DE3626365A1 - Vorrichtung sowie verfahren zur herstellung von mit einem seitlichen fortsatz versehenen tiefenzylindrischen oder kegeligen formkoerpern, insbesondere henkeltassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Die Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz in Form eines Henkels versehenen Formkörpern, insbesondere Tassen, bereitet heute noch er­ hebliche Schwierigkeiten. Überwiegend erfolgt die Fertigung derartiger Henkeltassen noch dadurch, daß in einem eigenen Arbeitsvorgang der zylindrische oder kegelförmige Tassenkörper und in einem separaten Arbeitsvorgang der Henkel hergestellt werden. Erst danach wird der Henkel an die bereits fertig geformte Tasse garniert. Diese Arbeits­ weise ist außerordentlich umständlich und führt dazu, daß der Kosten­ faktor für den Henkel bei der Herstellung der Tasse sich auf 70% der Kosten der Gesamtherstellung beläuft. Abgesehen davon, daß das An­ setzen des Henkels an die Tasse in Handarbeit vorgenommen wird, ist der Ansetzbereich des Henkels an der Tasse ein gefährdeter Bereich, der nach Fertigstellung der Tasse zu Rissen und Verformungen führt, insbesondere wenn der Henkel nicht exakt gerade sondern schräg angesetzt worden ist. Diese Fertigung ist somit mit einer sehr hohen Ausschußquote verbunden.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 33 04 576), eine Henkeltasse in einem Arbeitsvorgang auf isostatischem Wege herzustellen. Das hierfür verwendete Preßwerkzeug weist eine stempelartige innere Preßform auf, die eine Membran für das isostatische Pressen trägt. Die obere Pressen­ form wird aus zwei seitlich zusammenfahrbaren Pressenhälften gebildet. Für die Formung des Henkels wird ferner ein in einer der Pressen­ hälften einsetzbarer Kern verwendet, der gleichfalls eine Membrane trägt. Es handelt sich mithin um ein sehr aufwendiges Preßwerkzeug, welches vor allem den Nachteil besitzt, daß die obere Pressenform für die Formung der Außenseite der Tasse geteilt ist, so daß nach dem Formvorgang eine Naht auf der Tasse verbleibt, die in einem gesonderten Arbeitsvorgang entfernt werden muß. Eine solche Naht bleibt selbst bei sorgfältigsten Putzarbeiten nach dem Glasieren noch sichtbar. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß der Füllvorgang des Formhohlraums weitgehend unter Schwer­ kraftwirkung erfolgt. Dadurch ist eine exakte Dosierung und eine entsprechende Dosiereinrichtung erforderlich. Die Füllung durch Schwerkraft bedingt, daß sich insbesondere im oberen Bereich des Tassenkörpers die Keramikmasse ansammelt. Beim Herunterfahren des Kolbens zum Schließen der Form führt dies dazu, daß der obere Be­ reich stärker verdichtet wird als die unteren Bereiche. Erfolgt nun die Pressung unter isostatischem Druck, so werden die weniger verdichteten Bereiche weniger stark ausgebildet, so daß ungleich­ mäßige Wandstärken der Tasse die Folge sind.

