Exemplar
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. "WeiIckmann, Drpl.-BSys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A."W"EickMAN*N, Dipl.-Chem. B. Hüber
Dr. Ing. H. Liska /.
8000 MÜNCHEN 86, DEN J η Jyit «gee
POSTFACH 860 820 Q&
MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
Herr Dipl.-Ing. Eugen Bühler, Schleifweg 3f'D-8871 Burtenbach
und Hutschenreuther Aß«, D-8672 Selb
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Formungen
aus rieselfähiger Masse Stichwort: "Beibehaltung des Füllvakuums beim iscstatischen Pressen
Zusatz zum deutschen Patent ... deutsche Patentanmeldung P 31 01 236.1 (Susatz I)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Formungen aus einer rieselfähigen Masse, insbesondere einer oxydkeramischen Masse, z.B. einer Porzellanmasse,
bei dem " . eine durch einen Schießkopf und ein isostatisches Preßwerkzeug definierte Schießkammer an· Unterdruck
angelegt und durch eine Massezuführöffnung des Schießkopfes die Masse in die Schießkammer unter Fluidisierung
eingesaugt und danach isostatisch verpreßt wird, wobei wenigstens während einer Anfangsphase des Preßvorgangs
der Unterdruck aufrechterhalten wird.
Ein solches Verfahren ist in dem Hauptpatent vorgeschlagen. Es wird insbesondere verwiesen auf Seite 23 letzter Absatz
und Seite 24 erster Absatz, der am Anmeldetag eingereichten Beschreibung. Nach dem Hauptpatent ist vorgesehen, daß nach
der Herstellung eines vorgepreßten Vorformlings in der Schießkammer der Schießkopf von dem isostatischen Preßwerkzeug
abgehoben wird, der Vorformling in dem isostatischen Preßwerkzeug belassen wird und danach für die endgültige
Verpressung eine Oberform in Stellung gegenüber dem isostatischen Preßwerkzeug gebracht wird und schließlich der
Vorformling zwischen dem isostatischen Preßwerkzeug und der Oberform endgültig verpreßt wird.
Das vorgeschlagene Verfahren nach dem Hauptpatent hat sich im großen und ganzen sehr bewährt. Es wurde aber nun festgestellt,
daß durch das zweistufige Pressen- erste Stufe in der durch das isostatische Preßwerkzeug und den Schieß- ·
kopf definierten Schießkammer, zweite Stufe zwischen dem isostatischen Preßwerkzeug und der Oberform - zum einen
die Gesamttaktzeit für die Herstellung des Formlings verlängert
wird und dadurch das wirtschaftliche Arbeiten in Frage gestellt wird und zum anderen - insbesondere bei der
Herstellung von gefäßartigen Formkörpern mit hohem Rand die Gefahr eines Einfaliens dieses Randes beim Abheben des
Schießkopfes von dem noch nicht vollständig verpreßten Formling besteht. Weiterhin ist es bei dem bekannten Verfahren
je nach dem Vorpressungsgrad zwischen dem isostatischen Preßwerkzeug und dem Schießkopf nicht ausgeschlossen,
daß beim Abheben des Schießkopfes von dem Vorformling und beim nachfolgenden Aufsetzen des Oberwerkzeugs
auf dem in dem isostatischen Preßwerkzeug verbleibenden Vorformling erneut Lufteinschlüsse in dem Vorformling
gebildet werden, welche dem endgültigen Verpressen nachträglich sein und zu Ausschuß führen könnten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, bei dem die endgültige
Verpressung des Formlings ohne Gefahr von Lufteinschlüssen erfolgen kann, die Gesamttaktzeit verkürzt ist
und die Gefahr des Einfallens allenfallsiger hoher Formränder
beim Abheben des Schießkopfes beseitigt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei dem Verfahren der eingangs bezeichneten Art die Massezuführung
nach dem Einsaugen der Masse formgerecht verschlossen wird
und der Formling in der Schießkammer seine endgültige Verpressung erfährt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es möglich ist, trotz der bei der endgültigen Verpressung auftretenden
sehr hohen Drücke von beispielsweise 300 bar die Massezuführöffnung an ihrer Einmündungsstelle in die Schießkammer
derart exakt zu verschließen, daß nur wenig ausgeprägte Markierungen an dem Formling entstehen, die ohne
weiteres Vorpressen durch einen einfachen Putzvorgang beseitigt werden können. Dies ist umso erstaunlicher, als
die Massezuführöffnung aus werkzeugtechnischen Gründen regelmäßig im Schießkopf angeordnet sein muß, also auf der
von dem isostatischen Preßwerkzeug abgelegenen Seite des Formlings. Andererseits wird man aber gerade beim Herstellen
von Geschirrteilen die Geschirrunterseite mit ihrer häufig sehr ausgeprägten Profilierung auf die Seite des
isostatischen Preßwerkzeugs legen müssen. Dies bedeutet, daß die Massezufuhröffnung auf die glatte und damit die
Sichtseite der Formlinge zu liegen kommt, wo Markierungen besonders unerwünscht sind.
