DE2715852A1

DE2715852A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines oxidkeramischen, mit einer kuppe am ende verschlossenen rohres

Info

Publication number: DE2715852A1
Application number: DE19772715852
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dr Ing Froschauer; Bernd Dipl Ing Knape; Horst Dr Ing Schmidt
Original assignee: HALDENWANGER KG W
Current assignee: HALDENWANGER KG W
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1978-10-12
Also published as: FR2386400A1; US4256686A; GB1589104A; FR2386400B1; IT1102467B; IT7848720A0; DE2715852B2; DE2715852C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres durch Strangpressen einer plastifizierten, oxidkeramischen Masse durch eine Matrize über einen Dorn und durch Verschließen des Röhrendes durch eine halbkugelförmige Kuppe aus dem Rphrmateriall sowie auf eine Vorrichtung mit einer Matrize am Ende der strangpresse und mit einem in der Matrize zentrisch angeordneten Dorn.

Bei einem bisher bekannten Verfahren wurde das stranggepreßte, ungebrannte und am Ende offene Rohr durch Angarnieren einer getrennt hergestellten und trocken gepreßten Rohrkuppe aus dem Rohrmaterial an einem Ende verschlossen. Das derart einseitig verschlossene Rohr wurde dann gebrannt. Bei den durch dieses Verfahren hergestellten Rohren hat es sich gezeigt,

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daß die Verbindung zwischen dem Rohrende und der angarnierten Kuppe nach dem Brennen eine geringere Festigkeit als das Rohr selbst hat, so daß ein Ablösen dieser Kuppe bei stärkeren Belastungen auftreten konnte. Man hat daher versucht, die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Rohrende und der Kuppe dadurch zu vergrößern, daß das glatte Rohr und die getrennt hergestellte Kuppe nach dem Brennvorgang im Lichtbogen oder im Hochtemperaturοfen verschweißt wurden. Jedoch zeigte auch dieses verbesserte Verfahren keine zufriedenstellendenErgebnisse, da auch hier die aufgeschweißte Kuppe mit dem Rohrende keine solche innige Verbindung eingegangen ist, daß die gleiche Festigkeit wie beim Grundmaterial erreicht wurde. Man hat daher in einem weiter verbesserten Verfahren versucht, das Rohr mit einer einstückigen Kuppe am Ende zu Beginn des Preßvorganges herzustellen. Der Strangpreßvorgang des gesamten Rohres ließ sich aber nur dann ausführen, wenn in der Kuppe am Rohrende ein Loch verblieb, durch das die Belüftung des Rohrinnenbereiches beim Rohrpressen möglich wurde. Vor dem Brennen des so hergestellten Rohres mußte das in der Kuppe verbliebene Belüftungsloch mit der ungebrannten Keramikmasse von Hand verschlossen werden. Hierbei hat sich gezeigt, daß dieses Verschließen des Belüftungsloches in der Kuppe von Hand die Gefahr mit sich brachte, daß di-e bereits ausgebildete Kuppe verformt wurde, so daß diese nicht mehr die gewünschte Wandstärke oder Form aufwies. Auch das Verschließen des Belüftungsloches in der Kuppe stellte nicht sicher, daß

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das in die Bel lüftungsöffnung eingebrachte Material sich vollständig mit dem Material der übrigen Kuppe verband. So mußte auch bei den nach dem letztgenannten Verfahren hergestellten Rohren festgestellt werden, daß im Kuppenbereich Stellen mit geringerer Materialfestigkeit nach dem Brennen auftraten. Bei der bekannten Vorrichtung, mit der das letztgenannte Verfahren durchgeführt wurde, ergaben sich Schwierigkeiten beim Herstellen der mit einer Beiüftungsöffnung versehenen Kuppe am Rohrende im ersten Stadium des Strangpreßvorganges. Durch mangelhafte Belüftungsmöglichkeiten war es schwierig, den zur Herstellung der Beiüftungsöffnung notwendigen Kernstift nach dem Ausbilden des Kuppenrandes aus der Form herauszuziehen. Häufig wurde beim Entfernen des Kernstiftes ein Teil der ausgebildeten Kuppe beschädigt. Hierdurch war es erforderlich, einen größeren Bereich in der vorgeformten Kuppe von Hand zu verschließen, als er für die Belüftung des Rohrinneren beim anschließenden Strangpreßvorgang an sich erforderlich gewesen wäre. Auch hierdurch haben sich häufig in der Festigkeit mangelhafte Rohrkuppen ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das vorbekannte Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres so zu verbessern, daß das Rohr im Be-r reich des verschlossenen Rohrendes nach dem Brennen Festigkeitswerte aufweist, wie sie für den übrigen Rohrmantel gelten.

