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Verfahren und Vorrichtung zum isostatischen Pressen von
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keramischen Gegenständen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
isostatischen Pressen von keramischen Gegenständen aller Formen aus Porzellan und
anderen keramischen Massen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Zum Pressen von Gescliiirpcrzellan kann nur ein isostatisches Verfahren
angewendet werden. ibhl statisches Verfahren ftthrt zu Dichteunterschieden und ist
deshalb nicht anwendbar. Auch ein quasiisostatisches Verfahren, bei dem eine gleichmäßige
Dichte des Preßlings durch die elastische Eigenschaft des Elastomerstempels erzielt
wird> ist auf Grund der Profilverschiebung des Elastomerstempels nur bedingt
anwendbar.
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Die bisher vorgeschlagenen Lösungen zum Pressen von Flachgeschirr
im allgemeinen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite des Flachgeschirrs
von je einem Stempel gebildet werden. Beim isostatischen Pressen nach dem Trockenmatrizenverfahren
hat einer der beiden Stempel -vorzugsweise der, der die Unterseite des Flachgeschirrs
bildet - eine elastische Membran, hinter der eine Druckflüssigkeit zuführbar ist,
während der andere Stempel aus einem festen Werkstoff besteht. Bekannt sind auch
hierbei aufsitzende und eintauchende Stempel z. e. in der DE-AS 2 307 496 bzw. DE-OS
2 627 160. Bedingung für das isostatische Pressen ist, daß das Profil des Flachgesehirrs
vor dem Pressen schon ausgebildet sein muß. Zur Profilbildung
für
dcs isostatische Pressen ist das Bestreichen des auf der Unterform liegenden Granulat
es vorzugsweise mit einem rot ierenden profilierten Streicher kennzeichnend. Das
j jedoch hat den Nachteil, daß des Granulat seine lockere Schüttstruktur beibehält
und das ausgebildete Profil nicht stabil ist, wodurch Schwierigkeiten beim Pressen
steilerer Winkel auftreten. Außerdem lassen sich nur runde Formen vorteilhaft ausbilden.
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weiterhin ist mit der DE-OS 2 657 993 eine Lösung bekannt, wonach
das Granulat zwecks Ausbildung eines Vorprofiles einen durch die Stellung zweier
Stempel gebildeten Hohlraum durch die lirkung des freien Falles vollständig ausgefüllt,
danach durch einen eintauchenden Stempel statisch vorverdichtet und durch Druckmittelzuführung
hinter einer elastischen Membran des anderen Stempels isostatiscn ausgepreßt wird.
Dies erfolgt jedoch in einem beide Stempel und das Granulat profil umschließenden
Rahmen aus einem festen Werkstoff, wodurch das zwischen beiden Stempeln entstandene
Flachgeschirr eingespannt wird und die sofort nach Druckabbau eintretende lQückdehnung
des @ Flachgeschirrs zii Rissen führen kann.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung muß man von einem Stand der Technik,
wie er z. B. durch die DZ-OS 2 637 231 gekennzeichnet ist, ausgehen. Sie beinhaltet
eine Presse zum Pressen von keramischen Tkilver zu topfartigen Formkörpern mit einem
Boden und einer dazu im wesentlichen senkrecht stehenden Seitenwand. Die Presse
besteht aus einem den Boden ausforrnenden festen Oberstempel, einer die Innenform
bildenden elastischen mit Druckmittel beaufschlagbaren Membran und einem Mantel
aus einem elastischen verformbaren Material, der durch eine Vorrichtung nach innen
unter Druck gesetzt werden kann. Durch diese erfindungsgemäße Lösung sollen vor
allem die beim Einformen der topfförmigen Formkörper auftretenden Schwierigkeiten
vermieden werden. Diese Presse hat jedoch den Nachteil, daß keine keramischen Foz7mkörper
hergestellt werden können, die auf ihrer Unterseite spezielle
Profilierungen
aufweisen, wie sie z. B. bei Geschirrteilen vorhanden sind. Dii:£h das Formen der
Formlingsunterseite mittels der Stahlrnatrize des Obcrstempcls besteht infolge der
elastischen Rückdehnung des Formlings nach der Druckentlastung der elastischen Membran
die Gefahr der Rißbildung an den Profilierungen der Formlingsunterseite.
