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Preßform zum herstellen grobkeramischer Erzeugnisse und Verfahren
zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Preßform zum Herstellen
grobkeramischer Erzeugnisse mit einer wasseraufnehmenden, porösen Schicht, die eine
profilierte Preßfläche aufweist und aus einem feinkörnigen, wasserunlöslichen Material
besteht, dessen Teilchen durch ein ebenfalls wasserunlösliches, die Zwischenräume
zwischen den Teilchen des wasserunlöslichen Materials nicht gänzlich ausfüllendes
Bindemittel zu einem Poren aufweisenden, stabilen Gerüst verbunden sind.
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Es sind derartige Preßformen bereits vorgeschlagen und insbesondere
zur Ziegelherstellung bestimrzlt. 13ei Vcrsuchen mit; solchen Preßformen hat sich
gezeigt, dllrr sie an den erhabenen Stellen einen unverhältnismäßig großen Verschleiß
erfährt. Dies liegt daran, daß das Material dieser Formen, dio aus einem trockenen,
mit dem ebenfalls im wesentlichen trockenen Bindemittel durchsetzten Pulver gepreßt
werden, an den erhabenen Stellen weniger dicht sind, weil das als Ausgangsmaterial
verwendete Pulver nur wenig fließfähig ist und daher der Preßdruck vornchmlich an
den Stellen aufgebaut wird, an denen das Profil nach innen zurückspringt und die
Materialschicht vJesentlich dünner ist als an den vorspringenden Stellen.
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Es ist praktisch unmöglich, die Form miteinem der Profilfläche angepaßten
Stempel zu pressen und das Material so in der Form zu verteilen, daß sich ein gleichmäßiger
Preßdruck ergibt. Außerdem soll die Poren form eine der Profilfläche gegenüberliegende
ebene-Fläche haben, damit sie leicht zur Herstellung -der grobkeramischen Erzeugnisse
an dem Stempel einer Presse befestigt werden kann Es ist bereits vorgeschlagen worden,
beim herstellen der Preßform zwischen den dazu verwendeten Pressenstempel und das
die Form bildende Material eine elastische Zwischenlage einzulegen, die den Druck
gleichmäßiger auf die Formmasse verteilt, jedoch ist diese Maßnahme nicht ausrcichend
und verlangt das Pressen der Form in mehreren Arbeitsgängen, bei denen jeweils neues
Formmaterial schichtweise in die Presse eingebracht wird, damit sich
das
Material an der dem Pressenstempel zugewandten Seite zunehmend einebnet und schließlich
eine ebene Aufspannfläche erzielt wird. Die Anwendung mehrerer Arbeitsgänge führt
zu einer bedeutenden Erhöhung der herstellungskosten, holme daß die angestrebte,
vollständige Homogenität des Formmaterials gänzlich erreicht wird. Außerdem besteht
die Gefahr, daß sich die Preßform an den Grenzflachen zwischen den einzelnen, nacheinander
gepreßten Schichten spaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der vorgeschlagenen
Preßformen zu vermeiden und eine Preßform zu schaffen, die die gewünschte Homogenität
aufweist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich an
die poröse Schicht auf der der PreRfläche gegenüberliegenden Seite eine weitere,
ebenfalls aus einem feinkörnigen, wasserunlöslichen Material und einem wasserunlöslichen
Bindemittel bestehende &usgleichsschicht änschließt, in der jedoch das Bindcmittel
die Teilchen des feinkörnigen Materials vollständig umschließt.
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Der hohe Anteil an Bindemittel in der nach der Erfindung vorgesehenen
Ausgleichsschicht bewirkt, daß das Material dieser Schicht beim Herstellen der Preßform
fließt und dadurch den Druck des ebenen Pressenstempels vollständig gleichmäßig
auf die sich unter der Ausgleichsschicht befindende poröse Schicht überträgt.
