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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hochdruckgiessen
von Sanitärartikeln.
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Spezifischer
ausgedrückt,
bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen des heute angewandten Verfahrens
zum Giessen von Sanitärartikeln
unter hohem Druck, wobei poröse
Harzformen verwendet werden, bestehend aus zwei oder mehreren Teilen.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Hochdruckgiessmaschine
zur Herstellung von Sanitärartikeln.
Verglichen mit dem Stand der Technik weist die Maschine eine Anzahl
von Änderungen
auf, die sie geeignet machen zum Durchführen des Verfahrens nach der
vorliegenden Erfindung.
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Das
Dokument
US-5083911 beschreibt
ein Hochdruckgiessverfahren zur Herstellung von Sanitärartikeln.
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Das
Diagramm der 1 zeigt ein typisches Beispiel
einer Zeit-/Druckgraphik einer Druckgiessform. Genauer gesagt enthält das Verfahren
nach dem Stand der Technik die nachstehend beschriebenen Phasen.
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Die
Teile der Form, oder Formen im Falle einer Maschine mit zwei oder
mehr Formen, werden geschlossen und miteinander festgeklemmt.
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Mit
anderen Worten ist eine Phase des Schliessens der Form vorhanden:
die Art, wie dieses durchgeführt
wird, und die benötigte
Zeit sind abhängig
von dem Typ der Installierung (Giessbank) und von der Zahl der installierten
Formen.
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Während dieser
Phase wird der Druck nicht verändert
und bleibt auf dem Niveau des atmosphärischen Druckes.
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Der
Schliessphase der Form folgt eine Phase der Reinigung der Zuführleitung,
die zu der Form führt, mit
einer neuen Keramikmischung. Die Mischung wird hier anschliessend
als „Schlicker" bezeichnet.
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Der
Schlicker wird im Inneren der Hauptzuführleitung in Umlauf gebracht,
so dass alle Verunreinigungen entfernt werden und die Leitung selbst
wiederhergestellt ist, bevor die Form mit dem Schlicker gefüllt wird.
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Anschliessend
wird das Ablassventil geschlossen und die Form ist mit dem neuen
Schlicker gefüllt. Gleichzeitig
tritt der Schlicker auch in eine Druckvorrichtung ein, die mit der
Zuführleitung
für den
Schlicker verbunden ist.
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Während dieser
Phase erfolgt eine Erhöhung
des Druckes, dargestellt durch den ersten Abschnitt 1-1a in der
Zeit-/Druckgraphik.
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Diese
ist gefolgt von einer ersten Phase des Formens der Dicke des Sanitärartikels.
In dieser Phase nehmen die Wände des
Artikels ihre Dicke an, während
der Druck bis auf eine vorgegebene Höhe ansteigt, und zwar für eine Dauer,
die dem Abschnitt 1a-2 der Graphik aus 1 entspricht.
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Der
auf den Schlicker angewandte Druck durch die Druckvorrichtung zwingt
das Wasser in dem Schlicker durch die Poren der Form heraus, das
dann durch entsprechende Durchlässe,
die in die Form eingeformt sind, abgelassen wird. Diese Durchlässe können an
eine Unterdruckquelle angeschlossen sein, so dass das Ablassen des
Wassers aus der Form durch die sich ergebende Saugwirkung erleichtert
wird.
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Dies
erzeugt eine Schicht von Keramikmaterial, die an den internen Wänden der
Form abgelagert wird und haften bleibt, um mit dem Bilden der Form
des Sanitärartikels
zu beginnen. Diesem folgt eine zweite Phase des Formens der Dicke
des Sanitärartikels
bei einem konstanten Druck und für
eine Dauer, die dem Abschnitt 2-3 der Graphik aus 1 entspricht.
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Wenn
das Keramikmaterial im Inneren der Form eine Schicht von einer vorgegebenen
Dicke gebildet hat, wird die Druckvorrichtung abgeschaltet, wobei
diese Phase dem Abschnitt 3-4 der Graphik aus 1 entspricht.
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Danach
wird das Ablassventil geöffnet,
und ein Druckluftventil wird ebenfalls geöffnet, so dass ein Druckluftstrahl
durch den Artikel geblasen wird, um den überschüssigen Schlicker durch eine
Ablassleitung herauszudrücken.
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Diese
Phase ist durch die Abschnitte 4-5-6-7 in der Graphik aus 1 dargestellt,
welche eine mittlere Erhöhung
des Druckes zeigt, hervorgerufen durch den Gegendruck, der durch
das Ablassen des überschüssigen Schlickers
erzeugt wird.
