EP0255719B1 - Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefenzylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbesondere Henkeltassen - Google Patents

Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefenzylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbesondere Henkeltassen Download PDF

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EP0255719B1 EP87111262A EP87111262A EP0255719B1 EP 0255719 B1 EP0255719 B1 EP 0255719B1 EP 87111262 A EP87111262 A EP 87111262A EP 87111262 A EP87111262 A EP 87111262A EP 0255719 B1 EP0255719 B1 EP 0255719B1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/003Pressing by means acting upon the material via flexible mould wall parts, e.g. by means of inflatable cores, isostatic presses

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 erhebliche 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 Arbeitsweise ist außerordentlich umständlich und führt dazu, daß der Kostenfaktor für den Henkel bei der Herstellung der Tasse sich auf 70 % der Kosten der Gesamtherstellung beläuft. Abgesehen davon, daß das Ansetzen 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 Pressenform wird aus zwei seitlich zusammenfahrbaren Pressenhälften gebildet. Für die Formen des Henkels wird ferner ein in einer der Pressenhälften 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. Da der Formhohlraum zudem durch einen den Füllkanal verschließenden Stempel begrenzt wird, ergibt sich auch eine Naht am Rand des Bodenbereichs der Tasse. Diese Nähte müssen in einem gesonderten Arbeitsvorgang entfernt werden, wobei selbst bei sorgfältigsten Putzarbeiten nach dem Glasieren der Nahtverlauf noch sichtbar bleibt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß der Füllvorgang des Formhohlraums weitgehend unter Schwerkraftwirkung erfolgt. Zwar wird infolge einer Vakuumleitung die Form unter Unterdruck während des Füllvorgangs gesetzt, jedoch befindet sich die Vakuumleitung im Bereich des Füllkanals, was den Wirkungsgrad einer Vakuumfüllung beeinträchtigt. Hierdurch ist eine exakte Dosierung und eine entsprechende Dosiereinrichtung erforderlich. Die Füllung durch Schwerkraft bedingt, daß sich insbesondere im oberen Bereich des Tassenkörpers Keramikmasse ansammelt, was durch die Anordnung der Vakuumleitung im Füllkanal noch begünstigt wird. Beim Herunterfahren des Kolbens zum Schließen der Form führt dies dazu, daß der obere Bereich 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 ungleichmäßige 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 eingefüllt wird. Nach erfolgter Füllung muß allerdings der Füllstempel herausgezogen werden. Hierbei besteht die Gefahr, daß die zylindrischen 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 geformte Tasse angesetzt werden.
  • Allerdings ist es bei der Herstellung von schalenförmigen Preßkörpern bereits bekannt (EP-A 0 043 019), den Füllvorgang dadurch zu vereinfachen, daß die beiden den Formhohlraum für den schalenförmigen Preßkörper begrenzenden Preßformen bis auf einen umlaufenden Ringspalt zusammengefahren werden, wonach ein Füllring vor den Ringspalt vorgeschoben wird, über den durch Anlegen eines Unterdrucks innerhalb der Form die zu verpressende keramische Masse zugeführt wird.
  • 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 vorrichtungsgemäß nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auch die äußere Preßform ungeteilt ausgebildet ist, so daß die Bildung einer Naht und die damit verbundenen Nacharbeiten entfallen. Dadurch daß eine einstückige Membran sowohl zur Formung des Fortsatzes wie auch zur Formung des Formkörpers verwendet wird, vereinfacht sich die Herstellung wesentlich. Da die äußere Preßform in Füllstellung längs ihres Außenumfangs mit einem Füllring einen Füll- oder Evakuierungsspalt begrenzt, erfolgt das Füllen unter Vakuum, wodurch Dosiereinrichtungen entfallen können. Da zum Schließen des Formhohlraums 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 Stempelbewegung. Diese statische Vorpressung ist wesentlich, weil hierdurch insbesondere im Bereich des Bodens und der Rundung im Übergang vom Boden zu den Formkörperwänden der Weg verkürzt wird, den die Membrane beim isostatischen Pressen machen muß. Dies ist sehr wesentlich, weil bei weiten Wegen der Membrane insbesondere aufgrund der komplizierten Form im Übergangsbereich vom Boden zu den Formkörperwänden aufgrund der vorhandenen Rundungen ansonsten ungleiche Wandstärken resultieren würden. In den gerundeten Bereichen käme es aufgrund eines unterschiedlichen 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 Formkörpern 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 begrenztdann mit der gegenüberliegenden Membrane den eigentlichen 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 Fortsatzes im Bereich des Stützkeils führen könnte.
  • Für die Herstellung von Formkörpern mit Fortsätzen gleichbleibender Dicke ist es vorteilhaft, die Membrane im Fortsatzbereich so auszubilden, daß die die Seitenwände des Fortsatzes bildenden Membranflächen in Art eines Konus von innen nach außen sich verjüngen. Bei einer solchen Querschnittsbemessung der Membrane im Fortsatzbereich weist der geformte Fortsatz im wesentlichen gerade Seitenflächen auf, so daß die Membran ohne Beschädigungen des Fortsatzes 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 Membrane im zylindrischen oder kegeligen Bereich des Formkörpers beim isostatischen Pressen und erzielt damit über den Umfang gleichmäßige Wandstärken des Formkörpers.