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ürfindungsgemäß besteht die Lösung der Verfahrensaufgabe darin, daß die Matrize vor Beginn des Strangpreßvorganges durch ein Kuppenwerkzeug unterhalb des Domes verschlossen wird, daß zu Beginn des Strangpreßvorganges mit geschlossener Matrize ein unterhalb des Kuppenwerkzeuges befindlicher Hohlraum, der durch eine Entlüftungsbohrung mit dem JForminnenraum in Verbindung steht, vergrößert wird, daß nach vollständiger Ausbildung des geschlossenen Rohrendes das Kuppenwerkzeug nach unten und zur Seite weggefahren wird, wobei die Materialverbindung zwischen dem Rohrende und dem in den Hohlraum eingepreßten Material abgeschert wird, und daß für den weiteren StrangpreßVorgang des Rohres mit verschlossenem Ende in dem Dorn durch wenigstens teilweises Herausziehen einer Nadel eine Belüftungsbohrung zur Zuleitung von Luft in das Innere des am Ende verschlossenen Rohres geöffnet wird. Außerdem erfolgt die Lösung der Vorrichtungsaufgabe durch ein vor die Matrizenöffnung bewegbares Kuppenwerkzeug, durch einen durch eine Membrane vergrößerbaren Hohlraum im Inneren des Kuppenwerkzeuges, durch eine Entlüftungsbohrung durch das Kuppenwerkzeug zur Verbindung des Hohlraumes mit dem Forminnenraum und durch eine durch eine Nadel verschließbare Beiüftungsöffnung in dem Dorn.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß das Rohrende und die das Rohrende verschließende Kuppe in einem Arbeitsgang einstückig mit konstanter Wandstärke

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unter gleichen Druckbedingungen hergestellt wird, so daß das Rohr dann im gebrannten Zustand eine gleichmäßige Festigkeit in allen Bereichen besitzt. Durch das Abführen eines Teils des die Kuppe zu Beginn des Preßvorgangs bildenden Materials durch die Entlüftungsbohrung in den Hohlraum innerhalb des Kuppenwerkzeugs wird sichergestellt, daß die gesamte Luft zu Beginn des Strangpreßvorgangs aus dem Forminneren abgeleitet wird, so daß jegliche Lunkerbildung im Kuppenbereich vermieden ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Materialdichte in dem Kuppenbereich sichergestellt. Der geringe Materialverlust durch das Anfüllen des Hohlraumes in dem Kuppenwerkzeug ist bedeutungslos gegenüber der gewonnenen Sicherheit, daß die Kuppe aus gleichmäßig verdichtetem Material besteht. Durch die Zuführung des Belüftungsgases, beispielsweise Luft, durch das Innere des Doms in das Rohrinnere wird nach dem Ausbilden des 'kuppenartigen Rohrendes der gleichmäßige Strangpressvorgang nicht behindert, sondern unterstützt. Die Zuführung des Belüftungsgases vorzugsweise von Außenluft in das Innere des stranggepreßten und am Ende verschlossenen Rohres kann so mit dem Strangpreßvorgang gesteuert werden, daß weder Unterdruck noch überdruck im Innern des Rohrs während des Strangpreßvorgangs entsteht, es ist jedoch auch eine unabhängige Betätigung vorteilhaft. Der durch die Entlüfungsbohrung in dem Kuppenwerkzeug entstehende Grat auf der Außenseite der fertigen Rohrkuppe hat für die Festigkeit des Rohrendes keinen nachteiligen Einfluß.