Bei dem erfindungegemäßen Verfahren braucht - da Schießkopf
und isostatisches Preßwerkzeug in ständigem Eingriff bis zur endgültigen Verpressung des Formlings bleiben das
Vakuum, welches an die Schießkammer angelegt ist, nicht unterbrochen zu werden, bevor der Formling durch das Verpressen
eine solche Dichte erreicht hat, daß die Bildung von Lufteinschlüssen nicht mehr zu befürchten ist.
Es kann je nach der Art des herzustellenden Formlings von Vorteil sein, wenn man dem isostatischen Verpressen eine
mechanische Vorverpressung vorangehen läßt, welche durch
ein- oder mehrmalige Annäherung der Formflächen des Schießkopfes und des isostatischen Preßwerkzeugs bewirkt
werden kann.
35. Die Erfindung 'betrifft weiter in Übereinstimmung mit dem
Hauptpatent eine Einrichtung zur Herstellung von Formungen umfassend ein isostatisches Preßwerkzeug und einen
Schießkopf mit mindestens einer Luftabsaugöffnung und mindestens einer Massezuführoffnung an der Schießkammer.
Nach dem Hauptpatent ist im Hinblick auf die beabsichtigte Nachverpressung mit einer besonderen Oberform keine besondere
mechanische Beanspruchung an dem Schießkopf zu erwarten, da für die Vorverpressung regelmäßig nur verhältnismäßig
geringe Drücke erforderlich sind. Weiterhin bedarf es bei der Ausführungsform nach dem Hauptpatent
keiner besonderen Verschlußmaßnahmen an der Massezuführöffnung,
da bei dem nachfolgenden endgültigen Verpressen zwischen dem isostatischen Preßwerkzeug und der Oberform
ohnehin mit einer Egalisierung der Oberfläche zu rechnen ist. .
.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der
Schießkopf für die endgültige Verpressung des Formlings unter sehr hohen Drücken, beispielsweise 300 bar, ausgelegt
ist und daß der Massezuführoffnung ein Verschlußstück zugeordnet ist, welches in der Verschlußstellung
wenigstens annähernd bündig mit dem die Massezuführoffnung umschließenden Wandungsbereich der Schießkammerwandung
liegt. Es war nicht ohne weiteres zu erwarten, daß man den durch die Massezuführung ohnehin bereits geschwächten
Schießkopf so ausgestalten könnte, daß er den sehr hohen Drücken bei der endgültigen Verpressung
in Dauerbetriebstand hält, dies umso mehr als durch die Unterbringung und Führung des Verschlußstücks mit weiteren
besonders kritischen und hoch beanspruchten Stellen gerechnet werden mußte.
