DE2729197A1

DE2729197A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen hoher genauigkeit aus faserstoffen

Info

Publication number: DE2729197A1
Application number: DE19772729197
Authority: DE
Inventors: Jean Baujon; Jacques Crignon; Jean-Pierre Remi
Original assignee: Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
Current assignee: Societe Europeenne des Produits Refractaires SAS
Priority date: 1976-06-29
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-01-12
Also published as: CH614884A5; BE856206A; FR2356488A1; NL7707246A; GB1589077A; IT1081105B; DE7720274U1; CS200220B2

Description

DR. INO. F. WUKSTnOFF DR.K. ν. PECIIMANN DR. ING. D. BKHRENS DIPI,. ING. R. GOETZ PATENTANWÄLTE

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8OOO MÜNCHEN 9O suiiWEioEHSTRASSE a TELEFON (089) ββ20β1 TELEX B24 070

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Patentanmeldung

Anmelder:

Societe Europeenne des Produits

Refractaires (S.E.P.R.)

67, boulevard du Chateau

92201 NEUILLY S/SEINE, Frankreich

Titel:

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formungen hoher Genauigkeit aus Fasterstoffen

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UR. INO. F. WITKSTHOFF DH. K. ν. PECH MANN UH. IN(J. D. HKH R KNS I)IPI... IKfi. H. GOKTZ PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 9O SCHWElOERKTRASSE 2 TKiKK)N <089) 66 20 31 TKLKX 3 24 070

TKI.KORAMMK : HHOTKCTPATBWT MÜMCHRM

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Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formungen hoher Genauigkeit aus Faserstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formungen hoher Genauigkeit, von sehr verwickelter Gestalt und veränderlicher Dicke aus Faseraufschlämmungen. Sie betrifft auch die zum Durchführen des Verfahrens notwendige Vorrichtung.

Seit vielen Jahren bemüht sich die Industrie der feuerfesten Werkstoffe, Verfahren zum Herstellen von Formungen zu entwickeln, die unter Betriebsbedingungen Wärmeschocks zu widerstehen vermögen, ohne daß sie zerspringen, reißen oder sich verschlechtern.

Hierbei sind diese Verfahren von älteren Industrieverfahren beeinflußt worden, die auf anderen Gebieten angewandt wurden. So haben es die Verfahren der Papierindustrie erlaubt, mehr oder weniger starre Platten, Flächengebilde oder Verkleidungsmaterial aus feuerfesten oder anderen Werkstoffen herzustellen, indem eine wäßrige Aufschlämmung von mineralischen Produkten an ebenen Unterlagen aufgefangen wurde, die mit Löchern versehen waren, welche für das Abfließen der Flüssigkeit sorgten, welche zu ihrer vorherigen Dispergierung gedient hatte. In

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gleicher Weise waren die verwendeten Betriebsmittel oder Formwerkzeuge stets im Hintück auf das Herstellen von Werkstücken einfacher Gestalt ausgelegt.

Im gleichen Sinne ist sogar vorgeschlagen worden, aus feuerfesten Fasern durch Auffangen einer wäßrigen Aufschlämmung dieser Fasern in filtrierenden Matrizenhöhlungen geformte Baustoffe von konstanter Dicke und verhältnismäßig einfacher Gestalt herzustellen, wie z.B. Schalen, Halbschalen, Kegel, Kegelstümpfe, parallelepipedische und halbkugelige Elemente, die sich sehr leicht aus der Form lösen lassen.

Diese einfachen Formgebungen entsprachen jedoch nicht mehr der technischen Entwicklung. Die Verwender dieser feuerfesten Formteile verlangten Formgebungen von immer mehr verfeinerter und verwickelter Gestalt und mit genauen Abmessungen, um die technischen Forderungen bestimmter spezieller Industrien erfüllen zu können, beispielsweise der Industrien, die feuerfestes Material als Träger für Wärmeenergieerzeuger, z.B. Widerstände, Brenner etc., verwenden.

Die klassischen Verfahren zum Herstellen dieser Bauteile waren nicht mehr geeignet, die vollständige Herstellung allein durch Formen zu gestatten. Aus diesem Grunde wurde die Herstellung dieser feuerfesten Bauteile in der Weise geplant und durchgeführt, daß nach dem Formen eine mechanische Bearbeitung vorgenommen wurde, die das Bauteil auf die geforderten Maße bringen sollte.

