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Beschreibung
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Preßwerkzeug zum Herstellen keramischer Gegenstände Die Erfindung
betrifft ein Preßwerizeug zum Herstellen keramischer Gegenstände wie Teller od.
dgl. aus pulverförmiger Masse mit einem erstes und einem zweiten Formteil, die je
einen zylindrischen Außenwandabschnitt aufweisen und in bezug auf einander längs
einer waagerechten oder schrägen Achse zwischen einer Füllstellung, einer Preßstellung
und einer Entnahmestellung beweglich sind, und mit einem ringförmigen Mantel, der
in bezug auf beide Formteile rings derselben Achse verstellbar ist, eine an die
Außenwandabschnitte der Formteile angepaßte Innenwand aufweist, in der Füllstellung
einen Füllraum zwischen den Formteilen umgrenzt, dabei aber einen Füllkanal offen
läßt, in der Preßstellung den Raum zwischen den Formteilen abschließt und in der
Entnahmestellung von dem ersten Formteil getrennt ist.
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Es ist ein Preßwerkzeug dieser Gattung bekannt (DE-OS 24 37 852),
bei dem die Außendurchmesser der Elindrischen Außenwandabschnitte beider Formteile
gleich groß sind und der Innendurchmesser der Innenwand des Mantels auf dessen gesamter
Länge konstant ist.
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Ehe ein mit diesem Preßwerkzeug gepreßter Gegenstand entnommen
werden
kann, muß der Mantel über eine Strecke, die erheblich größer ist als die Dicke (Scherbenstärke)
des Gegenstandes verschoben werden; dabei muß eine erhebliche Reibung überwunden
werden, die auf dem natürlichen Bestreben des Gegenstandes beruht, beim axialen
Auseinanderbewegen der beiden Formteile nicht nur in axialer sondern vor allem in
radialer Richtung zu expandieren. Infolge dieser Reibung besteht die Gefahr, daß
der Gegenstand beim Verschieben des Mantels beschädigt wird. Die Gefahr einer Beschädigung
ist besonders groß, wenn es sich bei dem Gegenstand um einen großen Teller handelt;
bei einem Tellerdurchmesser von beispielsweise 300 mm bedeutet ein Prozent Expansion
schon einen Durchmesserzuwachs von 3 mm.
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Dieser Durchmesserzuwachs findet bei dem bekannten Preßwerkzeug erst
statt, wenn der ringförmige Mantel den Gegenstand vollständig freigibt.
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Preßwerkzeuge der eingangs beschriebenen Gattung haben zwar gegenüber
Preßwerkzeugen mit senkrechter Achse den Vorteil, daß sie in der Füllstellung einen
bis auf die Mündung des Füllkanals vollständig geschlossenen, der Form des Gegenstandes
angepaßten Füllraum bieten, der gleichmäßig gefüllt werden kann.
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Dieser Vorteil kann aber mit bekannten gattungsgemäßen Preßwerkzeugen
aus den beschriebenen Gründen für Gegenstände größeren Durchmessers noch nicht in
praktisch nennenswertem Maß genutzt werden.
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Bekannt ist ferner ein Preßwerkzeug mit senkrechter Achse zum Pressen
keramischen Pulvers zu topfartigen Gegenständen mit einem Boden und einer dazu im
wesentlichen senkrecht stehenden Seitenwand (DE-OS 26 37 231). Das Preßwerkzeug
besteht aus einem Oberstempel, der die Außenfläche des Bodens des Gegenstandes ausformt,
einer Unterform, die mit einer elastischen, unter den Druck eines Druckmittels setzbaren
Membran überzogen ist, und einem in sich geschlossenen Mantel, der die Außenform
der Seitenwand des Gegenstandes bestimmt. Der Mantel besteht aus einem
elastisch
verformbaren Material und es ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der sich der Mantel
während des Pressens derart unter Druck setzen läßt, daß sich sein Innendurchmesser
während des Pressens vermindert und nach k&6PC12 dem Pressen wieder seine ursprüngliche
Größe annimmt. Damit ist das Problem der Expansion des gepreßten Gegenstandes lösbar,
doch besteht bei diesem bekannten preßwerkzeug die gleiche Schwierigkeit wie bei
allen vergleichbaren Preßwerkzeugen mit senkrechter Achse, daß die pulverförmige
keramische Masse auf die Unterform samt Membran aufgebracht werden muß, ehe der
Oberstempel eine Stellung einnehmen kann, in der er den Füllraum nach oben hin begrenzt.
