DE2715852B2

DE2715852B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres

Info

Publication number: DE2715852B2
Application number: DE2715852A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dr.-Ing. Froschauer; Bernd Dipl.-Ing. Knape; Horst Dr.-Ing. Schmidt
Original assignee: W HALDENWANGER KG 8264 WALDKRAIBURG
Current assignee: W HALDENWANGER KG 8264 WALDKRAIBURG
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1979-07-19
Also published as: DE2715852C3; US4256686A; IT1102467B; GB1589104A; IT7848720A0; DE2715852A1; FR2386400B1; FR2386400A1

Description

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 einen zentrisch angeordneten Dorn aufweisende Matrize, bei dem zum einstückigen Verschließen des Rohrendes mit der halbkugelförmigen Kuppe die oxidkeramische Masse am Ende der Strangpresse rings um den Dorn in die unten geschlossene Matrize gepreßt und anschließend das die Matrize abschließende Bauteil entfernt und das Rohr stranggepreßt wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Matrize am Ende einer Strangpresse, einem in der Matrize zentrisch angeordneten Dorn und einem auf seiner Innenseite entsprechend der Außenfläche der herzustellenden Rohrkuppe geformten Kuppenwerkzeug, das in eine die Matrize unten abschließende und in eine die Matrizenöffnung freigebende Stellung bewegbar ist
¹ Oxidkeramische, mit einer Kuppe am Ende verschlossene Rohre werden zur Abgrenzung zweier Phasen, häufig einer flüssigen Phase gegenüber einer gasförmigen Phase verwendet Besondere Anwendung finden derartige oxidkeramische Rohre bei der Temperatur-

i' messung an Glas- und Metallschmelzen. Entscheidende Werkstoffeigenschaften derartiger oxidkeramischer Rohre sind die Schlackenbeständigkeit der Widerstand gegen Strömungserosion, eine Temperaturwechselbeständigkeit und eine elektrische Isolation bei hohen

•^s Temperaturen sowie eine mechanische Kriechfestigkeit Das eingangs geschilderte Verfahren zur Herstellung eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres ist aus der deutschen Patentanmeldung S 5 852 VIb/80a bekannt Bei dem nach diesem

-» Verfahren hergestellten keramischen Hohlkörper verbleibt in dem angestauchten Rohrende eine Belüftungsöffnung, durch die beim weiteren Auspressen des Hohlkörpers der Hohlkörperinnenraum belüftet wird. Zur Herstellung eines am Ende vollständig geschlosse-

-■' nen Rohres ist es nach dem Strangpressen erforderlich, diese Belüftungsöffnung nachträglich zu verschließen. Bei diesem nachträglichen Verschließen des Rohrendes treten verschiedene Schwierigkeiten auf. Zum einen hat sich gezeigt, daß der nachträglich in die Belüftungsöff-

i" nung einzusetzende Stift aus oxidkeramischem Material sich nicht so innig mit dem umgebenden Material des Rohrendes verbindet, wie dies zur Erzielung der gewünschten Festigkeitseigenschaften wünschenswert ist, zum anderen hat es sich gezeigt, daß beim Einsetzen

> > eines Materialstiftes in die Belüftungsöffnung Formänderungen an dem angestauchten Rohrende auftreten, die wiederum nach dem Brennen zu unerwünschten Schwächungen der Wandstärke führen. In jedem Fall ergab sich, daß das auf diese Weise hergestellte Rohr am

·'" Ende ungleichmäßige Festigkeitswerte aufwies.

Bei einem aus der DE-PS 8 47 562 bekannten Verfahren zur Herstellung von keramischen Hohlkörpern wird der Hohlkörper um einen als Hohlwelle ausgebildeten Kern durch eine Mündung ausgepreßt.

··■> Dabei entsteht ein Rohr, dessen Ende ebenfalls unverschlossen ist, so daß durch die verbleibende öffnung am Rohrende das Rohrinnere belüftet werden kann. Zusätzlich kann durch die Hohlwelle des Kerns das Innere des Hohlkörpes während des Strangpreß-

'" Vorganges zusätzlich belüftet werden. Bei dem nach diesem Verfahren hergestellten Hohlkörper ist es ebenfalls erforderlich, nach dem Strangpressen des Rohres vor oder nach dem Brennvorgang das Rohrende gesondert zu verschließen, so daß auch hierbei die oben

^Vj geschilderten Nachteile auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren sowie die Vorrichtung zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres so zu verbessern, daß

⁰⁽¹ das Rohr im Bereich des verschlossenen Rohrendes nach dem Brennen Festigkeitswerte aufweist, wie sie für den übrigen Rohrmantel gelten.