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Wie
ebenfalls durch das Dokument
US
5741388 offengelegt ist, wird, sobald der ganze überschüssige Schlicker
abgelassen worden ist, das Ablassventil geschlossen und Druckluft
eingegeben, so dass der Artikel erneut unter Druck gesetzt wird.
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Danach
erfolgt eine erste Phase des Verfestigens der Dicke des Sanitärartikels
durch das Erhöhen
des Druckes der Druckluft für
eine Dauer, welche dem Abschnitt 7-8 der Graphik aus 1 entspricht.
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Diese
Phase ist gefolgt von einer zweiten Phase des Verfestigens der Dicke
des Sanitärartikels
durch das Eingeben von Druckluft mit einem gleichbleibenden Druck
und für
eine Dauer, welche dem Abschnitt 8-9 der Graphik aus 1 entspricht.
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Der
Artikel wird dann einer Dekompressionsphase unterzogen: der Luftdruck
wird zum Abfallen gebracht, und zwar von dem maximalen Verfestigungswert
bis auf einen Wert, der im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck
ist, entsprechend dem Abschnitt 9-10 der Graphik aus 1.
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Die
letzten Phasen des Prozesses sind das Öffnen der Form – oder der
Formen im Falle einer Maschine mit zwei oder mehr Formen – und das
Entformen des darin enthaltenen Artikels.
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Die
Zeiten und Arten der Durchführung
der Öffnungs-
und Entformungsphasen hängen
von dem Typ der Installierung (Giessbank) und von der Zahl der installierten
Formen ab, wie bei der Schliessphase der Form am Beginn des hier
beschriebenen Giessverfahrens.
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Das
Giessverfahren nach dem Stand der Technik enthält mehrere Phasen, in welchen
der Sanitärartikel
plötzlichen
Druckveränderungen
unterzogen wird, wobei der Druck erhöht oder verringert wird. Die Schwingung,
hervorgerufen durch diese Druckwechsel an der Form und an dem sich
in der Formung befindlichen Artikel kann zu Problemen führen. Die
Leistungsfähigkeit
der Harzform könnte
ernsthaft reduziert werden, hauptsächlich aufgrund des Brechens
der Form selbst oder des Verstopfens der offenen Poren, welche den
Filtrationsprozess steuern.
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Die
kontinuierliche Belastung, hervorgerufen durch die Druckschwingung,
führt somit
zur Beschädigung
nicht nur der Formen selbst, sondern auch der in den Formen gegossenen
Artikel.
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Ein
anderer Nachteil, der direkt mit der Belastung der Sanitärartikel
zusammenhängt,
ist die Einschränkung
bei der Planung der Artikel selbst, was bedeutet, dass deren Geometrie
und Form (Dicke, Krümmungsradius, Übergang
von der freien zur erzwungenen Dicke) begrenzt gehalten werden müssen.
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Ausserdem
darf der maximale Giessdruck bestimmte Grenzen nicht überschreiten,
um so das Erzeugen einer übermässigen Belastung
und von schwierigen Ermüdungszyklen
zu vermeiden.
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Dies
bedeutet auch, dass die Giessgeschwindigkeit nicht weiter erhöht werden
kann und die Produktivität
der Giessmaschine daher verhältnismässig niedrig
bleibt.
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Zweck
der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Hochdruckgiessverfahren
zur Herstellung von Sanitärartikeln
vorzusehen, das es möglich
macht, die Druckschwingung auf die Formen und die Sanitärartikel zu
reduzieren oder zu beseitigen.
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Ein
anderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Hochdruckgiessverfahren
zur Herstellung von Sanitärartikeln
vorzusehen, das es möglich
macht, die Produktionszeiten zu reduzieren.
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Nach
diesen beiden Aspekten betrachtet, sieht die vorliegende Erfindung
ein Hochdruckgiessverfahren zur Herstellung von Sanitärartikeln
vor, wie in den Patentansprüchen
1 und 2 festgelegt ist.
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Ein
noch anderer Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte Druckgiessmaschine
zur Herstellung von Sanitärartikeln
vorzusehen, in welcher die Druckschwingung während der Giesszyklen vollkommen
vermieden wird oder beachtlich gedämpft ist.
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Nach
einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Druckgiessmaschine
zur Herstellung von Sanitärartikeln
vor, wie in dem Patentanspruch 6 festgelegt ist.
