dom führt man dann in das obere Ende des Rohrs ein. Er hat einen Flansch, mit dem er sich an der oberen Stirnfläche des Rohrs abstützt so daß er in seiner Lage gehalten wird. Zweckmäßigerweise können beide Dome jeweils mit einem Flansch versehen sein, so daß sie sich nach Belieben in jedes der beiden Enden eines Rohrs einsetzen lassen. Beide Dome einschließlich des Doms für das glatte Ende eines Muffenrohrs können etwas konisch ausgebildet sein, wobei das den größeren Durchmesser aufweisende Ende des Doms dem Flansch benachbart ist um das Einsetzen des Doms in die Rohrenden bzw. das Aufsetzen von Rohren auf die Dorne zu erleichtem.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert in der zeigt

Fig.! einen verkürzten vertikalen Axialschnitt durch ein Tonrohr, das sich vor dem Brennen auf einem Ofenwagen befindet, und bei dem in jedes Ende ein Dorn eingeführt worden ist, und

F i g. 2 ein die Ausdehnungs- und Zusammenziehungskurven des Rohrs bzw. der Dorne während des Erhitzens bzw. des Abkühlens darstellendes Diagramm.

F i g. 1 zeigt ein Muffenrohr 10 mit einem glatten Ende 12 und einer Muffe 14, das mit dem glatten Ende zu unterst auf einem nur teilweise angedeuteten Ofenwagen 16 steht, auf dem es durch einen Aufstellring 18 in seiner Lage gehalten wird. Der Ofenwagen 16 trägt einen zweiten Aufstellring 21 mit einem Dorn 20, der mit Spielraum in das glatte Ende 12 (Schwanzende) des Rohrs hineinragt. In der Muffe 14, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Hatjptkörpers des Rohrs, so daß auf der Rohrinnenseite eine Schulter 24 vorhanden ist ist ein Muffendom 22 mit Spiel angeordnet, der sich an der Schulter 24 abstützt

Nach dem Formen oder Extrudieren des Tonrohrs sowie vor oder nach dem Einsetzen der Dorne wird das Rohr bei einer Temperatur von bis zu 200" C getrocknet bis sein Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 1% verringert ist Dieser Trocknungsvorgang kann in gesonderten Trokkenkammem oder mit einem Durchlauftrockner durchgeführt werden. Alternativ kann man die Rohre nach dem Extrudieren direkt auf den Ofenwagen stellen und diesen einen Trockenofen passieren lassen. Man kann die Rohre auch zunächst vortrocknen und dann zur weiteren Trocknung auf den Ofenwagen stellen.

Gem. Fig. 1 wird jedes Rohr 10 zusammen mit den beiden Dornen 20 und 22 auf dem Ofenwagen angeordnet Die Innendurchmesser der Rohrenden 12 und 14 sind etwas größer als die Außendurchmesser der Dome.

Die Dorne 20 und 22 bestehen aus einem Stahl, der eine hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Verzunderung aufweist und der seine Foim auch bei Beanspruchung durch die erhöhten Brenntemperaturen und bei zyklischen Temperaturwechseln beibehält Es hat sich ein Stahl als besonders geeignet erwiesen, der eine ferritische Eisen-Chrom-Legierung folgender Zusammensetzung ist:

Si Mn S

Cr Ni

69,12 0,87 0,86 0,34 0,015 0,028 28,11 0,66

Diese Legierung bietet den zusätzlichen Vorteil, daß sie magnetisch ist Die Dome lassen sich so beim Einsetzen und Herausnehmen aus den Rohren magnetisch fassen.

Nach dem Aufstellen des Rohrs 10 auf dem Ofenwagen 16 wird dieser in den Brennofen gebracht, in dem eine Brenntemperatur von 1040⁰C herrscht.

Nach dem Brennen werden die Rohre einer Kühlung dadurch unterzogen, daß auf bekannte Weise Luft in den Ofen eingeblasen wird, bis die Temperatur innerhalb von 4 Stunden auf etwa 700⁰C gesenkt ist. Da die Dorne im Vergleich zu dem gebrannten Ton einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, führt dies dazu, daß sie sich beim Abkühlen vom Rohr trennen und dann entfernt werden zu können.

In Fig.2 stellt die strichpunktierte Linie 30.1 die Ausdehnungskurve eines der Dome für den Fall dar, daß sich der Erhitzungsvorgang gemäß der grafischen Darstellung von links nach rechts abspielt Die Ausdehnung des Doms setzt sich fort bis die Höchsttemperatur 32 erreicht ist. Danach zieht er sich während der Abkühlung entsprechend der strichpunktierten Linie 30.2 zusammen.

