DE69817480T2

DE69817480T2 - Verfahren zum pressen von keramischen pulvern und vorrichtung zum durchführen des verfahrens

Info

Publication number: DE69817480T2
Application number: DE69817480T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Cassani
Original assignee: Sacmi Imola SC
Current assignee: Sacmi Imola SC
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: PT894587E; ITRE970057A1; EP0894587A1; BR9802821A; US6305925B1; ITRE970057A0; IT1294942B1; US6558593B2; DE69817480D1; ES2205379T3; US20020030298A1; EP0894587B1

Description

Keramikfliesen werden allgemein durch Pressen von pul-verförmigem Werkstoff mit einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 1% und 10% in einer Form ausgebildet.
Dieses Formungsverfahren ist allgemein als Trockenformung bekannt.
Der weiche Werkstoff wird durch bekannte Einrichtungen in die Form geladen.
Nachdem die Form mittels durch die Presselemente betätigten Stempeln geschlossen wurde, durchläuft das Pulver einen anfänglichen leichten Pressvorgang mit daraus folgender Volumenverringerung, wodurch die Entgasung des Pulvers erleichtert wird.
Dem auch als Erstpressvorgang bekannten, anfänglichen leichten Pressvorgang folgt das Entgasungsstadium, während dem der Pressvorgang unterbrochen, und die Form manchmal wieder geöffnet wird, um das Entweichen der Luft zu ermöglichen.
Daraufhin folgt der Hauptpressvorgang mit einem Druck von etwa 400 kg/cm², wodurch eine vollkommene Pulververdichtung sichergestellt wird.
Der Hauptpressvorgang erfolgt im Allgemeinen in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten mit bis auf den Ma-ximaldruck ansteigendem Druck.
Die von dem oberen Querverbindungsstück der Presse ausgeübte Druckkraft wird über die Gesamtfläche der während jedem Zyklus gepressten Fliesen verteilt.
Es sollte bemerkt werden, dass jedes Mal, wenn in dem Text auf den Begriff „Druck" Bezug genommen wird, außer wenn anders angegeben, damit der Verdichtungsdruck gemeint ist, dem das Pulver innerhalb der Form ausgesetzt ist.
Die größten, gegenwärtig erhältlichen Pressen weisen eine Kapazität (Druckkraft) von 4000 Tonnen auf, und sind in der Lage, während jedem Zyklus eine Oberfläche von nicht mehr als 10.000 cm² zu pressen, d. h. sie können z. B. eine Matrize mit drei Abdrücken von 54 cm × 54 cm betätigen.
Das Erreichen einer Pulververdichtung die ausreichend ist, um eine gute Qualität des Fertigproduktes bei zunehmender Fliesengröße sicherzustellen, erfordert eine immer größere Druckkraft der Pressen, was zu Pressen mit immer größeren Abmessungen führt.
Die Aufgabe dieses Patentes besteht in der Erhöhung der Pulververdichtungswirkung innerhalb der Fliesenform ohne Erhöhung der Druckkraft der Presse.
Es ist ein Verfahren zum Pressen von Keramikpulver bekannt, mit welchem das zuvor erwähnte Ergebnis erreicht werden kann, das die Ausübung wiederholter Schläge auf das Querverbindungsstück der Presse mit dem oberen Teil der Form umfasst, welches die Druckkraft auf das Pulver ausübt.
Dieses in dem auf den Namen des vorliegenden Anmelders lautenden Dokument DE 19642437 beschriebene Verfahren weist gegenüber dem herkömmlichen statischen Pressen den Vorteil auf, dass bei einer von der Presse ausgeübten gleichen Druckkraft eine größere Pulververdichtung, d. h. eine höhere Pulverdichte, erreicht wird.
Das bekannte Verfahren weist jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf, die dessen Ausführung in einem industriellen Maßstab verhindert hat.
In dieser Hinsicht können die von den Schlägen erzeugten Wirkungen in der Praxis nicht richtig gesteuert werden, da Sekundärfaktoren wie z. B. Reibungswiderstand, Spiel zwischen den sich bewegenden Teilen, Trägheit und andere Erscheinungen auftreten, welche die Systemparameter verändern.
Die Unmöglichkeit der Aufrechterhaltung der Steuerung der Systemparameter hat die teilweise Übertragung von Schwingungen auf die Maschinenstruktur zum Ergebnis, was Probleme mit übermäßigem Lärm, Loslösen von Teilen oder auftretenden Brüchen mit sich bringt.
Darüber hinaus müssen der Stempel und das Querverbindungsstück der Presse eine relativ kleine Masse und somit kleine Abmessungen aufweisen, damit das Verfahren erfolgreich und mit leicht verfügbaren Einrichtungen angewandt werden kann.
In dem Dokument JP 63199099 ist ein Verdichtungssystem offenbart, in welchem der Verdichtungsdruck mittels einer Pumpe bereitgestellt und aufrechterhalten wird, wobei in der von der Pumpe zugeführten Flüssigkeit Ultraschallwellen erzeugt werden.
