Verfahren und Form zum Pressen von Keramikpresslingen sowie nach dem Verfahren hergestellter Keramikpressling
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Pressen von Keramikpresslingen, eine Form zur Durchführung desselben sowie ein nach dem Verfahren hergestellter Keramikpressling. Das Verfahren ist besonders zum isostatischen Pressen bei der Herstellung dünnwandiger Sanitärgegenstände geeignet, wobei isostatisches Pressen bedeutet, dass in jedem Zeitpunkt des Pressvorganges die Drücke in allen am Verfahren beteiligten Teile gleichmässig verteilt sind.
Sanitärgegenstände werden normalerweise in Anwendung herkömmlicher Schlickergussverfahren hergestellt, bei denen ein Schlicker in Gipsformen eingegossen wird. Nach dem Absetzen des Schlickers werden die Gipsformen entfernt, der Abguss entnommen, getrocknet, gebrannt und glasiert. Dieses Vorgehen ist indessen langsam, erfordert beachtliches handwerkliches Können und nimmt einen grossen Raum ein.
Es wurden auch Versuche angestellt, Sanitärgegenstände bei der Herstellung zu pressen anstatt zu giessen.
Doch sind dabei Schwierigkeiten, wie Langsamkeit des Verfahrens infolge der Grösse und des Gewichtes der Formen und der grossen Menge an erforderlicher Hydraulikflüssigkeit in den zurzeit benützten Druckgefässen aufgetreten.
Ein weiterer Nachteil von auf bekannte Weise gepressten Keramikpresslingen besteht darin, dass deren gesamte Aussenfläche nach der Pressung nachgearbeitet werden muss.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, eine genügende Abdichtung in der Pressenform gegenüber dem in der Druckkammer benützten Druckfluidums zu gewährleisten.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine schnelle Betriebsweise gestattet und Keramikpresslinge ergibt, die eine gleichmässige Dichte, ein gleichmässiges Schwundmass, einen minimalen Trocknungsschwund bei verhältnismässig dünnen Wandstärken besitzen.
Das Verfahren wird mittels einer Form durchgeführt, die einen Kern und eine zwischen dem Kern und der Innenwandung der Form angeordnete biegsame Membrane aufweist, und ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine körnige Keramikmischung auf die eine Seite dzr Membrane in die Form gefüllt wird, dass die Form geschlossen und die beiden durch die Membrane getrennten Hohlräume der Form gegeneinander abgedichtet werden, worauf die andere Seite der Membrane mittels eines Hydraulikdruckes beaufschlagt wird, wodurch der Keramikpressling durch Ausdehnung der Membrane geformt wird, worauf der Hydraulikdruck abgelassen, die Form geöffnet und der Keramikpressling aus der Form entfernt wird.
Das Verfahren ist in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der zur beispielsweisen Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Form anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in horizontal auseinandergezogener Darstellung eine Form für einen Spülkasten,
Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch eine Form für einen Spülkasten, welche Form keines Druckgefässes bedarf.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein innerer Kern 10 zur Bildung des Hohlraumes des Spülkastens vorhanden.
Der Kern 10 besitzt einen quaderförmigen Abschnitt 11 mit entsprechendem Anzug sowie an seiner untern Kante einen nach aussen gerichteten Flanschabschnitt 13.
Der Kern 10 kann hohl sein. An dem Flansches schnitt 13 sind Laschen 12 vorhanden, durch welche sich Bolzen hindurchführen lassen. Der Kern 10 muss eine genügende Dicke aufweisen, um unregelmässigen hydraulischen Drücken widerstehen zu können. Der Anzug des quaderförmigen Abschnittes 11 des Kernes 10 läuft mit zunehmendem Abstand vom Flanschabschnitt 13 zusammen.
Eine rechteckige Form 18, die einen Hohlraum 1 8a umschliesst, besteht im wesentlichen aus einer endlosen Wand 18b. Diese rechteckige Form 18 ist sowohl oben wie unten offen. An den oberen und den unteren Abschnitten der endlosen Wand 1 8b sind nach aussen gerichtete Flansche 22 und 23 vorhanden, die rund um die Form 18 umlaufen. Der untere (23) dieser Flansche enthält Bolzenlöcher, die nach den Bohrungen in den Laschen 12 ausgerichtet sind, so dass der Kern 10 mit der Form 18 verschraubt werden kann.
Auf der Innenwand der Formwand 1 8b liegt eine flexible Membrane 14 dicht an. Diese Membrane passt sich insofern an die Gestalt der Form an, als sie ebenfalls aus einer endlosen, rechteckigen Wand, die oben und unten offen ist, besteht. Der obere sowie auch der untere Teil dieser Membrane enden in nach aussen gerichteten Flanschabschnitten 15 und 16. An dem Flanschabschnitt 15 ist ein nach unten sich erstreckender Wulst 17 und an dem Flanschabschnitt 16 ein nach oben sich erstreckender Wulst 17a vorhanden. Die Wülste 17 und 1 7a sind genau in entsprechende Nuten 19 bzw.