Erfindungsgemäß besteht die verfahrensmäßige Lösung der Aufgabe darin, daß während des Ausbildens

'·"■ der halbkugelförmigen Endkuppe oxidkeramische Masse von der Mitte der äußeren Kuppenoberfläche unter Überdruck durch eine Entlüftungsbohrung in dem die Matrize abschließenden Bauteil in einen Hohlraum

unterhalb der Matrize gepreßt wird, daß nach dem Durchpressen einer vorbestimmten Materialmenge die Materialverbindung zu dem in den Hohlraum eingepreßten Material durch Wegschwenken des die Matrize verschließenden Bauteils abgeschert wird und daß nach > dem Öffnen der Matrize der gebildete geschlossene Rohrinnenraum beim anschließenden Strangpressen des Rohres mit einem geringen Oberdruck durch eine Belüftungsöffnung in dem Dorn beaufschlagt wird. Die Lösung der Aufgabe erfolgt bei der Vorrichtung durch u> einen durch eine Gummidichtung oder dergleichen Membrane vergrößerbaren Hohlraum am Kuppenwerkzeug, durch eine Entlüftungsbohrung durch das Kuppenwerkzeug zur Verbindung des Hohlraumes mit dem Forminnenraum und durch eine mit einer Nadel '5 verschließbare Belüftungsöffnung 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 unter gleichen Druckbedingungen hergestellt werden, so daß das Rohr dann im gebrannten Zustand eine gleichmäßige Festigkeit in allen Biereichen besitzt Durch das Abführen eines Teiles des die Kuppe zu Beginn des Preßvorgangs bildenden Materials durch die Entlüftungsbohrung in den Hohl- 2·> raum innerhalb des Kuppenwerkzeuges wird sichergestellt, daß die gesamte Luft zu Beginn des Strangpreßvorganges aus dem Forminneren abgeleitet wird, so daß jegliche Lunkerbildung im Kuppenbereich vermieden ist Hierdurch wird eine gleichmäßige Materialdichte je ^⁰ dem Kuppenbereich sichergestellt Dadurch, daß die Belüftungsöffnung in dem Dorn zunächst geschlossen ist, kann die halbkugelförmige Kuppe am Rohrende unter Aufbringung eines hohen Überdruckes ausgebildet werden, ohne daß die Gefahr besteht daß das « Material in eine für das spätere Auspressen erforderliche Belüftungsöffnung eintritt Nur hierdurch ist es möglich, die für die gewünschte Materialverdichtung erforderlichen Kräfte aufzubringen, ohne daß das Material der Rohrkuppe ausweichen kann. Durch die ·"> Zuführung von Belüftungsgas, beispielsweise Luft durch die Belüftungsöffnung in dem Dorn, nachdem die diese Belüftungsöffnung verschließende Nadel zurückgezogen worden ist, wird nach dem Ausbilden des kuppenartigen Rohrendes der gleichmäßige Strang- -i5 preßvorgang unterstützt Der durch die Entlüfungsbohrung in dem Kuppenwerkzeug entstehende Grat auf der Außenseite der fertigen Rohrkuppe hat für die Festigkeit des Rohrendes keinen nachteiligen Einfluß. Dieser Grat kann leicht vor oder nach dem Brennen des ■> <) Rohres entfernt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das Kuppenwerkzeug, die den Hohlraum verschließende Membrane und die Nadel in dem Dorn jeweils durch einen eigenen Druckzylinder betätigbar sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die beiden aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte, nämlich das Ausbilden der Rohrkuppe am Rohrende und das anschließende Strangpressen des am Ende verschlossenen Rohres, ^6I) unbehindert nacheinander vorgenommen werden können.

Im nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur beschrieben, die schematisch eine Vorrichtung am Ende einer Strangpresse zum <» Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres zeigt.

Die Vorrichtung zum Herstellen der oxidkerami

schen, 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 14 ist ein feststehender Dorn 18 angeordnet der mit der Siebplatte 16 verbunden ist Am Ende der Matrize 14 ist ein Kuppenwerkzeug 20 gezeigt durch das das untere Ende der Matrize 14 verschlossen werden kann. Bei geschlossener Matrize 14 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 24 in Form einer Gummidichtung angeordnet die mit einem Hydraulikzylinder 28 in Verbindung steht Durch diesen Hydraulikzylinder 28 kann die Membrane 24 innerhalb des Hohlraums 22 so bewegt werden, daß das Volumen des Hohlraumes 22 wahlweise vergrößert oder verkleinert wird. Das Kuppenwerkzeug 20 selbst steht über eine Verbindung 32 mit einem nicht gezeigten weiteren Hydraulikzylinder in Verbindung, durch den das Kuppenwerkzeug 20 von der Matrize 14 abgenommen werden kann.

Innerhalb des Domes 18 ist eine Nadel 30 angeordnet, die sich durch eine Belüftungsbohrung innerhalb des Doms 18 bis zum unteren Dornende hin erstreckt und mit diesem glatt abschließt. Die Nadel 30 und die Belüftungsbohrung in dem Dorn 18 sind so bemessen, daß bei eingesetzter Nadel 30 die Belüftungsbohrung vollständig geschlossen ist. Die Nadel 30 ist oberhalb des Doms 18 mit einem dritten Hydraulikzylinder 34 verbunden, durch den die Nadel 30 aus der Belüftungsbohrung 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 34 mit einer Schutzkappe 36 dicht verschlossen.