Infolgedessen ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, die pulverförmige keramische
Masse in einer Schicht aufzubringen, deren Dicke überall an die Dicke des Gegenstandes
angepaßt ist. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich beim Pressen tiefer Teller,
denn es ist kaum möglich, deren Querschnitt in der auf die Unterform aufgeschütteten,
pulverförmigen Masse hinreichend genau vorzuformen und zu verhindern, daß Teile
der Masse von den steilen Rändern in die Mitte rieseln, ehe der Oberstempel abgesenkt
wird. Die demgemäß mangelhafte Anpassung des Querschnittes des von der pulverförmigen
Masse eingenommenen Raumes an den gewunschten Querschnitt des Gegenstandes hat zur
Folge, daß ein Gegenstand von ungleichmäßiger Dichte entsteht, der beim Brennen
vos allem dann zum Verziehen neigt, wenn es sich um einen keramischen Werkstoff
wie Porzellan handelt, der eine Brenntemperatur über 12000C erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Preßwerkzeug der eingangs
beschriebenen Gattung zu schaffen, das den für das gleichmäßige Füllen mit keramischer
Masse wesentlichen Vorteil einer liegenden oder schrägen Anordnung beibehält und
zugleich die Expansion des gepreßten Gegenstandes in einer Weise ermöglicht, die
Beschädigungen des Gegenstandes im wesentlichen ausschließt.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außenwandabschnitt
des ersten Formteils einen größeren Durchmesser hat als der Außenwandabschnitt des
zweiten Formteils, daß der Mantel zwei Innenwandabschnitte entsprechend unterschiedlicher
Durchmesser hat, von denen der Innenwandabschnitt größeren Durchmessers in der Preßstellung
über das erste Formteil greift, während der Innenwandabschnitt kleineren Durchmessers
den Raum zwischen den Formteilen abschließt, und daß dem Mantel sowie dem zweiten
Formteil eine Verstellvorrichtung zugeordnet ist, durch die sie in eine Relativstellung
in bezug auf einander verstellbar sind, in welcher der Mantel nur noch mit seinem
Innenwandabschnitt größeren Durchmessers über den zugehörigen Außenwandabschnitt
des zweiten Formteils hinaus ragt und damit den gepreßten Gegenstand mit verminderter
Kraft festhält.
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Die Erfindung baut auf der Erfahrung auf, daß ein aus keramischem
Pulver zwischen zwei Formteilen gepreßter Gegenstand beim Auseinanderbewegen der
Formteile nicht schlagartig expandiert sondern eine gewisse Zeit in der Größenordnung
von etwa einer Sekunde oder mehr braucht, um seinen endgültigen Durchmesser zu erreichen.
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Diese Zeitspanne wird erfindungsgemäß genutzt, um zwischen dem Mantel
einerseits und dem zweiten Formteil sowie dem an ihm anliegenden gepreßten Gegenstand
andererseits eine kleine axiale Relativverschiebung durchzuführen, durch die der
äußere Rand des gepreßten Gegenstandes von dem am Mantel ausgebildeten Innenwandabschnitt
kleineren Durchmessers freigegeben und nur noch von dem Innenwandabschnitt größeren
Durchmessers festgehalten wird. In dieser Stellung kann der Gegenstand expandieren,
so daß zwischen seinem äußeren Rand und dem Mantel nur noch mäßige radiale Kräfte
auftreten, die nicht imstande sind, dem anschließenden Entnehmen des Gegenstandes
einen Widerstand entgegenzusetzen, der den Gegenstand gefährden könnte. Dementsprechend
bleibt auch der Verschleiß an der Innenwand des Mantels gering.