Um eine formgerechte Lage des Verschlußstücks in der Verschlußstellung
sicherzustellen, kann man an dem Verschlußstück eine Stützfläche vorsehen, welche in der Verschlußstellung
an einer Gegenstützfläche des Schießkopfes anliegt.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das isostatische
Preßwerkzeug ausgeführt mit einem Drucktopf, einer in diesem Druckkopf aufgenommenen Stützplatte und einer
über eine Formfläche dieser Stützplatte gelegten Preßmembrane mit an dem Drucktopfrand dicht angeschlossenen
Membranrand sowie einer Druckmittelzufuhr zur Rückseite ■ der Preßmembrane; andererseits ist der Schießkopf ausge-·
führt mit einem. Verschlußring zum Aufliegen auf dem Membranrand
und einem innerhalb dieses. Verschlußrings liegenden Formstempel mit der Massezüführöffnung.
Dabei kann die Luftabsaugöffntirig wenigstens zum Teil von
einem Ringspalt zwischen dem Verschlußring und dem Formstempel gebildet sein und durch eine im Verschlußring verlaufende
Absaugleitung an ein Absaugsystem angeschlossen sein.
Zum Zwecke einer mechanischen Vorpressung kann der Formstempel
relativ zum Verschlußring und/oder die Stützplatte relativ zum Drucktopf verstellbar sein.
Die Steuerung des Verschlußstücks kann natürlich automatisiert sein, etwa durch ein Steuergerät, welches im Maschinentakt
zwischen Offenstellung und Verschlußstellung verstellbar ist.
Das Problem der räumlichen Unterbringung von Verschlußstück
und Massezuführung innerhalb des Schießkopfes kann in der Weise gelöst werden, daß das Verschluß stück- einen
Betätigungsschaft aufweist, welcher durch eine Bohrung des Schießkopfes verläuft und daß diese Bohrung angrenzend
an die Massezüführöffnung der Schießkammer zu einer Ringkammer erweitert ist, in welche eine Massezufuhrleitung
seitlich einläuft.
' '
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird man das isostatische Preßwerkzeug als Unterform und den Schießkopf
als Oberform benutzen und wird die Massezuführöffnung möglichst im Zentrum der Schießkammer anordnen.
Der Grundgedanke der Erfindung ist auch anwendbar bei sog.
"hängenden" Formpressen, bei denen die Formwerkzeuge in horizontaler Richtung auf und zu gehen.
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:
10
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in Offenstellung und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Einrichtung nachdem der ·
Schießkopf auf das isostatische Preßwerkzeug abgesenkt worden ist.
In den Figuren ist ein isostatischer. Drucktopf mit 10 bezeichnet.
In diesem isostatischen Drucktopf 10 ist eine Druckkammer ausgebildet, welche mit 12 bezeichnet ist. In
die Druckkammer 12 ist eine Stützplatte 14 unbeweglich
eingesetzt. Die Stützplatte 14 weist an ihrer Oberseite eine Formfläche 16 auf. Auf dieser Formflache 16 liegt
eine Preßmembrane 18 aus einem elastisch deformierbaren Werkstoff auf,welche sich der Formfläche 16 anschmiegt.
Der Profilrand 20 der Preßmembrane 18 umgreift den Rand der Stützplatte 14 und ist durch einen Befestigungsring
22 auf dem Oberrand 24 des Drucktopfes 10 befestigt. An die Druckkammer 12 ist eine hydraulische Hochdruckleitung
26 angeschlossen, durch welche ein Hochdruckfluid, beispielsweise hydraulisches öl, in die Druckkammer 12 eingelassen
werden kann. Der Druck dieses Hochdruckfluids verteilt sich durch Bohrungen 28 derstützplatte 14' über die Unterseite
der Preßmernbrane 18 ,um diese· beim isostatischen Pressen
nach oben drücken zu können.