Schließlich ist es zur Herstellung von tiefen zylindrischen oder kegeligen Formkörpern, wie etwa Tassen, bekannt, einen Füllstempel zu verwenden, welcher mit einer unteren Preßform einen umlaufenden Vakuumspalt begrenzt. Im Füllstempel befindet sich ein Füllkanal, so daß beim Anlegen von Vakuum über den Füllstempel Keramikmasse in den Formhohlraum zwischen Füllstempel und unterer Preßform einge­ füllt wird. Nach erfolgter Füllung muß allerdings der Füllstempel herausgezogen werden. Hierbei besteht die Gefahr, daß die zylindri­ schen Wände, die noch nicht gepreßt sind, nach unten einsacken und einstürzen. Wenn dann der Preßstempel einfährt, so ergibt sich im unteren Bereich der Tasse eine erhöhte Wandstärke. Aufgrund dieser Gefahr des Einsackens ist dieses Verfahren nur auf Formkörper mit einer begrenzten Tiefe anwendbar. Überdies muß bei einer solchen Herstellung der Henkel wiederum separat geformt und an die fertig ge­ formte Tasse angesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Henkeltassen in einem Arbeitsvorgang in einfacher Weise und mit reproduzierbaren Wandstärken sowie ohne die Gefahr von Rißbildungen und Beschädigungen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auch die äußere Preß­ form ungeteilt ausgebildet ist, so daß die Bildung einer Naht und die damit verbundenen Nacharbeiten entfallen. Dadurch, daß eine einstückige Membran sowohl zur Formung des Henkels wie auch zur Formung des Tassenkörpers verwendet wird, vereinfacht sich die Herstellung wesentlich. Da die äußere Preßform in Füllstellung längs ihres Außenumfangs mit einem Füllring einen Füll- oder Eva­ kuierungsspalt begrenzt, erfolgt das Füllen unter Vakuum, wodurch Dosiereinrichtungen entfallen können. Da zum Schließen des Formhohl­ raums die äußere Preßform in Achsrichtung des Formkörpers gegen die innere Preßform bewegt wird, erfolgt eine statische Vorpressung des im Formhohlraum befindlichen Keramikmaterials in Richtung der Stem­ pelbewegung. Diese statische Vorpressung ist wesentlich, weil hier­ durch insbesondere im Bereich des Bodens und der Rundung im Übergang vom Boden zu den Tassenwänden der Weg verkürzt wird, den die Mem­ brane beim isostatischen Pressen machen muß. Dies ist sehr wesentlich, weil bei weiten Wegen der Membrane insbesondere aufgrund der kompli­ zierten Form im Übergangsbereich vom Boden zu den Tassenwänden aufgrund der vorhandenen Rundungen ansonsten ungleiche Wandstärken resultieren würden. In den gerundeten Bereichen käme es aufgrund eines unterschied­ lichen Widerstands gegenüber den geraden Bereichen zu einer Verdickung und insbesondere in den mehr flachen Bereichen zu einer Schwächung der Dicke des Formkörpers. Hinzu kommt, daß in der Membrane ansonsten Spannungen entstehen könnten, die beim Entformen zu einer Beschädigung des Formgegenstands führen würden . Die Erfindung erlaubt somit die Herstellung von Tassen mit genau kontrollierten Wandstärken und zwar in reproduzierbarer Weise. Auch bei der Entformung ist die Gefahr von Beschädigungen weitgehend ausgeschlossen.

Insbesondere zur Herstellung einer Tasse, bei der der obere Henkelrand mit Abstand unterhalb des oberen Tassenrandes und damit versetzt zum oberen Tassenrand angeordnet ist, wird zweckmäßigerweise ein Stützkeil verwendet, dessen Formfläche dem oberen Henkelrand angepaßt ist. Der Stützkeil begrenzt dann mit der gegenüberliegenden Membrane den eigent­ lichen Henkelbereich.

In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform ist der Stützkeil im Füllring gelagert.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, den Stützkeil aus einem verformungssteifen und damit starren Material, insbesondere Stahl, herzustellen. Wird für den Stützkeil ein Material mit einer elastischen Komponente verwendet oder ein plastisch verformbares Material, so würde der Stützkeil bei der isostatischen Pressung komprimiert, was beim Entformen zu Beschädigungen des Henkels im Bereich des Stütz­ keils führen könnte.

Für die Herstellung von Tassen mit Henkeln gleichbleibender Dicke ist es vorteilhaft, die Membrane im Henkelbereich so auszubilden, daß die die Seitenwände des Henkels bildenden Membranflächen in Art eines Konus von innen nach außen sich verjüngen. Bei einer solchen Querschnitts­ bemessung der Membrane im Henkelbereich weist der geformte Henkel im wesentlichen gerade Seitenflächen auf, so daß die Membran ohne Beschä­ digungen des Henkels abgezogen werden kann.