  • Nach einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit Forsatz 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 Formpressung unterzogen, wodurch sich der Weg für die Membrane beim isostatischen 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 Innenstempel 2 gebildete Preßform 3, die zwischen sich einen mit 4 bezeichneten Formhohlraum zur Herstellung eines Formkörpers, nämlich einer mit einem Henkel versehenen Tasse begrenzen. Die äußere Preßform 1 ist entsprechend der Außenseite der herzustellenden Tasse unter Einschluß des Henkels konturiert. Die Formfläche des Innenstempels 2 entspricht der Innenform der Tasse. Die innere Preßform 3 umfaßt 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 aufgenommen. 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 Formhohlkörpers 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 entsprechend Fig. 1 auf einer Stempelplatte 15 mittels einer Schraubverbindung 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 Preßform 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 ausgebildet. 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 zusammen 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 Hubeinrichtungen 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 beaufschlagt 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 (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefen zylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbesondere von Henkeltassen, aus einer pulverförmigen oder granulatartigen Keramikmasse durch isostatisches Pressen, mit mindestens zwei den Formhohlraum (4) begrenzenden Preßformen (1, 3) enthaltend mindestens eine die Außenseite des Formkörpers und des Fortsatzes formenden äußeren Preßform (1) und einer in diese äußere Preßform eintauchende, die Innenseite des Formkörpers formende Preßform (3), von denen eine mit mindestens einer durch Druckmittel betätigbaren, einstückigen und dem Formkörper angepaßten Membran (11) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungeteilte äußere Preßform (1) vorgesehen ist, in welcher eine der Außenseite des Fortsatzes und des Formkörpers angepaßte Membran (11) aufgenommen ist, daß die äußere Preßform (1) in Füllstellung längs ihres Außenumfangs mit einem Füllring (7) einen Füll- und Evakuierungsspalt (19) begrenzt, zum Schließen des Formhohlraums (4) in Achsrichtung der Form gegen die innere Preßform (2) unter statischer Pressung der im Formhohlraum befindlichen Keramikmasse bewegbar ist, und daß die innere Preßform (2) einen Stützkeil (5) umfaßt, dessen Formfläche (22) dem oberen Fortsatzrand angepaßt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkeil (5) in einer Aussparung (6) des Füllrings (7) gelagert ist.
3. 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 Formhohlraums (4) bis gegen einen mit der Stempelplatte (15) festen Anschlag (26) verschiebbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkeil (5) aus einem verformungssteifen Material, insbesondere Stahl, hergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Stützkeils (5) der Breite des oberen Rands des fertig geformten Fortsatzes entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Membran (11) senkrecht zur Preßformachse (A-A) im Fortsatzformbereich (21) von außen nach innen sich konisch erweiternd ausgebildet ist.
7. 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 Membran (11) ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefen zylindrischen oder kegeligen Formkörpern, von Henkeltassen, aus einer pulverförmigen oder granulatartigen Keramikmasse durch isostatisches Pressen mit mindestens zwei den Formhohlraum begrenzenden Preßformen, von denen eine mit mindestens einer durch Druckmittel betätigbaren Membran versehen ist, wobei die Füllung des Formhohlraums durch Vakuumfüllen über einen Füllring erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Formhohlraum verteilte Keramikmasse nach dem Füllvorgang durch eine Stempelbewegung in Schließrichtung der Form mittels einer der Preßformen statisch vorgepreßt und danach der Formling unter Verwendung einer Membran für Formkörper und Fortsatz isostatisch gepreßt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung der Form der äußere Preßstempel und der Füllring in eine gegenüber der Schließstellung der Form angehobene Stellung vorfahren werden, in welcher der äußere Preßstempel und der Füllring mit dem Innenstempel längs eines Maximalumfangs des Formhohlraums einen Füll-und Evakuierungsspalt begrenzen.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllring zusammen mit der äußeren Preßform infolge Stempelbewegung gegen einen festen Anschlag einer den lnnenstempel tragenden Stützplatte zum Schließen der Form verfahrbar ist.
EP87111262A 1986-08-04 1987-08-04 Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung von mit einem seitlichen Fortsatz versehenen tiefenzylindrischen oder kegeligen Formkörpern, insbesondere Henkeltassen Expired - Lifetime EP0255719B1 (de)

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