19a an der Stirnseite der Wand 18 eingepasst. Der Kern 10 wird sodann in den Formenhohlraum 1 8a durch die untere Öffnung eingeführt. Dabei passt die obere Fläche des Flanschabschnittes 13 des Kernes genau auf den Flanschabschnitt 16 der biegsamen Membrane 14. Anschliessend werden Bolzen durch die Laschen 12 und durch den Formenflansch 23 eingeführt und festgezogen, womit sich dank des nach oben gerichteten Wulstes 1 7a des Membranenflansches, der in die entsprechende Nut 19a gepresst wird, eine gute Abdichtung zwischen Membran und Formwand ergibt.
Die Passung des Kernes 10 in der Form 18 ist so gewählt, dass eine Keramikmischung der geeigneten Korngrösse zwischen dem Kern 10 und der Membrane 14 abgelagert werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel variiert das Verhältnis zwischen dem Abstand von der Membrane 14 zu dem Kern 10, und der Wandstärke des fertig gepressten Spülkastens von 1,5:1 bis zu 2,5:1.
Nach dem die stückige oder körnige Keramikmi- schung eingefüllt worden ist, wird eine rechteckförmige Membrane 25 auf die obere Öffnung der Form 18 gelegt. Die Membrane 25 besitzt Ausnehmungen 26, die nach den Bolzenbohrungen 24 an dem Flanschabschnitt 22 der Form 18 ausgerichtet sind. Die untere Fläche dieser Membrane 25 kommt zur vollständigen Auflage auf den nach aussen gerichteten Flanschabschnitt 15 der Membrane 14. Die Membrane wird durch eine rechteckige Deckplatte 27 auf der Form gehalten, welche Platte an ihrem Umfang mit nach aussen gerichteten Laschen 28 versehen ist, durch welche sich Bolzen führen lassen, um die Deckplatte 27 und mit ihr die Membrane 25 an der Form 18 zu befestigen. Dabei wird wiederum dank der nach unten gerichteten Feder 17 des Membranenflansches 15 in der entsprechenden Nut 19 eine vollständige Abdichtung erzielt.
Sowohl die Deckplatte 27 und die Wand der Form 18 weisen eine Anzahl durchgehende Bohrungen auf.
Die fertig zusammengestellte Form wird anschliessend in eine herkömmliche (nicht dargestellte) Druckkammer eingeführt, wie bisher üblich. Dieses Druckgefäss wird anschliessend mit einer Hydraulikflüssigkeit, z. B. mit Glycerin, einem Hydrauliköl, Wasser oder einer beliebigen anderen Flüssigkeit gefüllt und die Flüssigkeit wird unter Druck gesetzt. Die Druckflüssigkeit dringt dabei durch die durchgehenden Bohrungen 21 der Form 18 und durch die Bohrungen 30 der Deckplatte 27, wodurch die Hydraulikflüssigkeit gleichmässig auf die Membranen 14 und 15 verteilt wird. Die Membranen 14 und 25 werden anschliessend gegen die stückige Keramikmasse gedrängt, welche ihrerseits gegen den Kern 10 gedrückt wird und die Form des Kernes annimmt.
Nach dem Ablassen des Flüssigkeitsdruckes kehren die biegsamen Membranen 14 und 25 in ihre Ursprungslage in unmittelbarer Nähe der Form 18 bzw. der Deckplatte 27 zurück. Nachdem die Form aus dem Druckgefäss entfernt worden ist, werden die den Kern 10 mit der Form 18 verbindenden Bolzen gelöst und der Kern 10 wird aus der Fm Form 18 entfernt. Darauf wird der Keramikpressling, in diesem Falle der Spülkasten, vom Kern abgehoben und ist bereit zum Brennen und zum Glasieren. Wenn erwünscht, können auf den Kern 10 geeignete Trennmittel gegeben werden.
Es wurde festgestellt, dass die biegsame Membrane 14 und die biegsame Membrane 25 zweckmässig aus natürlichem Latexgummi, aus synthetischem Polypropylen- oder Polyurethangummi oder aus einem anderen synthetischen Material gewählt werden kann, das genügend bieg- sam und genügend fest ist, um den nötigen Drücken widerstehen zu können. Die besten hydraulisch anzulegenden Drücke sind im Bereich zwischen etwa 350 und etwa 1100 kg/cm2, obwohl für gewisse besondere Keramikgegenstände Drücke bis zu etwa 7000 kg/cm2 angewandt werden können.
Es wurde auch festgestellt, dass die Geschwindigkeit, mit der der Druck aus dem Gefäss abgelassen wird, gesteuert werden muss, um stetig vor sich zu gehen und um ein Springen infolge Entweichens von in der Keramikmischung eingeschlossenen Luft zu verhindern.