Ferner ist es zweckmäßig, den Innenstempel an seinem unteren Ende mit einer umlaufenden Schräge auszubilden, die als Anschlagfläche für die beim isostatischen Pressen nach innen gedrückte Membrane dient. Aufgrund dieses Anschlags erreicht man ein gleichmäßiges Zusammenfahren der Mem­ brane im zylindrischen oder kegeligen Bereich des Formkörpers beim isostatischen Pressen und erzielt damit über den Umfang gleichmäßige Wandstärken des Tassenkörpers.

Nach einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer Henkeltasse erfolgt zunächst das Füllen des Formhohlraums durch Vakuumfüllen, so daß eine Dosiereinrichtung entfallen kann und wird die im Formhohlraum verteilte Keramikmasse beim Schließen der Form einer statischen Form­ pressung unterzogen, wodurch sich der Weg für die Membrane beim iso­ statischen Pressen im Bodenbereich des Formhohlraums verringert. Nach diesem statischen Pressen erfolgt das isostatische Pressen, indem die Rückseite der Membran mit Druckmittel beaufschlagt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Preßwerkzeug einer Presse sowie

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Füllring des Preßwerkzeugs.

Das in Fig. 1 dargestellte Preßwerkzeug umfaßt im wesentlichen eine obere äußere Preßform 1 und eine untere innere und durch einen Innen­ stempel 2 gebildete Preßform 3, die zwischen sich einen mit 4 be­ zeichneten Formhohlraum zur Herstellung eines Formkörpers, nämlich einer mit einem Henkel versehenen Tasse begrenzen. Die äußere Preß­ form 1 ist entsprechend der Außenseite der herzustellenden Tasse unter Einschluß des Henkels konturiert. Die Formfläche des Innenstem­ pels 2 entspricht der Innenform der Tasse. Die innere Preßform 3 um­ faßt ferner einen Stützkeil 5, insbesondere im Falle der Herstellung einer Tasse, bei der der Henkel gegenüber dem oberen Tassenrand nach unten versetzt angeordnet ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stützkeil 5 in einer Aussparung 6 eines allgemein mit 7 bezeichneten Füllrings aufgenom­ men. Der Füllring 7 selbst weist mindestens einen Zuführkanal 8 für die Keramikmasse sowie mindestens einen Evakuierungskanal 9 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Zuführungskanal 8 vorgesehen. Für die Evakuierung weist der Füllring 7 entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zwei Evakuierungskanäle 9 auf.

Die äußere Preßform 1 ist in aus der Zeichnung ersichtlichen, jedoch hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher erläuterten Weise an einem nur schematisch angedeuteten Stempel 10 befestigt, mit dem die Preßform 1 in Richtung der Achse der Form und damit des Formhohl­ körpers gegen den Innenstempel 2 relativ bewegbar ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, trägt die äußere Preßform auf der Formfläche eine Membran 11 bekannter Bauart, die an ihrem äußeren Rand 12 bei 13 eingezwickt und befestigt ist. Die zum isostatischen Pressen dienende Membran ist an ihrer Unterseite über Kanäle 14 mit einer geeigneten, nicht dargestellten Druckmittelquelle verbunden, so daß die Membran von der Unterseite her für den isostatischen Preßvorgang unter Druck gesetzt werden kann. Die Druckmittelkanäle 14 sind sowohl im zylindrischen Bereich der Preßform wie auch am Boden der Preßform sowie im Henkelbereich vorgesehen.

Der Innenstempel 2 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel entspre­ chend Fig. 1 auf einer Stempelplatte 15 mittels einer Schraubverbin­ dung 16 befestigt, so daß der Innenstempel bei Bedarf gegen einen anderen Innenstempel schnell und ohne weiteres ausgetauscht werden kann. Die Stempelplatte 15 selbst sitzt auf einer mit der Presse festen Stützplatte 17.

