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Verfahren und Preßform zum Herstellen vorzugsweise dünn-
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vandiger gerader Rohrstücke aus keramischen Werkstoffen Die Erfindung
richtet sich auf ein Verfahren zum Herstellen vorzugsweise dünnwandiger, gerader,
qgf. formschlüssia ineinandergreifender Rohrstücke aus keramischen Werkstoffen mit
jeweils aus einer oder mehreren bezüglich der Längsachse beliebig liecienden Flächen
gebildeten Stirnseiten durch Pressen in einer Form.
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Vor allem in der Bautechnik zur Leitung strömender lledien veruendet
man Rohre aus keramischen Werkstoffen. Bevorzugt werden heute auch zum Aufbau von
Kaminrohren solche Rohrstücke verwendet, die stirnseitig mit Nut und Feder ausgerüstet
sind und aus keramisehen Werkstoffen bestehen. Sie werden nach einem bekannten Verfahren
in statischen Pressen erzeugt. Die hierzu erforderlichen Formen sind aufuendig und
teuer. Bedingt durch dieses Verfahren erfahren
die in gekörnter
Form vorliegenden und mit einem Bindemittel versetzten Werkstoffe über die axiale
Länge der Rohrstücke eine unterschiedliche Verdichtung in Form eines Gradienten,
der von beiden Stirnseiten des Rohrstücks her zu seiner Quermittelebene hin stetig
abnimmt. Da sich die physikalischen Eigenschaften solcher Rohrstücke nach dem schwächsten
Querschnitt bestimmen, läßt sich bei diesem Herstellungsverfahren, auch bei vergleichsweise
kurzen Rohrstücken, eine gewisse Wandstärke nicht unterschreiten. Darüber hinaus
ist es praktisch unmöglich, im Preßverfahren Ausnehmungen in der Wand des Rohrstücks
vorzusehen, die Abzweigungen der Rohrleitung dienen. Es lassen sich im statischen
Preßverfahren auch nur senkrecht zur Rohrachse liegende Stirnflächen der Rohrstücke
herstellen. Abschrägungen müssen ebenso nachträglich eingeschnitten werden, wie
gegebenenfalls Nut und Feder, die zum Zusammensetzen der Rohrstücke zu Rohrleitungen
erforderlich sind.
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Während bei nach diesem Verfahren hergestellten Rohren durch einen
hohen Schamotte-Anteil ein beachtlicher Wärmedämmwert erzielt werden kann, läßt
sich dieser Anteil bei im Strangziehverfahren hergestellten Rohrstücken kaum über
50 °Ó anheben. Der Rest sind tonartige Bindemittel. Zwar können auf diese Weise
dünnwandige Rohre erzielt werden, doch unterliegen diese infolge ihres hohen Bindemittelanteile
einer beachtlichen Wärmedehnung, wie sie auch sonst vergleichsweise schlechte technologische
Eigenschaften aufweisen.
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Auch bei dieser Herstellungsweise werden Nut und Feder nachträglich
in den Formling eingeschnitten.
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Beide vorbekannten Verfahren führen zu keinen optimalen Arbeitsergebnissen.
Insbesondere ist es nicht möglich, gleichzeitig dünnwandige Rohre herzustellen,
deren Temperaturwechselbeständigkeit durch einen Schamotte-Anteil in der Größenordnung
von 80 DO besonders hoch und deren physikalische Eigenschaften über die gesamte
Rohrlänge praktisch gleich ist und die schließlich in einem Arbeitsgang zugleich
eine Formgebung erhalten können, die ein formschlüssiges Ineinandergreifen der einzelnen
Rohrstücke beim Aufbau der Rohrleitungen ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese speziellen Nachteile
der bekannten Verfahren zu vermeiden und zugleich praktisch vollkommen homogene
Rohrstücke herzustellen, die ohne spätere Nacharbeit ggf. auch Ausnehmungen oder
Abzweigungen oder nicht kreisförmige Stirnenden erhalten können, wobei eine besondere
Bedeutung dem Problem eines leichten Ablösens des gepreßten ohrstücks von den Formwandungen
zukommt, wodurch der Ausschuß merklich vermindert werden kann.
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Diese Aufgabe löst ein Verfahren zum Herstellen vorzugsweise dünnwandiger
gerader Rohrstücke aus keramischen Werkstoffen, bei dem erfindungsgemäß der in die
geöffnete Formausnehmung eingebrachte Werkstoff nach Schließen der Form in radialer
Richtung von außen nach innen mit dem Preßdruck beaufschlagt wird.
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Im Gegensatz zum Strangziehen von Rohren läßt sich auch bei diesem
Verfahren ein sehr hoher Schamotte-Anteil des Ausganqs-Werkstoffs
einsetzen.