In dem Dokument JP 63030199 ist ein Pressverfahren mit isotropem Druck offenbart, bei welchem der Verdichtungsdruck durch einen Druckerzeuger bereitgestellt und aufrechterhalten wird, wobei durch die Betätigung eines Zylinders über einen Elektromotor Impulse erzeugt werden.
Mit dem Verfahren gemäß JP 63030199 wird eine verbesserte Werkstoffverdichtung erreicht, wobei die Impulserzeugereinrichtungen unterschiedlich, und von den Druckerzeugereinrichtungen getrennt sind.
In dem Dokument DD139109 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trockenformung von Steingutgeschirr mittels isostatischer Formen offenbart, die einen in Form einer der zwei Seiten des Steingutgeschirrs ausgebildeten Stempel, eine in Form der anderen Seite des Steingutgeschirrs ausgebildete Basis und eine dieselbe Form wie der Stempel aufweisende Membran, die darauf ruht und umfangsmäßig abgedichtet daran befestigt ist, sowie Einrichtungen zum Bewegen des Stempels in Richtung der Basis, und Einrichtungen zur Zufuhr einer Hydraulikflüssigkeit auf die Rückseite der Membran aufweist, wenn der Stempel gegen die Basis positioniert wird, um eine Formgebungskammer festzulegen, mit einer daraus resultierenden Anhebung der Membran von dem Stempel, auf dem sie ruht, und Zusammendrücken des Werkstoffes, um die zur Formung des Steingutgeschirrs erforderliche Verdichtung zu erreichen, wobei die Basis Schwingungen ausgesetzt wird.
In dem Dokument DE 4320203 ist eine parallelepipede Form mit im Wesentlichen konstantem Volumen offenbart, die zwei einander gegenüberliegende Wände aufweist, die Schwingungen ausgesetzt werden, um die Verdichtung von kreidehaltigem Sandsteinwerkstoff ohne wesentliche Verringerung von dessen Volumen zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Beseitigung der Nachteile des bekannten Verfahrens.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem die zu verdichtende Pulvermasse gleichzeitig der Druckkraft der Presse und im Wesentlichen auf die Pulvermasse begrenzten Schwingungen ausgesetzt wird, ohne dass die Presselemente beteiligt sind.
Dies erfolgt in Übereinstimmung mit dem in den Ansprüchen festgelegten Pressverfahren und der -vorrichtung.
Die Vorteile und die baulichen und betriebsmäßigen Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgend unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen gegebenen Beschreibung offensichtlicher, die eine bevorzugte Ausführungsform derselben darstellen.
1 ist eine schematische Ansicht einer Keramikpresse mit ihren hydraulischen Betätigungseinrichtungen am Anfang des Presszyklus gemäß der Erfindung.
In 2 bis 6 ist die Presse von 1 in aufeinanderfolgenden Arbeitsstellungen dargestellt.
In 7 sind die Diagramme des Druckes dargestellt, dem das Pulver in der Presse von 1 bis 6 ausgesetzt wird.
In 1 bis 6 ist der Haupt-Hydraulikdruckzylinder 1 dargestellt, in welchem ein Kolben 2 gleitet, an dessen Stange 3 das bewegliche Querverbindungsstück 4 befestigt ist.
Der Hydraulikzylinder 1 ist mittels des Verteilerventils 12 und der Rohre 121 und 122 oberhalb und unterhalb des Kolbens 2 jeweils mit einer druckbeaufschlagten Ölquelle und der Außenseite, und umgekehrt verbunden.
Zwischen der druckbeaufschlagten Ölquelle 13 und dem Verteilerventil 12 ist ein Maximaldruckventil 14 angeordnet.
Das bewegliche Querverbindungsstück 4 trägt unten mindestens einen Stempel 5, in dessen Inneren mit einem sich nach außen öffnenden Kanal verbundene Kanäle 51 vorgesehen sind.
Eine mit Stützfüßen 54 versehene, elastische Membran 53 wird unter den Block 5 gespannt und mittels eines Umfangsrahmens 55 in ihrer Position gehalten, wobei der Stützfuß die Membran leicht von dem Block 5 angehoben hält.
Der Kanal 52 ist über ein Verteilerventil 15, über ein von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Druck beherrschtes Zweirichtungs-Absperrventil 17 und ein Maximaldruckventil 18 mit einer druckbeaufschlagten Ölquelle 16 verbunden.
Das Verteilerventil 15 ist so gesteuert, dass es druckbeaufschlagte Ölimpulse zwischen die Membran 53 und den Stempel 5 einleitet.
Unter dem Stempel 5 befindet sich eine Form 10, die eine Matrize 101 und eine bewegliche Basis 102 aufweist, die beide von der Lagerfläche 11 der Presse getragen werden.
Bei der dargestellten Form handelt es sich um eine Art bewegbarer Matrize, wobei sich die Matrize unter dem Druck des Stempels absenkt und von jeder beliebigen, anderen Art sein könnte.
