DE19911600C1 - Vorrichtung zur Formgebung plastischer Materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgebung plastischer Materialien.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgebung plastischer Materialien.

Sie kann Anwendung beispielsweise zur Formgebung keramischer oder sonderkeramischer, bildsamer, plastischer Werkstoffe finden.

Zur Formgebung dieser Materialien ist unter anderem die Formgebung durch Pressen bekannt.

Beim Pressen wird das keramische Material im Spalt einer aus einem Oberteil (Stempel) und Unterteil (Hohlform) bestehenden Matrize geformt. Oberteil und Unterteil bestehen üblicherweise aus korrosionsbeständigen Metallegierungen. Die Herstellung und Bearbeitung dieser Metallformen ist mit hohen Kosten und einem erheblichen verfahrenstechnischen Aufwand verbunden.

DE 196 28 964 A1 beschreibt übliche Preßvorrichtungen zur Herstellung von Tontöpfen, bei denen Tonmasse in eine Form eingebracht und dort mittels eines drehbaren und mittels eines Antriebsmotors angetriebenen Walzkopfes umlaufend an die Wandungen der Form sowie gegen den Boden der Form gepreßt wird.

Beim Preßvorgang muß zum einen insbesondere darauf geachtet werden, daß die im keramischen Material enthaltene Luft entweichen kann und zum anderen, daß der Scherben nicht an der Oberfläche von Oberteil oder Unterteil anhaftet.

Damit die Luft beim Preßvorgang aus dem Scherben entweichen kann, ist das Unterteil, teilweise auch das Oberteil, mit Öffnungen versehen, durch die im Ton enthaltene Luft beim Pressvorgang entweichen kann. Zur Unterstützung dieses Vorganges können die Öffnungen mit Unterdruck beaufschlagt werden.

Es ist auch möglich, zunächst mit geringerem Druck vorzupressen, den Preßdruck zur Entlüftung des Materials daraufhin zurückzunehmen und erst anschließend mit vollem Preßdruck zu pressen. Die Entlüftung des keramischen Materials ist bei diesem Verfahren jedoch mangelhaft. Außerdem ist der durch das "doppelte" Pressen bedingte weitere Verfahrensschritt unter dem Gesichtspunkt rationeller Verfahrensmethoden nachteilig.

Zur Vermeidung eines Anklebens des keramischen Scherbens können die Oberflächen von Ober- und Unterteil vor dem Preßvorgang mit einem Trennmittel, etwa Öl, Schmierkunststoff oder Talkum versehen werden oder der Masse ein Gleitmittel zugegeben werden. Das Gleitmittel dient gleichzeitig dazu, die Reibung beim Preßvorgang zu mindern und die Rohbruchfestigkeit des geformten Scherbens zu erhöhen.

Reibungsvorgänge zwischen Scherben und Matrize sowie zwischen den keramischen Partikeln im keramischen Matrixmaterial verbleiben bei diesem bekannten Preßverfahren als nachteilig, da diese die Rohbruchfestigkeit (Grünfestigkeit) erheblich erniedrigen können.

Diese Reibungsvorgänge können auch zur Ausbildung von "Texturen" im keramischen Scherben führen, die sowohl den optischen Eindruck, als auch die Festigkeitswerte der gepreßten Produkte nachteilig beeinflussen können.

Meist ist die Festigkeit der geformten Erzeugnisse so gering, daß diese vor einer Trocknung praktisch nicht belastet, also etwa gestapelt werden können.

Aufgrund der nur punktuell wirkenden Entlüftung durch die Öffnungen im Ober- oder Unterteil verbleiben außerdem noch geringe Restmengen Luft im keramischen Scherben, die bei der Trocknung oder beim keramischen Brand zur Zerstörung der gepreßten Ware führen können.