Das soeben beschriebene Verfahren liefert Rohlinge mit einer erheblichen Rohfestigkeit, welche Rohlinge keiner langdauernden Trocknung vor dem Glasieren mehr bedürfen. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die an dem Kern 10 anliegende Fläche des Abgusses eine gleichmässigere und feinere Oberflächengüte als die an den biegsamen Membranen anliegenden Flächen des Abgusses besitzt. Auf dieser an den Kern 10 anliegenden Fläche des Abgusses erübrigen sich allfällige Nachbearbeitungen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der man ohne Druckgefäss auskommt. Die Form 48 selbst bildet zusammen mit einer äusseren Verklammerung kombiniert ihr eigenes Druckgefäss. Diese Ausführungsvariante benötigt auch nur ein Minimum an Hydraulikflüssigkeit, so dass die Menge der Flüssigkeit, die für jede Pressung gefördert werden muss, ebenfalls auf ein Mindestmass herabgesetzt wird, was die Durchführung des Verfahrens beschleunigt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist in dieser Ausfüh rungsvarinnte ein Kern 32 vorhanden, der fest mit einer bewegbaren Grundplatte 33 verbunden ist. Die Oberfläche 34 des Kernes 32 weist Verbindungskanäle 35 auf, um den Durchtritt von Hydraulikflüsigleeit zu gestatten. In der Grundplatte 33 sind Anschlüsse 36 vorhanden, um Hydraulikleitungen (nicht dargestellt) aus einer herkömmlichen Hydraulikpumpe mit Sumpf anzuschliessen. Es sind Durchlässe 37 vorgesehen, die dem Druckfluidum gestatten, von den Anschlüssen 36 über die Durchlässe zu den Verbindungskanälen 35 auf der Oberfläche des Kernes 32 zu fliessen. Eine biegsame Membrane 38 umschliesst vollständig den Kern 32 und ist mittels eines Befestigungsorgans 39 an der Grundplatte 33 befestigt.
Die Abdichtung zwischen der Grundplatte 33 und dem Befestigungsorgan 39 erfolgt mittels eines O-Ringes 40, der sich um die ganze Grundplatte 33 herum erstreckt. Die biegsame Membrane 38 endet in einem verstärkten Wulst 41. Um eine geeignete Abdichtung zu ergeben und um Gewähr für einen sauber geformten Abguss zu geben, erstreckt sich eine dünnere Wand 42 über den Wulst 41 hinaus und von letzterer ein nach aussen gerichteter Flanschabschnitt 43. An diesem Flanschabschnitt 43 ist wiederum ein nach oben gerichteter Wulst 44 befestigt. Dieser Wulst 44 sitzt in einer dazu passenden Nut 45, die in dem Befestigungsorgan 39 ausgebildet ist. Der Wulst 44 dichtet die biegsame Membrane 38 ab und hält sie fest.
Die Grundplatte 33 besitzt einen nach oben gerichteten und daran befestigten Führungszapfen 46 sowie einen Riegelmechanismus 47, um den Kern zusammen mit der Grundplatte an der Form 48 zu befestigen und örtlich festzulegen.
Die eigentliche Form 48 besteht im wesentlichen aus Wandungen 49 mit einer genügenden Wandstärke, um den Drücken zu widerstehen, die nötig sind, um Keramik isostatisch zu verformen. Die Form 48 besitzt einen Hohlraum 50, in welchen der Kern 32 mit der Membrane 38 eingeführt wird. Zwischen der Membrane 38 und der Innenwand der Form 48 ist genügend Spiel belassen, um das Einführen einer körnigen Keramikmasse zu ermöglichen. Dies erfolgt durch eine Öffnung 51 in der Form 48, die gegenüber der Öffnung angeordnet ist, durch welche der Kern 32 mit der Grundplatte 33 eingeführt wird. Zur Unterstützung der Einführung der körnigen Keramikmasse kann eine herkömmliche Vibriervorrichtung verwendet werden. Nachdem die Keramikmasse durch die Öffnung 51 in die Form eingefüllt wurde, wird die Form 48 durch Einführung einer Deckplatte 52 in die Öffnung 51 geschlossen.
Diese Platte 52 weist Durchlässe 53 auf, durch welche die Luft in der Form evakuiert werden kann oder durch welche auf den verformten Rohling Druckluft einwirken lassen kann.
Die Deckplatte 52 ist bewegbar an einem Tragorgan 54 befestigt, und zwar mittels einer federbewehrten Bolzenkombination 55, die gestattet, die Deckplatte 52 nach unten zu bewegen, um das Ausstossen des geformten Rohlings zu unterstützen. In dem Tragorgan 54 sind Durchlässe 56 ausgebildet, die mit den Durchlässen 53 in der Deckplatte 52 in Verbindung stehen. Diese Durchlässe 56 münden anschlussseitig in einem Kupplungsstück 57, an welches eine Vakuumpumpe oder eine Druckluftpumpe angeschlossen werden kann. Das Tragorgan 54 besitzt auch Führungsstifte 58, die zur Zentrierung der Deckplatte 52 in der Öffnung 51 dienen.
Ausserdem ist an dem Tragorgan 54 auf dessen mit der Stirnfläche der Form 48 anliegenden Fläche eine endlos umlaufende Rille 59 ausgebildet, in der ein O-Ring 60 sitzt, um Gewähr für eine gute Abdichtung zu bieten.
Einmal gefüllt und zusammengebaut, wird die vollständige Form zwischen C-förmige Zwingen gebracht, deren Backen auf die Grundplatte 33 einerseits und auf das Tragorgan 54 anderseits wirken. Danach werden die Hydraulikleitungen an die Anschlüsse 36 angeschlossen und eine Saugleitung an die Kupplung 57.
Der Formhohlraum wird nun evakuiert, um einem Zerspringen oder einem Verbiegen des Rohlings zuvorzukommen. Dann wird durch die Durchlässe 37 Hydraulikflüssigkeit zu den Kanälen 35 auf der Oberfläche des Kernes 32 gepumpt. Diese Hydraulikflüssigkeit wird dann unter Druck gesetzt, und diese übt ihrerseits einen Druck auf die biegsame Membrane 38 aus. Unter der Wirkung dieses Druckes wird die Keramikmasse gegen die Innenwände der Form 49 gedrängt und komprimiert unter gleichzeitiger Verformung der Masse zum Rohling.