Die Matrize 101 wird von den Druckluftkolben 103 getragen, die als verformbare elastische Einrichtungen wirken.
Das Anfangsvolumen des Formgebungshohlraumes wird von dem Niveau der Matrize 101 und von der Ruhestellung der beweglichen Basis 102 der Form 10 festgelegt.
Das Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.
Nach dem Laden des weichen Werkstoffes in den Hohlraum der Form 10 der Presse wird das Querverbindungsstück der Presse abgesenkt, bis der Stempel 5 auf der Matrize ruht, um die Form zu verschließen, wobei dann ein erster Leichtpressvorgang ausgeführt wird, um Luft aus dem zu pressenden Werkstoff auszustoßen.
Während des ersten Pressvorgangs bewegen sich der Stempel und die Matrize in die in 2 dargestellte Position, wobei sich das Verteilerventil 15 in der in 1 und 2 dargestellten Konfiguration befindet, und der Raum auf der Rückseite der Membran 53 voller Öl ist, welches nicht herausfließen kann.
Nach der Durchführung des ersten Entgasungspressvorgangs wird der Stempel von der Matrize leicht in die in 3 dargestellte Position angehoben.
Dann wird der zweite Pressvorgang ausgeführt, wobei die Presse die in 4 dargestellte Konfiguration einnimmt.
In dieser Konfiguration ruht die Matrize 101 auf der Lagerfläche 11, wobei das Herausfließen von hinter der Membran 53 enthaltenem Öl weiter verhindert wird.
Dann wird durch eine passende Betätigung des Verteilerventils 15 ein Pulver-Impulspressstadium eingelei- tet, wobei der Druck des hinter der Membran 53 befindlichen Öls mit einer von dem Pressensteuerungssystem regulierten Frequenz und Bandbreite mit Impulsen beaufschlagt wird, wobei der Kolben 2 in der abgesenkten Position, und das Verteilerventil 12 in der in 4 dargestellten Position gehalten wird.
Während dieses Stadiums wird die von dem Kolben 2 ausgeübte Druckkraft konstant gehalten, so dass der Kol-ben 2 gemeinsam mit dem Querverbindungsstück 4 ortsfest bleibt und der Stempel 5 über die Matrize 101 auf der Lagerfläche 11 ruht.
Die auf das hinter der Membran 53 befindliche Öl übertragenen Druckimpulse weisen einen Minimalwert größer Null, und einen Maximalwert auf, der den Verdichtungsdruck nicht überschreiten kann, welcher der Druckkraft der Presse geteilt durch die Oberfläche des Formstempels oder der -stempel entspricht.
In dieser Hinsicht wird das Maximaldruckventil dann betätigt, wenn dieser Wert überschritten wird.
Gewöhnlich erfolgt das Entleeren der Form wie in 6 dargestellt, wobei die Konfigurationen der Hydraulikregelkreise ebenfalls sichtbar sind.
Die Anzahl von zum Erreichen des Ergebnisses erforderlichen Impulsen liegt zwischen zehn und fünfzig Impulsen pro Zyklus, wobei sich danach die von den Impulsen herrührende Verdichtungswirkung auf Grund von Sättigung nicht wesentlich erhöht.
Die Verdichtungswirkung der Impulse erhöht sich mit einem Anstieg der auf den Stempel aufgebrachten Druckkraft und einem Anstieg des Flüssigkeitsdruckes auf der Rückseite der Membran.
Die Verdichtungswirkung vergrößert sich mit steigendem Maximalimpulsdruck.
Wenn man z. B. von einem Impulsdruckzyklus mit 200 bar ausgeht, wird eine beträchtliche Erhöhung der Dichte verzeichnet. Bei 8 Impulsen wird dieselbe Dichte wie bei einem Standardzyklus mit 300 bar erreicht (50%-ige Erhöhung der äquivalenten statischen Druckkraft), und bei 16 Impulsen wird dieselbe Wirkung wie bei einem Standardzyklus mit 350 bar erreicht (75%-ige Erhöhung der äquivalenten statischen Druckkraft).
Eine höhere Anzahl von Impulsen ergibt offensichtlich eine längere Presszyklusdauer mit verringerter Produktivität. Im Gegensatz dazu wird durch das Erreichen höherer Dichten mit geringeren Drücken eine Erhöhung der Produktion (in Bezug auf die maximal pressbare Oberfläche) bei derselben Presse ermöglicht.
Das beschriebene Beispiel des Verfahrens der Erfindung kann vielfach verändert werden.
Der Impulszyklus kann in Bezug auf Impulsfrequenz, -anzahl, -intensität und -druckwellenform variieren, die eine der in 7 dargestellten Formen einnehmen können.
Darüber hinaus kann anstatt des Aufbringens des Impulses nur während des letzten Pressstadiums ein ab Beginn des Pressvorgangs bis auf den Maximalwert ansteigender Druck aufgebracht werden, während gleichzeitig der Druck auf das bewegliche Querverbindungsstück bis zum Erreichen des Maximalwertes schrittweise erhöht wird.
Weiterhin kann Ultraschall auf das hinter der Membran befindliche Öl aufgebracht werden.