Wenn es auch technisch möglich war, die maschinelle Bearbeitung an aus feuerfesten Massen geformten Werkstücken vorzunehmen, war es doch schwieriger, dieses Prinzip bei aus Faseraufschlämmungen geformten Werkstücken anzuwenden.

Neben dieser Tatsache stellte die maschinelle Bearbeitung einen hohen Kostenanteil bei der Herstellung dieser Werkstücke dar.

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Gleichgültig, welches der zum Stand der Technik gehörenden Verfahren angewandt wurde, es hat sich als praktisch unmöglich herausgestellt, faserhaltige Produkte von verwickelter Gestalt, veränderlicher Dicke und exakten Abmessungen herzustellen, ohne nach dem Formen eine maschinelle Bearbeitung vorzunehmen und ohne deren Herstellungskosten durch das Fassonieren zu erhöhen.

Eingedenk dieser großen Schwierigkeiten und der auf diesem Gebiet erreichten Grenzen hat daher die Anmelderin, in dem Bestreben, eine echte Lösung für dieses Problem zu bringen, ihre Forschungen weitergeführt und hat ein neues Verfahren zum Herstellen von faserhaltigen Formungen von veränderlicher Dicke und hoher Genauigkeit gefunden und entwickelt.

Das Verfahren nach der Erfindung, welches das Formen von verwickelten Werkstücken aus Faseraufschlämmungen gestattet, zeichnet sich dadurch aus, daß die flüssige Phase, in der die genannten Fasern dispergiert sind, hauptsächlich in den geformten Bereichen von hoher Genauigkeit entfernt wird.

Bei ihren Forschungsarbeiten ist die Anmelderin zu der überraschenden Feststellung gelangt, daß die zum Herstellen von verwickelten Formen dienenden Formwerkzeuge in den Bereichen, in denen beim Formen eine große Genauigkeit eingehalten werden muß, mit einer größeren Anzahl von Filtrierablauföffnungen versehen sein müssen als in den Bereichen mit einfachen geometrischen Formen.

Im allgemeinen sind diese Ablauföffnungen von Leitungen geringen Durchmessers gebildet, die in das Formwerkzeug selbst eingearbeitet sind, eventuell haarröhrenförmig sein können und deren Verteilungsdichte in Abhängigkeit von der mehr oder weniger großen Verwickeltheit des zu formenden Werkstückes sorgfältig ermittelt und geschickt verwirklicht ist, wobei diese Dichte in den Bereichen des Formwerkzeuges vorzugsweise größer ist, welche die am stärksten ausgeprägten Vertiefungen und Vorsprünge, scharfe Kanten etc. aufweisen,

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d.h. in allen den Bereichen, in denen für den Formling hohe Maßgenauigkeiten angestrebt werden. Somit ist die Durchlässigkeit des filtrierenden Teils in den Bereichen größerer Genauigkeit vorzugsweise höher.

Der Durchmesser der Ablauföffnungen ist immer größer als der Durchmesser der Fasern, jedoch kleiner als die Länge der Faser selbst, so daß diese sich unter Abstützung an den Rändern quer zum Mund der Ablauföffnung legen kann.

Diese Ablauföffnungen können aber auch die Gestalt von zylindrischen Ringen von geringer Dicke haben, die von in das Formwerkzeug eingearbeiteten Hohlzylindemgebildet sind, in welche zylindrische Kerne von kleinerem Durchmesser eingesetzt sind. Diese Maßnahme wird besonders dann angewandt, wenn es sich um das Herstellen von Formungen auf Faserbasis handelt, die mit einer großen Anzahl von durch sie hindurchgehenden Hohlräumen, z.B. Röhren oder Höhlungen, versehen sind, in denen sich später ergänzende Bauteile, beispielsweise elektrische Widerstände, Wärmemeßsonden etc. aufnehmen lassen.

Die Kerne selbst können massiv oder hohl sein und können mit Ablauföffnungen versehen sein, so daß sie in den Bereichen des Formwerkzeuges, die von besonders verwickelter Gestalt sind, eine Filterfläche mit eng angeordneten Kanälen oder von größerem Durchlaßvermögen bilden. Diese hohlen Kerne können eventuell die Aufgabe von Abläufen zum Entfernen der flüssigen Phase der Aufschlämmung wahrnehmen.