Durch den allseits gleichen Druckangriff von außen her werden aber im Gegensatz
zum statischen Pressen Rohre mit in allen Querschnitten gleicher Verdichtung und
einwandfrei definierbaren Parametern erzielt. Daraus folgt dann, daß die Rohrwandung
extrem dünn gefertigt werden kann, was wiederum den Raumbedarf beim Einbau der Rohre
vermindert bzw. Platz schafft für zusätzliche Isolierungsmaßnahmen, wie sie beispielsweise
aus Gründen der Energieersparnis heute zunehmend gefordert werden. Der über die
gesamte Wandfläche gleichmäßige Druckangriff führt zu praktisch vollkommen homogenen
Querschnitten.
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Während sich beim statischen Pressen die Rohrstücke nur außerordentlich
schwer aus der Form, sowohl außen als auch innen, ablösen lassen und der dadurch
bedingte Ausschuß beachtlich ist, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einem radial nur von außen wirkenden Preßdruck nach dessen Aufhebung ein sogenannter
Entspannungseffekt, der den gepreßten Formkörper vom Innenstempel der Form ablöst.
Dadurch kann die Entnahme aus der Form außerordentlich schonend und ohne Gefahr
von Beschädigungen erfolgen.
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Diese Wirkungsweise kann noch dadurch unterstützt werden, daß in weiterer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Aufhebung des Preßdrucks an der
Außenseite des Formlings kurzzeitig ein geringer Unterdruck angelegt wird.
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Von besonderer Bedeutung ist der Umstand, daß die Rohrstücke mit der
formschlüssigen Verbindung dienenden Elementen, wie Nut und Feder, sowie ggf. entsprechenden
Ausnehmungen im Rohrmantel ohne
einen weiteren zusätzlichen Arbeitsgang
versehen werden können, was die Fertigung erheblich vereinfacht und verbilligt.
Schließlich lassen sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die zu fertigenden
Rohrstücke wesentlich länger ausführen als diejenigen, die statisch gepreßt oder
stranggezogen sind.
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Die Erfindung hat zum weiteren Gegenstand eine Preßform zur Durchführung
des Verfahrens, die stirnseitig verschließbar ist und eine um einen Innenkern ausgebildete
Formausnehmung aufweist. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist
eine solche Preßform an der Innenseite der Außenwand der Formausnehmung eine ringförmige
gummielastische Membran auf, die stirnseitig eingespannt ist und zur Außenwand hin
einen an eine hydraulische Druckquelle angeschlossenen Druckraum abgrenzt.
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Während die Innenwand der Formausnehmung vom feststehenden Innenkern
fixiert ist, läßt sich die Außenwand durch deren elastische Ausbildung nach innen
pressen, wodurch die in der Formausnehmung befindliche, mit einem Bindemittel versehene,
feinkörnige Preßmasse eine über alle Querschnitte gleichmäßige Verdichtung erfährt.
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Die aufzuwendenden Drücke sind mithin bei diesem Verfahren im allgemeinen
wesentlich geringer als bei statischen Pressen. Dies gestattet wiederum das unmittelbare
Anformen beispielsweise von Nut und Feder an den Stirnseiten der Rohrstücke. Wirkt
der Preßdruck von außen nach innen und in allen Bereichen praktisch gleich, lassen
sich in der Formausnehmung Einlagekörper anordnen, die Aussparungen in dem Rohrstück
bilden. In gleicher Weise ist es möglich,
die Stirnflächen der zu
pressenden Rohrstücke anzuschrägen oder mit einem beliebigen Kurvenverlauf zu versehen,
so daß Abzweigungen oder Abbiegungen der aus den Rohrstücken zusammenzusetzenden
Rohrleitung in beliebiger Weise vorgefertigt werden können.
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Die elastische Membran kann aus Kautschuk oder Kunststoff von geeigneten
Eigenschaften bestehen. In drucklosem Zustand gibt sie ,keramischen eine vergrößerte
Formausnehmung frei, die mit dem'Werkstoff gefüllt wird. Ihre Elastizität gestattet
es darüber hinaus, nach Aufhebung des Preßdruckes eine gewisse Rücksaugung auszuüben.
Bevorzugt finden Membranen aus Polyurethan Anwendung, die den auftretenden Preßdrücken
von 300 bar und darüber ohne weiteres standhalten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an den Stirnwänden der
Formausnehmung ringförmige Einlagen aus elastischem Werkstoff angeordnet. Diese
erfahren beim wirkenden Preßdruck eine geringfügige Deformierung, die sowohl der
einwandfreien Formgebung der zu pressenden Rohrstücke, als auch deren zuverlässigem
Ablösen von der Form zugute kommt. Bevorzugt dienen diese ringförmigen Einlagen
zur Ausbildung von Nut und Feder an den Rohrstücken.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist zwischen Membran und
Formaußenwand ein perforierter ringförmiger Stützkörper vorhanden.
