DE4242195A1

DE4242195A1 - Form zur plastischen Umformung keramischer Massen

Info

Publication number: DE4242195A1
Application number: DE19924242195
Authority: DE
Inventors: Matthias Limburg
Original assignee: LIMBURG KERAMIKMASCHINEN GmbH
Current assignee: LIMBURG, MATTHIAS, 37520 OSTERODE, DE
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1993-12-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verformung von plastischen Massen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Haupteinsatzgebiet ist die Herstellung von Produkten aus keramischer Masse bzw. keramischer Masse mit stark abrasiv wirkenden Bestandteilen bis zu einer minimalen Feuchtigkeit von ca. 10%. Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Produkten der Feuerfestkeramik und der Dachziegel industrie.

Für die Verarbeitung keramischer Massen im flüssig-fein körnigen Zustand sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Lösungen bekannt.

In DE 37 24 610 wird eine poröse Form für den Druckguß einer geschlemmten Formmasse beschrieben. Diese Form be steht aus einer porösen Innenschicht mit einem mittleren Porendurchmesser von höchstens 20 µm und einer Stärke von 5 bis 40 mm, einem unter Freilassung wenigstens einiger unbedeckter Bereiche in einem Muster auf die Rückseite der porösen Innenschicht aufgetragenen Kleber, einer die mit dem Kleber bedeckten und unbedeckten Bereiche der Rücksei te der porösen Innenschicht überdeckende grobporöse Außen schicht, welche aus einem Gemisch eines flüssigen Harzes mit einem Füllmaterial mit einem Korndurchmesser von 0,1 bis 5 mm in einem Volumenverhältnis von 15 bis 50 : 100 gebildet ist und eine Stärke von 5 bis 30 mm aufweist, einer die Außenseite der grobporösen Außenschicht im we sentlichen überdeckende, abdichtende Kleberschicht und einer Einrichtung zum Abführen von Wasser und Einblasen von Luft in die großporöse Außenschicht.

In Ergänzung dazu ist aus DE 37 24 609 eine Druckgußform zur Herstellung keramischer Gegenstände bekannt, die aus mehreren zusammenspannbaren Formteilen aufgebaut ist. Jedes Formteil umfaßt einen eine Filterschicht von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke bildenden porösen Körper mit einer Anzahl von im Inneren oder an der Außenfläche desselben ausgebildeten, wenigstens zum größten Teil pa rallel zur Innenfläche der Form verlaufenden Kanälen für den Durchfluß von Wasser und Luft, einen den porösen Kör per aufnehmenden eisernen Verstärkungsrahmen und einen den Zwischenraum zwischen dem porösen Körper und dem eisernen Rahmen ausfüllenden Füllkörper.

Auch in DE 37 4 92 ist eine mehrteilige Form für Druck schlickergießprozesse angegeben, die aus einem porösen Innenkörper zur Bildung des Formhohlraumes besteht, der durch Dichtungsepoxidharz äußerlich abgedichtet ist, wobei zugleich die Trennebene der Form durch Dichtungsepoxidharz gebildet ist und der poröse Forminnenkörper durch einen druckfesten Verbindungsteil mit einer äußeren Metallarmie rung verbunden ist. Rohrverbindungen dienen zur Kommunika tion des Formhohlraumes nach außen und zur Strömungsmit telver- und -entsorgung der porösen Innenkörpers.

Weiterhin wird mit DE 40 17 000 eine Arbeitsform für die Herstellung von rohrförmigen Formteilen aus keramischen Material im Schlickerhohlguß vorgestellt. Diese Form besteht aus einem Formkörper aus porösem Material, wie Gips und einem gasdicht umschließenden Gehäuse, welches einen Druckgaseinlaß zu dem Hohlraum des Formkörpers und eine Öffnung für die Beschickung des Hohlraums des Form körpers mit Schlicker aufweist. Zur Verbesserung einer solchen Arbeitsform wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Formkörper von einer mit Gasdruck beaufschlagbaren Schüttung umgeben ist.

