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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum isostatischen Pressen steilwandiger Gegenstände aus keramischem Granulat, bei dem ein zwischen einem Unterstempel und einem Oberstempel eines Preßwerkzeugs gebildeter Füllraum mit Granulat gefüllt wird und das Granulat mit Hilfe einer an dem Unterstempel angeordneten, mit einem Preßdruck beaufschlagten elastischen Membran verdichtet wird derart, daß es einen gepreßten Gegenstand bildet, der an der Wand des Oberstempels anliegt, und der gepreßte Gegenstand nach dem Öffnen des Preßwerkzeugs aus dem Preßwerkzeug entnommen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Preßwerkzeug zum isostatischen Pressen steilwandiger Gegenstände aus keramischem Granulat, mit einem Oberstempel und einem eine elastische Membran aufweisenden Unterstempel, wobei der Oberstempel und der Unterstempel im geschlossenen Zustand des Preßwerkzeugs zwischen sich einen Füllraum bilden, in welchem die Membran, wenn sie mit einem Preßdruck beaufschlagt wird, das in den Füllraum gefüllte Granulat derart verdichtet, daß es einen gepreßten Gegenstand bildet, der an der Wand des Oberstempels anliegt. Ein solches Verfahren bzw. ein solches Preßwerkzeug sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise in
WO 95/20474 beschrieben.
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Es hat sich gezeigt, daß sich der gepreßte Gegenstand unmittelbar nach dem Abbau des die Membran beaufschlagenden Preßdrucks innerhalb kürzester Zeit geringfügig in alle Richtungen ausdehnt. Da der gepreßten an der Wand des Oberstempels anliegt, steht ihm der zum Ausdehnen erforderliche Platz üblicherweise dort zur Verfügung, wo die nicht mehr druckbelastete Membran sich bereits von dem gepreßten Gegenstand abgelöst hat und in Richtung Unterstempel ausweichen kann.
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Bei der Herstellung von stark konturierten, steilwandigen, beispielsweise topf- oder schüsselförmigen Gegenständen, insbesondere aber bei der Herstellung von doppelsteilwandigen Gegenständen, wie beispielsweise Waschbecken, besteht jedoch das Problem, daß dem gepreßte Gegenstand nicht genügend Platz zum Ausdehnen zur Verfügung steht. So wird beispielsweise der Gegenstand einerseits noch zumindest teilweise an der Wand des Oberstempels des Preßwerkzeugs anliegen, während andererseits die auf der gegenüberliegenden Seite des gepreßten Gegenstandes angeordnete Membran der Ausdehnung des Gegenstandes nicht nachgeben kann, da sie wegen der doppelsteilwandigen, ineinanderragenden Konturen der zusammenwirkenden Stempel keinen oder nur einen begrenzten Ausweichraum vorfindet. Da dem gepreßten Gegenstand dann der Platz zum Ausdehnen fehlt, bilden sich durch das Ausdehnen im Inneren des Gegenstandes Spannungen. Es kommt zu Störungen in der Struktur des Gegenstandes sowie zu Rißbildungen und zu einem vergleichsweise hohen Anteil an Ausschußware.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und eine verbesserte Herstellungstechnologie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. ein Preßwerkzeug nach Anspruch 7 gelöst. Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Preßwerkzeug und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der gepreßte Gegenstand während des Öffnens des Preßwerkzeugs mit Hilfe eines mechanischen Ausstoßers wenigstens von Teilen des Oberstempels abgehoben wird. Entsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Preßwerkzeug dadurch aus, daß es einen mechanischen Ausstoßer umfaßt, der dazu ausgebildet ist, während des Öffnens des Preßwerkzeugs den gepreßten Gegenstand wenigstens von Teilen des Oberstempels abzuheben.
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Das Preßwerkzeug umfaßt dabei zwei zusammenwirkende Werkzeugteile, für welche hier die Begriffe Unterstempel und Oberstempel verwendet werden. Dabei wird als Unterstempel dasjenige Werkzeugteil bezeichnet, an dem die mit einem Preßdruck beaufschlagbare elastische Membran angeordnet ist, die das in den Füllraum zwischen den beiden Werkzeugteilen eingefüllte Granulat bei dem Anlegen des Preßdrucks in Richtung des anderen Werkzeugteils, des Oberstempels, einseitig verdichtet.
