DE4001463A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen aus tonschlicker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von relativ dünnwandigen, massiven oder hohlen Formlingen aus Tonschlicker.

Vor der Formgebung muß der aus Tongruben gewonnene Ton aufbreitet werden. Hierzu wird der Rohton in einem Kollergang oder mit dem Tonhobel zerkleinert. Im Differentialfeinwalzwerk wird der Rohstoff auf kleinste Korngrößen zermahlen und anschließend durch Sumpfen oder Mauken unter Zugabe einer abgemessenen Menge Wasser völlig homogenisiert und plastifiziert. Bei der Aufbreitung werden unerwünschte Beimengungen wie Kalk oder Kieselsteine entfernt und eventuell benötigte Zuschlagstoffe zugegeben.

Die eigentliche Formgebung erfolgt dann in geeigneten Preß- oder Gießformen.

Zur Herstellung von Formlingen werden spezielle Formen verwendet, die auf ihrer Innenseite mit einem Gipsnegativ des Formlings belegt sind. Die Formen bestehen üblicherweise aus wenigstens zwei Teilen. Beim Zusammenfahren der Form soll die Tonmasse die Form ausfüllen. Der Gips saugt aufgrund seiner Porosität das Wasser aus der Tonmasse. Der versteifte Formling wird dann aus der Form gelöst und weiterbehandelt, d. h. zunächst getrocknet. Auch die Gipsform selbst muß getrocknet werden, damit der Gips wieder saugfähig wird.

Die bekannten Gipsformen haben den Nachteil, daß sie wenig dauerhaft sind, da Gips bekanntlich wenig widerstandsfähig ist, und daß das Trocknen der Gipsform relativ große Zeit und Energie in Anspruch nimmt, so daß für eine zügige Produktion eine Vielzahl von Gipsformen erforderlich ist.

Die Ton-Formlinge selbst besitzen noch eine relativ hohe Feuchtigkeit von ca. 30%, müssen deshalb im Trockenofen entsprechend lange getrocknet werden. Dabei wird nicht nur relativ viel Energie verbraucht, sondern es entsteht auch ein recht großer Trockenschwund, der nicht immer ausreichend exakt vorherbestimmt werden kann. Dadurch ensteht Ausschuß durch Trockenbruch und Deformationen.

Zur Herstellung von Porzellan ist ein Verfahren handelsüblich, bei dem der Porzellanschlicker unter Druck in eine aus einem porösen Kunststoff bestehende Druckform gepreßt wird. Die Porosität dieser Form ist so gewählt, daß zwar das Wasser, nicht jedoch die festen Bestandteile des Porzellanschlickers hindurchtreten können. Auf diese Weise wird der Porzellanschlicker unter Druck entwässert und versteift, so daß die Formlinge anschließend entformt und weiterbehandelt werden können. Bei diesem Verfahren werden Drücke zwischen 10 und 40 bar angewendet.

Versuche, mit dieser bekannten Vorrichtung auch Tonschlicker zu verarbeiten, sind gescheitert. Es war nicht möglich, den Tonschlicker zu entwässern.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe aus Tonschlicker keramische Formlinge, und zwar dünnwandige, massive und insbesondere hohle Formlinge hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der gattungsgemäßen Art mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.

Bei der vorliegenden Erfindung wird anstelle eines möglichst steifen Tonmaterials, wie es bei der Herstellung von Formlingen aus Ton derzeit üblich ist, ein sehr flüssig aufbereiteter Schlicker verwendet. Dieser wird unter sehr hohen Drücken von mehr als 100 bar gesetzt, um die Trennung von Wasser und Ton zu erzwingen. Diese Trennung erfolgt in erster Linie an der Grenzschicht zwischen Tonschlicker und Preßform, so daß durch geeignete Steuerung von Druck und Zeit die Ausbildung eines mehr oder weniger dünnen Scherbens erreicht werden kann. Der Entwässerungsgrad kann durch Messen des auslaufenden Wassers bestimmt werden.

