DE3903080A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines, insbesondere tellerfoermigen, formlings aus einem granulat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines, insbesondere tellerförmigen, Formlings aus einem pulverförmigen Granulat, insbesondere aus einer keramischen Masse, wobei das Granulat in einen Formhohlraum zwischen einem Oberformwerkzeug und einem Unterformwerkzeug gefüllt und anschließend verpreßt wird.

In der DE-AS 22 47 626 ist eine Vorrichtung zum isostatischen Formpressen von Pulvermaterial beschrieben. An einem Drehtisch ist eine Füllstation vorgesehen. An dieser wird das Pulver in einer abgemessenen Menge einem Formhohlraum zugeführt und zur gleichmäßigen Verteilung einer Vibration unterworfen. Danach wird in einer weiteren Station das Pulver gepreßt.

In der DE-OS 35 17 494 ist ein Verfahren zum isostatischen Pressen eines Pulvers beschrieben. Das Pulver wird unter Rütteln in eine Form eingefüllt. Der Verdichtungsgrad soll dabei hoch sein, um das nachfolgende isostatische Pressen zu vereinfachen. Die Verdichtung des Pulvers durch Vibration hat dann, wenn das Pulver unterschiedliche Korngrößen aufweist, den Nachteil, daß sich bei der Vibration das Pulver nach den unterschiedlichen Korngrößen in der Form entmischen kann.

In der DE-OS 26 30 355 ist ein Preßwerkzeug zum Herstellen keramischer Formlinge aus einer pulverförmigen Masse beschrieben. Zum Befüllen des Formhohlraumes ist ein Füllschuh vorgesehen, der sich trichterförmig um das Oberformwerkzeug erstreckt. Der Formhohlraum wird damit von seinem Rande her befüllt. Bei der Herstellung größerer Teller ist unsicher, ob die pulverförmige Masse auch bis in die Mitte des Formhohlraums rieselt. Es ist deshalb vorgeschlagen, die Form zu kippen. Dies erscheint maschinell aufwendig und im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung des Pulvers ungünstig.

Bei der Vorrichtung der DE-OS 36 40 567, die ebenfalls zur Herstellung von Tellern vorgesehen ist, wird die pulverige Masse nur an einer Stelle des Umfangs des Formhohlraums eingefüllt. Ein als Drehschieber arbeitender Verschluß soll unterschiedliche Verdichtungen und einen zusätzlichen Putzaufwand vermeiden.

In der DE-PS 31 01 236 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der durch eine zentrale Öffnung des Oberformwerkzeugs die rieselfähige Formmasse in den Formhohlraum eingesaugt wird. Es ist hierfür eine aufwendige Vakuumsaugeinrichtung notwendig. In der DE-OS 31 28 347 ist ein Verschlußstück für die Massezuführöffnung gezeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem der Formhohlraum gleichmäßig mit Granulat gefüllt wird, ohne daß das Granulat in den Formhohlraum gesaugt oder in dem Formhohlraum vibriert werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Granulat kontinuierlich oder diskontinuierlich in einen Verteilraum oben auf das Oberformwerkzeug aufgeschüttet wird, daß das Granulat durch wenigstens eine Durchbrechung des Oberformwerkzeugs in den Formhohlraum einrieselt, daß beim Einrieseln des Granulats in den Formhohlraum das Oberformwerkzeug relativ vom Unterformwerkzeug um eine vertikale Mittelachse rotiert wird bis der Formhohlraum mit Granulat gefüllt ist, wobei im wesentlichen die gesamte Formfläche des Unterformwerkzeugs von der Durchbrechung überstrichen wird, und daß danach zum Vorpressen des Granulats die Formwerkzeuge zusammengedrückt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß das Oberformwerkzeug den Boden eines Granulat aufnehmenden Verteilraumes bildet, dessen Volumen wesentlich größer als das des Formhohlraumes zwischen dem Oberformwerkzeug und dem Unterformwerkzeug ist, daß das Oberformwerkzeug wenigstens eine Durchbrechung aufweist, durch die Granulat aus dem Verteilraum in den Formhohlraum rieselt und daß das Oberformwerkzeug und das Unterformwerkzeug relativ zueinander um eine vertikale Mittelachse rotierbar sind, so daß bei der Rotation die Durchbrechung bzw. die Durchbrechungen insgesamt die Formfläche des Unterformwerkzeugs im wesentlichen vollständig überstreicht.