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Je nach Gestalt des Gegenstandes und Art der pulverformigen keramischen
Masse unterscheiden sich die Durchmesser der beiden Innenwandabschnitte des Mantels
erfindungsgemäß um etwa 0,5 bis 2,0 %, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 %.
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Zweckmäßigerweise sind die beiden Innenwandabschnitte des Mantels
durch eine Stufe gegeneinander abgesetzt, es ist aber auch ein mehr oder weniger
sanfter Übergang zwischen den beiden Innenwandabschnitten möglich.
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Gegenstände, die nicht besonders empfindlich sind und eine hinreichend
große Angriffsfläche für eine Saugvorrichtung od. dgl. aufweisen, können mit dieser
Vorrichtung unmittelbar in der erfindungsgemäßen Relativstellung entnommen werden1
in welcher der Mantel nur noch mit seinem Innenwandabschnitt größeren Durchmessers
über den zugehörigen zugehörigen Außenwandabschnitt des zweiten Formteils hinausragt
Vor allem für empfindliche Gegenstände wie dünne Teller großen Durchmessers, ist
jedoch eine Weiterbildung der Erfindung vozuziehen, bei der die Verstellvorrichtung
einen zweistufigen Hub aufweist, dessen erste Stufe in der genannten Relativstellung,
und dessen zweite Stufe in einer anderen Relativstellung des Mantels in bezug auf
das zweite Formteil endet, in welcher der Mantel auch mit seinem Innenwandabschnitt
größeren Durchmessers über den Außenwandabschnitt des zweiten Formteils nicht mehr
hinausragt.
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Bei den meisten Preßwer3czeugen der hier interessierenden Art, besonders
bei solchen zum Herstellen tiefer Teller, ist das eine Formteil vorwiegend konkav
und das andere vorwiegend konvex.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn das vorwiegend konkave Formteil
dasjenige ist, dessen Außenwandabschnitt den größeren Durchmesser hat.
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Das erfindungsgemäße Preßwerkzeug hat mit bekannten Preßwerkzeugen,
insbesondere solchen, deren Achse senkrecht steht, vorzugsweise das Merkmal gemein,
daß das vorwiegend konkave erste Formteil an seiner dem zweiten Formteil zugewandten
Seite eine Membran aufweist, die eine Druckmittelkammer zum hydrostatischen
Nachpressen
des Gegenstandes begrenzt. Dieses bekannte Merkmal wird für die Erfindung vorzugsweise
dadurch nutzbar gemacht, daß der mit dem Mantel zusammenwirkende Außenwandabschnitt
des vorwiegend konkaven Formteils vom Rand der Membran gebildet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt eines Preßwerkzeugs
in der Füllstellung, Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt in der Preßstellung, Fig.
3 einen entsprechenden Schnitt in der Entnahmestellung, Fig. 4 einen stark vergrößerten
Ausschnitt aus Fig. 2, und Fig. 5 einen der Fig. 1 entsprechenden Axialschnitt eines
abgewandelten Preßwerkzeugs.
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Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Preßwerkzeug hat die Aufgabe, bei
jedem Hub einer Presse, in die es eingebaut ist, einen Gegenstand 10 - im dargestellten
Beispiel handelt es sich um einen Suppenteller - aus pulverförmiger keramischer
Masse zu pressen. Das Preßwerkzeug besteht aus zwei Werkzeugteilen 12 und 14, die
im wesentlichen symmetrisch zu einer gexlnsamen, waagerechten Achse A gestaltet
sind. Die Achse A ist zugleich Symmetrieachse des Gegenstandes 10 und bezeichnet
die Richtung der Hubbewegungen der zugehörigen Presse.
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Das in Fig. 1 bis 3 links dargestellte Werkzeugteil 12 hat ein Gehäuse
16, das mit seinem Boden an einer Aufspannplatte 18 der Presse zentriert und festgeschraubt
ist. Die Aufspannplatte 18 hat einen Druckmittelkanal 20, an den sich eine zentrale
Bohrung 22 im Boden des Gehäuses 16 anschließt. Am Gehäuse ist ein erstes Formteil
24 befestigt, dessen in Fig. 1 bis 3 rechte Seite zur hier links angeordneten Unterseite
des Gegenstandes 10
komplementär gestaltet und von einer Membran
26 aus einem Elastomer bedeckt ist. Die Membran 26 ist an ihrem äußeren Rand mittels
eines Spannrings 28 am ersten Formteil 24 dicht befestigt. Der Spannring 28 ist
mit einem Teil seines Querschnitts in das Gehäuse 16 und im übrigen in das erste
Formteil 24 eingelassen und ist mit dem Gehäuse 16 verschraubt, wodurch er zugleich
das erste Formteil 24 im Gehäuse 16 festhält.