Durch die Möglichkeit, den flüssigen Rest an Tonschlicker einfach abgießen zu können, lassen sich problemlos hinterschnittene, untergriffige bzw. querprofilierte Formlinge herstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die wenig haltbaren und immer wieder zu trocknenden Gipsformen völlig entfallen können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß schon die Aufbereitung des aus der Grube gewonnenen Tons in flüssiger Form erfolgen kann, so daß die unerwünschten Beimengungen wie Steine und Kalkknollen problemlos ausgesondert werden können. Der flüssige Tonschlicker kann durch Pipelines transportiert werden; Transporte mittels LkW usw. entfallen. Zur Homogenisierung können statt leistungsstarken Kollergängen und Walzwerken einfache Schnitzelwerke und Rührwerke eingesetzt werden. Der Energiebedarf der Aufbereitungsmaschinen kann so um 80 bis 90% gesenkt werden.

Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Qualität der Formlinge verbessert werden. Da sich in dem flüssigen Tonschlicker der Druck allseitig gleichmäßig ausbreitet, zeigt der Scherben keinerlei Textur, wie sie bei den herkömmlich gepreßten Formlingen immer wieder beobachtet wird und die die Ursache für eine geringe Frostbeständigkeit derartiger Tonerzeugnisse ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere Tonschlicker in unterschiedlicher Zusammensetzung, Qualität, Farbe und/oder Dicke nacheinander verpreßt. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Formlinge auszubilden, die auf ihrer Außenseite eine qualitativ hochwertige, dünne und/oder farbige Oberflächenschicht und im Inneren eine dicke Tragschicht aus einem preiswerten Material besitzen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Entwässern des Tonschlickers, zum leichteren Entformen des Formlings und/oder zum Entwässern der Form Preßluft verwendet. Dieses Entwässern ist nicht zu vergleichen mit dem langwierigen Trocknen der herkömmlichen Gipsformen.

Schließlich wäre noch hervorzuheben, daß durch hohe Drücke die Formlinge sehr trocken und steif gehalten werden können. Dadurch lassen sie sich nach dem Entformen leicht handhaben, können bei Bedarf gleich engobiert werden, benötigen nur wenig Trockenzeit und -energie und zeigen auch nur einen praktisch zu vernachlässigenden Trockenschwund. Es ist sogar möglich, den Trockenvorgang zu überspringen und die Formlinge gleich zu brennen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Druckform zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine derartige Druckform ist gekennzeichnet durch die Merkmale gemäß Kennzeichen des Anspruchs 6.

Eine solche Druckform hat folgende Vorteile: Die druckfeste Filterschicht kann relativ dünn gehalten werden, so daß sie dem Wasseranteil des Tonschlickers nur wenig Widerstand entgegensetzt. Außerdem kann sie im Hinblick auf eine hohe Dauerhaftigkeit hin ausgewählt werden, wofür sich vorzugsweise eine porös gebrannte Keramik eignet.

Die spezielle poröse Füllung hat die Aufgabe, den Druck an das Formgehäuse weiterzuleiten. Hierfür eignet sich insbesondere eine mittels Kunstharz gebundene Kiesschüttung.

Von besonderer Wichtigkeit für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die richtige Hochdruckpumpe. Kolbenpumpen sind wenig geeignet, da deren Dichtflächen durch die abrasiven Tone und Zuschlagstoffe zu schnell beschädigt werden. Besonders geeignet sind sogenannte Pumpen, die Tonschlicker und Druckmedium durch eine Rollmembran trennen und keine gegeneinander gleitenden Dichtflächen aufweisen.

Die Preßform wird zunächst praktisch drucklos mit dem flüssigen Tonschlicker gefüllt; erst dann wird der hohe Druck erzeugt, der das Material entwässert.

Die Druckform besteht vorteilhafterweise aus wenigstens zwei Teilen, die insbesondere durch außen herumgelegte Spanten lösbar zusammengehalten werden.

Um in den Formlingen Aussparungen bzw. Fenster einformen zu können, werden gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an den betreffenden Stellen weniger poröse bis unporöse Einlagen auf bzw. unter die Filterschicht gebracht. An diesen Stellen kann das Wasser nicht bzw. nur wenig abgepreßt werden. Das Tonschlickermaterial bleibt an diesen Stellen mehr oder weniger flüssig und kann anschließend wieder entleert werden.