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Dieser Grat kann leicht vor oder nach dem Brennen des Rohres entfernt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die beiden aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte, nämlich das Ausbilden der Bohrkuppe am Rohrende und das anschließende Strangpressen des am Ende verschlossenen Rohres unbehindert nacheinander vorgenommen werden können. Nach dem Ausbilden der Rohrkuppe wird durch das Wegschwenken des Kuppenwerkzeuges der Raum zum Austreten des Rohrendes freigemacht. Der schmale Materialstiel,der das Material in dem Hohlraum innerhalb des Kuppenwerkzeuges mit dem Kuppenende verbindet, kann beim Wegschwenken des Kuppenwerkzeuges leicht abgetrennt werden, ohne daß dabei das Kuppenende beschädigt wird. Nach dem Wegschwenken des Kuppenwerkzeuges kann dann das Strangpressen des am Ende verschlossenen Rohres durch ein gesteuertes Zuführen des Belüftungsgases durch den Dorn ungehindert erfolgen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das Kuppenwerkzeug mit einem ersten Hydraulikzylinder, die den Hohlraum verschließende Membrane mit einem zweiten Hydraulikzylinder und die Nadel in dem Dorn mit einem dritten Hydraulikzylinder verbunden sind.

Im nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der einzigen Figur beschrieben, die schematisch

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eine Vorrichtung am Ende einer Strangpresse zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres zeigt.

Die Vorrichtung zum Herstellen der oxidkeramischen, mit
einer Kuppe am einen Ende verschlossenen Rohres ist allgemein mit 10 bezeichnet und sie befindet sich am Ende 12 einer
Strangpresse. Sie besteht aus einer Matrize 14 unterhalb
einer Siebplatte 16 am Ende der Strangpresse. Innerhalb des Hohlraums der Matrize ist ein feststehender Dorn 18 angeordnet, der mit der Siebplatte verbunden ist. Am Ende der Matrize ist ein Kuppenwerkzeug 20 gezeigt, durch das das untere Ende der Matrize 14 verschlossen werden kann. Bei geschlossener Matrize wird durch das Kuppenwerkzeug 20 und durch die Matrize 14 ein Forminnenraum 19 gebildet, in den der
Dorn 18 hineinragt. Das durch die Strangpresse extrudierte oxidkeramische Material gelangt durch die Siebplatte 16 in diesen Forminnenraum 19.

Das Kuppenwerkzeug 20 besitzt unterhalb des Forminnenraums 19 einen Hohlraum 22. Dieser Hohlraum 22 ist mit dem Forminnenraum 19 durch eine Entlüftungsbohrung 26 verbunden.
Innerhalb des Hohlraums 22 ist eine Membrane in Form einer Gummidichtung 24 angeordnet, die mit einem zweiten Hydraulikzylinder 28 in Verbindung steht. Durch diesen Hydraulikzylinder 28 kann die Gummidichtung 24 innerhalb des Hohlraums so bewegt werden, daß das

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Volumen des Hohraumes 22 wahlweise vergrößert bzw. verkleinert wird. Das Kuppenwerkzeug 20 selbst steht über eine Verbindung 32 mit einem nicht gezeigten ersten Hydraulikzylinder in Verbindung, durch den das Kuppenwerkzeug 20 von der Matrize abgenommen werden kann.

Innerhalb des Dornes 18 ist eine Nadel 30 angeordnet, die sich durch eine Entlüftungsbohrung innerhalb des Doms bis zum unteren Dornende hin erstreckt und dieses glatt abschließt. Die Nadel 30 und die Entlüftungsbohrung in dem Dorn 18 sind so bemessen, daß bei eingesetzter Nadel die Entlüftungsbohrung vollständig geschlossen ist. Die Nadel 30 ist oberhalb des Doms mit einem dritten Hydraulikzylinder 34- verbunden, durch den die Nadel 30 aus der Entlüftungsbohrung des Doms 18 zurückgezogen werden kann, so daß durch eine nicht gezeigte Verbindung ein Belüftungsgas durch die Entlüftungsbohrung innerhalb des Dorns 18 in den Forminnenraum 19 geleitet werden kann. Der dritte Hydraulikzylinder 34 befindet sich zwischen der Siebplatte 16 und dem Ende 12 der Strangpresse. Zum Schutz gegen das aus der Strangpresse austretende Strangpreßmaterial ist der dritte Hydraulikzylinder 3^ mit einer Schutzkappe 36 dicht verschlossen.