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Eine Kernidee der Erfindung ist es, das Preßwerkzeug mit einem mechanischen Ausstoßer zu versehen derart, daß der gepreßte Gegenstand während des nach dem Druckabbau stattfindenden Ausdehnprozesses aus der Kontur des Oberstempels zumindest so weit herausgeschoben wird, daß er sich zumindest in einer Richtung frei ausdehnen kann. Unter anderem wird durch das Abheben des gepreßten Gegenstandes zumindest von Teilen des Oberstempels ein Ausdehnen des gepreßten Gegenstandes auch in Richtung der Wand des Oberstempels ermöglicht, von dem der Gegenstand mit Hilfe des Ausstoßers zuvor entfernt wurde. Da somit stets ausreichend Platz zum Ausdehnen des gepreßten Gegenstandes geschaffen ist, wird die Bildung von unerwünschten Spannungsrissen oder dergleichen vermieden und dadurch die Anzahl der Ausschußteile verringert.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Besonders bei doppelsteilwandigen Gegenständen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Ausstoßer in einer Art und Weise ausgebildet ist, daß der gepreßte Gegenstand derart aus dem Werkzeugteil herausgedrückt wird, daß er zumindest teilweise von den steilwandigen Abschnitten des Oberstempels abgehoben wird und somit an diesen Stellen einen ausreichenden Abstand zur Wand des Oberstempels hat. Vorteilhafterweise ist der Abstand zur Wand des Oberstempels in diesen Bereichen so groß, daß die Außenseite des gepreßten Gegenstandes nach dem Ausdehnprozeß die Wand des Oberstempels nicht berührt. Anders ausgedrückt wird der Gegenstand vorzugsweise so weit aus der Wandung herausgedrückt, daß er nicht mehr daran festhält.
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Das Abheben des gepreßten Gegenstandes von dem Oberstempel wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch verwirklicht, daß der Oberstempel mehrteilig ausgebildet ist, wobei der als Ausstoßer dienende, vorzugsweise nicht oder nur teilweise steilwandige Teil des Oberstempels relativ zu dem, vorzugsweise alle oder die wesentlichen steilwandigen Abschnitte umfassenden, verbleibenden Teil des Oberstempels bewegbar. Dadurch, daß der Ausstoßer ein integraler Bestandteil eines Werkzeugteils ist, sind keine zusätzlichen Ausstoßerelemente notwendig und es entfallen konstruktiv aufwendige Modifikationen am Preßwerkzeug.
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Als ganz besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der das Abheben des gepreßten Gegenstandes von dem Oberstempel synchron mit dem Öffnen des Preßwerkzeugs erfolgt. Durch das gleichzeitige Ausstoßen und Öffnen des Preßwerkzeugs wird ein unbeabsichtigtes und/oder zu schnelles Ausstoßen des gepreßten Gegenstandes verhindert. Ein synchrones Ausstoßen ist besonders für vergleichsweise dünnwandige Gegenstände von Vorteil, da hierdurch die Gefahr einer unbeabsichtigten Beschädigung der gepreßten Gegenstände weitestgehend ausgeschlossen wird.
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Das Preßwerkzeug wird vorteilhafterweise geöffnet, sobald der Abbau des die Membran beaufschlagenden Preßdrucks beginnt. Anders ausgedrückt bewegt sich der Ausstoßer, sobald sich die Preßmembran von dem gepreßten Gegenstand abzulösen beginnt. Dies ist bei dem Öffnen des Preßwerkzeugs der Fall.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Preßwerkzeug dadurch geöffnet, daß der Unterstempel von dem Oberstempel wegbewegt wird. Somit kann der den Ausstoßer nicht umfassende Teil des Oberstempels unbewegt in seiner Position verbleiben und für das Bewegen des Unterstempels ist eine vergleichsweise einfache, herkömmliche Verfahrmechanik ausreichend.
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Erfolgt das Öffnen des Preßwerkzeugs durch das wegbewegen des Unterstempels, so vollführen Ausstoßer und Unterstempel während des Öffnens des Preßwerkzeugs vorzugsweise eine gekoppelte Bewegung. Diese kann auf besonders einfache Weise durch eine mechanische Verbindung von Ausstoßer und Unterstempel verwirklicht werden.