Durch das Anpressen der Masse an die Innenwandung der Form entsteht an dem Rohling eine glatte Aussen- fläche. Dies macht allfällige Nachbearbeitungen überflüssig.
Nach der Formung des Rohlings wird der Hydraulikdruck abgelassen und die Hydraulikflüssigkeit aus der Form zurückgezogen. Über die Kupplung 57 wird nun Luftdruck den Durchlässen 56 und damit den Durchlässen 53 zugeführt und an der fertigen Fläche des Rohlings angesetzt. Bei der Rückkehr der Membrane 38 in ihre Ursprungslage entsteht ein Spiel zwischen dem Inneren des Rohlings und der Membrane. Die durch die Druckluft hervorgerufenen Kräfte drängen den Rohling nach unten von der Innenwand der Form 49 weg und stossen dabei den Rohling aus der Form aus.
Anschliessend wird die Form 61 aus den Zwingen entfernt und die Grundplatte 33 wird durch Betätigung des Riegelmechanismus 47 von der Form gelöst. Sodann werden der Kern zusammen mit dem Rohling aus dem Hohlraum 50 der Form entfernt. Schliesslich wird auch der Rohling von dem Kern abgehoben und ist damit bereit, gebrannt zu werden.
Eine körnige Keramikmischung für die Herstellung von Keramikpresslingen auf die soeben beschriebene Weise sollte eine Korngrösse haben, die durch Siebgrösse 50 hindurchgeht, nicht aber durch Siebgrösse 200. Die Mischung darf sich nicht trennen, muss frei fliessend sein und darf nicht zusammenbacken. Es wurde festgestellt, dass sich diese Eigenschaften mittels Sprühtrocknung, mittels des Aufrührverfahrens oder mittels Einspritzen von Wasser in die Mischung erreichen lassen. Der Feuchtigkeitsgehalt der Mischung und damit des geformten Presslinges sollte kleiner als 2 % sein, um die Gefahr des Zerspringens beim Brand auf ein Mindestmass herabzusetzen. Ebenso wurde festgestellt, dass möglichst wenig Kugelton verwendet werden sollte, um das Zerspringen zu verhindern.
Ein anderes Mittel, um das Zerspringen auf ein Mindestmass herabzusetzen, besteht darin, gröbere Tone zu verwenden, die nur einen kleinen Prozentsatz von Montmorillonit enthalten oder gar Kugeltone ganz auszuschalten. Eine Variante zum Sprühtrocknen besteht im trockenen Vermischen in Kombination mit einer gesteuerten Dispersion eines geeigneten Bindemittels. Die bevorzugte Mischung besteht aus einer Kombination von Flussmittel, Füllstoff und Tone in Verhältnissen wie beispielsweise nachstehend aufgeführt:
Kugelton Rex > . . . . . . . 4,9 % Porcellanton UC-25 . . . . . . 10,8 %
Englischer Porzellanton Nr. 17 . . 38,3 %
Nephelin Syenit A-400 (Flussmittel) . 26,0 % Alcoa A-2 Tonerde . .
. . 20,0 %
Es wurde auch festgestellt, dass schwarze und braune Bandy Tone sich in folgender Zusammensetzung auch verwenden lassen:
Schwarzer Bandy > Kugelton . . . 15,0 % Brauner Bandy > Kugelton . . . 14,0 %
Kugelton Rex, 12,0%
Englischer Porzellanton Nr. 17 . . 13,0%
Nephelin Syenit A-400 (Flussmittel) . 26,0 % 4 Alcoa:s A-2 Tonerde . . . . 20,0 %
Ein weiteres Rezept, das verwendbar ist, lautet:
Porcellanton UC-25 . . . . . . 15,7 %
Englischer Porzellanton Nr. 4 . .
. 38,3 %
Nephelin Syenit A-400 (Flussmittel) . 26,0 %
Alcoa A-2 Tonerde (Siebgrösse - 325) 20,0 % (Alcoa ist der geschützte Name der Aluminium
Company of America).
Die vorstehend genannten Rezepte bilden keine Einschränkungen der Keramikmischungen für die praktische Durchführung des beschriebenen Verfahrens, noch stellt der beschriebene Spülkasten eine Einschränkung der mit dem Verfahren herstellbaren Keramikpresslinge dar.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Pressen von Keramikpresslingen mittels einer Form, die einen Kern und eine zwischen dem Kern und der Innenwandung der Form angeordnete biegsame Membrane aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine körnige Keramikmischung auf die eine Seite der Membrane in die Form gefüllt wird, dass die Form geschlossen und die beiden durch die Membrane getrennten Hohlräume der Form gegeneinander abgedichtet werden, worauf die andere Seite der Membrane mittels eines Hydraulikdruckes beaufschlagt wird, wodurch der Keramikpressling durch Ausdehnung der Membrane geformt wird, worauf der Hydraulikdruck abgelassen, die Form geöffnet und der Keramikpressling aus der Form entfernt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der die Keramikmischung enthaltende Hohlraum vor der Zuführung des Hydraulikdruckes in den anderen Hohlraum evakuiert wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikmischung auf der formnahen Seite der Membrane eingefüllt wird und dass nach Ablass des Hydraulik druckes dem den geformten Keramikpressling enthaltenden Hohlraum Druckluft zugeführt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ablassen der Hydraulikdruck gesteuert wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der geformte Keramikpressling durch mechanische Einwirkung einer bewegbaren Platte aus der Form ausgestossen wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikmischung auf die kernnahe Seite der Membrane eingefüllt wird, dass ein Durchgang zwischen der Aussenseite der Form und der formnahen Seite der Membrane hergestellt wird, und dass die Form nach der Schliessung in ein eine Hydraulikflüssigkeit enthaltendes Druckgefäss gebracht wird, worauf die Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt wird.