Neben diesen ungünstigen Eigenschaften der gepreßten Produkte weist auch das Preßverfahren selbst Nachteile auf. So ist zur Reduzierung der vorgenannten Schwierigkeiten ein erhöhter Einsatz von Trennmittel oder Gleitmittel notwendig, der mit einem erhöhten Kostenaufwand verbunden ist. Beim Preßvorgang anfallende Tonrückstände können aufgrund ihrer Kontaminierung mit Trenn- oder Gleitmittel außerdem nicht für die Produktion weiter verwendet werden. Weiterhin verursacht der Energieeinsatz zur Entlüftung der Masse zusätzlichen Energie- und somit Kostenaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Formgebung plastischer Materialien zur Verfügung zu stellen, mit der sich plastische Werkstoffe, insbesondere Tone und Tonprodukte, einfach formen lassen.

Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen vor:

• - einer Unterform,
• - einer gegen die Unterform führbaren Oberform,
• - die Oberform ist um eine Rotationsachse drehbar,
• - die Oberform ist mit einer Antriebswelle verbunden und um deren Antriebsachse drehbar,
• - die Oberform ist mit ihrer Rotationsachse um die Antriebsachse drehbar.

Die Vorrichtung stellt, stark vereinfacht ausgedrückt, eine Preßvorrichtung dar, bei der die Oberform exzentrisch zur Antriebsachse (Antriebswelle) angeordnet und um diese drehbar ist.

Grundsätzlich kann jedes plastische Material mit dieser Vorrichtung geformt werden. Sie eignet sich jedoch insbesondere zur Formgebung plastischer keramischer Werkstoffe (Massen) beispielsweise zur Herstellung von Hohlware wie Töpfen, Bechern, Schüsseln oder Schalen.

Auch sehr kleine Produkte mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern, beispielsweise von maximal bis zu 5 cm oder bis zu 2 cm Durchmesser, lassen sich formen.

An der Oberfläche der Unterform kann das plastische Material geformt werden. Die "Oberfläche" der Unterform ist der Abschnitt der Unterform, gegen die die Oberform, wiederum mit ihrer "Oberfläche", führbar ist.

Die Oberfläche der Oberform preßt das plastische Material in einer umlaufenden Rollbewegung gegen die Oberfläche der Unterform. Die Frequenz dieser Rollbewegung kann bis zu 5, aber auch bis zu 20 oder 100 Umläufe der Oberform um die Antriebsachse pro Sekunde betragen. Es entsteht so eine Art Vibrationsbewegung der Oberform und eine sehr gleichmäßige, texturfreie Formgebung.

Die Oberfläche der Unterform kann nach außen oder nach innen gewölbt sein. Eine nach innen gewölbte Oberfläche kann beispielsweise in Form einer schalenartigen, topfartigen oder hohlkörperartigen Vertiefung ausgebildet sein.

Die Unterform kann ein oder mehrteilig sein. Die gewölbten Abschnitte der Unterform können dabei beispielsweise als selbständige Elemente in die Form integrierbar sein, beispielsweise nach Art eines "Einsatzes". Dabei können sowohl der Einsatz als auch die Unterform selbst ein- oder mehrteilig sein. In die Unterform können beispielsweise auch gleichzeitig mehrere Einsätze, zum Beispiel jeweils mit unterschiedlichem Aufbau, integrierbar sein.

Zum Pressen des plastischen Materials ist die Oberform gegen die Unterform führbar, wobei das plastische Material in einem Spalt zwischen der Oberfläche der Oberform und der Oberfläche der Unterform geformt wird. Beim Pressen können die den Spalt bildenden Abschnitte der Oberflächen von Ober- und Unterform beispielsweise derart miteinander korrespondieren, als daß sie annähernd parallel zueinander verlaufen.

Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, die Oberfläche der Oberform oder die Oberfläche der Unterform oder beide Flächen zu strukturieren. Durch diese Strukturierung der Flächen können zum Beispiel Muster oder Kennzeichnungen in die Oberfläche des zu pressenden Produktes (Formlings) gepreßt werden.

Rotationsachse und Antriebsachse der Oberform können parallel zueinander verlaufen oder winklig zueinander angeordnet sein. Bei einer winkligen Anordnung der Achsen zueinander kann auch vorgesehen sein, daß sich die Achsen in einem Punkt schneiden.