In der Stützplatte 17 sind mit 18 bezeichnete Hubeinrichtungen in Form von Druckmittelkolben aufgenommen, mittels derer der Füllring 7 relativ zur Stützplatte 17 anhebbar ist. Von den Hubeinrichtungen 18 ist in Fig. 1 nur eine dargestellt.

Die in Fig. 1 linke Darstellung zeigt das Preßwerkzeug in Füllstellung, in welcher der Füllring 7 gegenüber der Stützplatte 17 infolge der Hubeinrichtungen 18 angehoben ist und zusammen mit der äußeren Preß­ form 1 gegenüber dem Innenstempel 2 einen mit 19 bezeichneten engen Füllspalt und einen aus Fig. 1 nicht ersichtlichen, jedoch in Fig. 2 dargestellten Evakuierungsspalt 20 begrenzt. Wie Fig. 2 zeigt, erstreckt sich der Füllspalt 19 über das mit F bezeichnete Kreissegment, wohingegen sich der Evakuierungsspalt im wesentlichen über den Rest des Umfangs erstreckt, wie mit E gekennzeichnet ist.

Die in Fig. 1 rechte Hälfte zeigt das Preßwerkzeug nach Schließen der Form, jedoch vor dem isostatischen Pressen.

Gemäß Fig. 1 ist die Membran zur Herstellung von Tasse mit Henkel einstückig ausgebildet. Sie ist zur Bildung der Tasse weitgehend rotationssymmetrisch ausgebildet und lediglich im mit 21 bezeichneten Henkelbereich mit einem radialen Fortsatz zur Formung des Henkels aus­ gebildet. Der radiale Fortsatz 21 ist in einem zur Achse A-A der Form senkrechten Schnitt zweckmäßigerweise konisch ausgebildet, wobei sich der Konus von radial außerhalb bis radial innerhalb verbreitert.

Der Stützkeil 5, der der Henkelbreite im oberen Bereich entspricht, ist der Form des oberen Rands 22 des Henkels angepaßt und begrenzt zu­ sammen mit dem inneren Stempel 2 und der Membran 11 den Formhohlraum.

Am unteren Rand ist der Innenstempel 2 umlaufend im Anschluß an den oberen Rand 23 des Formhohlraums mit einer umlaufenden Schräge 24 ausgebildet, die als Auflauffläche für die obere Preßform 1 dient. Hierzu ist die Membran 11 bei 25 mit einer entsprechenden umlaufenden Schrägfläche ausgebildet.