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Das erste Formteil 24 ist von mehreren Bohrungen 30 durchsetzt, die
vom Boden des Gehäuses 16 ausgehen und hinter der Membran 26 münden. Dadurch wird
die Möglichkeit Möglichkeit geschaffen, die Membran 26 in bekannter Weise an das
erste Formteil 24 anzusaugen, indem der Druckmittelkanal 20 an eine Saugpumpe od.
dgl. angeschlossen wird, oder die Rückseite der Membran 26 unter Druck zu setzen,
indem eine Druckflüssigkeit durch den Druckmittelkanal 20 eingeleitet wird.
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Die Membran 26 hat als Übergang zwischen ihrem der Unterseite des
Gegenstandes 10 entsprechenden Bereich und ihrem vom Spannring 28 festgespannten
Rand einen zylindrischen Außenwandabschnitt 32, der in der oberen Hälfte des Werkzeugteils
12, also im gesamten Bereich oberhalb der Achse A erheblich schmaler ist als in
der unteren Hälfte. In der oberen Hälfte des Werkzeugteils 12 ist der Außenwandabschnitt
32 durch eine halbringförmige Begrenzungsplatte 34 begrenzt, die durch den Spannring
28 hindurch mit dem Gehäuse 16 verschraubt ist. In einem axialen Abstand parallel
zu dieser Begrenzungsplatte 34 ist eine zweite, ebenfalls halbringförmige Begrenzungsplatte
36 über Abstandsstücke 38 mit dem Gehäuse 16 verschraubt. Die beiden Begrenzungsplatten
34 und 36 begrenzen gemeinsam einen Fallkanal 40, durch den pulverförmige keramische
Masse in das Preßwerkzeug einströmen kann, wenn dieses die in Fig. 1 abgebildete
Füllstellung einnimmt. Die in bezug auf das linke Werkzeugteil 12 axial äußere Begrenzungsplatte
36 hat eine zylindrische Innenfläche 42.
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Während die zylindrische Innenfläche 42 ebenso wie die Begrenzungsplatte
36, an der sie ausgebildet ist, sich halbkreisförmig nur oberhalb der Achse A erstreckt,
ist am Gehäuse 16 eine weitere zylindrische Innenfläche 44 größeren Durchmessers
ausgebildet, die sich ringförmig um die Achse A erstreckt, den.
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Spannring 28 sowie die Begrenzungsplatte 34 zentriert und gemäß Fig.
1 und 3 in der unteren Hälfte des Gehäuses 16 teilweise freiliegt. Die zylindrischen
Innenflächen 42 und 44 haben die-Aufgabe, in der Füllstellung gemäß Fig.1 sowie
in der Preßstellung gemäß Fig. 2 die Werkzeugteile 12 und 14 in bezug aufeinander
in einer Weise zu zentrieren, die weiter unten beschrieben wird.
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Zu dem im rechten Teil der Fig. 1 bis 3 sowie in Fig. 4 dargestellten
Werkzeugteil 14 gehört eine Grundplatte 46, die sich an einem nicht dargestellten
Pressenstössel befestigen läßt.
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An der Grundplatte 46 ist ein Führungskörper 48 festgeschraubt, der
ein zweites Formteil 50 trägt. Die in Fig.1 bis 4 linke Seite des zweiten Formteils
50 ist zur Oberseite des Gegenstands 10 komplementär, also im wesentlichen konvex
gestaltet. Beide Formteile 24 und 50 begrenzen in der Füllstellung gemäß Fig.1 einen
Füllraum 52.