Der Preßabschnitt kann beispielsweise eine zur Rotationsachse symmetrische Oberfläche und alternativ oder kumulativ die Unterform eine zur Antriebsachse symmetrische Oberfläche aufweisen, etwa zur Herstellung von rotationssymmetrischen Formlingen.

Unterform und Oberform können aus einem unelastischen oder einem elastischen Material oder einer Kombination dieser Materialien bestehen.

Bei einer Kombination dieser Materialien kann beispielsweise allein die Oberfläche der Unterform oder allein die Oberfläche der Oberform aus einem elastischen Material bestehen und das übrige Material der Unterform beziehungsweise der Oberform ein unelastisches Material sein.

Unelastische Materialien können beispielsweise Metall oder Metallegierungen, Gips, unelastischer Kunststoff oder Holz sein. Elastisches Material können beispielsweise elastischer Kunststoff, Kautschuk, Gummi oder Silikon sein.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß bei der Formung von Formlingen an wenigstens einer elastischen Oberfläche, beispielsweise einer elastischen Oberfläche der Unterform, auf die Verwendung von Trenn- und Gleitmitteln verzichtet werden kann, da sich der Formling hier problemlos aus der Form lösen läßt.

Um den Formling von der Unterform zu lösen, kann vorgesehen sein, die Unterform mehrteilig zu konfektionieren, wobei sich beispielsweise ein Element der Unterform, auf dem der Formling ruht, von der übrigen Unterform lösen läßt.

Der lösbare Abschnitt der Unterform dient dabei quasi als "Tablett", auf dem der Formling von der Unterform abgehoben und etwaigen nachfolgenden Verfahrensschritten zugeführt werden kann.

Die Oberform kann mit Hilfe einer Hub- und Senkeinrichtung gegen die Unterform führbar sein. Die Hub- und Senkeinrichtung kann gleichzeitig auch das Aggregat darstellen, das die zum Pressen erforderliche Kraft über die Oberform auf das plastische Material ausübt.

Die Oberform ist um eine Rotationsachse drehbar und dabei beispielsweise an einer Welle (Rotationswelle) mit Hilfe eines Lagers gelagert. Zusätzlich ist die Oberform mit einer Antriebswelle verbunden und um deren Antriebsachse drehbar. Die Oberform ist mit ihrer Rotationsachse um die Antriebsachse drehbar.

Die Rotationswelle kann mit der Antriebswelle verbunden sein. "Welle" bezeichnet hier ganz allgemein einen Körper, zum Beispiel ein stab- oder zylinderförmiges Element, aus einem festen Material, beispielsweise Metall. Die Antriebswelle kann zum Beispiel mit einem Elektromotor oder einer sonstigen Antriebseinrichtung in Wirkkontakt stehen. Entsprechend steht dann auch die Oberform mit der sich entlang der Antriebsachse erstreckenden Antriebswelle in Wirkkontakt mit der Antriebseinrichtung.

Wird die Antriebswelle angetrieben, kann die Oberform somit in eine Drehbewegung versetzt werden.

Die geometrische Figur, die die Rotationsachse bei einer Drehbewegung um die Antriebsachse beschreibt, wird dabei vom Abstand der Achsen voneinander beziehungsweise vom Winkel der Achsen zueinander bestimmt.

Bei parallel zueinander verlaufenden Achsen können diese im Abstand von beispielsweise höchstens 50 mm voneinander verlaufen. Auch ein Abstand von höchstens 20 mm, 10 mm, 5 mm oder 1 mm voneinander liegt im Rahmen der Erfindung.

Bei einer winkligen Anwendung der Achsen zueinander kann der Winkel jeden beliebigen Wert zwischen < 0 und 45° einnehmen. Dabei werden insbesondere Winkel im Bereich von < 0 bis 10° vorgeschlagen.

Mit zunehmend kleinerem Abstand der Achsen voneinander und mit paralleler oder nur einer gering winkligen Anordnung der Achsen zueinander ähnelt die Drehung der Oberform um die Antriebsachse in zunehmendem Maße einer Vibration.