Das isostatische Preßwerkzeug 10 arbeitet mit einem über
ihm angeordneten Schießkopf zusammen,der ganz allgemein
mit 30 bezeichnet ist. An diesem Schießkopf 30 und zwar an einer Zwischenplatte 38, welche mit einer Druckplatte
36 fest verbunden ist, ist ein Verschlußring 32 axial beweglich aufgehängt, der in seinem größten Abstand von der
Zwischenplatte 38 durch Bolzenhülsenkombinationen 34 festgelegt ist. Innerhalb des Verschlußrings 32 ist an der
Zwischenplatte 38 ein Formstempel 40 angebracht, dessen Unterseite eine Formfläche 42 bildet. Die Formfläche 42
ist von einer Massezuführöffnung 44 angeschnitten, welche den unteren Ausgang einer in dem Formstempel 40 ausgebildeten
Ringkammer 46 bildet. Die Ringkammer 46 ist an eine seitlich auf sie zulaufende Massezufuhrleitung 48 angeschlossen,
welche durch den Formstempel 40 und die Zwischen platte 38 zu einem Massevorratsbehälter 50 verläuft. Der
Massezuführöffnung 44 ist ein nach unten konisch erweitertes Verschlußstück 52 zugeordnet, welches sich mit seinerfr
Stützfläche 54 an eine Gegenstützfläche 56 abstützt,
wenn das Verschlußstück 52 sich in der in Fig. 1 dargestellten Verschlußstellung befindet. Die Unterseite
des Verschlußstücks 52 liegt dann bündig mit der Formfläche 42 des Formstempais 40.
Das Verschlußstück 52 ist mit einem Schaft 58 versehen, welcher in einer Bohrung 60 des Formstempels 40 und der
Zwischenplatte 38 geführt und durch eine Schraubendruckfeder 62 nach oben, d.h. in Verschlußstellung , vorgespannt
ist.- Durch ein Steuergerät 64 kann das Verschlußstück 52
nach unten in Offenstellung übergeführt werden. Das Steuergerät 64 arbeitet im Maschinentakt.
Zwischen dem Formstempel 40 und dem Verschlußring 32 ist ein Ringspalt 66 definiert, welcherin die zwischen der
Formfläche 42 und der Preßmembrane 18 definierter Schießkammer 68 einmündet. Der Ringspalt 66 ist an eine durch den Verschlußring
32 verlaufende Unterdruckleitung 70 angeschlossen, die zu einem Unterdruckerzeuger 72 führt. In der Lei-
tung 70 liegt ein maschinentaktgesteuertes Ventil 74.
An die Massezuführungsleiturig 48 ist eine Fluidisierungsluftleitung
76 angeschlossen, welche über ein maschinentaktgesteuertes Ventil 78 an Atmosphäre oder einen Druckvorrat
80 angeschlossen ist. Mit der soweit beschriebenen Einrichtung wird das Verfahren zur Herstellung eines Formlings
wie folgt durchgeführt:
Zunächst befindet sich der Schießkopf 30 in der in Fig. 1 dargestellten abgehobenen Stellung. Nunmehr wird der
Schießkopf 30 maschinentaktgesteuert auf das isostatische Preßwerkzeug 10 abgesenkt, wie in Fig. 2 dargestellt. Dabei
legt sich zunächst der. Verschlußring 32 auf den Profilrand 20 der Preßmeabrane 18 und den Befestigungsring 22.
Im weiteren. Verlauf der Absenkung des Schießkopfs 30 legt sich dann der. Verschlußring 32 gegen die Zwischenplatte
38 an und schließlich gelangt die Formfläche 42 in ihre untere Endstellung, wie in Fig. 2 dargestellt. Der auf
die Druckplatte 30 wirkende Druck wird zunächst allein über den Verschlußring 32 auf dem Haltering 22 übertragen.