Bei der Erfindung wird der Formhohlraum gleichmäßig mit Granulat gefüllt. Dieses Befüllen erfolgt dadurch, daß das Granulat einfach aus dem Verteilraum, in dem es im Überschuß ansteht, in den Formhohlraum rieselt. Während des Einrieselns wird das Oberformwerkzeug um die vertikale Mittelachse gedreht, wodurch sich das Granulat gleichmäßig im Formhohlraum verteilt. Die Durchbrechung bzw. die Durchbrechungen insgesamt erstrecken sich dabei von der Mittelachse zum Außenumfang der Formfläche.

Bei diesem Befüllen des Formhohlraums tritt keine wesentliche Entmischung des Granulats nach Korngrößen auf, so daß im Formling eine gleichmäßige Granulatverteilung entsteht. Da das Befüllen des Formhohlraums durch Einrieseln erfolgt, erübrigt es sich, die Formwerkzeuge Vibrationen auszusetzen, oder das Granulat durch ein Vakuum in den Formhohlraum zu saugen.

Der Formhohlraum weist in dem Zustand, in dem das Granulat in ihn einrieselt, - also vor dem Verpressen - abgesehen von der Höhe bzw. dem Abstand der Formwerkzeuge bereits die Konturen des gewünschten Formlings auf. Beim Einrieseln wird somit die gesamte Kontur gleichmäßig befüllt. Günstig ist auch, daß die Menge des in den Formhohlraum zu füllenden Granulats nicht abgemessen werden muß, da das Einrieseln von selbst endet, wenn der Formhohlraum gefüllt ist.

Nach dem Befüllen des Formhohlraums werden die beiden Formwerkzeuge auf das gewünschte Maß zusammengedrückt, so daß das Granulat entsprechend verdichtet wird und der Formling in der gewünschten Wandstärke entsteht. Dieser Formling ist für eine Weiterbearbeitung hinreichend formhaltig. Er kann zu einer weiteren Presse transportiert werden, in der er der endgültigen Verdichtung zugeführt wird. Es ist dabei nicht notwendig, ein isostatisches Formpressen vorzusehen, das im Hinblick auf die dabei nötige flexible Membran aufwendig ist. Zwischen dem Oberformwerkzeug und dem Unterformwerkzeug kann der Formling auch so weit verdichtet werden, daß er anschließend, ohne ein weiteres Pressen, gebrannt werden kann.

Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von Formlingen für Geschirr, insbesondere auch großer Teller, oder anderer Formkörper aus dem Bereich der technischen Keramik.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer Presse,

Fig. 2 eine Teilansicht der Presse bei zusammengepreßten Formwerkzeugen und

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III nach Fig. 1.

An einem Rahmen (1) sind zwei Stangen (2) vertikal verschieblich geführt. Mittels Druckfedern (3) sind die Stangen (2) in ihre obere Ausgangsposition geschoben. An den Stangen (2) sind eine obere Konsole (4) und eine untere Konsole (5) befestigt. An der oberen Konsole (4) greift eine Kolbenstange (6) an.

An der unteren Konsole (5) ist eine Hohlwelle (7) mittels eines Kugellagers (8) drehbar gelagert. Die vertikale Mittelachse der Hohlwelle (7) ist mit (M) bezeichnet. An der Hohlwelle (7) sitzt oben an der Konsole (5) ein Antriebsrad (9). An der Hohlwelle (7) ist unten ein Zylinder (10) befestigt. Dessen Inneres bildet einen Verteilraum (11) zur Aufnahme von Granulat aus einer keramischen Masse. Der Verteilraum (11) ist unten durch einen Boden abgeschlossen, der von einem Oberformwerkzeug (12) gebildet ist. Das Oberformwerkzeug (12) ist beim Ausführungsbeispiel horizontal in zwei miteinander lösbar verbundene Teile geteilt (vgl. Fig. 1 und 2). Oben weist der Verteilraum (11) mehrere Öffnungen (13) auf. Darüber sitzt eine ringförmige Haube (14), welche an der unteren Konsole (5) verschieblich ist und auf dem Zylinder (10) aufsitzt. Der Zylinder (10) ist gegenüber der Haube (14) um die Mittelachse (M) drehbar.