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An diesem Stützkörper liegt die Membran in Ruhestellung an. Sobald
das Druckmittel wirkt, kann es durch die Perforierungen hindurchtreten und auf die
Membran einwirken, die dann den vorbestimmten
Preßdruck auf den
in der Formausnehmung befindlichen Werkstoff ausübt.
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Im einfachsten Fall weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
die Membran stirnseitig ringförmige, nach außen gerichtete Ansätze auf, die der
Stützkörper übergreift. Beim Anlegen des Drucks der Druckmittelquelle wirkt dieser
gleichfalls auf diese äußeren Ansätze und preßt damit die Membran an die Stirnfläche
der Formausnehmung an, wodurch sich bereits eine zuverlässige Einspannung ergibt.
Nach einer anderen Alternative kann jedoch auch der Stützkörper diesen nach außen
gerichteten Ansatz der Membran übergreifen, und es können schließlich die beiden
stirnseitigen Ansätze der Membran eine Nut aufweisen, in die der Stützring mit seiner
jeweiligen Stirnkante eingreift. Auf diese Weise ergibt sich zu der hydraulischen
Einspannung noch eine mechanisch wirksame. Im allgemeinen wirkt die Eigensteifigkeit
der Membran bereits ausreichend im Sinne einer einwandfreien Anlage an den Stirnflächen
der Formausnehmung.
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Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, in der Formausnehmung
Einlagekörper vorzusehen, die beim fertig gepreßten Rohrstück Aussparungen bilden,
an denen bei der aus den Rohrstücken zu bildenden Rohrleitung Abzweigungen ansetzen.
Diese Einlagekörper können an jeder beliebigen Stelle der Formausnehmung angebracht
werden, so beispielsweise mitten im Bereich des Rohrmantels, aber auch im unmittelbaren
Anschluß an die Stirnflächen der Formausnehmung, so daß
die Rohrstücke
Stirnflächen erhalten, die nicht senkrecht zur Rohrachse, ggf. sogar in mehreren
verschiedenen Ebenen liegen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine auf die wesentlichen Bestandteile
beschränkte Darstellung der Preßform in zwei verschiedenen Arbeitstakten; Fig. 2
die Preßform in zwei weiteren Arbeitstakten; Fig. 3 ein fertig gepreßtes Rohrstück;
Fig. 4 eine Draufsicht gemäß Pfeil IV in Fig. 3 und Fig. 5 in verkleinertem Maßstab
weitere Ausführungsformen von gepreßten Rohrstücken in schematischer Seitenansicht.
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Die in Fig. 1 vereinfacht wiedergegebene Preßform besteht aus dem
ortsfest angeordneten Untertisch 1, auf dem die beispielsweise zylindrische Formaußenwand
2 beispielsweise durch Schrauben 3 befestigt ist. Die Wand 2 wird von einer Bohrung
4 durchsetzt, in die ein Anschlußstutzen 5 einer Rohrleitung 6 eingeschraubt ist,
die zu einer nicht dargestellten Druckmittelquelle führt. Eine weitere mittels des
Stopfens 7 verschließbare Bohrung 8 dient der Entlüftung beim ersten Einfüllen des
Druckmittels. Zentrisch im Inneren der vaßn der Formaußenwand 2 umschlossenen ringförmigen
Formausnehmung 9 ist ein Innenkern lo angeordnet, der mit einem bodenseitigen Zapfen
11 in einer entsprechenden Ausnehmung 12
des Untertischs 1 zentriert
ist. Dieser Innenkern lo durchsetzt mit seinem bei 13 schulterartig abgesetzten
oberen Ende 14 den Obertisch 15.
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Im Inneren der Formausnehmung 9 ist eine Membran 16 vorgesehen, die
an beiden Stirnseiten einen nach außen gerichteten Ansatz 17 mit einer ringförmigen
Nut 18 aufweist. In diese Nut 18 greifen die Stirnkanten eines zylindrischen Stützkörpers
19 ein, der im übrigen lose in dem Raum 20 zwischen der Innenseite 21 der Formaußenwand
2 und der Membran 16 liegt. Der Stützkörper 19 ist mit Perforationen 22 versehen,
durch die das durch die Bohrung 4 eintretende Druckmittel hindurchtritt. Um den
bodenseitigen Ring 23 des Innenkerns lo ist eine ringförmige Einlage 24 aus Gummi
oder Kunststoff eingelegt, die den Fuß 25 der Membran 16 unter Anlage an der Innenwand
21 der Formaußenwand 2 hält. Auf diese Weise wird an der Stirnseite der Formausnehmung
9 in Verbindung mit dem Bodenring 23 des Innenkerns lo eine schulterartige Absetzung
26 gebildet. An der gegenüberliegenden Stirnfläche der Formausnehmung 9 ist ein
weiterer, gleichfalls aus Gummi oder Kunststoff bestehender Einlagering 27 vorgesehen,
der seinerseits fest mit dem Obertisch 15 der Presse verbunden und mit dieser heb-
und senkbar ist.