Beim Herstellen eines oxidkeramischen zylindrischen, im Querschnitt beliebig geformten, durch eine Kuppe an einem Ende verschlossenen Rohres wird das Kuppenwerkzeug 20 durch den nicht gezeigten Hydraulikzylinder angehoben und gegen die untere Mündung der Matrize 14 gedruckt. Gleichzeitig wird der Hydraulikzylinder 28 des Kuppenwerkzeuges 20 so betätigt, daß die Membrane 24 so in dem Hohlraum 22 verschoben wird, daß dieser Hohlraum 22 nur noch ein minimales Volumen aufweist. Die Nadel 30 innerhalb des Dorns 18 wird durch den dritten Hydraulikzylinder 34 nach unten bewegt so daß die Belüftungsbohning in dem Dorn 18 vollständig verschlossen ist und der Dorn 18 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 14 vollständig geschlossen. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt daß das Kuppenwerkzeug 20 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 29 befindliche Luft, die durch das durch die Siebplatte 16 hindurchtretende Strangpreßmaterial komprimiert wird, durch die Entlüftungsbohrung 26 in den Hohlraum 22 eintreten. 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 Entlüftungsbohrung 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 Entlüftungsbohrung 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 20 von dem Ende der Matrize 14 wegbewegt. Dabei wirkt der sich in der Entlüftungsboh-"rung 26 befindliche Materialstiel, der das ausgebildete Rohrkuppenende innerhalb des Forminnenraumes 19 mit dem in den Hohlraum 22 des Kuppenwerkzeuges 20 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 Belüftungsbohrung innerhalb des Domes 18 mit einer Gasquelle in Verbindung steht, kann durch sie 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 am unteren Ende des Doms 18 beim Strangpressen des Rohres vermieden wird. Je nach Viskosität der verwendeten oxidkeramischen Masse in der Strangpresse kann auch in dem Rohrinneren durch die Gasquelle und die Belüftungsbohrung im Inneren des Dorns 18 ein gewünschter Überdruck aufrechterhalten werden. Parallel zu dem Herstellen des Rohres wird das Kuppenwerkzeug 20 wieder vorbereitet, indem der Hohlraum 22 und die Entlüftungsbohrung 26 von eingedrungenem oxidkeramischem Material gereinigt werden und durch Betätigung des Hydraulikzylinders 28 die Membrane 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 Belüftungsbohrung in dem Dorn 18 wieder verschließt. Mit dem Verschließen der Matrizenmündung durch das Kuppenwerkzeug 20 beginnt dann erneut der Verfahrensvorgang zur Herstellung eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres. Anstelle der hydraulisch betätigten Zylinder können selbstverständlich vorteilhaft auch Pneumatikzylinder Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines oxidkeramischen, mit einer Kuppe am Ende verschlossenen Rohres durch Strangpressen einer plastifizierten oxidkeramischen Masse durch eine einen zentrisch angeordneten Dorn aufweisende Matrize, bei dem zum einstückigen Verschließen des Rohrendes mit der halbkugelförmigen Kuppe die oxidkeramische Masse am Ende der Strangpresse rings um den Dorn in die unten geschlossene Matrize gepreßt und anschließend das die Matrize abschließende Bauteil entfernt und das Rohr stranggepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausbildern der halbkugelförmigen Endkuppe oxidkeramische Masse von der Mine der äußeren Kuppenoberfläche unter Oberdruck durch eine Entlüftungsbohrung in dem die Matrize abschließenden Bauteil in einen Hohlraum unterhalb der Matrize gepreßt wird, daß nach dem Durchpressen einer vorbestimmten Materialmenge die Materialverbindung zu dem in den Hohlraum eingepreßten Material durch Wegschwenken des die Matrize verschließenden Bauteils abgeschert wird und daß nach dem öffnen der Matrize der gebildete geschlossene Rohrinnenraum beim anschließenden Strangpressen des Rohres mit einem geringen Überdruck durch die Belüftungsöffnung in dem Dorn beaufschlagt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Matrize am Ende einer Strangpresse, einem in der Matrize zentrisch angeordneten Dorn und einem auf seiner Innenseite entsprechend der Außenfläche der herzustellenden Rohrkuppe geformten Kuppenwerkzeug, das in eine die Matrize unten abschließende und in eine die Matrizenöffnung freigebende Stellung bewegbar ist, gekennzeichnet durch einen durch eine Gummidichtung oder dergleichen Membrane (24) vergrößerbaren Hohlraum (22) am Kuppenwerkzeug (20), durch eine Entlüftungsbohrung (26) durch das Kuppenwerkzeug (20) zur Verbindung des Hohlraumes (22) mit dem Forminnenraum (19) und durch eine mit einer Nadel (30) verschließbare Belüftungsöffnung in dem Dorn (18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppenwerkzeug (20), die den Hohlraum (22) verschließende Membrane (24) und die Nadel (30) in dem Dorn (18) jeweils durch einen eigenen Druckzylinder betätigbar sind.