In die Haube (14) mündet eine Granulatzuführleitung (15). Außerdem sind an die Haube (14) zwei Entlüftungsrohre (16) angeschlossen.

Das Oberformwerkzeug (12) weist eine Durchbrechung auf, die von einem Auslaßschlitz (17) gebildet ist, welcher sich in den unteren Teil des Oberformwerkzeugs (12) diagonal erstreckt (vgl. Fig. 3). Der Verteilraum (11) verjüngt sich im oberen Teil des Oberformwerkzeugs (12) zum Auslaßschlitz (17) trichterförmig (vgl. Fig. 1, 2). Es kann auch genügen, wenn der Auslaßschlitz (17) sich von der Mittelachse (M) radial zum Außenumfang des Oberformwerkzeugs (12) erstreckt. Anstelle des Auslaßschlitzes (17) können auch mehrere Durchbrechungen vorgesehen sein.

Dem Auslaßschlitz (17) ist ein Schieber (18) zugeordnet. Der Schieber (18) ist an einer Schubstange (19) befestigt, die durch die Hohlwelle (7) geführt ist. Die Schubstange (19) ist mittels einer in der oberen Konsole (4) angeordneten Zylinder-Kolbeneinrichtung (20) so verschiebbar, daß der Schieber (18) den Auslaßschlitz (17) öffnet oder schließt. Der Auslaßschlitz (17) ist an seiner einen Seite mit einer Schrägfläche (21) versehen. Die Schrägfläche (21) liegt zur Verbesserung des Ausrieselns teils auf der einen Seite des Schiebers (18), bzw. des Auslaßschlitzes (17) und teils auf der anderen Seite des Schiebers (18) (vgl. Fig. 3). In Fig. 1 ist der Schieber (18) in seiner hochgeschobenen Stellung gezeigt. Der Auslaßschlitz (17) ist dabei offen. Der Schieber (18) liegt an einer Seitenfläche (22) des Auslaßschlitzes (17) an, so daß er eine Drehung des Oberformwerkzeugs (12) um die Mittelachse (M) mitmacht. Die Seitenfläche (22) liegt jeweils an der der Schrägfläche (21) gegenüberliegenden Seite des Auslaßschlitzes (17). In Fig. 2 ist der Schieber (18) in der Stellung gezeigt, in der er den Auslaßschlitz (17) verschließt, wobei er bündig mit der Unterseite (23) des Oberformwerkzeugs (12) steht. In Fig. 3 ist der Schieber (18) nicht gezeigt.

Unterhalb des Oberformwerkzeugs (12) ist ein Unterformwerkzeug (24) angeordnet, das in einer Aufnahme (25) sitzt. Die Aufnahme (25) ist in horizontaler Richtung (H) verschieblich. Zwischen dem Oberformwerkzeug (12) und dem Unterformwerkzeug (24) besteht ein Formhohlraum (26). Dieser ist zur Mittelachse (M) rotationssymmetrisch. Ist der im Formhohlraum (26) herzustellende Formling ein Teller, dann weist das Oberformwerkzeug (12) die Kontur der Oberseite des Tellers und das Unterformwerkzeug die Kontur der Unterseite des Tellers auf. Vorzugsweise ist das Oberformwerkzeug (12) am Zylinder (10) und das Unterformwerkzeug (24) in der Aufnahme (25) austauschbar, um die Einrichtung einfach auf andere Tellerformen umstellen zu können.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist etwa folgende:

Durch die Granulatzuführleitung (15) wird dem Verteilraum (11) trockenes, pulverförmiges Granulat, beispielsweise aus einer oxidkeramischen Masse, zugeführt. Der Verteilraum (11) wird weitgehend mit dem Granulat gefüllt. Luft und Staub entweichen durch das Entlüftungsrohr (16). Das Volumen des Verteilraums (11) ist wesentlich größer als das Volumen des Formhohlraums (26). Es steht damit in dem Verteilraum (11) wesentlich mehr Granulat als für einen Formling notwendig ist.