Die Vollinie 34.1 gibt die Ausdehnung des Tonrohrs bei seiner Erhitzung während des ersten Teils des Brennvorgangs wieder. Das anfänglich zwischen dem Rohr und dem Dorn vorhandene Spiel genügt, um zu verhindern, daß der Dorn während seiner Ausdehnung im Verlauf des Erhitzens einen Durchmesser annimmt, der größer ist als der Rohrdurchmesser. Bei einer Temperatur, die ger?de noch unter der Höchsttemperatur 32 liegt, beginnt der Ton zu schmelzen, so daß sich das Rohr entsprechend der Vollinie 34.2 zusammen-

zieht. Diese Zusammenziehung des Tons beginnt mit dem Zusammenbrechen des glimmerartigen Tonminerals und dem Freisetzen von glasbildenden und als Flußmittel wirkenden Oxiden. Der Ton zieht sich solange zusammen, bis er am Dorn anliegt. Sobald das Schmelzen beginnt, wird der Ton plastisch, und daher dann plastisch verformt. Danach nimmt er die Form des Dorns an. Bis die Höchsttemperatur 32 erreicht ist, muß sich der Ton zusammen mit dem Dorn längs der Vollinie 343 weiter ausdehnen.

Während das Rohr der Kühlung ausgesetzt wird, zieht es sich entsprechend der Vollinie 34.4 zusammen. Gemäß Fig. 2 zieht sich hierbei der Dorn stärker zusammen als das gebrannte Rohr, so daß sich der Dorn nach innen vom Rohr löst und sich später dann leicht aus dem Rohr entfernen läßt.

Die gestrichelten Linien 34.5 und 34.6 veranschaulichen, auf welche Weise sich das Rohr zusammenziehen würde, wenn der Dorn nicht vorhanden wäre.

Es wurden Versuche mit Tonrohren gemacht, die aus einem Ton extrudiert waren, der zu gleichen Teilen Schiefer und »mudstones« enthielt. Die Abmessungen der Rohre und der bei ihrer Herstellung benutzten Dorne sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

MufTenende
(mm)

Cjhiilcs HmIe
(mini

Konstruktionsmaß
Dorn bei 20⁰C
Dorn bei 1050⁰C
Tonrohr, ungebrannt
Tonrohr, gebrannt

Innendurchmesser 277,52 Außendurchmesser 275,84 Außendurchmesser 279,65 Innendurchmesser 290,83 Innendurchmesser 277.62

Außendurchmesser 265.68 Innendurchmesser 228.60
Innendurchmesser 231,65
Außendurchmesser 283.46 Außendurchmesser 265.43

Die Rohre wurden bei einer Höchsttemperatur von 1040° C ± 10° C gebrannt Die fertigen Tonrohre hatten Abweichungen von der Kreisform von 0,762 mm.

Zwar werden auf diese Weise nur die Innendurchmesser der Rohre direkt bestimmt, doch ergeben sich hieraus auch praktisch die Außendurchmesser, was insbesondere an den Schwanzenden gilt.

Es ist wichtig, daß die Berührung zwischen dem Ton und dem Dorn erfolgt, während sich der Ton in seinem plastischen Zustand befindet, so daß er durch sein Schrumpfen zur Anlage an den Dorn gelangt. Wenn diese Wirkung erzielt werden soll, kommt den anfänglichen Abmessungen des Tonerzeugnisses und des Doms sowie dem anfänglichen Spiel eine große Bedeutung zu. Die erforderlichen Werte richten sich nach den Eigenschaften des verwendeten Tons und des Werkstoffs des Doms. In jedem Fall müssen das Spiel und die betreffenden Abmessungen aus Ausdehnungskurven der in F i g. 2 dargestellten Art für die betreffenden Stoffe ermittelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kalibrieren der Innenabmessungen von Tonwaren, insbesondere Tonrohren, bei dem der Tongegenstand zunächst zum Brennen auf s eine hohe Temperatur, bei der dtr Ton plastisch wird, erhitzt wird und er dann abgekühlt wird, wobei vor dem Erhitzen wenigstens ein Kalibrierdorn in den Tongegenstand eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dom, dessen Warmeausdehnungskoeffizient größer als der des gebrannten Tonproduktes ist und der sich während des Erhitzens an den Ton anlegt und beim Abkühlen sich davon wieder löst, eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (20,22) nach dem Trocknen auf eine vorbestimmte Härte eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen und Herausnehmen des Doms (20, 24) während des Erhitzen vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn aus einem Stahl mit einem Chromgehalt von 8% bis 30% eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn aus einer ferritischen Eisen-Chrom-Legierung mit einem Chromgehalt von etwa 28% eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn mit bis zu 4% Silizium eingesetzt wir-t

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,. dadurch gekennzeichnet, da£> ein Stahldorn aus 69,12% Eisen, 037% Kohlenstoff, 0,86% Silizium, 034% Mangan, 0,015% Schwefel, 0,028% Phosphor, 28,11 % Chrom und 0,66% Nickel eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongegenstand nach dem Brennen mittels zwangsläufig zugeführter Luft abgekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Kalibrieren eines Tonrohrs, dadurch gekennzeichnet, daß in jedes Ende des Tonrohrs ein Dorn eingesetzt wird.