Es kann eine raumstabile Antriebsachse vorgesehen sein, die beispielsweise gleichzeitig Symmetrieachse der Unterform sein kann.

Weitere Gestaltungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Eine beispielhafte Gestaltungsform der Vorrichtung wird anhand der beigefügten, stark schematisierten Figur beschrieben.

Die Figur zeigt eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung 1 zur Formgebung plastischer Materialien mit einer Unterform 3 und einer Oberform 5.

Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Antriebsachse und Bezugszeichen 9 eine parallel und beabstandet zur Antriebsachse verlaufende Rotationsachse.

Die Unterform 3 besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 11, dessen Symmetrieachse mit der Antriebsachse 7 fluchtet. Ebenfalls in der Flucht der Antriebsachse 7 weist der Grundkörper 11 auf seiner Oberseite eine zylindrische Vertiefung 13 auf, deren Ränder mit 15 bezeichnet sind, und eine sich darunter anschließende, zylindrische Durchführung 17, die den Grundkörper 11 durchdringt. Der Grundkörper 11 besteht aus Gips.

In der Vertiefung 13 ist ein topfartiger Einsatz 19 aus Metall angeordnet, dessen Innenfläche aus einem elastischen Material 21 gebildet ist.

Der Einsatz 19 weist einen lösbaren Boden 23 auf, der mit einer durch die Durchführung 17 geführten Hubstange 25 verbunden ist.

Oberhalb der Unterform 3 steht eine mit der Antriebsachse 7 fluchtende Antriebswelle 27 in Wirkkontakt mit einem Elektromotor 39. Eine mit der Rotationsachse 9 fluchtende Rotationswelle 33 ist mit der Antriebswelle 27 fest verbunden. Ein in der Flucht der Rotationsachse 9 befindlicher, zylindrischer Preßstempel 35 aus Metall ist über ein Lager 37 drehbar mit der Rotationswelle 33 verbunden. Ein in die Vertiefung 13 beziehungsweise den Einsatz 19 hineinführbarer Preßabschnitt des Preßstempels 35 ist mit dem Bezugszeichen 35a gekennzeichnet.

An die Oberfläche des elastischen Materials 21 ist ein Formling 41 aus Ton angeschmiegt.

Der Elektromotor 39 und somit mittelbar auch der damit verbundene Preßstempel 35 sind parallel zur Antriebsachse 7 durch eine - hier nicht dargestellte - Hub- und Senkeinrichtung vertikal bewegbar.

Die Verwendung und Funktion der Vorrichtung 1 zur Formgebung eines plastischen Materials ist wie folgt.

In einer - hier nicht dargestellten - Ausgangsstellung ist der Preßabschnitt 35a noch nicht in den Einsatz 19 hereingeführt. In dieser Stellung wird plastisches Material, beispielsweise Ton, in den Einsatz 19 aufgegeben. Anschließend wird der Elektromotor 39 angetrieben, womit die Antriebswelle 27 und mithin auch die damit in Kontakt stehende Rotationswelle 33 und der Preßstempel 35 in eine Drehbewegung um die Antriebsachse 7 gebracht werden. Der Preßstempel 35 wird nunmehr langsam in den Einsatz 19 abgesenkt. Sobald der Preßabschnitt 35a in Kontakt mit dem im Einsatz 19 befindlichen Ton tritt, übt der Preßabschnitt 35a einen Druck auf den Ton aus und drückt ihn gegen die Oberfläche des elastischen Materials 21. Der Formling 41 wird dabei im Spalt zwischen der Oberfläche des Preßabschnittes 35a und der Oberfläche des elastischen Materials 21 gepreßt, wobei seine Wandstärke jeweils von der kleinstmöglichen Breite S, die der Spalt einnehmen kann, bestimmt wird.