Alle bekannt gewordenen Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Materialien arbeiten auf der Grundlage des Druckschlickergießprozes ses. Verarbeitet werden also flüssige und feinkörnige Schlicker geringer Abrasivität. Darauf zugeschnitten ist die eingesetzte Technik, insbesondere auch der Aufbau und die Materialauskleidung der Gießform. Die eingesetzten porösen Materialien zur Innenauskleidung, wie Gips aber auch Plastwerkstoffe genügen den für diesen Anwendungsbe reich aktuellen Anforderungen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Form für das Herstellen von Produkten aus keramischen Massen mit hoher Abrasivität zu entwickeln, die trotz dieser verschleißfördernden Eigenschaften eine lange Standzeit aufweist und gleichzeitig die problemlose Entnahme des Preßlings aus der Form ermöglicht.

Mit der Form sollen Tone bis zu einer minimalen Feuchtig keit von ca. 10% bei entsprechend hohen Arbeitsdrücken verarbeitet werden.

Die Haftung zwischen Form und Preßling soll gegen Null gehen, was Grundlage ist für die Automatisierung des Herstellungsprozesses, beispielsweise bei Kaminrohrform lingen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der Lehre der Erfindung besteht jedes Formteil aus einem Grundkörper und einem auf dem Grundkörper montierten Formkörper. Der Grundkörper gewährleistet die Festigkeit der Form und ist an sich undurchlässig für Wasser und Luft. Zur Gewährleistung der Zu- und Abführung solcher Medien sind - wie aus dem Stand der Technik bekannt - Bohrungen und/oder Kanäle eingebracht.

Der Formkörper muß definierten Anforderungen genügen. Er ist aus einem verschleißfesten porösen Material aufgebaut, das in Wechselwirkung mit den abrasiven Eigenschaften des Formlings die Umformung plastischer Massen bei hoher Lebensdauer der Form garantiert.

Die Ableitung der Restfeuchtigkeit aus dem Formling während des Umformprozesses erfolgt durch den porösen Formkörper und den mit Kanälen bzw. Bohrungen versehenen Grundkörper.

Die poröse Form sichert in Korrespondenz mit dem auf die keramische Masse ausgeübten Druck eine näherungsweise homogene Wasserverteilung in der keramischen Masse nach dem Umform- bzw. Preßvorgang.

Als Material für den Formkörper findet in einer ersten Ausführungsvariante eine Mischung von Kunststoffen mit solchen Materialien, wie Karbiden, Korunden, Quarzen sowie zusätzlich Graphit bzw. Teflon Anwendung. Vorzugsweise besteht eine Materialmischung A aus Phenolformaldehyd-Kunststoffen sowie alternativ Karbiden, Korunden und Quarzen, wobei Graphit und/oder Teflon beigemischt sind.

Eine Materialmischung B kann aber auch lediglich aus Kunststoffen und Graphit bestehen, wobei anstelle von Graphit auch Teflon einsetzbar ist.

Der Zusatz von Graphit bzw. Teflon bewirkt mit dem Entneh men der Formlinge aus der Form das leichte Lösen von Par tikeln aus der Oberfläche des Formkörpers. Haftungsproble me bzw. das Kleben des Preßlings in der Form werden da durch minimiert.

Zur Einstellung dieser Eigenschaften wird der Material mischung A bis zu 10% (bezogen auf die Gesamtmasse) und der Materialmischung B bis zu 2% Graphit und/oder Teflon zugemischt.

Der Porendurchmesser dieser Materialien liegt im Bereich bis ca. 0,5 mm. Das Material kann mit näherungsweiser Homogenität der Porenanzahl und der Porendurchmesser her gestellt werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper nach einer zweiten Ausführungsvariante wurde gefunden, daß sich Tech nische Keramiken bzw. Keramiken aus der Elektroindustrie mit analoger Ausführung hinsichtlich Porendurchmesser und Homogenität der Porenanzahl bzw. -verteilung vorteilhaft einsetzen lassen.