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Auf diese Weise wird eine ausgezeichnete Homogenität
der
porösen Schicht erzielt und das Material der porösen Schicht auch an den erhabenen
Stellen des Profils in der gewünschten Weise verdichtet, so daß der Verschleiß an
diesen Stellen bedeutend vermindert ist. Da die poröse Schicht und die Ausgleichsschicht
in einem Arbeitsgang hergestellt werden, gehen die beiden Schichten stoßfrei ineinander
über und es ergibt sich eine innige Verbindung, die ein Aufspalten der Form an dieser
Stelle unmöglich macht. Außerdem hat die Ausgleichsschicht wegen des höheren Bindemittelanteiles
eine erhöhte Festigkeit, so daß sie sie poröse Schicht abstützt und verstärkt, wodurch
die Dicke der erfindungsgemäßen Preßform vermindert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die der porösen Schicht
abgewandte Fläche der Ausgleichsschicht von einer Sperrschicht abgedeckt sein, die
wieder aus einem feinkörnigen Material mit einem so gerigen Anteil eines wasserunlöslichen
Bindemittels besteht, daß die Zwischenräume zwischen den Teilen des feinkörnigen
Materials nicht gänzlich mit dem Bindemittel ausgefüllt sind. Dieses Material fließt
daher beim Pressen ebensowenig vri.e das Material der profilierten Schicht, wodurch
verhindert wird, daß beim Pressen das Material der verflüssigten Ausgleichsschicht
an dem Pressenstempel vorbeiquillt, ohne daß für einen dichten Abschluß des Pressenstempels
gegenäber einem das Material der Schichten beim Pressen aufnehmenden Rahmen Sorge
getragen werden muß.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das in
der porösen Schicht und vorzugsweise auch in den anderen beiden Schichten enthaltene
feinkörnige Material aus Siliziumcarbid mit einer Korngröße zwischen 2 und 2O0m.
Siliziumcarbid hat eine besonders hohe Abriebfestigkeit, während die angegebene
Korngröße zu einer optimalen Porosität der Schichten führt. Während die Korngröße
des feinkörnigen Materials, das in der Ausgleichsschicht enthalten ist, nicht besonders
kritisch ist und auch relativ grobes Material verwendet werden ktmn, ist für die
poröse, profilierte Schicht die Verwendung von Siliziumcarbid mit einer Korngröße
zwischen 2 und 10 µm besonders vorteilhaft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Hauptanteil des in der porösen, profilicrten Schicht enthaltenen
Siliziumcarbids eine Korngröße von etwa 4rm auf.
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Der Bindemittelanteil in der profilierten Schicht und der Sperrschicht
beträgt vorzugsweise etwa 20 Gew.°,o, wogegen die Ausgleichsschicht etwa 30 Gew.%
Bindemittel enthalten kann. Für die poröse Schicht hat sich als Bindemittel Epoxydharz
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenngleich auch beispielsweise ein Polyurethanharz
oder sogar ein Uhermoplast Verwendung finden kann.
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In der Ausgleichsschicht muß, damit sie verflüssigbar ist, ein schmelzbares
Bindemittel enthalten sein, beispielsweise ein schmelzbarer Duroplast wie Epikote
1001 oder ein Dhermoplast wie Polyamid.
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Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung einer Preßform,
wie sie vorstehend beschrieben worden ist, zum GegenstandO Nach diesem Verfahren
wird ein feinkörniges, wasserun#ösliches Material, insbesondere ein Eiineralpulver
wie das oben angegebene Siliziuncarbid, mit einem in flüssiger Form vorliegenden
Harz als Bindemittel vermischt. Das Harz wird dann in dem Pulver bis zur Benetzung
dispergiert. Anschließend wird das Harz in einen festen, aber wieder verflüssigbaren
Zustand überführt. Bei Verwendung einer flüssigen LIischung von Duroplast und härter
als Bindemittel wird das Harz nach dem Dispergieren in dem feinkörnigen Material
zunächst in einen noch schmelzbaren Zustand ausgehärtet. Wird dagegen als Harz ein
Thermoplast verwendet, so erfolgt das Mischen und Dispergieren des Harzes in einer
Inertgasatmosphäre oder unter Vakuum oberhalb der Schmelztemperatur des Harzes und
es nimmt das Harz nach dem Abkühlen von selbst eine feste Form an. Das nach dem
Dispergieren des Harzes in dem Mineralpulver und dem Verfestigen des Harzes entstandene
Produkt wird gegebenenfalls gemahlen und es wird dann das so gewonnene, lagerfähige
Pulver bei Bedarf unter Wärmeeinviirkung -in mindestens zwei Schichten mit verschiedenem
Ilarzanteil gleichzeitig in die 6ev.ünschte Form gepreßt. Die dabei angewendete
Temperatur ist ausreichend, um die Ausgleichsschicht vorübergehend zu verflüssigen,
damit sie im flüssigen Zustand den Druckausgleich zwischen dem zum Pressen verwendeten
Stempel und der porösen Masse herstellen kann. Bei Verwendung eines Duroplast als
Bindemittel wird beim Pressen der Form das harz in einen unschmelzbaren Zustand
aus
gehärtet, wogegen ein Thermoplast sich wieder nach dem Abkühlen von selbst verfestigt.