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Das zweite Formteil 50 ist an einem zentralen Zapfen 54 befestigt,
der in einer Büchse 56 aus Lagermetall im Führungskörper 48 derart aufgenommen ist,
daß das Formteil 50 in bezug auf den Führungskörper 48 längs der Achse A leicht
verschiebbar ist. Der Verschiebeweg des zweiten Formteils 50 in bezug auf den Führungskörper
48 ist durch Schrauben 58 begrenzt, die in gleichmäßigen Winkelabständen rings um
die Achse A parallel zu dieser in das Formteil 50 eingeschraubt und mit Spiel in
Bohrungen 60 des Führungskörpers 48 aufgenommen sind. Zum Verschieben d zweiten
Formteils 50 in bezug auf den Führungskörper 58 ist eine zweistufig arbeitende Verstellvorrichtung
62 vorgesehen, zu dieser
gehören zwei Gruppen von je drei in gleichmäßigen
Abständen rings um die Achse A angeordneten Kolbenzylindereinheiten 64 und 66 mit
zugehörigen Druckmittelkanälen 68 und 70, die über ein nicht dargestelltes Ventil
an eine Druckmittelquelle anschließbar sind.
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Am zweiten Formteil 50 ist eine ringförmige Schürze 72 ausgebildet,
die in eine Ringnut 74 im Führungskörper 48 eingreift und gegen deren radial innere
Wand durch eine Ringdichtung 76 abgedichtet ist. An der Schürze 72 ist ein zylindrischer
Außenwandabschnitt 78 ausgebildet, dessen Durchmesser um 1 bis 2% kleiner ist als
derjenige des Außenwandabschnittes 32.
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Rings um die Schürze 72 ist ein ringförmiger Mantel 80 angeordnet,
der am Führungskörper 48 befestigt und teilweise in dessen Ringnut 74 aufgenommen
ist und eine zylindrische Außenfläche 82 aufweist, deren Durchmesser demjenigen
der zylindrischen Innenfläche 42 der Begrenzungsplatte 36 eng angepaßt ist. In der
unteren Hälfte des Werkzeugteils 14 ist der ringförmige Mantel 80 durch einen ebenfals
am Führungskörper 48 befestigten Halbring 84 in axialer Richtung verlängert und
in radialer Richtung verstärkt. Der Halle ring 84 weist eine zylindrische Außenfläche
86 auf, deren Durchmesser an denjenigen der zylindrischen Innenfläche 44 des Gehäuses
16 eng angepaßt ist In der Preßstellung gemäß Fig.2 sind die beiden Werkzeugteile
12 und 14, und damit auch die beiden Formteile 24 und 50, durch die paarweise zusammenwirkenden
Innen- und Außenflächen 42 und 82 sowie 44 und 86 in bezug auf einander zentriert.
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Der Mantel 80 hat zwei Innenwandabschnitte 88 und 90, von denen der
erste Innenwandabschnitt 88 mit Schiebesitz über den Außenwandabschnitt 32 am ersten
Formteil 24 bzw. der zugehörigen Membran 26 paßt, während der zweite Innenwandabschnitt
90 einen um 1 bis 2% kleineren Durchmesser hat und dementsprechend mit Schiebesitz
nur über den Außenwandabschnitt 78 am zweiten Formteil 50 bzw. dessen Schürze 72
paßt. Der erste Innenwandabschnitt 88 hat eine axiale
Länge, die
der Dicke des gepreßten Gegenstandes 10 an dessen äußerem Rand entspricht; der Innenwandabschnitt
90 ist im dargestellten Beispiel erheblich länger. Der Querschnitt des ringförmigen
Mantels 80 verjüngt sich in Richtung zum ersten Werkzeugteil 12 hin, so daß der
Innenwandabschnitt 88, des Mantels 80 an einer schmalen ringförmigen Kante 92 endet.
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Um Saug- und Druckwirkungen in der Ringnut 74 zu vermeiden, ist diese
durch einen Ausgleichskanal 94 mit der Umgebung verbunden.