6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablass des Hydraulikdruckes die Form geöffnet wird und der Keramikpressling zusammen mit dem Kern aus der Form entfernt und anschliessend der Keramikpressling von dem Kern abgehoben wird.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikmischung während des Einfüllens vibriert wird.
PATENTANSPRUCH II
Form zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Formkasten (18, 49), einen an diesem befestigbaren Kern (10, 32) und eine den Raum zwischen Kern (10, 32) und Formkasten (18, 49) in zwei dicht gegeneinander abgeschlossene Hohlräume teilende, biegsame Membrane (14, 38), wobei der eine Hohlraum über eine verschliessbare Einfüllöffnung (51) im Formkasten zugänglich ist und in den anderen Hohlraum Durchlässe (21; 30, 35, 37) für ein Druckfluidum münden.
UNTERANSPRÜCHE
8. Form nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (32) auf einer Grundplatte (33) befestigt ist, dass die Membrane (8) den Kern (32) umschliesst und dicht an der Grundplatte (33) befestigt ist, wobei der Formkasten (49) beidseitig offen ist und auf der einen Seite mittels der Grundplatte (33) und auf der andern Seite mittels einer Verschlussplatte (52) verschliessbar ist, welche in ihrer Lage durch ein an den Formkasten (49) befestigbares Tragorgan (54) gehalten ist.
9. Form nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Riegelmechanismus (47) vorgesehen ist, um die Grundplatte an dem Formkasten (49) zu befestigen.
10. Form nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkasten Führungsstifte (46, 58) besitzt, um einerseits die Grundplatte (33) mit dem Kern (32) und anderseits das Tragorgan (54) mit der Verschlussplatte (52) nach dem Formkasten auszurichten.
11. Form nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grundplatte (33) ein Hydraulikanschluss (36) vorgesehen ist, von welchem Durchlässe (37) zu Verbindungskanälen (35) führen, welche auf der Oberfläche des Kernes (32) ausgebildet sind, dass die Membrane (38) längs ihrer Befestigungslinie mit der Grundplatte (33) einen Wulst (41) aufweist, und dass in der Verschlussplatte und in dem Tragorgan Luftdurchlässe (53, 56) vorhanden sind, welche mit einem Anschluss (57) in Verbindung stehen, welcher wahlweise an eine Vakuumpumpe oder an eine Druckluftquelle anschliessbar ist.
12. Form nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkasten (20) durchgehende Boh- rungen (21) aufweist und dass die Membrane (14) dicht am Formkasten befestigt ist.
13. Form nach Unter anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkasten (18) beidseitig offen ist, und dass dessen eine Seite mittels des Kernes (10) verschliessbar ist, und dass dessen andere Seite als Einfüllöffnung eingerichtet ist und mittels eines durchgehende Bohrungen (30) aufweisenden Verschlussdeckels (27) unter Zwischenlage einer zweiten, dichtend auf die erste Membrane (14) aufzuliegen bestimmten, biegsamen Membrane (25) verschliessbar ist.
14. Form nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membrane (14) um die Stossflächen des Formkastens (20) mit dem Kern (10) einerseits und mit dem Verschlussdeckel (27) anderseits geführt ist, und daselbst mittels Wülsten (17, 17a) in entsprechende Nuten (19, 19a) eingreift.
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Method and mold for pressing ceramic compacts as well as ceramic compacts produced according to the method
The present invention relates to a method for pressing ceramic compacts, a mold for carrying out the same, and a ceramic compact produced by the method. The method is particularly suitable for isostatic pressing in the production of thin-walled sanitary articles, with isostatic pressing means that the pressures are evenly distributed in all parts involved in the process at every point in time during the pressing process.
Sanitary ware are typically made using conventional slip casting processes in which a slip is poured into plaster of paris molds. After the slurry has settled, the plaster molds are removed, the cast removed, dried, fired and glazed. However, this approach is slow, requires considerable craftsmanship and takes up a lot of space.
Attempts have also been made to press rather than cast sanitary ware during manufacture.
However, difficulties have arisen, such as the slowness of the process due to the size and weight of the molds and the large amount of hydraulic fluid required in the pressure vessels currently in use.
Another disadvantage of ceramic compacts pressed in a known manner is that their entire outer surface has to be reworked after pressing.
A further difficulty is to ensure a sufficient seal in the press mold with respect to the pressure fluid used in the pressure chamber.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of the type mentioned at the beginning which allows rapid operation and results in ceramic compacts which have a uniform density, a uniform shrinkage, minimal drying shrinkage with relatively thin wall thicknesses.