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In der D3-OS 2 515 286 sirc1 eine Presse zum Trockenpressen von Tellern
und dergleichen vorgeschlagen, bei der der die Preßlingsunterseite formende Oberstempel
außerhalb des Fußbereiches des Preßlings iii einen inneren und äußeren Ringstempel
geteilt ist. Der Oberstempel ist mit einem elastomeren Material belegt und ermöglicht
ein quasiisostatisches Verdichten des Preßgranulates. Ziel dieser Erfindung ist
die Schaffung einer Presse, mit der unter Berücksichtigung des Schüttwinkels der
eingesetzten pulverförmigen keramischen Masse eine profilentsprechende Verteilung
der Materialmenge über den Preßlingsquerschnitt (auch im Fußbereich) möglich ist
und dadurch beim gepreßten Formling eine nahezu gleichmäßige Verdichtung über den
gesamten Preßlingsquerschnitt vorliegt. Die Materialverteilung erfolgt dabei mittels
einer Schablone.
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Mit dieser Lösung können aber nur keramische Gegenstände mit relativ
flacher Randpartie hergestellt werden, da bei topfartigen Formkörpern durch den
mit elastomeren Material belegten Oberstempel keine gleichmäßige Verdichtung des
kerarnischen Granulates über den Preßlingsquerschnitt erreicht werden kann. weiterhin
können sich durch die Profilverschiebung des elastomeren Materials des Oberstempels
beim Preßvorgang sowie bei der Rückdehnung Des am Umfang durch den Stahlmatrizenmantel
eingespannten Preßlings bei Druckentlastung Risse an diesem bilden.
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Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und
einer Vorrichtung, die die Mängel der bekannten technischen Lösungen nicht aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
isostatischen Pressen von keramischen Gegenständen zu entwickeln, dasjdie die herstellung
von keramischen Gegenständen aller
Formen bei gleichmäßiger Verdichtung
über den gesamten Formlingsquers hnitt ermöglicht und bei dem/der Verspannungen
des Preßlings infolge freiwerdender Rückstellkräfte ini Formling beim Druckentlasten
der elastischen Membran vermieden werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen einem
Unterstempel und einem Oberstempel, der vorzugsweise als Elastomer- oder Isostatikstempel
ausgebildet ist, eine dosierte Menge Granulat durch Anwendung von Vibration oder
die ,wirkung des freien Falles als Granulat profil ausgebildet wird und mindestens
bis zu einer ausreichenden Transportfestigkeit und max. bis zum Eintreten einer
nennenswerten Rückdehnung vorgepreßt und weiterhin auf dem Unterstempel haftend
bzw. liegend zwischen diesem und einem zweiten Isostatikstempel isostatisch bis
zur notwendigen Endfestigkeit verdichtet wird.
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Bei Anwendung von Vibration zur Profilausbildung lassen sich bei der
Sndverdichtung ungeteilte Stempel auch ohne einen umgebenden Rahmen anwenden, da
das im Vorpreßwerkzeug ausgebildete Granulat profil bereits fest ist und es zu keinen
Granulataustragungen mehr kommen kann. Dadurch entsteht ein sauberer Preßling als
bei einem geteilten Stempel, da der bei geteilter Ausführung entstandene Grat entfällt.