Das Formwerkzeug selbst ist von Wänden gebildet, von denen wenigstens eine eine Filterwand ist und wiederum wenigstens •in« mit einer Öffnung versehen ist, durch die das Formwerkzeug mit Faseraufschlämmungen gespeist werden kann.

Die im Rahmen der Erfindung verwendete Faseraufschlämmung enthält Fasern bekannter Typen oder ein Gemisch von ihnen, die in einer flüssigen Phase, eventuell in Gegenwart von

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Zuschlagstoffen organischer oder mineralischer Natur dispergiert sind. Dies ist das Verfahren, das zum Herstellen von Formungen aus feuerfesten Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, wie z.B. Steinwolle, Kaolinfasern, Tonerdefasern etc., empfohlen wird.

Für das Herstellen von nicht feuerfesten Formungen wird aber auch empfohlen, Textil- oder Papierfasern natürlichen, künstlichen oder synthetischen Ursprungs zu verwenden, sowie speziellere Fasern, wie z.B. Kohlefasern, Metallfasern etc.

Die genannten Fasern können allein, in Form einer Aufschlämmung in einer flüssigen Phase, verwendet werden, aber auch zusammen mit großen Mengen von Zuschlagstoffen, z.B. die von den Bentoniten, Tonerde, Quarz und Kieselsäure, und den Zementen gebildeten Zuschlagstoffe, die höchstens 90 Gew.-Teile der eingeführten Stoffe auf wenigstens 10 Teile Faserstoffe ausmachen können. Dies ist ein wesentlicher Punkt bei der Anwendung der Erfindung, da die Menge der Zuschlagstoffe in der Aufschlämmung die bei den älteren Verfahren angewandte sehr merklich übersteigt.

Die Fasern und Zuschlagstoffe sind in einer flüssigen Phase dispergiert, die Wasser sein kann oder aus organischen oder mineralischen Verdünnungsmitteln, ihrem Gemisch oder ihrer Dispersion bestehen kann, um eine Konzentration dieser Aufschlämmung und eine günstige Viskosität zu erreichen, die eine homogene und rasche Filterung der flüssigen Phase während des Formvorganges gestatten.

Die genannte Aufschlämmung, die in bewegtem Zustand gehalten wird, wird in das Formwerkzeug mit einem zweckdienlichen Hilfsmittel eingeleitet; sobald das Formwerkzeug gefüllt ist, wird zwischen dem Bereich des Formwerkzeuges, in dem dieses mit Aufschlämmung beschickt wird, und dem Bereich, in dem die Dispergierungsflüssigkeit abgeführt wird, ein Druckunterschied während einer Zeitspanne erzeugt, die je

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nach Größe und Verwickeltheit des herzustellenden Werkstückes sowie abhängig von der Konzentration der verwendeten Aufschlämmung veränderlich ist.

Das in das Formwerkzeug eingeleitete Volumen Faseraufschlämmung wird zuvor genau abgemessen und nach dem Volumen des herzustellenden Werkstückes und der Feststoffkonzentration der Aufschlämmung bestimmt.

Der Unterschied zwischen den Drücken vor und hinter dem Formwerkzeug kann dadurch erzielt werden, daß entweder das Formwerkzeug mit einem höheren als Atmosphärendruck beschickt wird, oder daß hinter dem Formwerkzeug ein Unterdruck erzeugt wird, oder auch dadurch, daß das Anlegen eines Überdruckes am Zugang zum Formwerkzeug und eines Unterdruckes an seinem Ausgang gleichzeitig vorgenommen wird.

Dieser Druckunterschied beträgt zwischen 0 und 25 Atmosphären. Er liegt vorzugsweise zwischen 0 und 1 Atmosphäre bei verhältnismäßig einfachen Formwerkzeugen, mit denen verhältnismäßig wenig dicke Formlinge hergestellt werden. Er wird dagegen vorzugsweise zwischen 5 und 25 Atmosphären gewählt, wenn Formlinge von besonders verwickelter Gestalt und großer Dicke hergestellt werden sollen. Dieser Druckunterschied kann dank einer mechanischen Wirkung, beispielsweise mit einem Kolben, dank einer hydrostatischen Wirkung oder auch mit jedem beliebigen, der Fachwelt bekannten Hilfsmittel angelegt werden.