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Die Erfindung soll sich auch auf die nach don vorstehend beschriebenen
Verfahren hergestellten, aus einen Mineralpulvcr und einem darin dispergierten,
verfestigten Bindemittel bestehenden Zwischenprodukte erstrecken.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung
und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Form Anwendung finden.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Preßform nach der Erfindung und Fig.
2 eineil schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Preßform nach der Erfindung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die in i4'ig. 1 dargestellte Preßform 1 dient zur IIerstellung von
Dachziegeln und weist eine profilierte Flache 2 auf, deren Gcstllt talt der Negativform
einer Ziegelseite entspricht. Dic Oberflache 2 bildet die Außenseite einer porösen
Schicht 3, die aus Siliziumcarbid mit einer Korngröße zviisciien 2 und zum m und
einen Epoxydharz als Bindemittel besteht. Der Hauptanteil des Siliziumcarbids
hat
eine Korngröße von etwa 4 µm. Der Anteil des Epoxydharzes beträgt etwa 20 Gew.%.
Das Epoxydharz ist in dem vom Siliziumcarbid gebildeten Mineralpulver fein dispergiert.
Der Anteil von 20 Gew.% ist nicht ausreichend, um die Zwischenräume zwischen den
Siliziumcarbidteilchen gänzlich auszufüllen, so daß diese mit Hilfe des Epoxydharzes
miteinander verbundenen Teilchen ein stabiles, Poren aufweisendes Gerüst bilden,
das das beim Pressen von Ziegeln aus der Tonmasse austretende Wasser aufnehmen kann.
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An die poröse Schicht 3 schließt sich aine Ausgleichsschicht 4 an,
die wieder aus einer ttischung von Mineralpulver und Bindemittel besteht. Als Mineralpulver
dient wieder Siliziumcarbid, jedoch ist die Körnung nicht kritisch und liegt zwischen
etwa 2 und 200 µm. Das Mineralpulver kann selbst noch gröbere Teilchen enthalten.
Diesem Mineralpulver ist als Bindemittel ein vorgehärteter, aber noch schmelzbarer
Duroplast beigemengt, beispielsweise Epikote 1001. Hierbei handolt es sich um ein
Äthoxylinharz mit einem Schmelzpunkt von etwa 80°C.
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Der Anteil des Bindemittels beträgt 30 Gew.%. Diese Menge ist ausreichend,
um alle Poren zwischen den Teilchen des Mineralpulvers gänzlich auszufüllen, so
daß das Mineralpulver in das Bindemittel eingebettet ist.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, folgt der uebergang 5 zwischen der porösen
Schicht 3 und der Ausgleichsschicht 4 im wesentlichen der Kontur der Außenfläche
2 der porösen Schicht 3, wogegen die gegenüberliegende Seite 6 der Ausgleichsschicht
4 eben ist. Die ebene Seite 6 der Ausgleichsschicht 4 ist mit einer Sperrschicht
7 abgedeckt,
die aus dem gleichen Material besteht wie die poröse
Schicht 3. Die Außenseite 8 dieser Schicht ist ebenfalls eben, so daß die Form 1
in nicht näher dargestellter Weise an dem strichpunktiert angedeuteten Stempel 9
einer Presse befestigt werden kann, die zum Herstellen der Ziegel dient.