Statt Formeinlagen zu verwenden, kann die Filterschicht selbst bereichsweise mit unterschiedlich starker Porosität ausgebildet werden. Auch können wassersperrende Anstriche aufgebracht werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel einer Druckform zur Herstellung eines hohlen Formlings und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere Druckform zur Herstellung eines dünnwandigen, massiven Formlings.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Druckform 2, gebildet aus zwei entlang einer Trennlinie 3 trennbaren Formhälften 2.1, 2.2. Um die beiden Formhälften 2.1, 2.2 zusammenhalten zu können und um den hohen Preßdruck abtragen zu können, ist ein Spant 1, wiederum gebildet aus zwei trennbaren Spanthälften 1.1, 1.2, um die Form 2 herumgelegt.

Im Inneren der Form 2 erkennt man eine Filterschicht 5, deren Innenfläche der Außenfläche des Formlings 6 entspricht. Als Formling 6 ist hier eine Dunstabzugshaube dargestellt, die im oberen Bereich Fensteröffnungen 6′ hat.

Die Filterschicht 5 ist eine poröse Keramikschicht, die eine große Standfestigkeit gegenüber den abrasiven Eigenschaften des Tonschlickers aufweist.

Um die entstehenden hohen Druckkräfte auf das Stahlgehäuse 2 und den Spant 1 übertragen zu können, ist der Zwischenraum zwischen Filterschicht 5 und Gehäuse 2 mit einer druckfesten Hinterfüllung 4 ausgefüllt. Diese besteht beispielsweise aus einer mittels Kunststoff verfestigten Kiesschüttung. Auf jeden Fall ist diese Hinterfüllung 4 möglichst porös auszubilden, damit das durch die Filterschicht 5 hindurchgepreßte Wasser ohne Druckverlust die Form 2 verlassen kann. Zu diesem Zweck ist die Form 2 mit Öffnungen, hier in Form von Rohrstutzen 9, versehen.

Über einen Einfüllstutzen 7 wird flüssiger Tonschlicker eingefüllt. Währenddessen ist ein Ventil 8′ in einem Preßluft-Blasrohr 8 geschlossen. Sobald der Füllvorgang beendet ist, wird der flüssige Tonschlicker unter Druck gesetzt. Versuche haben gezeigt, daß diese Drücke wenigstens 100 bar betragen müssen. Dabei wird das Wasser des Tonschlickers durch die Filterschicht 5 hindurch gedrückt, der Tonschlicker wird entwässert und versteift. Dieser Vorgang geht vom Grenzbreich zwischen Filterschicht 5 und Tonschlicker aus, wobei die Wand des Formlings 6 kontinuierlich wächst.

Sobald die experimentell zu bestimmende Sollstärke des Scherbens erreicht ist, wird der noch nicht versteifte Teil des Tonschlickers ausgeleert, wobei die Preßluft aus der Leitung 8 den Vorgang beschleunigt, die Form 2 geöffnet und der Formling 6 entnommen.

Die Druckform 2 ist mit Rohrstutzen 9 versehen, die einen zweifachen Zweck erfüllen. Zunächst dienen sie dazu, das aus dem Tonschlicker ausgepreßte Wasser abzuleiten. Zu diesem Zweck werden die Drei-Wege-Ventile 9′ so gestellt, daß das Wasser über die Rohrleitung 10 abfließen kann. Nach dem Umstellen der Drei-Wege-Ventile 9′ kann über die Rohrleitung 11 Preßluft in die Druckform 2 geblasen werden. Dadurch kann das Entformen des Formlings 6 von der Filterschicht 5 erleichtert werden.

Um die Bildung der steifen Tonschicht gezielt steuern zu können, beispielsweise um Fensteröffnungen 6′ erzeugen zu können, wird die Filterschicht 5 bereichsweise mit wenig porösen bis unporösen Einlagen 12 belegt oder hinterlegt. Wassersperrende Anstriche erfüllen denselben Zweck. An diesen Stellen kann der Wasseranteil des Tonschlickers nicht bzw. schlecht ausgepreßt werden, der Tonschlicker bleibt hier flüssig und wird am Ende des Druckvorganges wieder abgegossen. Der Formling 6 hat dann an dieser Stelle die gewünschte Verjüngung oder Öffnung 6′.