Die Formlinge, für die hinsichtlich ihrer Abmessungen keine besonderen Beschränkungen bestehen, können auch metallische oder andere Bauteile aufweisen, z.B. elektrische Widerstände, die vor dem Einleiten der Faseraufschlämmung im Formwerkzeug in Stellung gebracht worden sind und nach dem Lösen aus dem Formwerkzeug im Werkstück selbst eingeschlossen bleiben.

Sobald die flüssige Phase zum wesentlichen Teil entfernt worden ist, wird der Formling mechanisch aus dem Formwerkzeug

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ausgestoßen und sodann in der Wärme getrocknet.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich auch Hochgenauigkeitsteile, die an mehreren Flächen geformt sind, bequem aus Faseraufschlämmungen herstellen.

Das Verfahren läßt sich sowohl absatzweise als auch kontinuierlich durchführen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einfachen, mit Kernen versehenen Formwerkzeuges zum Herstellen eines parallelepipedischen Werkstückes, das nach dem Lösen aus dem Formwerkzeug fünf mit gleichmäßigem Zwischenabstand angeordnete Kanäle von exaktem Durchmesser aufweist,

Fig. 2 eine Schrägansicht eines ringförmigen Werkstückes mit wegnehmbarem filtrierendem Kern,

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt in der Symmetrieachse durch das Werkstück gemäß Fig. 2,

Fig. 4 den Formvorgang für ein rohr- oder zylinderförmiges Werkstück mit verhältnismäßig dicken Wänden,

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch ein Formwerkzeug zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine Schrägansicht eines mit dem Formwerkzeug gemäß Fig. 5 hergestellten Formlings.

In Fig. 1 ist das Formen eines Werkstückes aus Faserelementen dargestellt, das von verhältnismäßig einfacher Gestalt ist, jedoch fünf Kanäle aufweist. Das Formwerkzeug ist von fünf feststehenden Flächen 2, 3, 4, 5 und 6 gebildet und von einer beweglichen Fläche 7, welche als Kolben wirkt und

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einen mechanisch ausgeübten Druck auf die zuvor eingeleitete Faseraufschlämmung überträgt. Mit der den Boden bildenden Fläche 5 sind hohle Kerne 8 fest verbunden, an denen die als Kolben wirkende Fläche 7 mit einem geringen Spiel dank Löchern 9 gleitet. Die Flächen 2, 3, 4, 5, 6 und 7 des Formwerkzeuges sind, wie mit 10, 11, 12, 13, 14 und 15 angedeutet, mit Ablauföffnungen zum Abführen der flüssigen Phase der Aufschlämmung versehen. Die Ablauföffnungen 10, 11, 12, 13, 14 und 15 sind in den Bereichen hoher Genauigkeit, beispielsweise in den Ecken oder auch nahe einer Kante, mit geringeren Zwischenabständen oder mit einer höheren Verteilungsdichte angeordnet.

In gleicher Weise haben auch die hohlen Kerne 8 mit hoher Verteilungsdichte angeordnete Ablauföffnungen 16, um eventuell eine Absaugung zu ermöglichen.

Fig. 2 zeigt ein ringförmiges Formwerkzeug von verwickelterer Gestalt mit einer zylindrischen Außenwand 21 und einer Innenwand, die von zwei kegelstumpfförmigen Rotationsflächen 22 und 23 und von einer diese miteinander verbindenden zylindrischen Rotationsfläche 24 gebildet ist. Der von den drei Rotationsflächen 22, 23 und 24 gebildete hohle Kern ist wegnehmbar. Das Formwerkzeug ist durch eine obere Fläche beschickbar. Das Abführen der flüssigen Phase geschieht durch die Ablauföffnungen, die entweder Filterbereiche 26 mit hohem Durchlaßvermögen oder Filterbereiche 27 mit niedrigem Durchlaßvermögen bilden. So ist die Verteilungsdichte der filtrierenden Ablauföffnungen/entfInI verneinten 28, 29 und 30 hoch, während sie in den Bereichen mit durchgehenden Flächen, beispielsweise im Filterbereich 27, niedrig ist.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellten Bauteile.

Der Schnitt in Fig. 4 zeigt eine spezielle Vorrichtung 42 zum Beschicken eines Formwerkzeuges 41. Die flüssige Phase ist durch einen Boden 43 des Formwerkzeuges 41 dank

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Ablauföffnungen 44 und 45 abführbar. Die Seitenwand des Formwerkzeuges 41 kann ebenfalls Ablauföffnungen 46 und aufweisen.