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Der Obertisch 15 der Presse ist in Pfeilrichtung 28 anhebbar, wobei
er den Einlagering 27 mitnimmt, so daß die Formausnehmung 9 geöffnet und,wie in
Fig. 2 durch Pfeile 34 angedeutet ist,mit der Preßmasse gefüllt werden kann. Unabhängig
von dem Obertisch 15 kann
auch der Innenkern lo in Pfeilrichtung
29 angehoben und wieder abgesenkt werden, wobei er, wie Fig. 2, linke Hälfte, erkennen
läßt, das fertiggepreßte Rohrstück 36 aus der Form aushebt.
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In Fig. 1, rechte Hälfte ist die mit der Preßmasse gefüllte und verschlossene
Preßform vor Einleitung des Preßvorgangs wiedergegeben. Die Membran 16 liegt annähernd
flächig an dem zylindrischen Stützkörper 19 an. Wird nun die Rohrleitung 6 mit der
Druckmittelquelle (nicht dargestellt) verbunden und der Raun 20 mit dem Druckmittel
gefüllt, wirkt dieser gleichzeitig auf die Rückseite 30 der Membran 16 und bewegt
diese aus der Stellung Fig. 1, rechte Hälfte, in die Stellung nach Fig. 1, linke
Hälfte. Dabei wird der in der Formausnehmung 9 befindliche Werkstoff radial verdichtet.
Wird dann der Druckmitteldruck aufgehoben und das Druckmittel aus dem Raum 20 an
der Rückseite der Membran 16 abgezogen, ggf. noch kurzzeitig ein geringer Unterdruck
erzeugt, bewegt sich die elastische Membran 16 in die rechts in Fig. 1 und Links
in Fig. 2 wiedergegebene Ausgangsstellung zurück, wobei sie sich von dem fertig
gepreßten Rohrstück 36 ablöst. Bei Aufhebung des Preßdruckes löst sich die Innenwand
35 des Rohrstücke gleichfalls von dem Innenkern lo leicht ab. Wird dann zunächst
der Obertisch 15 ausgehoben (rechts in Fig.2) und daraufhin, beispielsweise mit
Hilfe eines nicht dargestellten Greifers, der Innenkern lo aus der Formausnehmung
9 in Pfeilrichtung 29 nach oben ausgefahren,nimmt er, wie Fig. 2, linke Hälfte,
erkennen läßt, das Rohrstück 36 mit, so daß dieses dann nach Erfassen beispielsweise
durch einen Sauggreifer od.dgl., außerhalb der Form von dem Innenkern lo abgezogen
werden kann. Darauf wird
der Inenkern lo wieder vollständig in
die Form eingefahren, und vor dem Herunterfahren des Obertischs 15 entgegen der
Pfeilrichtung 28 wird die Form erneut gefüllt, was in Fig. 2, rechte Hälfte, durch
Pfeile 34 angedeutet ist.
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Diese verschiedenen Arbeitstakte gehen zweckmäßig in verschiedenen
Winkelstellungen einer revolverartig umlaufenden Presse vonstatten.
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Wird in die Preßform ein Einlagekörper 37 eingesetzt, bildet sich
in dem Rohrstück 36 eine fensterartige Aussparung 38, die dem Ansetzen einer Abzweigleitung
der aus den Rohrstücken 36 zu erstellenden Rohrleitung dient. Die einzelnen Rohrstücke
36 lassen sich durch die stirnseitig angeformten Nut 39 und Feder 40 formschlüssig
aneinanderfügen, was, da bekannt, im einzelnen nicht dargestellt ist. Die Wandstärke
41 des Rohrstücks 36 entspricht dem radialen Abstand zwischen dem Innenkern und
der unter Druck stehenden Membran 16, links in Fig. 1. Durch anders ausgebildete
Einsatzkörper in der Formausnehmung 9 lassen sich einseitig oder mehrseitig gerichtete
Abachrägungen 42 der Stirnflächen 43 der Rohrstücke 36 erzielen, wie dies in Fig,
5 schematisch angedeutet ist. Selbstverständlich lassen sich auch Rohrstücke mit
vollständig ausgebildeter Wand erzielen. Der Querschnitt braucht nicht, wie dargestellt,
kreisförmig, sondern kann auch mehreckig, oval od.dgl. gestaltet sein.
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