Nach dem Hochziehen des Schiebers (18) ist der Auslaßschlitz (17) geöffnet, so daß nun Granulat aus dem Verteilraum (11) über die Schrägfläche (21) in den Formhohlraum (26) rieselt.

Gleichzeitig wird das Antriebsrad (9) angetrieben, so daß sich die Hohlwelle (7), der Zylinder (10) und das Oberformwerkzeug (12) mit dem Auslaßschlitz (17) um die Mittelachse (M) drehen. Der Auslaßschlitz (17) überstreicht dabei die Formfläche (F) des Unterformwerkzeugs (24), so daß der gesamte Formhohlraum (26) gleichmäßig mit Granulat gefüllt wird. Bei der Gestaltung des Auslaßschlitzes (17) entsprechend Fig. 3 hat der Auslaßschlitz (17) die Formfläche (F) nach einer Umdrehung um 180° einmal vollständig überstrichen. Ist der Auslaßschlitz (17) nur so groß, daß er sich von der Mittelachse (M) radial zum Außenumfang des Oberformwerkzeugs (12) erstreckt, dann ist die Formfläche (F) nach einer Umdrehung um 360° einmal vollständig überstrichen. Anstelle des einen Auslaßschlitzes (17) können auch mehrere am Oberformwerkzeug (12) radial verteilte Durchbrechungen vorgesehen sein. Wichtig dabei ist, daß die Durchbrechungen so verteilt sind, daß bei einer Drehung des Oberformwerkzeugs (12) die gesamte Formfläche (F) möglichst gleichmäßig mit Granulat berieselt wird.

Bei der Stellung nach Fig. 1 besteht zwischen den Rändern (27, 28) der Formwerkzeuge (12, 24) ein Abstand (a). Dieser ist so bemessen, daß er dem Maß der nachfolgenden Vorverdichtung des Granulats entspricht.

Ist der Formhohlraum (26) nach Fig. 1 mit Granulat gefüllt, dann wird der Schieber (18) über die Schubstange (19) mittels der Zylinder-Kolbenanordnung (20) so verschoben, daß er den Auslaßschlitz (17) schließt und bündig mit der Unterseite (23) steht. Danach wird dann die Kolbenstange (6) beaufschlagt, so daß sich die obere Konsole (4), die Stange (2) und die untere Konsole (5) nach unten verschieben. Dadurch wird auch der Zylinder (10) und mit ihm das Oberformwerkzeug (12) nach unten gedrückt. Das Oberformwerkzeug (12) verpreßt damit das im Formhohlraum (26) befindliche Granulat in die gewünschte Dicke des Formlings. Der Preßdruck beträgt beispielsweise 63 N/cm² (=6,3 kp/cm²). Die Endstellung ist dann erreicht, wenn der Rand (27) des Oberformwerkzeugs (12) den eingestellten Weg zurückgelegt hat. Über einen Spalt (S) können dabei Masseteilchen in einen Hohlraum (29) gelangen. Sie werden aus diesem durch einen Anschlußstutzen (30) ständig abgesaugt.

Anschließend läßt sich die Aufnahme (25) mit dem Unterformwerkzeug (24) und dem in diesem befindlichen vorgepreßten Formling in Richtung (H) zu einer weiteren Bearbeitungsstation verschieben.

Danach läßt sich eine weitere Aufnahme (25) mit einem Unterformwerkzeug (24) unter das Oberformwerkzeug (12) schieben. Mittels der Druckfedern (3) gehen die Stangen (22) mit den beiden Konsolen (4, 5) in ihre Ausgangsstellung zurück. Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich dann.

Das Nachfüllen des Verteilraumes (11) kann kontinuierlich oder diskontinuierlich vorgenommen werden. Vorzugsweise wird der Verteilraum (11) kontinuierlich nachgefüllt. Das Nachfüllen erfolgt dabei so, daß im Verteilraum (11) ständig mehr Granulat zur Verfügung steht als für die Befüllung des Formhohlraumes (26) notwendig.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Oberformwerkzeug (12) um die Mittelachse (M) gedreht. Es wäre jedoch auch möglich, bei stillstehendem Oberformwerkzeug (12) das Unterformwerkzeug (24) um die Mittelachse (M) zu drehen. Auch in diesem Fall wird die Formfläche (F) von dem Auslaßschlitz (17) überstrichen.