In Fig. 5 ist das Formen eines faserhaltigen Werkstückes von verwickelter Gestalt dargestellt, das gemäß Fig. 6 zahlreiche Kanäle aufweist.

Gemäß Fig. 5 ist das Formwerkzeug von einer wegnehmbaren zylindrischen Wand 51» einem Boden 52 mit Ablauföffnungen 53 und 54 und von einem Bauteil 55 gebildet, an dem hohle Kerne 56 befestigt sind. Das Abführen der flüssigen Phase der in das Formwerkzeug eingeführten Aufschlämmung geschieht hauptsächlich mit den Ablauföffnungen 53 und 54 und an den Kernen 56, die mit zahlreichen Ablauföffnungen versehen sind.

Fig. 6 zeigt ein faserhaltiges Werkstück nach dem Lösen aus dem Formwerkzeug. Das Werkstück hat eine Schulter 61 und Kanäle 62.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen werden, wie bereits erwähnt, vor und hinter dem Formwerkzeug unterschiedliche Drücke erzeugt.

BEISPIEL

Ein faserhaltigee Vielloch-Werkstück von verwickelter Gestalt gemäß Fig. 6, mit einem nutzbaren Durchmesser von 110 mm und 943 kegelstumpfförmigen Löchern von 1,7 und 2 mm Durchmesser auf einer Höhe von 30 mm, wurde durch Formen gemäß Fig. 5 hergestellt.

Der Gesamtdurchmesser betrug 138 mm, die Gesamthöhe 33 nim.

Die verwendete Aufschlämmung von feuerfesten Fasern hatte eine Konzentration von 2% Feststoffe, bestehend aus 90 Gew.-Teilen Fasern und 10 Teilen eines mineralischen Bindemittels von bekanntem Typ (Natriumsilikat, Aluminiumphophat etc.). Die flüssige Phase bestand aus Wasser.

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Das in das Formwerkzeug (Pig. 5) eingeführte Volumen der Paseraufschlämmung wurde exakt abgemessen und nach dem Volumen des herzustellenden Werkstückes und der Peststoff-Konzentration der Aufschlämmung bestimmt. Dieses Aufschlämmungsvolumen wurde in ein Aufschlämmungsgewicht umgewandelt, das in Kenntnis des Volumens und des spezifischen Gewichtes des fertigen Werkstückes als Punktion dessen Fertiggewichtes und der Feststoff-Konzentration der Aufschlämmung ausgedrückt wurde. Sodann wurde zwischen Vor- und Nachdruck ein Druckunterschied von 0,5 Atmosphären erzeugt.

Nach Entfernen der flüssigen Phase wurde dann das Werkstück aus dem Formwerkzeug ausgestoßen und trocknen gelassen.

Dank der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung zeigte; der Formling eine sehr große Regelmäßigkeit der Seiten sowie der scharfen Kanten, so daß eine Nachbearbeitung durch Schleifen unnötig war.

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Le e r s e i t e

Claims

ANSPRÜCHE

Q Verfahren zum Herstellen von Formungen von besonders wickelter Gestalt, veränderlicher Dicke und hoher Genauigkeit aus einer Aufschlämmung, die in einer flüssigen Phase dispergierte Pasern enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die flüssige Phase hauptsächlich in den Bereichen hoher Genauigkeit der genannten Formlinge entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zum Herstellen eines Formlings von der Gestalt eines Mehrrohrkörpers die flüssige Phase in dem freien Zwischenraum zwischen der Wand des Kerns und der Platte des Formwerkzeuges entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei einem Werkstück von der Gestalt eines Mehrrohrkörpers die flüssige Phase mittels hohler Kerne, die mit Ablauföffnungen versehen sind, entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Zugang und dem Ausgang des Formwerkzeuges ein Druckunterschied zwischen O und 25 Atmosphären erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge der Faseraufschlämmung vor deren Einleiten in das Formwerkzeug im voraus bestimmt wird.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Faseraufschlämmung höchstens 90 Gew.-Teile inerter Zuschlagstoffe auf wenigstens 10 Teile Fasern aufweist.
7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zum Herstellen von Formungen von besonders verwickelter Gestalt aus Fasern, dadurch gekennzeichnet , daß das Durchlaßvermögen der die flüssige Phase abführenden Filterfläche in den Bereichen, die eine hohe Genauigkeit beim Formen erfordern, vorzugsweise höher ist.

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