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Ein Arbeitszyklus des beschriebenen Preßwerkzeuges beginnt damit,
daß die Werkzeugteile 12 und 14 ihre Füllstellung gemäß Fig. 1 einnehmen, wobei
die Kolbenzylindereinheiten 66 ausgefahren sind, so daß das zweite Formteil 50 soweit
vom Führungskörper 48 entfernt ist, wie die Schrauben 58 es zulassen. In dieser
Stellung ragt der ringförmige Mantel 80 in axialer Richtung nicht oder jedenfalls
nicht nennenswert über den zylindrischen Außenwandabschnitt 78 des zweiten Formteils
50 hinaus, so daß der Mantel 80 den Füllvorgang nicht behindert. Anschließend werden
die Kolbenzylindereinheiten 66 drucklos gemacht und die Werkzeugteile 12 und 14
durch einen Hub der zugehörigen Presse in die Preßstellung gemäß Fig.2 zusammengeschoben.
Das zweite Formteil 50 wechtdem Widerstand der pulverförmigen keramischen Masse
aus, bis es gemäß Fig.2 satt am Führungskörper 48 anliegt; dann wird der volle Druck
der Presse über das zweite Formteil 50 auf die keramische Masse übertragen. Die
auf diese Weise vorverdichtete keramische Masse wird nachgepreßt, indem ein Druckmittel
durch den Druckmittelkanal 20 und die Bohrungen 22 eingeleitet wird und auf die
Rückseite der Membran 26 wirkt.
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Sodann werden die Werkzeugteile 12 und 14 wieder auseinanderbewegt,
wobei der gepreßte Gegenstand 10 sich von der Membran 26 löst, seine Stellung in
bezug auf das zweite Formteil 50 aber noch beibehält, da der ringförmige Mantel
80 zunächst noch mit seinem Innenwandabschnitt 90 kleineren Durchmessers den Rand
des Gegenstandes 10 umschlossen hält. Während oder nach der voneinander weggerichteten
Bewegung
der Werkzeugteile 12 und 14 werden die Rolbenzylindereinheiten 64 ausgefahren, so
daß sie das zweite Formteil 50 gemäß Fig.3 vom Führungskörper 48 um eine Strecke
wegdrücken, die gerade ausreicht, um den gepreßten Gegenstand 10 vom Innenwandabschnitt
90 weg in eine Stellung zu verschieben, in der nur noch der Innenwandabschnitt 88
größeren Durchmessers den Rand des Gegenstandes 10 umschließt und dadurch den Gegenstand
mit geringer radialer Kraft festhält. Sodann wird eine nicht dargestellte Saugvorrichtung
üblicher Bauart in den Zwischenraum zwischen den Formteilen 24 und 50 eingefahren,
um sich am Boden des Gegenstandes 10 festzusaugen. Sobald dies geschehen ist, werden
die Kolbenzylindereinheiten 66 ausgefahren, so daß das zwe-ite Formteil 50 den Gegenstand
10 vollständig aus dem ringförmigen Mantel 80 herausdrückt. Die Saugvorrichtung
kann den Gegenstand 10 nun aus dem Zwischenraum zwischen den Werkzeugteilen 12 und
14 herausbewegen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 unterscheidet sich von demjenigen
gemäß Fig.1 bis 4 nur dadurch, daß die Rolbenzylindereinheiten 64 und 66 samt zugehörigen
Drucknittelkanälen 68 und 70 fortgelassen sind und der Zapfen 54 verlängert und
durch die Grundplatte 46 hindurchgeführt ist, damit das zweite Formteil 50 durch
eine beliebige, beispielsweise an der rechten Seite der Grundplatte 46 angeordnete
Verstellvorrichtung verstellt werden kann. Als Verstellvorrichtung kommt in diesem
Fall beispielsweise ein Keilschubgetriebe infrage; es könnte auch ein Gewindetrieb
vorgesehen sein mit einer an der Grundplatte 46 axial unverschiebbar, jedoch drehbar
gelagerten Mutter, in die di@ ein am Zapfen 54 ausgebildetes Außengewinde
eingeschraubt ist. In jedem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Verstellvorrichtung
zweistufig arbeitet, wie dies für die Verstellvorrichtung 62 beschrieben worden
ist.
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