Die Betriebsweise des Preßwerkzeugs ist die folgende: Zwecks Füllung des Formhohlraums 4 befindet sich die obere Preßform 1 in der gemäß der linken Darstellung in der Fig. 1 angehobenen Stellung gegenüber dem Innenstempel 2. Auch der Füllring 7 ist infolge der Hubeinrichtun­ gen 18 angehoben, so daß in der oben geschilderten Weise ein Füllspalt sowie ein Evakuierungsspalt gebildet ist. Wird nun Unterdruck an den Kanälen 9 angelegt, so wird aus dem Zuführkanal 8 Keramikmasse in den Formhohlraum 4 eingefüllt. Nach Beendigung des Füllvorgangs wird der Stempel 10 herabgefahren, so daß der Füllring 7 mit nach unten bewegt wird, bis er gegen die obere Fläche 26 der Stützplatte 17, die als Anschlagfläche wirkt, anschlägt. Diese Stellung zeigt die rechte Hälfte in Fig. 1. Aufgrund dieser Bewegung des Stempels 10 und der damit einhergehenden Abwärtsbewegung der oberen äußeren Preßform 1 hat eine statische Pressung der Keramikmasse im Formhohlraum in Richtung der Stempelbewegung S stattgefunden, wobei bei diesem Vorgang die Membran 11 noch nicht an ihrer Unterseite mit Druckmittel beauf­ schlagt worden ist. Nach diesem statischen Pressen der Keramikmasse erfolgt das isostatische Pressen, wozu in der Schließstellung der Preßform entsprechend der rechten Darstellung in Fig. 1 Druckmittel über die Kanäle 14 auf die Rückseite der Membran 11 zugeführt wird. Nach dem isostatischen Pressen wird das Druckmittel wieder abgeführt, so daß sich die Membran 11 entspannt. Nunmehr kann die geformte Tasse abgenommen oder ausgeworfen werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefen zylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbe­ sondere Henkeltassen, aus einer pulverförmigen oder granulatartigen Keramikmasse durch isostatisches Pressen, mit mindestens zwei den Formhohlraum begrenzenden Preßformen enthaltend mindestens eine die Außenseite der Tasse und des Henkels formenden äußeren Preßform und eine in diese äußere Preßform eintauchenden, die Innenseite der Tasse formenden Preßform, von denen eine mit mindestens einer durch Druckmittel betätigbaren Membran versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungeteilte äußere Preßform (1) vorgesehen ist, in welcher eine einstückige, der Außenseite des Henkels und der Tasse angepaßte Membran (11) aufgenommen ist, daß die äußere Preßform (1) in Füllstellung längs ihres Außenumfangs mit einem Füllring (7) einen Füll- und Evaku­ ierungsspalt (19) begrenzt und zum Schließen des Formhohlraums (4) in Achsrichtung der Form gegen die innere Preßform (2) unter statischer Pressung der im Formhohlraum befindlichen Keramikmasse bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Tasse, deren oberer Henkelrand mit Abstand unterhalb des oberen Tassenrands angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Preßform (2) einen Stützkeil (5) umfaßt, dessen Form­ fläche (22) dem oberen Henkelrand angepaßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkeil (5) in einer Aussparung (6) des Füllrings (7) ge­ lagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring (7) eine den Innenstempel (2) tragende Stempelplatte (15) umschließt und mit der Stempelbewegung für die äußere Preßform (1) relativ zur Stempelplatte (15) in Achsrichtung (A-A) des Formhohl­ raums (4) bis gegen einen mit der Stempelplatte (15) festen Anschlag (26) verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkeil (5) aus einem verformungssteifen Material, insbesondere Stahl, hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Stützkeils (5) der Breite des oberen Rands des fertig geformten Henkels entspricht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Membran (11) senkrecht zur Preßformachse (A-A) im Henkelformbereich (21) von außen nach innen sich konisch erweiternd ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenstempel (2) an seinem unteren Rand mit einer umlaufenden Auflaufschräge (24) für eine entsprechende Schrägfläche (25) der Mem­ bran (11) ausgebildet ist.

9. Verfahren zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz ver­ sehenen tiefen zylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbesondere Henkeltassen, aus einer pulverförmigen oder granulatartigen Keramikmasse durch isostatisches Pressen mit mindestens zwei den Formhohlraum begren­ zenden Preßformen, von denen eine mit mindestens einer durch Druckmit­ tel betätigbaren Membran versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Formhohlraums durch Vakuumfüllen über einen Füllring erfolgt, die im Formhohlraum verteilte Keramikmasse durch eine Stempel­ bewegung in Schließrichtung der Form mittels einer der Preßformen statisch vorgepreßt und danach der Formling unter Verwendung einer Membran für Tasse und Henkel isostatisch gepreßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung der Form der äußere Preßstempel und der Füllring in eine gegenüber der Schließstellung der Form angehobenen Stellung ver­ fahren werden, in welcher der äußere Preßstempel und der Füllring mit dem Innenstempel längs eines Maximalumfangs des Formhohlraums einen Füll- und Evakuierungsspalt begrenzen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring zusammen mit der äußeren Preßform infolge Stempelbe­ wegung gegen einen festen Anschlag einer den Innenstempel tragenden Stützplatte zum Schließen der Form verfahrbar ist.