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Preßform wird zunächst ein
pulverförmiges Zwischenprodukt hergestellt, indem das Mineralpulver, also beispielsweise
Siliziumcarbid mit der für eine bestimmte Schicht benötigten Körnung, mit dem für
diese Schicht benötigten Anteil eines in flüssiger Form vorliegenden Bindemittels
innig vermischt und dann das Bindemittel in dem Pulver bis zur Benetzung dispergiert
wirdj Bei dem Bindemittel handelt es sich entweder um eine flüssige Mischung von
Harz und Härter, insbesondere einem Epoxydharz, oder um einen Thermoplast, -wie
beispielsweise ein Polyamid. Für die poröse Schicht wird ein Duroplast und insbesondere
ein Epoxydharz bevorzugt, wogegen für die Aussleichsschicht auch ein Thermoplast
Verwendung finden kann.
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Wenn ein Thermoplast Verwendung findet, muß das Mischen und Dispergieren
unter Sauerstoffausschluß, also entweder in einer Inertgasatmosphäre oder aber unter
Vakuum, bei einer Temperatur erfolgen, bei der der Thermoplast schmilzt. Nach dem
Dispergieren des Bindemittels in dem I,Iineralpulver wird entweder der Duroplast
unter Wärmeeinwirkung oder bei Raumtemperatur so weit ausgehärtet, daß er trocken,
aber noch schmelzbar ist (Zustand B).
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Ein Thermoplast wird dagegen beim Erkalten von selbst hart. Die das
feote Bindemittel enthaltende Masse, die
aus größeren, zusammengebackenen
Teilchen besteht, wird dann zu einem Pulver vermahlen.
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Die weitere Verarbeitung der so erhaltenen Pulver zur erfindungsgemäßen
Preßform erfolgt mit Hilfe einer Vorrichtung, die in Fig. 2 schematisch dargestellt
ist.
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Diese Vorrichtung umfaßt eine Grundplatte 11, die mit einem der Positivform
des herzustellenden Gegenstandes, in diesem Falle also eines Dachziegels, entsprechenden
Profil 12 versehen ist, und einen das die Positivform bildende Profil 12 umgebenden
Rahmen 13. Der Rahmen ist auf den über das Profil 12 hinausstehenden Randabschnitt
14 der Platte 11 aufgesetzt und bildet zusammen mit der Grundplatte einen Formkasten.
Die Grundplatte 11 ist in nicht näher dargestellter Weise auf dem Tisch 15 einer
Presse befestigt, beispielsweise mit Hilfe von an dem überstehenden Rand 14 angreifenden
Pratzen, wogegen der Rahmen 13 lose auf dem Rand 14 der Grundplatte 11 aufsitzen
kann. Die Grundplatte 11 ist mit dem Rahmen 13 auf dem Pressentisch 15 derart ausgerichtet,
daß der Formkasten einem Pressenstempel 16 gegenübersteht, der mit geringem Spiel
in den Rahmen 13 des Formkantens hineinpaßt und dazu dient, in dem Formkasten das
in der oben beschriebenen Weise hergestellte Pulver durch Pressen zu der gevJünschten
Preßform zu verdichten. Der Stempel 16 ist mit nicht näher dargestellten Kanälen
versehen, mit denen Anschlußstutzen 17 für Leitungen 18 verbunden sind, die der
Zufuhr von Heiz- und/oder Kühlmitteln, insbesondere von Dampf und Vasser, zum Heizen
und Kühlen des Pressenstempels dienen Auch der Pressentisch 15 weist Kanäle 19 auf,
durch die lIeiz- und/oder Kühlmittel hindurchleitbar sind und die in nicht näher
dargestellter Weise mit entsprechenden Leitungen verbunden sind.
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Beim Herstellen von Preßformen mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig.