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Um ein zu schnelles Ausstoßen des gepreßten Gegenstandes sicher zu vermeiden, ist daher in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Preßwerkzeug mit einem mechanischen Sperrelement versehen, welches ein zu frühes Ausfahren des Ausstoßers vor dem Öffnen des Preßwerkzeugs verhindert. In einer konstruktiv besonders einfachen und dennoch sehr sicher und zuverlässig arbeitenden Variante bildet das Sperrelement mit dem Ausstoßer eine Bewegungseinheit und stützt sich während des Öffnens des Preßwerkzeugs an dem Unterstempel ab. Vorzugsweise ist das Sperrelement mit dem Ausstoßer fest verbunden und liegt an der Oberseite des Unterstempels an.
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Während bei einer Variante ohne ein Sperrelement der Ausstoßer auch bei noch geschlossenem Preßwerkzeug betätigt werden kann, beispielsweise beginnend mit dem Abbau des Preßdrucks, den Freiraum nutzend, den die sich dann von dem gepreßten Gegenstand ablösende Membran hinterläßt, wird durch die Verwendung des Sperrelements, das ein Betätigen des Ausstoßers erst mit dem Öffnen des Preßwerkzeugs erlaubt, sichergestellt, daß der Preßdruck derart abgebaut ist, daß die Membran an keiner Stelle mehr an dem gepreßten Gegenstand anliegt. Insbesondere wird dadurch bei einer hydraulischen Beaufschlagung der Preßmembran vermieden, daß Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Öl, welche sich noch hinter der Membran befindet, ein Ablösen der Membran von dem gepreßten Gegenstand verhindert oder erschwert. Anders ausgedrückt wird durch das Öffnen des Preßwerkzeugs sichergestellt, daß der durch den Ausstoßer aus dem Oberstempel herausgedrückte Gegenstand bei seiner Bewegung in Richtung Unterstempel auf keinen Widerstand stößt, der zu einer Beschädigung des gepreßten Gegenstandes führen könnte.
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Im Ergebnis wird durch das Öffnen des Preßwerkzeugs eine ungehinderte Ausdehnung des gepreßten Gegenstandes in Richtung Membran bzw. Unterstempel und durch das Ausstoßen des Gegenstandes zugleich eine ungehinderte Ausdehnung in Richtung Oberstempel, zumindest im Bereich der steilwandigen Abschnitte, sichergestellt. Damit ist sichergestellt, daß sich der Gegenstand immer wenigstens in eine Richtung frei ausdehnen kann.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 bis 4 Schnittdarstellungen eines ersten Preßwerkzeugs zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Preßvorgangs,
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5 bis 8 Schnittdarstellungen eines zweiten Preßwerkzeugs zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Preßvorgangs.
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Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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In den Figuren abgebildet ist ein Preßwerkzeug 1 zum isostatischen Pressen steilwandiger Gegenstände aus keramischem Granulat 2. Bei dem im Beispiel dargestellten Gegenstand 3 handelt es sich um einen dünnwandigen, doppelsteilwandigen Gegenstand, hier ein Waschbecken. Dünnwandig bedeutet dabei, daß die durchschnittliche Wandstärke des Gegenstandes weniger als 5 Prozent der Ausdehnung (Länge und/oder Breite) des Gegenstandes beträgt.
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In dem hier abgebildeten Beispiel beträgt die Breite des Waschbeckens etwa 500 mm und die durchschnittliche Wandstärke etwa 7 mm.
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Das Preßwerkzeug 1 umfaßt einen als Festteil ausgebildeten Oberstempel 4 und einen bewegbaren Unterstempel 5, an der eine elastische Membran 6 befestigt ist. Die einzelnen Werkzeugteile 4, 5 sind auf Trägern 7, 8 angebracht. Zum Betrieb sind eine Einschießvorrichtung 9 für das Granulat 2, Leitungen 11 zum Befüllen des sich zwischen der Wand 12 des Unterstempels 5 und der Preßmembran 6 ausbildenden Druckraums 13 mit einem hydraulischen Fluid usw. vorgesehen. Auf den Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Preßwerkzeugs 1 soll nachfolgend nicht weiter eingegangen werden, da diese dem Fachmann bekannt sind.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 4 illustriert.
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In 1 ist das geschlossene Preßwerkzeug 1 dargestellt. Das keramische Granulat 2 wird in den Füllraum 14 eingefüllt, der einerseits von der Wand 15 des Oberstempels 4 und andererseits von der Preßmembran 6 begrenzt wird.