Bevorzugt wird dabei die Keramik KER 520 nach DIN 40685 eingesetzt, mit der sehr gute Ergebnisse bei der Umsetzung der erfindungsgemäßen Aufgabe erzielt werden.

Der Toleranzbereich nach DIN 40 680 sollte bei "mittel" liegen und die Wasseraufnahmefähigkeit 16 . . . 20% betragen.

Für die Dimensionierung des Formkörpers gibt es, was seine flächenmäßige Ausdehnung in x- und z-Richtung anbelangt, außer den vom Grundkörper vorgegebenen Montagemaßen und den Abmessungen des Brennofens keine Grenzen. Seine maximale Stärke in y-Richtung liegt bei ca. 40 mm.

Die Verbindung des Formkörpers mit dem Grundkörper erfolgt vorzugsweise durch Verankerungselemente.

Gehalten von diesen Verankerungselementen wird das den Formkörper bildende Material auf den Grundkörper aufge bracht.

Dieser Füge- bzw. Einbettungsprozeß mit bzw. in den Grund körper erfolgt für die Formkörper nach der ersten Ausfüh rungsvariante durch Pressen oder Stampfen. Anschließend wird der so gebildete Formkörper für ca. zwei Tage in einem Ofen mit einer Temperatur im Bereich von 180° bis 250°C gebrannt. Die Feinbearbeitung der Ober fläche nach dem Brennvorgang erfolgt beispielsweise mit Diamantwerkzeugen und Schleifapparaten.

Der Formkörper kann aber auch separat gefertigt und nach träglich auf den Grundkörper aufgebracht werden.

Bei Einsatz von Keramiken als Formkörper wird der fertige Keramikformkörper in den entsprechend vorbereiteten Grund körper eingesetzt und beispielsweise durch Einpressen oder Kleben arretiert.

Da die Keramikform sehr spröde ist und auf Biegespannungen empfindlich reagiert, empfiehlt es sich, zwischen Kera mikformkörper und Grundkörper eine Kunststoffschicht mit offener Porosität einzubringen. Damit können unvermeidbare Unebenheiten der Kontaktoberfläche der Keramik bzw. des Grundkörpers kostengünstig und wirksam ausgeglichen wer den.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung kann den Patentan sprüchen entnommen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Material und den daraus hergestell ten Formkörpern können hohe Standzeiten für Formwerkzeuge zur plastischen Umformung keramischer Massen erreicht werden. Das Material ist sehr verschleißfest und bietet selbst dann, wenn abrasive Materialien auf dem Formkörper bei Drücken um 200 bar gleiten eine ausgezeichnete Stand zeit.

Bei dem erfindungsgemäßen Keramikeinsatz für Formkörper nach der zweiten Ausführungsvariante können Standzeiten erreicht werden, die über den mit Stahl erreichbaren Werten liegen.

Der Einsatz und die Verarbeitung der vorgeschlagenen Mate rialien im Formenbau ist nur mit relativ geringen wirt schaftlichen Aufwendungen verbunden.

Ein weiterer Vorteil beim Einsatz des neuen Materials nach der ersten Ausführungsvariante und des damit verbundenen Formenaufbaus resultiert aus den überraschend guten Eigen schaften des Formkörpermaterials im Trennprozeß, d. h. bei der Öffnung der Form und der Entnahme des Rohlings aus der Form. Mit dem Rohling läßt sich eine äußerst dünne Schicht der Form von der "Restform" abheben, wodurch Probleme aus dem Kleben bzw. der Haftung des Tones in der Form weitge hend vermieden werden.

Beim Keramikeinsatz sind für die in gleicher Weise prob lemlose Entnahme des Rohlings aus der Form die physikali schen und chemischen Eigenschaften der Oberfläche des Formkörpers verantwortlich.