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Weiterhin kann die Vorrichtung zur Profilbildung in zesentlich leichterer
Ausführung ausgebildet werden, da auf Grund des niedrigen Vordruckes auch nur geringe
Kräfte wirken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch eine in folgender gleise
aufgebaute Vorrichtung realisiert werden Der die Formlingsunterseite bzw. -außenseite
bildende Oberstempel ist als Isostatikstempel ausgebildet und besteht aus einem
ringförmigen äußeren und einem inneren Isostatikstempel. Sowohl der innere als auch
der äußere Isostatikstempel bestehen jeweils aus einer elastischen druckmittelbeaufschlagbaren
Membran und einem dahinterliegenden profilstabilisierenden Stützkörper, der entweder
mit Kanälen versehen ist oder aus einem festen porösen und druckmitteldurchlässigen
Material
besteht oder als perforierter Körper ausgebildet ist. Der äußere Isostatikstempcl
wird über ein vom inneren Isostat ikstempel unabhängig wirkendes System außerhalb
der Kontur des Preßlings auf den Itand des unteren, die Formlingsinnenseite bildenden
Stahlstempels aufgesetzt.
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Die Teilung des oberen Isostatikstempels in einen äußeren ringförmigen
und einen inneren Isostatikstempel erfolgt vorzugssfeise in Fußmitte des Preßlings.
Nach dem Dosieren des keramischen Granulates, z. B. über eine bereits bekannte schwenkbare
Füllvorrichtung, erfolgt das Absenken des inneren Isostatikstempels und zur gleichmäßigen
Verteilung des keramischen Granulates über den Preßlingsquerschnitt werden Ober-
und Unterstempel gleichzeitig in Vibration versetzt.
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Dafür sind der Cber- und Unterstempel an in Vibration versetzbaren
Vibratorplatten, die über Federelemente mit dem unteren Joch bzw. der Traverse verbunden
sind, befestigt.
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Die Vibratorprofilierung kann außerdem wahlweise auch nur durch Vibration
des festen Stempels der Preßvorrichtung mit einem an ihm befestigten Schwingungssystem
oder durch Schwingungsbeaufschlagung der elastischen Membran des Isostatikstempels
durch das Druckmittel erfolgen. Nach dem Vibrationsprofilieren werden die elastische
Membran des inneren und äußeren Isostatikstempels zur gleichmäßigen Verdichtung
des keramischen Granulat es zu einem Preßling über ein gemeinsames oder über ein
getrenntes jeweils zugeordnetes Druckerzeugersystem gleichzeitig oder zeitverschoben
mit Druckmittel beaufschlagt.
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Nach der Druckentlastung der elastischen Membran-des inneren und äußeren
Isostatikstempels wird der geteilte Oberstempel in die Ausgangsstellung angehoben.
Danach kann der Unterstempel mit dem aufliegenden Granulat profil einem zweiten
Isoetatikstempel zum Nachpressen zugeführt werden. Durch die Ausbildung eines relativ
formstabilen Granulat profiles können im zweiten Isostatikstempel Stützkörper, Stützelemente
u. ä. entfallen, so daß dieser nur aus einem Rahmen mit Grundplatte und eingespannter
elastischer Membran, hinter der ein Druckmittel zuführbar ist, besteht.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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Die Zeichnungen zeigen in Figur 1 einen halbschnitt durch die gesamte
Preßvoriichtung in Dosierstellung bzw. in Stellung nach abgeschlossener Vibrationsprofilierung
Figur 2 einen @loschnitt durch die Preßvorrichtung gemäß Figur 1 in Preßendstellung
bzw. in Stellung nach dom Preßvorgang mit gehobenes Isostatikstempel Figur 3 einen
Schnitt durch den Hauptpreßoberstempel.
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In Figur 1 ist dargestellt, daß unter einer Traverse 24 eine Vibratorplatte
21 an Zugfedern 23 hängt von Druckfedern 22 voii der Traverse 34 in eine Vibrationsstellung
weggedrückt wird. An der Vibratorplatte 21 ist der innere Isostatikstempel 19 befestigt.
Er besteht a0is einer zylindrischen Führung, an deren unteren Stirnseite die innere
Membran 9 mit ihrem umlaufenden, speziell ausgebildeten Rand durch den profilstabilisierenden
inneren Stützkörper 11 befestigt ist. Der innere Isostatiketempel 19 kann über die
Traverse 24 und einem nicht dargestellten Arbeitszylinder in eine Dosierstellung
angehoben und in cine Profilier- und Preßstellung abgesenkt werden.