2 wird in den von der Grundplatte 12 und dem Rahmen 13 gebildeten Formkasten zunächst
eine Schicht 21 aus dem beschriebenen Pulver eingefüllt, das die für die poröse
Schicht 3 der herzustellenden Preßform geeignete Zusammensetzung hat. Auf die eingeebnete
Oberflüche 22 dieser Schicht wird das Material 23 mit der für die Ausgleichsschicht
4 gewünschten Zusammensetzung aufgeschüttet, deren Oberfläche 24 mit einer dritten
Schicht 25 aus einem Pulver abgedeckt ist, das die gleiche Zusammensetzung hat wie
das Pulver der unteren Schicht 21. Dann wird mit hilfe des Pressenstempels 16 unter
gleichzeitigem Beheizen des -Stempels und des Pressentisches 15 auf die sich in
dem Forinlcasten 11, 13 befindenden Pulverschichten ein Druck ausgeübt, durch den
diese Schichten in hohem Maße verdichtet werden. Zugleich wird das in diesen Schichten
als Bindemittel enthaltene Harz geschmolzen, so daß die tlineralpulverteilchen von
dem Bindemittel fest mit ein ander verbunden werden. Wie bereits erwähnt, ist der
Bindemittelanteil in der Pulverschicht 21 für die poröse Schicht 3 und der Pulverschicht
25 für die Sperrschicht 7 zu gering, um die Zwischenräume zwischen den Mineralpulverteilchen
gänzlich auszufüllen. Infolgedessen ist das lfineralpulver-Bindemittel-Gemisch dieser
beiden Schichten im wesentlichen nicht fließfähig, so daß die Schichten unter dem
Druck des Stempels 16 nur komprimiert werden. Im Gegensatz dazu verwandelt sich
das Pulver der Schicht 23 in eine flüssige Masse, wenn sich der die Poren zwischen
den Mineralpulverteilchen völlig ausfüllende Kunststoft unter. dem Einfluß der zugeführten
Wärme verflüssigt. Infolgedessen findet beim Pressen in der verflüssigten Pulverschicht
23 ein DruckausSleich
statt, der bewirkt, daß die darunter liegende
Pulver schicht 21 völlig gleichmäßig komprimiert wird. Bei gleichmäßiger ELompression
nimmt die Schütthöhe der Schicht 21 über dem Profil 12 der Grundplatte 11 an allen
Stellen im gleichen Verhältnis ab, so daß die dem Profil 12 der Grundplatte 11 abgewandte
Seite der unteren Schicht 21 im Forrakasten 11, 13 dem Verlauf des Profiles 12 folgend
etwa die Kontur 26 annimmt, die auch in Fig. 1 als Übergangsschicht 5 dargestellt
ist. Dagegen bleibt der Ubergang 24 zwischen den beiden Schichten 23 und 25 eben,
weil die Außenseite der Schicht 25 an dem ebenen Stempel 16 der Presse anliegt und
daher diese Schicht Gleichmäßig komprimiert wird.
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Dä die außere Sperrschicht 25 ebenso wie die poröse Schicht 21 einen
so geringen Bindemittelanteil enthält, daß sich diese Schicht nicht verflüssigt,
sperrt sie die verflüssigte Schicht 23 gegen den Stempel 16 ab, so daß die verflüssigte
Schicht 23 nicht an dem Stempel vorbei aus dem Formkasten 11, 13 herausgedrüclct
werden kann.
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Nach dem Abkühlen der Vorrichtung nach Fig. 2 sind als Bindemittel
verwendete Duroplaste vollständig ausgehärtet oder es haben sich als Bindemittel
verwendete Thermoplaste wieder verfestigt. Der Vorrichtung kann dann die in Fig.
1 dargestellte Form entnomnen werden, die eine im wesentlichen völlig gleichförmig
verdichtete poröse Schicht 3 aufweist. Da alle drei Schichten in einem Arbeitsgang
hergestellt worden sind, ist die verflüssigte Masse der Ausgleichsschicht 4 etwas
in die angrenzenden Schichten eingedrungen, so daß sich
Ubergangsbereiche
gebildet haben, in denen die Schichten unlösbar miteinander verbunden sind.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
und das als Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren beschränkt ist, sondern Abweichungen
davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dies gilt sowohl
für die zur Ilerstellung der einzelnen Schichten verwendeten IKIineralpulver und
Bindemittel als auch für die Gestalt und den Verwendungszweck der damit hergestellten
Preßformen.