Ein zusätzliches Anblasen mit Luft vor und während des Öffnungsprozesses der Form führt zu einer weiteren Verbesserung der Qualität, daß eine Automatisierung des Herstellungsvorganges, beispielsweise für Kaminrohrform linge, möglich wird; die Rohre liegen nach Öffnung der Form frei und es gibt keine Haftungsprobleme.

Aufgrund der aufgezeigten Vorteile bietet sich die Erfin dung für vielfältige Einsatzgebiete an. Beim Schlicker gießen werden extrem hohe Standzeiten erzielt.

Weitere Einsatzgebiete sind das Verformen plastischer Massen mit einer minimalen Feuchtigkeit von ca. 10%, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Kaminrohrform lingen gegeben ist. Die minimale Feuchtigkeit kann auch noch unter 10% liegen; so kann beispielsweise die Herstel lung von Erdplatten mit einer Feuchtigkeit von 7 . . . 8% erfolgen. Auch Lehm kann ohne Probleme verarbeitet werden. Möglich ist der Einsatz dieser Form ebenso zum Entwässern von Klärschlamm und ähnlichen Produkten ohne, daß es Haftungsprobleme zwischen Form und den Produkten gibt.

Darüber hinaus ist die Erfindung vorteilhaft anwendbar beim Nachstanzen von Platten in der Plattenindustrie, in der Dachziegelindustrie und in der Feuerfestkeramik.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung des erfindungs gemäßen Aufbaus einer Form zur Herstellung von Kaminrohrformlingen,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung zur Demonstration einer Verbindungslösung von Grundkörper und Form körper,

Fig. 3 eine analoge Schnittdarstellung zur Demonstration des Formkörperaufbaus beim Keramikeinsatz.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine zweiteilige Form zur Herstellung von Kaminrohrformlingen.

Fig. 1 zeigt dazu die schematische Darstellung des Formen aufbaus in einem Ausschnitt der Formstückpresse. Auf dem aus Stahl bestehenden Grundkörper 1 einer jeden Formhälfte ist ein verschleißfester Formkörper 2 montiert.

Die Verbindung von Grundkörper und Formkörper erfolgt mittels auf den Grundkörper geschweißter Rundeisen als Verankerungselement 3, um die ein Formmaterial nach der ersten Ausführungsvariante gestampft ist, s. Fig. 2.

Mit der Formstückpresse können u. a. Rohrformlinge der Länge 1200 mm bei einem Durchmesser von 100 mm bis 350 mm hergestellt werden.

Die Materialstärke des Formkörpers 2 beträgt ca. 20 mm sowohl in der Form selbst als auch auf dem aus Fig. 1 ersichtlichen Kerndorn 4. Als Material für den Formkörper wird für dieses Ausfüh rungsbeispiel ein Bakelit gebundener Normalkorund mit 4% Graphitanteil verwendet; der Porendurchmesser beträgt durchschnittlich 0,005 mm.

Bei dem Kerndorn werden die vorgefertigten Bakelitringe nachträglich auf den Grundkörper des Kerndorns aufgescho ben. Der Endzustand der Formkörperoberfläche wird durch Überdrehen erreicht.

Fig. 3 veranschaulicht den Formkörperaufbau bei Einsatz einer Keramik als Formkörper 2. Als Keramik wird eine Keramik aus der Elektroindustrie, die KER 520 nach DIN 40 685, eingesetzt. Zwischen der auf Biegekräfte sensibel reagierenden Keramik 2 und dem Grundkörper 1 ist eine Kunststoffschicht 5 mit offener Porosität eingelagert. Die Schichtverbindung untereinander sowie mit dem Grundkörper erfolgt durch Kleben.

Der Grundkörper 1 der zweiteiligen Form hat nur die mecha nischen Kräfte aufzunehmen. Des weiteren ist er so aufge baut, daß er während des Preßvorganges Luft und Wasser vom Formkörper (abgegeben vom Formling) aufnehmen und ableiten kann.