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Der äußere Isostatikstempel 20 wird mit einem Führungskörper 13 am
inneren Isostatikstempel 19 axial verschiebbar angeordnet. Der Führungskörper 13
wird mit den Arbeitszylindern 14, die auf der unteren Vibratorplatte 2 befestigt
sind, in eine Dosier- und Preßstellung abgeseiikt bzw. in eine Preßlingsentnahmestellung
angehoben. Am Führungskörper 13 ist eine Befestigungsplatte 15 montiert, an die
die elastische äußere Membran 8 mit ihren zwei umlaufenden, speziell ausgebildeten
Rändern durch den profilstabilisierenden äußeren Stützkörper 10 und den Oberstempelrahmen
12 befestigt ist.
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Auf der unteren Vibratornlatte 2 ist für die Vibrationsprofilierung
ein nicht dargestelltes Vibrationssystem angeordnet. Nachdem der außere Isostatikstempel
20 durch die Arbeitszylinder 14 soweit abgesenkt wurde, daß der Oberstempelrahmen
12 und der untere Teil der äußeren Membran 8 auf dem Unterstempel 4 aufsitzen erfolgt
die Dosierung des keramischen Granulates 5 mit einschwenkbaren, bereits bekannten,
im Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Dosiereinrichtungen. Das Granulat kann
z. B. aus einer Geschirrporzellanmasse mit der Zusar.mensetzung 50 $ Tonsubstanz,
25 % quarz und 25 % Feldspat einer Korngröße von 150µm und einer Feuchtigkeit von
5 , bestehen. Danach wird der innere Isostatikstempel 19 bei gleichzeitiger Vibration
der gesamten Vorrichtung abgesenkt bis er mit seinem umlaufenden Rand auf der Befestigungsplatte
15 des äußeren Isostatikstempels 20 aufsitzt. Daroh die Vibration wird das keramische
Granulat 5 in einen fließfähigen Zustand versetzt. Es bildet sich durch gleichmäßige
Verteilung des keramischen Granulates das Granulatprofil 6 mit einer dem Preßling
äquivalenten Form zwischen den elastischen Membranen 8 und 9 des Unterstempels 4
aus.
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Die Vibration v/ird nach dem Aufsetzen des inneren Isostatikstempels
19 auf die Befestigungsplatte 15 des äußeren Isostatikstempels 20 abgeschaltet.
Danach werden der äußere und innere Isostatikstempel 20 und 19 soweit abgesenkt,
bis die untere Vibratorplatte 2 auf dem Pressentisch 1 aufsitzt und die obere Vibratorplatte
21 an der Traverse 24 anliegt.
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Über die Druckmittelleitung 18 und die Druckmittelzuführungskanäle
16 und 17 werden die innere und die äußere Membran 9 und 8 entweder über ein gemeinsames
oder über ein getrenntes jeweils zugeordnetes nicht dargestelltes Druckerzeugersystem
gleichzeitig oder zeitverschoben mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch wird das
Granulatprofil 6 über den gesamten Querschnitt gleichmäßig mit einem Druck von 1,3
- 1,5 MPa vorverdichtet. Nach der Druckmittelentlastung der inneren und äußeren
Membran 9 und 8 werden der innere Isostatikstempel 19 und der äußere Isostatikstempel
20 angehoben.
Der auf dem Unterstempel 4 liegende Preßling 7 wird
mit diesem in die Haupt presse umgesetzt und dort mit einem Druck von 40 - 50 EPa
isostatisch fertig gepreßt. Der Hauptpreßoberstempel besteht aus einem Matrizenrahmen
25 mit Grundplatte 26 und einer darin eingespannten elastischen Membran 27, hinter
der ein Druckmittel zuführbar ist. Danach wird der Preßling nachgeschalteten technologischen
Stationen zugeführt.
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Mit der im Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung
ist entgegen den anderen bekanntgewordenen Brwindungen, die den Stand der Technik
charakterisieren, die Herstellung von keramischen Gegenständen insbesondere mit
steiler Außenkontur bei gleichmäßiger Verdichtung über den gesamten Preßlingsquerschnitt
möglich.