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Die
abhängigen
Patentansprüche
beschreiben vorgezogene vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
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Die
vorgezogenen Ausführungen
der Erfindung werden nun beschrieben, ohne den Zweckbereich des erfinderischen
Konzeptes einzugrenzen, und zwar unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen, in welchen:
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1 eine
Graphik ist, darstellend den Druck über die Zeit im Inneren einer
Form in einer Hochdruckgiessmaschine nach dem Stand der Technik;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer Hochdruckgiessmaschine nach der
Erfindung;
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3 ist
eine Graphik, darstellend den Druck über die Zeit im Inneren einer
Form in einer Hochdruckgiessmaschine während eines Giesszyklus nach
dem Stand der Technik, verglichen mit zwei verschiedenen Giesszyklen
nach der Erfindung; und
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4 ist
eine Ansicht im Schnitt von einem Teil der Hochdruckgiessmaschine
nach der Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen enthält die Hochdruckgiessmaschine 11 nach der
Erfindung eine Form 12, die aus wenigstens zwei Teilen
besteht. Die Form 12 weist eine Vertiefung 13 auf, im
Inneren von welcher ein Sanitärartikel 14 geformt
wird.
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In
dem gezeigten Beispiel hat die Maschine eine einzige Form, es versteht
sich aber, dass die vorliegende Erfindung auch auf Mehrfach-Giessmaschinen
angewandt werden kann, ohne die Giessmaschine oder das Giessverfahren
bedeutend zu ändern.
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Die
Vertiefung 13 in der Form 12 ist durch eine erste
Leitung 15 an eine Druckluftquelle (nicht gezeigt) angeschlossen
und durch eine zweite Leitung 16 an eine Schlickerquelle 17. Über eine
Zweigleitung 18 der zweiten Leitung 16 kann der überschüssige Schlicker
zu einer Ablassvorrichtung 19 abgeleitet werden, wie nachstehend
mehr im Detail beschrieben wird.
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Die
Leitung 16 ist ebenfalls an eine Druckvorrichtung 20 angeschlossen,
verbunden durch eine dritte Leitung 21 mit einer Druckquelle
(nicht gezeigt).
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In
bekannter Weise übt
die Druckvorrichtung 20 einen Druck auf die Vertiefung 13 in
der Form 12 aus.
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Die
Ablassvorrichtung 19 enthält ein erstes, sich voll öffnendes
Ventil 22 und ein zweites kalibriertes Ventil 23,
wobei jedes Ventil 22, 23 an einen jeweiligen
Behälter
angeschlos sen ist.
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Die
Struktur des kalibrierten Ventils 23 ist in 4 dargestellt
und enthält
einen herkömmlich
betätigten
Verschluss 24, welcher den an die Leitung 18 angeschlossenen
Einlass des Ventils 23 mit einer kalibrierten Leitung 25 in
Verbindung bringt.
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Spezifischer
ausgedrückt
hat die Leitung 25 einen Längenabschnitt „L", dessen Durchmesser „D" ist, so dass dem
Durchlauf des Schlickers ein konstanter vorgegebener Widerstand
geboten wird. Vorzugsweise ist die Leitung 25 austauschbar
und ist aus einem Elastomermaterial hergestellt, so dass sie besser
dem Verschleiss durch den Durchlauf des Schlickers widersteht.
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Insbesondere
macht es die Struktur des Ventils 23 möglich, dass der Druck im Inneren
der Vertiefung 13 auf einem Wert über dem atmosphärischen
Druck beibehalten wird. Der erreichbare Druck ist eine Funktion des
Druckes im Inneren der Vertiefung 13 und der Abmessungen „L" und „D" der Leitung 25.
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Wie
in 2 gezeigt ist, enthält die Maschine 11 Absperrventile 26, 27 zum
Unterbrechen der Druckluftzufuhr, und eine Reihe von Ventilen 28, 29 und 30 an
den Leitungen, durch welche der Schlicker läuft. Ebenfalls sind die Form 12 und
die Druckvorrichtung 20 mit jeweiligen Druckmessern 31, 32 versehen.
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Die
Absperrventile 26, 27 für die Druckluft, die Ventile 28, 29 und 30 an
der Schlickerleitung, die Druckmesser 31, 32 und
insbesondere die Ablassvorrichtung 19, welche das erste,
sich voll öffnende
Ventil 22 und das zweite kalibrierte Ventil 23 enthält, sind
an eine Einheit 33 angeschlossen, welche den Produktionszyklus der
Sanitärartikel
steuert.
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Die
Struktur des Ventils 23 und die durch die Einheit 33 gesteuerten
Betriebsweisen machen es möglich,
den Produktionszyklus durchzuführen,
ohne den Druck zwischen einer Phase und einer anderen zu verändern.
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Zwei
Ausführungen
des Hochdruckgiessverfahrens nach der Erfindung werden in 3 gezeigt
und werden verglichen mit einem Zyklus nach dem Verfahren der bekannten
Technik, dargestellt in 1.