Durch entsprechend hohe Drücke kann der Scherben des Formlings 6 sehr trocken gepreßt werden, so daß der Restwassergehalt erheblich unter den derzeit üblichen 30 liegt. Der Formling 6 ist auf diese Weise nach dem Ausformen sehr gut zu handhaben. Der Trockenvorgang ist erheblich verkürzt, der Trockenschwund vernachlässigbar gering. Eine Textur ist nicht festzustellen, wodurch eine gute Frostbeständigkeit erreicht wird. Wird ein Restwassergehalt von unter 15% erreicht, kann der gesonderte Trockenvorgang ganz entfallen.

Bei der Herstellung von dünnwandigen, insbesondere hohlen Formlingen 6 kann die starke Entwässerung des Scherbens auch dadurch erreicht werden, daß nach dem Entleeren des flüssigen Restes an Tonschlicker das in der Form verbliebene Tonmaterial mit Preßluft unter hohem Druck nachgepreßt und dabei entwässert wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Preßvorrichtung können durch geeignete Steuerung des Preßvorgangs sehr einfach Hohlräume in den Tonformlingen hergestellt werden. So ist es ohne weiteres möglich, in flachen Formlingen, beispielsweise Dachziegeln, hohle Kanäle einzuformen, dadurch das Gewicht der Ziegel zu verringern und gleichzeitig ihre Fähigkeit zur Wärmeisolierung und ihre Frostbeständigkeit zu verbessern.

Ein solches Beispiel zeigt die Fig. 2. Hier wird in einer Druckform 2 als Formling ein sogenannter Falzziegel gepreßt. Die Füll- und Druckleitung 7 besitzt mehrere Abzweigungen 7′, die an der Grenzfläche zum Formling 16 sich konisch verjüngen. Auf diese Weise entstehen Sollbruchstellen.

Im übrigen können wie schon erwähnt in einfachster Weise mehrschichtige Formkörper erzeugt werden, was mit den bekannten Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von relativ dünnwandigen, massiven oder hohlen Formlingen (6) aus Tonschlicker, dadurch gekennzeichnet, daß flüssig aufbereiteter Tonschlicker in eine wasserdurchlässige Druckform, in der ein Negativ des Formlings (6) ausgespart ist, eingefüllt und anschließend unter hohen Druck - größer 100 bar - gesetzt und dabei entwässert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen von hohlen Formlingen, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Rest an Tonschlicker wieder entleert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entleeren des flüssigen Restes an Tonschlicker die in der Druckform verbleibende Tonschicht mit Preßluft unter hohem Druck - größer 100 bar - nachgepreßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum leichteren Entformen des Formlings (6) und/oder zum Entwässern der Form (1, ... 5) und/oder zum Entleeren des flüssigen Restes an Tonschlicker Preßluft verwendet wird.

5. Druckform zum Herstellen von relativ dünnwandigen, massiven oder hohlen Formlingen (6) aus Ton gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch

• - ein druckfestes Gehäuse (2),
• - eine druckfeste Filterschicht (5), die ein Negativ des Formlings (6) bildet,
• - eine Abstützung (4) zwischen Filterschicht (5) und Gehäuse (2) mit Hohlräumen zum Ableiten des durch die Filterschicht (5) hindurchgepreßten Wassers,
• - einen Einfüllstutzen (7) für den flüssigen Tonschlicker,
• - einen Anschlußstutzen (8) für Preßluft zum Entleeren des flüssigen Restes an Tonschlicker
• - und wenigstens eine Öffnung (9) im Gehäuse (2).

6. Druckform nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

• - wenigstens zwei Teile (2.1, 2.2).

7. Druckform nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch

• - wenigstens einen Spant (1), der um das Gehäuse (2) herumgelegt ist.

8. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch

• - eine porös gebrannte Keramik als Filterschicht (5).

9. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch

• - eine mittels Kunstharz gebundene Kiesschüttung als Abstützung (4) zwischen Gehäuse (2) und Filterschicht (5).

10. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch

• - Preßluftanschluß an die Öffnungen (9) im Gehäuse (2).

11. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch

• - eine Membran zum Trennen von Schlicker und Druckmedium.

12. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch

• - wenig poröse bis unporöse Formeinlagen (12), die Teile der Filterschicht (5) abdecken.

13. Druckform nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch

• - Bereiche unterschiedlich starker Porosität der Filterschicht (5).

14. Druckform nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch

• - Bereiche unterschiedlicher Stärke der Filterschicht (5).