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2 zeigt die Situation während des Preßvorgangs. Der Druckraum 13 zwischen der Wand 12 des Unterstempels 5 und der Membran 6 ist mit einem unter Druck stehendem Fluid gefüllt, so daß die Membran 6 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt ist und das Granulat 2 einseitig verdichtet. Dadurch wird ein an der Wand 15 des Oberstempels 4 anliegender Gegenstand 3 gebildet. Bei dem hydraulischen Fluid handelt es sich beispielsweise Öl, das mit einem Druck von 300 bar eine Verdichtung des Granulats 2 bewirkt.
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Ein Teil des Oberstempels 4, nämlich der lediglich die innenliegenden steilwandigen Bereiche 17 aufweisende Mittelteil, dient erfindungsgemäß als Ausstoßer 18. Die Betätigung des Ausstoßers 18 kann durch verschiedenartige Verfahrmechaniken 21 erfolgen. In dem hier abgebildeten Beispiel ist der Ausstoßer 18 über ein Verbindungselement 19 mit einer hydraulischen Verfahrmechanik 21 verbunden, die ein Verfahren des Ausstoßers 18 relativ zu dem feststehenden weiteren Teil 22 des Oberstempels 4 ermöglicht, welcher die äußeren steilwandige Abschnitte 23 aufweist. Diese Verfahrmechanik 21 umfaßt mehrere Hydraulikzylinder 24, die in dem Träger 7 des Oberstempels 4 paarweise angeordnet sind.
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Der Ausstoßer 18 ist über ein Joch 25 mit einem seitlich außerhalb des eigentlichen Oberstempels 4 in einer Führung 27 des Preßwerkzeugs 1 vorgesehenen, als Bolzen ausgeführten Sperrelement 28 verbunden. Die Stirnfläche 29 des Sperrelements 28 liegt bei geschlossenem Preßwerkzeug 1 an der Oberseite 31 des Unterstempels 5, genauer gesagt an einem zur Befestigung der Membran 6 ausgebildeten Klemmring 32 des Unterstempels 5 an. Wird das Preßwerkzeug 1 geschlossen, wird über das Sperrelement 28 der Ausstoßer 18 in seine in den 1 und 2 dargestellte Ausgangsposition bewegt, in der er, zusammen mit dem anderen Teil 22 des Oberstempels 4, die gewünschte Stempelkontur zur Herstellung des Gegenstandes 3 bildet. Das Joch ist in einer Quernut 26 an der Rückseite des Trägers 7 des Oberstempels 4 verfahrbar angeordnet. In den 1 bis 4 ist zur Sichtbarmachung des Jochs 25 ein Teil des Trägers 7 des Oberstempels 5 nicht abgebildet.
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Das Öffnen des Preßwerkzeugs 1, hier verwirklicht durch ein Wegbewegen des Unterstempels 5 von dem Oberstempel 4 mittels einer an sich bekannten, hier nicht näher beschriebenen Mechanik, erfolgt, sobald der Abbau des die Membran 6 beaufschlagenden Preßdrucks beginnt, das hydraulische Fluid also nicht mehr an der Membran 6 anliegt und sich die Membran 6 von der Oberfläche des gepreßten Gegenstandes 3 abzulösen beginnt. Sobald sich das Preßwerkzeug 1 öffnet, und damit zeitgleich mit der geringfügigen Ausdehnung des gepreßten Gegenstandes 3 aufgrund des Wegfalls des Preßdrucks, hebt der hydraulisch betätigte Ausstoßer 18 den gepreßten Gegenstand 3 von den feststehenden, die äußeren steilwandigen Abschnitten 23 aufweisenden Teil 22 des Oberstempels ab und bewegt ihn in Ausstoßrichtung 33 auf den Unterstempel 5 zu, wobei sich bei dem Öffnen des Preßwerkzeugs 1 der Ausstoßer 18 über das Sperrelement 28 an dem Unterstempel 5 abstützt. Durch dieses Abheben des Gegenstandes 3 von Teilen des Oberstempels 4 ist sichergestellt, daß sich der Gegenstand 3 immer wenigstens in eine Richtung frei ausdehnen kann. Die Dehnung des gepreßten Gegenstandes 3 nach Wegfall des Preßdrucks ist in 3 schematisch durch Pfeil 34 symbolisiert.