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Die
neuen Zyklen nach der Erfindung unterscheiden sich in der Weise,
wie die Entleerungs- und Verfestigungsphasen ausgeführt werden.
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In
dem Zyklus nach der bekannten Technik folgt der Phase des Formens
der Dicke eine Phase der Dekompression der Maschine bis auf einen
Druckwert, der stets der gleiche ist wie der Druck, bei welchem
die nächste
Entleerungsphase ausgeführt
wird (2-3 Bar). Der Druckunterschied beträgt unngefähr 70-80% des Wertes des maximalen
Giessdruckes. Während
der Entleerungsphase unterliegt die Maschine weiteren Druckveränderungen,
entweder nach oben oder nach unten.
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Am
Ende der Entleerungsphase, welche normalerweise einen Druckabfall
auf Werte in der Nähe
von Null bewirkt, setzt die Maschine die Form erneut unter Druck,
so dass die Verfestigungsphase ausgeführt werden kann.
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Nach
der Verfestigung werden die Formen vollkommen dekomprimiert, bevor
die Formen geöffnet werden.
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Bei
der ersten Ausführung
des Verfahren nach der Erfindung (Zyklus vom Typ „A") wird die Maschine auf
einem Druck gehalten, der im wesentlichen derselbe ist wie der maximale
Giessdruck (12-13 Bar), auch während
der Entleerung- und Verfestigungsphasen. Dies ist möglich gemacht
durch die Verwendung des neuen Typs des kalibrierten Ventils 23,
welches verhindert, dass der Druck in der Vertiefung 13 der
Form 12 abfällt, während es
gleichzeitig erlaubt, dass der überschüssige Schlicker
abgelassen wird.
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Das
System wird bis kurz vor dem Öffnen
der Formen nicht vollkommen dekomprimiert.
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Bei
der zweiten Ausführung
(Zyklus vom Typ „B") erfolgt eine leichte
Abnahme des Druckes am Ende der Formphase der Dicke.
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Trotzdem
wird der Druck in einem weit geringeren Masse gesenkt als bei dem
Zyklus nach der bekannten Technik, und er wird ausserdem während der
Entleerungs- und Verfestigungsphasen auf einem konstanten Wert gehalten,
lind zwar bis kurz bevor die Formen geöffnet werden.
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Nachstehend
sind zwei Tabellen dargestellt, die ein Beispiel eines Giesszyklus
vom Typ nach der bekannten Technik zeigen, und ein Beispiel eines
neuen Giesszyklus nach der Erfindung.
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Die
Zeitintervalle und die Druckbereiche für die verschiedenen Phasen
in einem jeden Zyklus hängen im
wesentlichen von den folgenden Eigenschaften ab: Typ der verwendeten
Giessbank, Typ des herzustellenden Sanitärartikels, Zahl der installierten
Formen und die technologischen Eigenschaften des verwendeten Schlickers. Tabelle 1 – Zyklus nach dem Stand der
Technik
| Zyklusphase | Zeit
(Sekunden) | Pi
Anfangsdruck (Bar) | Pf
Enddruck (Bar) |
| Schliessen
der Form | 30-60 | | |
| Reinigen
der Zuführleitung
mit Schlicker | 20-40 | 1-2 | 2-3 |
| Füllen | 90-200 | 1-2 | 2-3 |
| Dickenformung
1 | 10-60 | 2-3 | 12-13 |
| Dickenformung
2 | 300-800 | 12-13 | 12-13 |
| Dekompression
Artikel | 10-30 | 12-13 | 3-1 |
| Entleeren | 30-120 | 5-3 | 1 |
| Verfestigung
1 | 0-60 | 1-2 | 3-5 |
| Verfestigung
2 | 30-150 | 3-5 | 3-5 |
| Dekompression
Artikel | 10-30 | 3-5 | 0-1 |
| Öffnen der
Form | 30-120 | | |
| Luft
in Formen | 15-30 | 2-4 | 2-4 |
Tabelle 2 – Neuer Zyklus
| Zyklusphase | Zeit
(Sekunden) | Pi
Anfangsdruck (Bar) | Pf
Enddruck (Bar) |
| Schliessen
der Form | 30-60 | | |
| Reinigen
der Zuführleitung
mit Schlicker | 20-40 | 1-2 | 2-3 |
| Füllen | 90-200 | 1-2 | 2-3 |
| Dickenformung
1 | 10-60 | 2-3 | 12-13 |
| Dickenformung
2 | 300-800 | 12-13 | 12-13 |
| Entleeren | 10-60 | 9-13 | 9-13 |
| Verfestigung | 0-60 | 9-13 | 9-13 |
| Dekompression
Artikel | 10-30 | 9-13 | 0-1 |
| Öffnen der
Form | 30-120 | | |
| Luft
in Formen | 15-30 | 2-4 | 2-4 |
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Die
in den Tabellen in Kursivschrift angegebenen Phasen sind die Phasen,
die beim Wechsel von dem Giesszyklus nach der bekannten Technik
zu dem neuen Giesszyklus verändert
worden sind.