Beim Herstellen eines oxidkeramischen zylindrischen, durch beziehungsweise im Querschnitt beliebig geformten, durch

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eine Kuppe an einem Ende verschlossenen Rohres wird das Kuppenwerkzeug 20 durch den nicht gezeigten ersten Hydraulikzylinder angehoben und gegen die untere Mündung der Matrize 14 gedruckt. Gleichzeitig wird der zweite Hydraulikzylinder 28 innerhalb des Kuppenwerkzeuges 20 so betätigt, daß die Membrane 24 so in dem Hohlraum 22 verschoben wird, daß dieser Hohlraum nur noch ein minimales Volumen aufweist. Die Nadel 30 innerhalb des Dorns wird durch den dritten Hydraulikzylinder 34 nach unten bewegt, so daß die Entlüftungsbohrung in dem Dorn 18 vollständig verschlossen ist und der Dorn eine glatte untere Fläche besitzt, die in ihrer Form der gewünschten Innenfläche der herzustellenden Rohrkuppe entspricht. In diesem Zustand ist der Forminnenraum 19 innerhalb der Matrize vollständig geschlossen. Der VoIlständigkeit halber sei noch erwähnt, daß das Kuppenwerkzeug auf der Forminnenfläche so geformt ist, wie die spätere Außenfläche der Rohrkuppe aussehen soll. Nun erfolgt das Einpressen der oxidkeramischen Masse durch die Strangpresse, wobei die plastifizierte oxidkeramische Masse durch die Siebplatte 16 in den Forminnenraum 19 eintritt. Zur Entlüftung des Forminnenraums 19 wird der zweite Hydraulikzylinder 28 so betätigt, daß die Membrane 24 den Hohlraum 22 zunehmend vergrößert. Dadurch kann die sich in dem Forminnenraum 19 befindliche Luft, die durch das durch die Siebplatte 16 hindurchtretende Strangpreßmaterial komprimiert wird, durch die Entlüftungsbohrung in den Hohlraum 22 ein-

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treten. Der StrangpreßVorgang wird bei durch das Kuppenwerkzeug 20 geschlossener Matrize 14· durch eine Zeituhr gesteuert so lange fortgesetzt, bis mit Sicherheit die gesamte Luft aus dem Forminnenraum 19 durch die Entluftungsbohrung 26 in den Hohlraum 22 ausgetrieben worden ist. Der Zeitraum wird dabei auch so bemessen, daß zusammen mit der Restluft aus dem Forminnenraum 19 auch Strangpreßmaterial durch die Entliiflungsbohrung 26 in den Hohlraum 22 eintritt. Dadurch ist sichergestellt, daß im Kuppenbereich am Ende des stranggepreßten Rohres keine Lufteinschlüsse verbleiben, sondern daß dieser Kuppenbereich aus homogenem Strangpreßmaterial besteht.

Nach Ablauf des ersten Verfahrensschrittes wird durch den nicht gezeigten ersten Hydraulikzylinder das Kuppenwerkzeug von dem Ende der Matrize 14 wegbewegt. Dabei wird der sich in der Entlüftungsbohrung 26 befindliche Materialstil, der das ausgebildete Rohrkuppenende innerhalb des IOrminnenraumes 19 mit dem in den Hohlraum 22 des Kuppenwerkzeuges eingetretenen Material verbindet, abgeschert. Nachdem das Kuppenwerkzeug 20 aus dem Mündungsbereich der Matrize 14- wegbewegt worden ist, wird durch Betätigung des dritten Hydraulikzylinders 34- die Nadel 30 aus der Entlüftungsbohrung in dem Dorn 18 zurückgezogen. Nun erfolgt das weitere Strangpressen des Rohres durch die Matrize 14· und um den Dorn 18. Da die geöffnete Entlüftungsbohrung