The method is carried out by means of a mold which has a core and a flexible membrane arranged between the core and the inner wall of the mold, and is characterized according to the invention in that a granular ceramic mixture is filled on one side of the membrane in the mold, that the The mold is closed and the two cavities of the mold separated by the membrane are sealed against each other, whereupon the other side of the membrane is acted upon by hydraulic pressure, whereby the ceramic compact is formed by expanding the membrane, whereupon the hydraulic pressure is released, the mold is opened and the ceramic compact is removed the shape is removed.
The method is explained in more detail in the following description of exemplary embodiments of the form proposed for carrying out the method by way of example with the aid of the accompanying drawing. It shows:
Fig. 1 in a horizontally exploded view of a form for a cistern,
2 shows a vertical section through a form for a cistern, which form does not require a pressure vessel.
As can be seen from Fig. 1, an inner core 10 is provided to form the cavity of the cistern.
The core 10 has a cuboid section 11 with a corresponding suit and an outwardly directed flange section 13 on its lower edge.
The core 10 can be hollow. On the flange section 13 tabs 12 are provided through which bolts can be passed. The core 10 must have a sufficient thickness in order to be able to withstand irregular hydraulic pressures. The suit of the cuboidal section 11 of the core 10 converges with increasing distance from the flange section 13.
A rectangular shape 18 which encloses a cavity 18a consists essentially of an endless wall 18b. This rectangular shape 18 is open both at the top and at the bottom. On the upper and lower sections of the endless wall 18b there are outwardly directed flanges 22 and 23 which encircle the mold 18. The lower (23) of these flanges contains bolt holes that align with the holes in the tabs 12 so that the core 10 can be screwed to the mold 18.
A flexible membrane 14 rests tightly on the inner wall of the mold wall 18b. This membrane adapts to the shape of the shape in that it also consists of an endless, rectangular wall that is open at the top and bottom. The upper and also the lower part of this membrane end in outwardly directed flange sections 15 and 16. On the flange section 15 there is a downwardly extending bead 17 and on the flange section 16 there is an upwardly extending bead 17a. The beads 17 and 1 7a are exactly in corresponding grooves 19 or
19a fitted on the face of the wall 18. The core 10 is then inserted into the mold cavity 18a through the lower opening. The upper surface of the flange portion 13 of the core fits exactly on the flange portion 16 of the flexible membrane 14. Then bolts are inserted through the tabs 12 and through the mold flange 23 and tightened, which thanks to the upwardly directed bead 17a of the membrane flange, the is pressed into the corresponding groove 19a, results in a good seal between the membrane and the mold wall.
The fit of the core 10 in the mold 18 is selected so that a ceramic mixture of the appropriate grain size can be deposited between the core 10 and the membrane 14.
In the present exemplary embodiment, the ratio between the distance from the membrane 14 to the core 10 and the wall thickness of the completely pressed cistern varies from 1.5: 1 to 2.5: 1.
After the lumpy or granular ceramic mixture has been poured in, a rectangular membrane 25 is placed on the upper opening of the mold 18. The membrane 25 has recesses 26 which are aligned with the bolt bores 24 on the flange section 22 of the mold 18. The lower surface of this membrane 25 comes to rest completely on the outwardly directed flange section 15 of the membrane 14. The membrane is held on the mold by a rectangular cover plate 27, which plate is provided on its periphery with outwardly directed tabs 28 through which bolts can be guided in order to fasten the cover plate 27 and with it the membrane 25 to the mold 18. In turn, thanks to the downwardly directed tongue 17 of the membrane flange 15 in the corresponding groove 19, a complete seal is achieved.
Both the cover plate 27 and the wall of the mold 18 have a number of through bores.
The completely assembled form is then introduced into a conventional pressure chamber (not shown), as has been the case up to now. This pressure vessel is then filled with a hydraulic fluid, e.g. B. filled with glycerine, a hydraulic oil, water or any other liquid and the liquid is pressurized. The pressure fluid penetrates through the through bores 21 of the mold 18 and through the bores 30 of the cover plate 27, whereby the hydraulic fluid is evenly distributed to the membranes 14 and 15. The membranes 14 and 25 are then pressed against the lumpy ceramic mass, which in turn is pressed against the core 10 and takes on the shape of the core.
After the liquid pressure has been released, the flexible membranes 14 and 25 return to their original position in the immediate vicinity of the mold 18 or the cover plate 27. After the mold has been removed from the pressure vessel, the bolts connecting the core 10 to the mold 18 are loosened and the core 10 is removed from the mold 18. Then the ceramic compact, in this case the cistern, is lifted from the core and is ready for firing and glazing. If desired, suitable release agents can be added to the core 10.
It has been found that the flexible diaphragm 14 and the flexible diaphragm 25 can conveniently be selected from natural latex rubber, from synthetic polypropylene or polyurethane rubber, or from another synthetic material that is sufficiently flexible and sufficiently strong to withstand the necessary pressures to be able to. The best hydraulic pressures to be applied are in the range between about 350 and about 1100 kg / cm2, although for certain particular ceramic articles pressures up to about 7000 kg / cm2 can be used.
It has also been found that the rate at which the pressure is released from the vessel must be controlled in order to be steady and to prevent cracking due to the escape of air trapped in the ceramic mixture.