Als weitere Bearbeitung des in der beschriebenen Einrichtung hergestellten Formlings, kann ein weiterer Preßvorgang mit einem Druck, der höher ist, beispielsweise bei 3000 N/cm² (=300 kp/cm²) liegt, als der von der beschriebenen Einrichtung aufgebrachte Druck, erfolgen. Da der in der beschriebenen Einrichtung hergestellte Formling bereits im wesentlichen die Kontur des fertigen Produkts hat und vergleichsweise formstabil ist, kann der weitere Preßvorgang in einer einfachen Presse vorgenommen werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen eines, insbesondere tellerförmigen, Formlings aus einem pulverförmigen Granulat, insbesondere aus einer keramischen Masse, wobei das Granulat in einen Formhohlraum zwischen einem Oberformwerkzeug und einem Unterformwerkzeug gefüllt und anschließend verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat kontinuierlich oder diskontinuierlich in einen Verteilraum (11) oben auf das Oberformwerkzeug (12) aufgeschüttet wird, daß das Granulat durch wenigstens eine Durchbrechung (17) des Oberformwerkzeugs (12) in den Formhohlraum (26) einrieselt, daß beim Einrieseln des Granulats in den Formhohlraum (26) das Oberformwerkzeug (12) relativ zum Unterformwerkzeug (24) um eine etwa vertikale Mittelachse (M) rotiert wird bis der Formhohlraum (26) mit Granulat gefüllt ist, wobei im wesentlichen die gesamte Formfläche (F) des Unterformwerkzeugs (24) von der Durchbrechung (17) überstrichen wird und daß danach zum Vorpressen des Granulats die Formwerkzeuge (12, 24) zusammengedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Vorpressen des Granulats die Durchbrechung (17) geschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vorpressen der Formling einer weiteren Presse zugeführt wird.

4. Vorrichtung zum Herstellen eines, insbesondere tellerförmigen, Formlings aus einem pulverförmigen Granulat, insbesondere aus einer keramischen Masse, wobei die Vorrichtung das Granulat in einem Formhohlraum zwischen einem Oberformwerkzeug und einem Unterformwerkzeug verpreßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberformwerkzeug (12) den Boden eines Granulat aufnehmenden Verteilraums (11) bildet, dessen Volumen wesentlich größer als das des Formhohlraums (26) zwischen dem Oberformwerkzeug (12) und dem Unterformwerkzeug (24) ist, daß das Oberformwerkzeug (12) wenigstens eine Durchbrechung (17) aufweist, durch die Granulat aus dem Verteilraum (11) in den Formhohlraum (26) rieselt, und daß das Oberformwerkzeug (12) und das Unterformwerkzeug (24) relativ zueinander um eine vertikale Mittelachse (M) rotierbar sind, so daß bei der Rotation die Durchbrechung (17) bzw. die Durchbrechungen insgesamt die Formfläche (F) des Unterformwerkzeugs (24) im wesentlichen vollständig überstreicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberformwerkzeug (12) um die Mittelachse (M) rotierbar ist und das Unterformwerkzeug (24) bei der Rotation stillsteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung von einem Auslaßschlitz (17) gebildet ist, der sich von der Mittelachse (M) zum Außenumfang des Oberformwerkzeugs (12) erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßschlitz (17) sich im Oberformwerkzeug (12) diagonal erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßschlitz (17) eine Schrägfläche (21) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (21) teils auf der einen und teils auf der anderen Seite des Auslaßschlitzes (17) liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen des Auslaßschlitzes (17) ein Schieber (18) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (18) sich mit dem Oberformwerkzeug (12) mitdreht.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilraum (11) innerhalb eines Zylinders (10) liegt, an dem das Oberformwerkzeug (12) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (10) an einer Hohlwelle (7) gelagert ist, die mittels eines Antriebsrades (9) drehbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlwelle (7) eine Schubstange (19) zum Betätigen des Schiebers (18) geführt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (7) an einer Konsole (5) gelagert ist, die zur Preßbewegung des Oberformwerkzeugs (12) vertikal verschieblich ist.