Claims

Verfahren zum Pressen von Keramikpulver mittels eines von dem beweglichen Querverbindungsstück (4) einer Presse getragenen Stempels (5) und eines dem Stempel (5) gegenüberliegenden Formgebungshohlraumes, wobei eine Membran (53) auf dem Stempel (5) verbleibt und nur umfangsmäßig abgedichtet an demselben befestigt ist, wobei Einrichtungen (1,2) zum Pressen des Stempels gegen das in dem Formgebungshohlraum enthaltene Pulver und Einrichtungen zur Zufuhr (51, 52, 16) einer Hydraulikflüssigkeit auf die Rückseite der Membran (53), wenn der Stempel (5) gegen das Pulver positioniert wird, um den vorgesehenen Verdichtungsdruck auszuüben, vorgesehen sind, gekennzeichnet durch das Anordnen einer Schicht aus weicher Keramik innerhalb des Hohlraumes; das Ausüben von kontrolliertem Druck auf das Pul-ver durch den von dem beweglichen Querverbindungsstück (4) getragenen Stempel (5); das Einwirkenlassen kontrollierter, dicht beieinanderliegender Druckimpulse auf das Pulver über ein Verteilerventil (15), das so angeordnet ist, dass es die Rückseite der Membran (53) wechselweise mit der Quelle und mit dem Auslass verbindet, wobei der kontrollierte Druck aufrechterhalten wird und die Position des beweglichen Querverbindungsstückes nicht verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckimpulse unstetige Werte aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckimpulse einen Maximalwert aufweisen, der dem Verdichtungsdruck entspricht, der von der von der Presse ausgeübten statischen Druckkraft abgeleitet wird und einen Minimalwert aufweisen, der größer als Null ist.
Ausrüstung zur Trockenformung von Pulvern, die einen von dem beweglichen Querverbindungsstück (4) einer Presse getragenen Stempel (5) und eine dem Stempel (5) gegenüberliegende, mit einem Formgebungshohlraum versehene Gießform umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Stempels (5) eine umfangsmäßig abgedichtet befestigte, elastische Membran (53) gespannt ist, wobei Einrichtungen (51,52,16) zur Zufuhr einer Hydraulikflüssigkeit auf die Rückseite der Membran (53) vorgesehen sind, wenn der Stempel (5) mit dem Formgebungshohlraum zusammenwirkt, um das darin enthaltene Pulver zu verdichten, wobei die Zufuhreinrichtung für druckbeaufschlagte Hydraulikflüssigkeit eine mit der Rückseite der Membran (53) über ein Verteilerventil (15) verbundene Hydraulikflüssigkeitsquelle (16) umfasst, das so angeordnet ist, dass es die Rückseite der Membran (53) wechselweise mit der Quelle und dem Auslass verbindet, und wobei Druckimpulserzeugereinrichtungen zwischen dem Verteilerventil (15) und der Rückseite der Membran (53) positioniert sind.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Impulserzeugereinrichtung aus dem eigentlichen Verteilerventil (15) an sich besteht, dessen Schieber durch elektromagnetisch programmierte Einrichtungen gesteuert wird.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulserzeugereinrichtung aus einem Federventil mit regulierbarer Einstellung besteht, das bei Überschreiten des eingestellten Druckes die Hydraulikzufuhrleitung mit dem Auslass verbindet und die Leitung bei einem darunter liegenden Druck mit der Rückseite der Membran verbindet.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Impulserzeugereinrichtungen um eine mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt positionierte Schwingungsquelle handelt.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Impulserzeugereinrichtungen um eine mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt positionierte Ultraschallquelle handelt.