The method just described provides blanks with a considerable raw strength, which blanks no longer require long-term drying before glazing. It has also been found that the surface of the casting resting on the core 10 has a more uniform and finer surface quality than the surfaces of the casting resting on the flexible membranes. Any post-processing is unnecessary on this surface of the casting that lies against the core 10.
In Fig. 2 a variant is shown in which one can manage without a pressure vessel. The form 48 itself forms its own pressure vessel combined with an external clamp. This embodiment variant also only requires a minimum of hydraulic fluid, so that the amount of fluid that has to be conveyed for each pressing is also reduced to a minimum, which speeds up the implementation of the method.
As can be seen from FIG. 2, a core 32 which is fixedly connected to a movable base plate 33 is provided in this embodiment. The surface 34 of the core 32 has connecting channels 35 to allow the passage of hydraulic fluid. In the base plate 33 there are connections 36 in order to connect hydraulic lines (not shown) from a conventional hydraulic pump with a sump. Passages 37 are provided which allow the pressurized fluid to flow from the connections 36 via the passages to the connecting channels 35 on the surface of the core 32. A flexible membrane 38 completely encloses the core 32 and is fastened to the base plate 33 by means of a fastening element 39.
The sealing between the base plate 33 and the fastening element 39 takes place by means of an O-ring 40 which extends around the entire base plate 33. The flexible membrane 38 ends in a reinforced bead 41. In order to provide a suitable seal and to ensure a neatly formed casting, a thinner wall 42 extends beyond the bead 41 and from the latter an outwardly directed flange portion 43. An An upwardly directed bead 44 is in turn attached to this flange section 43. This bead 44 sits in a matching groove 45 which is formed in the fastening element 39. The bead 44 seals the flexible membrane 38 and holds it in place.
The base plate 33 has an upwardly directed guide pin 46 and a locking mechanism 47 to secure the core together with the base plate on the mold 48 and to fix it in place.
The actual mold 48 consists essentially of walls 49 with sufficient wall thickness to withstand the pressures which are necessary to isostatically deform ceramic. The mold 48 has a cavity 50 into which the core 32 with the membrane 38 is inserted. Sufficient play is left between the membrane 38 and the inner wall of the mold 48 to enable a granular ceramic mass to be introduced. This takes place through an opening 51 in the mold 48 which is arranged opposite the opening through which the core 32 with the base plate 33 is inserted. A conventional vibrating device can be used to assist in the introduction of the granular ceramic mass. After the ceramic mass has been filled into the mold through the opening 51, the mold 48 is closed by inserting a cover plate 52 into the opening 51.
This plate 52 has passages 53 through which the air in the mold can be evacuated or through which compressed air can act on the deformed blank.
The cover plate 52 is movably attached to a support member 54 by means of a spring-loaded bolt combination 55, which allows the cover plate 52 to be moved downwards in order to assist in ejecting the shaped blank. Passages 56 are formed in the support member 54 and are connected to the passages 53 in the cover plate 52. These passages 56 open on the connection side in a coupling piece 57 to which a vacuum pump or a compressed air pump can be connected. The support member 54 also has guide pins 58 which serve to center the cover plate 52 in the opening 51.
In addition, an endlessly circumferential groove 59 is formed on the support member 54 on its surface resting against the end face of the mold 48, in which an O-ring 60 is seated in order to guarantee a good seal.
Once filled and assembled, the complete form is placed between C-shaped clamps, the jaws of which act on the base plate 33 on the one hand and on the support member 54 on the other. The hydraulic lines are then connected to the connections 36 and a suction line to the coupling 57.
The mold cavity is now evacuated to prevent the blank from cracking or bending. Hydraulic fluid is then pumped through the passages 37 to the channels 35 on the surface of the core 32. This hydraulic fluid is then pressurized and this in turn exerts pressure on the flexible membrane 38. Under the effect of this pressure, the ceramic mass is pressed against the inner walls of the mold 49 and compressed, while at the same time the mass is deformed to form the blank.
By pressing the compound against the inner wall of the mold, a smooth outer surface is created on the blank. This makes any post-processing unnecessary.
After the blank is formed, the hydraulic pressure is released and the hydraulic fluid is withdrawn from the mold. Air pressure is now fed to the passages 56 and thus the passages 53 via the coupling 57 and applied to the finished surface of the blank. When the membrane 38 returns to its original position, there is play between the interior of the blank and the membrane. The forces caused by the compressed air force the blank downward away from the inner wall of the mold 49, thereby pushing the blank out of the mold.
The mold 61 is then removed from the clamps and the base plate 33 is released from the mold by actuating the locking mechanism 47. The core is then removed together with the blank from the cavity 50 of the mold. Finally, the blank is also lifted off the core and is ready to be fired.
A granular ceramic mixture for the production of ceramic compacts in the manner just described should have a grain size that passes through sieve size 50, but not through sieve size 200. The mixture must not separate, must be free flowing and must not bake together. It has been found that these properties can be achieved by means of spray drying, by means of the stirring process or by means of injecting water into the mixture. The moisture content of the mixture and thus of the molded compact should be less than 2% in order to minimize the risk of cracking in the event of a fire. It was also found that as little ball clay as possible should be used to prevent cracking.