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Die Änderung
bringt wichtige Vorteile, wie nachstehend aufgelistet ist:
- a) Kürzerer
Giesszyklus. Die Reduzierung der Zeit kann auf 1-4 Minuten geschätzt werden
(bei vorhandenen Giess maschinen), abhängig von dem Typ der Giessbank
und dem verwendeten Schlicker, sowie von dem Typ des Artikels, der
hergestellt werden soll. Ausgedruckt in Prozentzahlen beträgt die Reduzierung der
Zyklusdauer 10-20%. Wie bekannt ist, ist die Zyklusdauer umgekehrt
proportional zu der Produktivität der
Giessmaschine, was bedeutet, dass der neue Giesszyklus nach der
Erfindung die Produktivität
der Giessmaschine erhöht.
- b) Längere
Lebensdauer der Form. Die Leistungsfähigkeit einer Harzform kann
stark herabgesetzt sein, hauptsächlich
aufgrund des Brechens der Form selbst oder des Verstopfens der offenen
Poren, die den Filtrationsprozess steuern. Das neue Giessverfahren
reduziert beachtlich die Druckschwingung, welcher die Form während des
Betriebes unterzogen ist. Dies verringert die mechanische Belastung
durch kontinuierlichen Druck und Zug, und somit wird die Beschädigung der
Harzform reduziert.
- c) Weniger Spannungsbelastung auf die Sanitärartikel während des Giesszyklus. Aus
dem gleichen Grund sind auch die halbfertigen Artikel der Sanitärwaren einer
geringeren Spannungsbelastung unterzogen, wodurch die Zahl der auszustossenden
Artikel herabgesetzt wird.
- d) Direkte Folge des vorstehenden Punktes ist der grössere Freiheitsgrad
bei der Auslegung der Sanitärartikel.
Es ist bekannt, dass das Druckgiessen das Ansammeln von Spannung
in dem Sanitärartikel
bewirkt, welche beim Planen des Sanitärartikels berticksichtigt werden
muss, und welche beachtliche Einschränkungen in der geometrischen
Form und Auslegung der entwickelten Artikel aufzwingt (Dicke, Krümmungsradius, Übergang
von der freien zur erzwungenen Dicke).
- e) Die Reduzierung der in dem Artikel angesammelten Spannung
bedeutet, dass die Planer freier sind, sich auf die Geometrie und
das Aussehen des Sanitärartikels
zu konzentrieren, den sie gerade entwickeln.
- f) Der unter Punkt c) aufgelistete Vorteil macht es ebenfalls
möglich,
den maximalen Giessdruck zu erhöhen,
der in der Produktion von Sanitärartikeln
angewandt wird, heute beschränkt
auf rund 12-13 Bar. Dies reduziert die Zyklusdauer und erhöht somit
die Produktivität
der Giessmaschine.
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Die
wie oben beschriebene Erfindung kann verändert und auf mehrere Weisen
angepasst werden, ohne dabei von dem Zweckbereich des erfinderischen
Konzeptes abzuweichen, wie es in den Patentansprüchen festgelegt ist. Ausserdem
können
alle Details der Erfindung gegen technisch gleichwertige Elemente
ausgetauscht werden.
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- 0-10
- Punkte
in Zeit-/Druckgraphik
- 11
- Hochdruckgiessmaschine
- 12
- Form
- 13
- Formvertiefung
- 14
- Sanitärartikel
- 15
- erste
Druckluftleitung
- 16
- zweite
Schlickerleitung
- 17
- Schlickerquelle
- 18
- Zweigleitung
der zweiten Leitung 16
- 19
- Ablassvorrichtung
- 20
- Druckvorrichtung
- 21
- dritte
Druckluftleitung
- 22
- voll öffnendes
Ventil
- 23
- kalibriertes
Ventil
- 24
- Verschluss
- 25
- kalibrierte
Leitung
- 26,
27
- Druckluft-Absperrventile
- 28-30
- Ventile
an der Schlickerleitung
- 31-32
- Druckmesser
- 33
- Steuereinheit