Die Schießkammer 68 ist nunmehr geschlossen. Es wird nun durch öffnen des Ventils 74 an die Schießkammer 68 Unterdruck
angelegt, wobei es auch möglich ist, mit der Anlegung des Unterdrucks bereits während des Absenkvorgangs
des Schießkopfes 30 zu beginnen. Nach Aufbau eines Unterdrucks in der Schießkammer 68 oder auch schon während des
Aufbaus des Unterdrucks wird das Verschlußstück 52 in seine in Fig. 2 gezeigte Offenstellung durch das Steuergerät 64 nach unten
verschoben. Nunmehr kann durch den Unterdruck in der Schießkammer 68 Formmasse aus dem Formmassebehälter 50
angesaugt werden. Für die Einzelheiten der Formmassezuführung gelten die Ausführungen im Hauptpatent (deutsche
Patentanmeldung P 31 01 236.1). Als Formmasse kommt ins-. besondere sprühgetrocknete grahulatförmige Porzellanmasse
.-in Frage. Die Ansaugurig erfolgt wie im Hauptpatent in
der Weise, daß sich bei Beginn der Füllung des Schieß-
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raums 68 keine verdichteten Ansammlungen von Formmasse
an der Einmündung des Ringspalts. 66 in den Schießraum
68 ergeben, welche das weitere Absaugen von Luft behindern könnten. Durch die Fluidisierungsluft, welche über die
Leitung 76 zugeführt wird, wird die in die Schießkammer 68 eintretende Formmasse derart fluidisiert, daß sich
in der ganzen Schießkammer eine vergleichsmäßige Verteilung ergibt in dem Sinne, daß an jedem Ort innerhalb der
Schießkammer das Spektrum der Grahülatkorngröße annähernd das gleiche ist.
Nach beendeter Füllung der Schießkammer. 68 wird das Verschlußstück
52 in die Verschlußstellung angehoben und legt
sich mit der Stützfläche 54 gegen die Gegenstützfläche an, so daß die Formfläche 42 über die Formmassezuführöffnung
44 glatt durch geht. Das an die Schießkammer 68 angelegte Vakuum wird aber dabei aufrechterhalten.
Hierauf wird bei 26 das Ifochdruckfluid zugelassen, so·.daß die ·
Preßmembran 18 angehoben und die Formmasse unter einem
Druck von ca. 300 bar gepreßt wird. Da seit Beginn der Einführung der Formmasse in den Schießraum 68 in diesem
ein Unterdruck herrscht besteht keine Gefahr des Einschlusses von Lufträumen in dem entstehenden Formling.
Nach Beendigung des isostatischen Preßvorgangs wird die
Schießkammer 68 von den Unterdruck abs auger 72 getrennt. Nunmehr*
kann der Schießkopf 30 wieder angehoben und ggf. seitlich abgeschwenkt werden, so daß der endgültig gepreßte
Formling nunmehr aus dem isostatischen Preßwerkzeug 10 entnommen und seiner weiteren. Verarbeitung zugeführt
werden kann. Dabei ist an der Stelle der Massezuführöffnung 44 allenfalls eine kleine Markierung festzustellen, die
leicht geputzt werden kann. Eine weitere Pressung ist jedenf^lls nicht erforderlich.
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Es ist auch denkbar, eine mechanische. Vorpressung vor dem
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isostatischen Pressen durchzuführen. Dies könnte etwa in der Weise geschehen, daß während des Füllvorgangs zwar der
Verschlußring 32 vollständig abgesenkt ist und auf dem Randprofil 20 der Preßmembrane 18 dichtend aufsitzt, der
Formstempel 40 aber noch nicht voll abgesenkt ist, so daß die Schießkammer 68 beim Füllen zunächst größer ist als
nach späterer vollständiger Absenkung des Formstempels. Durch diese spätere Absenkung des Formstempels 40 wird
dann eine Vorpressung bewirkt. Die. Steuerung des Betriebsablaufes
läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß zwischen dem Verschlußring 32 und dem Zwischenring
38 eine Federung vorgesehen wird und der Druck auf der Druckplatte 36 für den Füllvorgang so eingestellt wird,
daß diese Federung nicht völlig durchgedrückt wird sondern erst durchgedrückt wird, wenn zum Zwecke der Vorverpressung
der Formstempel 40 völlig abgesenkt werden soll.
Es wäre andererseits auch denkbar, zwischen dem Drucktopf 10 und der Stützplatte 14 ein Kraftgerät zwischenzuschalten,
um zum Zwecke des Vorverpressens die Stützplatte 14 mit
der Membran 18 nach oben drücken zu können. ■