Another way of minimizing cracking is to use coarser clays that contain only a small percentage of montmorillonite or even to eliminate spherical clays entirely. A variant of spray drying consists in dry mixing in combination with a controlled dispersion of a suitable binder. The preferred mixture consists of a combination of flux, filler and clays in proportions such as those listed below:
Ball Tone Rex>. . . . . . . 4.9% porcelain clay UC-25. . . . . . 10.8%
English porcelain clay No. 17. . 38.3%
Nepheline Syenit A-400 (flux). 26.0% Alcoa A-2 clay. .
. . 20.0%
It has also been found that black and brown bandy clays can also be used in the following compositions:
Black bandy> ball tone. . . 15.0% brown bandy> ball tone. . . 14.0%
Ball Tone Rex, 12.0%
English porcelain clay No. 17. . 13.0%
Nepheline Syenit A-400 (flux). 26.0% 4 Alcoa: s A-2 clay. . . . 20.0%
Another recipe that can be used is:
Porcelain clay UC-25. . . . . . 15.7%
English porcelain clay No. 4. .
. 38.3%
Nepheline Syenit A-400 (flux). 26.0%
Alcoa A-2 clay (screen size - 325) 20.0% (Alcoa is the protected name of aluminum
Company of America).
The recipes mentioned above do not form any restrictions on the ceramic mixtures for the practical implementation of the method described, nor does the cistern described represent a limitation on the ceramic compacts that can be produced using the method.
PATENT CLAIM 1
Method for pressing ceramic compacts by means of a mold which has a core and a flexible membrane arranged between the core and the inner wall of the mold, characterized in that a granular ceramic mixture is filled into the mold on one side of the membrane, that the mold is closed and the two cavities of the mold separated by the membrane are sealed against each other, whereupon the other side of the membrane is acted upon by hydraulic pressure, whereby the ceramic compact is formed by expanding the membrane, whereupon the hydraulic pressure is released, the mold is opened and the ceramic compact is removed from the mold Will get removed.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the cavity containing the ceramic mixture is evacuated before the supply of hydraulic pressure into the other cavity.
2. The method according to claim I, characterized in that the ceramic mixture is filled on the side of the membrane close to the shape and that after the hydraulic pressure has been released, compressed air is supplied to the cavity containing the molded ceramic compact.
3. The method according to claim I, characterized in that the hydraulic pressure is controlled when releasing.
4. The method according to claim I, characterized in that the molded ceramic compact is ejected from the mold by mechanical action of a movable plate.
5. The method according to claim I, characterized in that the ceramic mixture is poured onto the side of the membrane near the core, that a passage is created between the outside of the mold and the side of the membrane near the shape, and that the mold is in a hydraulic fluid after closing containing pressure vessel is brought, whereupon the hydraulic fluid is pressurized.
6. The method according to dependent claim 5, characterized in that after the hydraulic pressure has been released, the mold is opened and the ceramic compact is removed from the mold together with the core and then the ceramic compact is lifted from the core.
7. The method according to claim I, characterized in that the ceramic mixture is vibrated during filling.
PATENT CLAIM II
Mold for carrying out the method according to claim 1, characterized by a molding box (18, 49), a core (10, 32) that can be fastened to this and a two-way seal between the core (10, 32) and molding box (18, 49) Flexible membrane (14, 38) dividing mutually closed cavities, one cavity being accessible via a closable filling opening (51) in the molding box and passages (21; 30, 35, 37) opening into the other cavity for a pressure fluid.
SUBCLAIMS
8. Form according to claim II, characterized in that the core (32) is attached to a base plate (33), that the membrane (8) encloses the core (32) and is tightly attached to the base plate (33), the The molding box (49) is open on both sides and can be closed on one side by means of the base plate (33) and on the other side by means of a closure plate (52) which is held in position by a support element (54) that can be fastened to the molding box (49) is.
9. Mold according to dependent claim 8, characterized in that a locking mechanism (47) is provided to fasten the base plate to the molding box (49).
10. Mold according to dependent claim 8, characterized in that the molding box has guide pins (46, 58) to on the one hand the base plate (33) with the core (32) and on the other hand the support member (54) with the closure plate (52) after the molding box align.
11. Mold according to dependent claim 8, characterized in that a hydraulic connection (36) is provided on the base plate (33), from which passages (37) lead to connecting channels (35) which are formed on the surface of the core (32), that the membrane (38) has a bead (41) along its fastening line with the base plate (33), and that air passages (53, 56) are present in the closure plate and in the support element, which are connected to a connection (57) , which can be connected either to a vacuum pump or to a compressed air source.
12. Mold according to claim II, characterized in that the molding box (20) has through bores (21) and that the membrane (14) is tightly attached to the molding box.
13. Mold according to sub-claim 12, characterized in that the molding box (18) is open on both sides, and that one side of which can be closed by means of the core (10), and that the other side is set up as a filling opening and by means of a through bores ( 30) having closure cover (27) can be closed with the interposition of a second flexible membrane (25) intended to lie sealingly on the first membrane (14).
14. Mold according to dependent claim 13, characterized in that the first membrane (14) is guided around the abutment surfaces of the molding box (20) with the core (10) on the one hand and with the closure cover (27) on the other hand, and there by means of beads (17, 17a) engages in corresponding grooves (19, 19a).
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