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Innerhalb des Domes 18 mit einer Gasquelle in Verbindung steht, kann nun durch diese Entlüftungsbohrung und durch den Dorn 18 in das Innere des sich bildenden Rohres die erforderliche Gasmenge mit dem notwendigen Druck eingegeben werden, so daß ein Vakuum auf dem unteren Ende des Doms 18 beim Strangpressen des Rohres durch die Matrize 14 und um den Dorn 18 vermieden wird. Je nach Viskosität der verwendeten oxidkeramischen Masse in der Strangpresse kann auch in dem Rohrinnern durch die Gasquelle und die Entlüftungsbohrung im Inneren des Doms ein gewünschter überdruck aufrechterhalten werden. Parallel zu dem Herstellen des Rohres wird das Kuppenwerkzeug wieder vorbereitet, indem der Hohlraum 22 und die Entlüftungsbohrung 26 von eingedrungenem oxidkeramischem Material gereinigt und durch Betätigung des zweiten Hydraulikzylinders 28 die Gummidichtung 24 wieder in eine Stellung gebracht wird, in der der Hohlraum 22 ein minimales Volumen aufweist. Nach dem Abschluß des Strangpreßvorganges, nachdem das fertiggestellte Rohr von dem Matrizenende abgenommen worden ist, wird für die Herstellung eines neuen Rohres der dritte Hydraulikzylinder 34 wieder betätigt, damit die Nadel 30 die Entlüftungsbohrung in dem Dorn 18 wieder verschließt. Mit dem Verschließen der Matrizenmündung durch das Kuppenwerkzeug 20 beginnt dann erneut der Verfahrensvorgang zur Herstellung eines oxid-

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keramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres. Anstelle der hydraulisch betätigten Zylinder können selbstverständlich vorteilhaft auch Pneumatikzylinder Anwendung finden.

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Claims

Patent anspräche

1.) Verfahren zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres durch Strangpressen einer plastifizierten oxidkeramischen Masse durch eine Matrize über einen Dorn und durch ein Verschließen des Rohrendes durch eine halbkugelförmige Kuppe aus dem Rohrmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize vor Beginn des Strangpreßvorganges durch ein Kuppenwerkzeug unterhalb des Dornes verschlossen wird, daß zu Beginn des Strangpreßvorganges mit geschlossener Matrize ein unterhalb des Kuppenwerkzeuges befindlicher Hohlraum, der durch eine Entlüftungsbohrung mit dem Forminnenraum in Verbindung steht, vergrößert wird, daß nach vollständiger Ausbildung des geschlossenen Rohrendes das Kuppenwerkzeug nach unten und zur Seite weggefahren wird, wobei die Materialverbindung zwischen dem Rohrende und dem in den Hohlraum eingepreßten Material abgeschert wird, und daß für den weiteren Strangpreßvorgang des Rohres mit verschlossenem Ende in dem Dorn durch wenigstens teilweises Herausziehen einer Nadel eine Belüftungsbohrung zur Zuleitung von Luft in das Innere des am Ende verschlossenen Rohres geöffnet wird.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Matrize am Ende der Strangpresse und mit einem in der Matrize zentrisch angeordneten Dorn, gekennzeichnet durch ein vor die Matrizenöffnung bewegbares Kuppenwerkzeug (20), durch einen durch eine Gummidichtung oder dergleichen Membrane (24) vergrößerbaren Hohlraum (22) im Inneren des Kuppenwerkzeugs (20), durch eine Entlüftungsbohrung (26) durch das Kuppenwerkzeug (20) zur Verbindung des Hohlraumes (22) mit dem Forminnenraum (19) und durch eine durch eine Nadel (30) verschließbare Belüftungsöffnung in dem Dorn (18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppenwerkzeug (20) mit einem ersten Druckzylinder, die den Hohlraum (22) verschließende Membrane (24) mit einem zweiten Druckzylinder (28) und die Nadel (30) in dem Dorn (18) mit einem dritten Druckzylinder (34) verbunden sind.

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