Aufgrund der Drehbewegung beziehungsweise Vibration des Preßabschnittes 35a im Einsatz 19 wird der Formling 41 zu einer bestimmten Zeit jeweils nur an einer bestimmten, umlaufenden Stelle (in Fig. 1, hier gerade die linke Seite des Formlings 41) gegen die Oberfläche des elastischen Materials 21 gepreßt, während die weiteren Stellen (Fig. 1, hier die rechte Seite des Formlings 41) keinem Preßdruck unterliegen. Im übrigen läuft der Preßabschnitt 35a jedoch laufend um, so daß der Formling gleichmäßig geformt wird.

An den Stellen, an denen der Formling 41 keinem Preßdruck unterliegt, kann die Luft frei aus dem Formling 41 entweichen.

Nachdem der Formling 41 fertig gepreßt ist, wird der Preßabschnitt 35a angehoben und aus dem Einsatz 19 herausgeführt. Die Hubstange 25, die mit dem Boden 23, auf den sich der Formling 41 befindet, verbunden ist, wird angehoben, wobei sich der Formling 41 von der Seitenwandung der Oberfläche des elastischen Materials 21 des Einsatzes 19 löst.

Er wird über die Oberkante der Unterform 3 hinausgehoben und nachfolgenden Bearbeitungsschritten zugeführt.

Die Vorteile der Vorrichtung werden offenbar.

Der Einsatz von Trenn- oder Gleitmittel, sowie etwaige zusätzliche Maßnahmen zur Entlüftung des Tons, sind nicht notwendig, womit sich die eingangs geschilderten, damit verbundenen Nachteile vermeiden lassen.

Weiterhin weist der Formling keine Preßtexturen oder unterschiedlichen Packungsdichten auf, wodurch die Belastbarkeit des Grünlings erhöht wird und die Schwindung beim Trocknen und Brennen sehr gleichmäßig ist.

Claims (22)

1. Vorrichtung zur Formgebung plastischer Materialien mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 einer Unterform (11),
• 2. 1.2 einer gegen die Unterform (11) führbaren Oberform (5),
• 3. 1.3 die Oberform (5) ist um eine Rotationsachse (9) drehbar,
• 4. 1.4 die Oberform (5) ist mit einer Antriebswelle (27) verbunden und um deren Antriebsachse (7) drehbar,
• 5. 1.5 die Oberform (5) ist mit ihrer Rotationsachse (9) um die Antriebsachse (7) drehbar.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit parallel zueinander verlaufender Rotationsachse (9) und Antriebsachse (7).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit winklig zueinander angeordneter Rotationsachse (9) und Antriebsachse (7).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) in einem Punkt schneiden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer nach Innen oder nach Außen gewölbten Oberfläche der Unterform (11).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer schalenartigen, topfartigen oder hohlkörperartigen Vertiefung in der Unterform (11).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einem in die Vertiefung einführbaren und aus dieser herausführbaren Preßschnitt der Oberform (5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer mehrteiligen Unterform (11).

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Unterform (11) und/oder die Oberform (5) aus einem unelastischen Material oder einer Kombination eines unelastischen und eines elastischen Materials bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Oberfläche der Unterform (11) aus einem elastischen Material und die übrige Unterform (11) aus einem unelastischen Material bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Oberfläche der Oberform (5) aus einem elastischen Material und die übrige Oberform (5) aus einem unelastischen Material bestehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer strukturierten Oberfläche der Unterform (11).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer strukturierten Oberfläche der Oberform (5).

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer symmetrisch zur Antriebsachse (7) verlaufenden Oberfläche der Unterform (11).

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer symmetrisch zur Rotationsachse (9) verlaufenden Oberfläche der Oberform (5).

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Oberform (5) mit einer um die Antriebsachse (7) antreibbaren Welle (27) in Wirkkontakt steht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) im Abstand von höchstens 50 mm voneinander verlaufen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) im Abstand von höchstens 20 mm voneinander verlaufen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) im Abstand von höchstens 10 mm voneinander verlaufen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) im Abstand von höchstens 5 mm voneinander verlaufen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) im Abstand von höchstens 1 mm voneinander verlaufen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Rotationsachse (9) und die Antriebsachse (7) in einem Winkel zwischen < 0 und 45° zueinander verlaufen.