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Ist das Preßwerkzeug 1 noch nicht geöffnet, sperrt der Unterstempel 5 eine Bewegung des Sperrelements 28 und damit eine Bewegung des Ausstoßers 18 in Ausstoßrichtung 33. Die Ausstoßbewegung wird mit anderen Worten auch dann noch nicht vollzogen, wenn an dem Ausstoßer 18 das unter Druck stehende hydraulische Fluid anliegt. Erst ein Öffnen des Preßwerkzeugs 1 hebt die mechanische Sperre auf und der gepreßte Gegenstand 3 wird mit Hilfe des Ausstoßers 18 von den äußeren steilwandigen Bereichen 23 des Oberstempels 4 abgehoben, indem sich der Ausstoßer 18 relativ zu dem verbleibenden Teil 22 des Oberstempels 4 bewegt. Das Abheben des gepreßten Gegenstandes 3 erfolgt somit synchron mit dem Öffnen des Preßwerkzeugs 1.
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In 3 hat der Ausstoßer 18 bereits seine vollständig ausgefahrene Endposition erreicht und der Unterstempel 5 hat sich darüber hinaus bereits so weit von dem Oberstempel 4 entfernt, daß das Sperrelement 28 nicht mehr an der Oberseite 31 des Unterstempels 5 anliegt. Anschließend wird, wie in 4 dargestellt, der gepreßte Gegenstand 3 mit Hilfe eines Saugnapfes 35 erfaßt, von dem Ausstoßer 18 abgehoben und aus dem Preßwerkzeug 1 in Entnahmerichtung 36 entfernt.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den 5 bis 8 abgebildet. Die Figuren stellen die Prozeßschritte dar, wie sie bereits in den 1 bis 4 illustriert sind. Bei dem hergestellten Gegenstand 3 handelt es sich ebenfalls um ein Waschbecken.
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Von dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die später sichtbare Außenseite 37 des Gegenstandes 3 an der Wand 15 des Oberstempels 4 anliegt, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die später sichtbare Außenseite 37 des Gegenstandes 3 an dem Unterstempel 5 anliegt, genauer gesagt, an der elastischen Membran 6 des Unterstempels 5.
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Darüber hinaus kommt eine andere Verfahrmechanik 21 zum Einsatz. Der Ausstoßer 18, der hier als derjenige Teil des Oberstempels 4 ausgeführt ist, der keine steilwandigen Abschnitte 17, 23 aufweist, wird in der abgewandelten Ausführungsvariante durch sich in dem Oberteil 4 abstützende Federelemente 38, welche die Verfahrmechanik 21 bilden, in Ausstoßrichtung 33 geschoben, sobald das Preßwerkzeug 1 geöffnet wird. Während des Schließens des Preßwerkzeugs 1 werden die Federelemente 38 komprimiert. Durch das Öffnen des Preßwerkzeugs 1 kommt es über das Sperrelement 28 automatisch zum Ausdrücken des federbelasteten Ausstoßers 18. Der feststehende Teil 22 des Oberstempels 4 weist die beiden steilwandigen Bereiche 17, 23 auf.
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Davon abgesehen entspricht der grudsätzliche Aufbau des Preßwerkzeugs 1 dem Aufbau der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln. als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Preßwerkzeug
- 2
- Granulat
- 3
- Gegenstand
- 4
- Oberstempel
- 5
- Unterstempel
- 6
- Membran
- 7
- Träger des Oberstempels
- 8
- Träger des Unterstempels
- 9
- Einschießvorrichtung
- 10
- (frei)
- 11
- Fluidleitung
- 12
- Wand des Unterstempels
- 13
- Druckraum
- 14
- Füllraum
- 15
- Wand des Oberstempels
- 16
- (frei)
- 17
- innerer steilwandiger Bereich
- 18
- beweglicher Teil des Oberstempels, Ausstoßer
- 19
- Verbindungselement
- 20
- (frei)
- 21
- Verfahrmechanik
- 22
- feststehender Teil des Oberstempels
- 23
- äußerer steilwandiger Bereich
- 24
- Hydraulikzylinder
- 25
- Joch
- 26
- Quernut
- 27
- Führung
- 28
- Sperrelement
- 29
- Stirnfläche
- 30
- (frei)
- 31
- Oberseite des Unterstempels
- 32
- Membranklemmring
- 33
- Ausstoßrichtung
- 34
- Dehnungsrichtung
- 35
- Saugnapf
- 36
- Entnahmerichtung
- 37
- Außenseite des Gegenstandes
- 38
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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