Zu diesem Zweck sind in den Grundkörper in an sich bekann ter Weise Bohrungen bzw. Kanäle eingebracht. Der Durchmesser dieser reihenförmig und zueinander ver setzt angeordneten Bohrungen beträgt 6 bis 10 mm, ihr Abstand voneinander 20 bis 30 mm und der Reihenabstand analog 20 bis 30 mm.

Claims

1. Form zur plastischen Umformung keramischer Massen mit einer Formauskleidung aus porösen Material und in die Form eingebrachter Kanäle für den Durchfluß von Wasser und Luft, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Formteil aufgebaut ist aus

- einem an sich wasser- und luftundurchlässigen Grundkör per (1), in den zur Gewährleistung des Durchflusses bzw. der Aufnahme von Wasser und Luft Bohrungen und/oder Kanäle eingebracht sind,
- einem verschleißfesten porösen Formkörper (2), der auf dem Grundkörper (1) montiert ist und der einen Poren durchmesser bis ca. 0,5 mm aufweist, wobei als Material für den Formkörper (2)
- a) eine Mischung von Kunststoffen mit solchen Materialien, wie Karbiden, Korunden, Quarzen sowie zusätzlich Graphit und/oder Teflon oder eine Mischung aus Kunststoff und Graphit und/oder Teflon
- b) eine Technische Keramik bzw. Keramik aus der Elektro industrie eingesetzt ist.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Formkörper (2) eine Mischung aus Phenolformaldehyd- Kunststoffen sowie alternativ Karbide, Korunde und Quarze mit bis zu 10% Graphit- und/oder Teflonanteil (bezogen auf die Gesamtmasse) eingesetzt ist.

3. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Materialmischung, bestehend aus Kunststoff und Graphit und/oder Teflon bis zu 2% Graphit und/oder Teflon zugemischt werden.

4. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Formkörper (2) ein Bakelit gebundener Normalkorund mit bis zu 10% (bezogen auf die Gesamtmasse) Graphit-Anteil einge setzt ist.

5. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramik bevorzugt die Keramik KER 520 nach DIN 40 685 vorgesehen ist.

6. Form nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewählte Toleranzbereich bei "mittel" liegt und die Wasseraufnahmefähigkeit 16 . . . 20% beträgt.

7. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ggf. mit der Grundform korrespondierende Kerne bzw. Dorne (4) in analoger Weise mit einem Formkörper (2) beschichtet sind.

8. Form nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Grundkörper (1) aufgebrachte poröse Formkörper (2) in seiner flächenhaften Ausdehnung in x- und z-Richtung in Abmes sungen herstellbar ist, die lediglich von der Geometrie des Grundkörpers (1) und des Brennofens begrenzt sind, während er in y-Richtung eine maximale Stärke von ca. 40 mm aufweist.

9. Form nach einem der Ansprüche 1a sowie 2 bis 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Grundkörper (1) und Formkörper (2) vorzugsweise durch in den Grundkör per eingebrachte Anker (3) erfolgt.

10. Form nach einem der Ansprüche 1b sowie 5 und 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (2) separat gefertigt und nachträglich auf dem Grundkörper (1) aufgebracht ist.

11. Form nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem aus Keramik bestehenden Formkörper (2) und dem Grundkörper (1) eine Kunststoffschicht (5) angeordnet ist.

12. Form nach einem der Ansprüche 1a sowie 2 bis 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die form- bzw. profilgerechte Einbettung des Formkörpers (2) aufliegend auf dem Grund körper (1) und angeordnet um die in den Grundkörper einge lassenen Verankerungselemente (3) mittels Preß- und/oder Stampfvorgang erfolgt.

13. Form nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem formgebenden Stampf- und/oder Preßvorgang des Materials die zu erzielende Fe stigkeit des Formkörpers (2), nach einem etwa zweitägigen Brennvorgang in einem Temperaturbereich von 180 bis 250°C gegeben ist.

14. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinbearbeitung der Oberfläche des Formkörpers (2) mit Diamantwerkzeugen und Schleifapparaten nach dem Brennvorgang erfolgt.