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Beschreibung
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Preßwerkzeug zum Herstellen keramischer Formlinge aus pulverförmiger
Masse Die Erfindung betrifft ein Preßwerkzeug zum Herstellen keramischer Formlinge,
insbesondere Teller, aus pulverförmiger Masse, mit einer starren Matrize, die zu
einer Seite des Formlings, insbesondere zur Tellerunterseite, komplementär ist,
einer Patrize, die zur gegenüberliegenden Seite des Formlings, insbesondere zur
Telleroberseite, komplementär ist und in bezug auf die Matrize längs einer gemeinsamen
Achse zwischen einer Füllstellung, einer Preßendstellung und einer Entnahmestellung
hin- und herbeweglich ist, und einem ringförmigen Mantel, der den in der Füllstellung
zwischen Patrize und Matrize gebildeten Füllraum radial nach außen abschließt, jedoch
mindestens einen Kanal zum Einleiten der pulverförmigen Masse frei läßt.
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Seit Jahrzehnten sind zahlreiche Versuche gescheitert, Teller und
ähnliche keramische Formlinge, die steilwandige Bereiche und/ oder entlang ihres
Durchmessers starke Dickenunterschiede aufweisen, aus pulverförmiger Masse derart
zu pressen, daß sie sich beim Brennen nicht verziehen.
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So ist aus der US-PS 3 173 974 ein Preßwerkzeug zum Herstellen von
Tellern bekannt, das als Oberform eine zur Tellerunterseite komplementäre Matrize,
als Unterform eine zur Telleroberseite komplementäre Patrize sowie einen Ring aufweist,
der in einer Einfüllstellung bei abgehobener Matrize nur die Patrize umschließt
und beim Pressen zusätzlich die Matrize aufnimmt. Die Matrize ist mit einem Elastomer
beschichtet, das vom Preßwerkzeug her die Voraussetzungen für eine gleichmäßige
Verdichtung der pulverförmigen Masse schaffen soll Aus der Erkenntnis heraus, daß
diese Maßnahme jedenfalls dann nicht genügt, wenn die pulverförmige Masse einfach
in den von der Patrize und den sie umschließenden Ring gebildeten Raum eingefüllt
und glattgestrichen wird, soll die Masse in diesem Raum vor dem Pressen komplementär
zur Matrize vorgeformt werden.
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Es wird jedoch eingeräumt, daß dies nur innerhalb der durch den Böschungswinkel
der pulverförmigen Masse festgelegten Grenzen möglich ist und daß in nicht näher
beschriebener Weise gebildete Massenanhäufungen beim Niedergehen der Matrize leicht
wieder zerstört werden.
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Aus der DT-OS 23 07 496 ist eine Vorrichtung zum Pressen von Tellern
oder derglichen aus pulverförmiger Porzellanmasse bekannt, bei der innerhalb eines
von einer als Unterform vorgesehenen Matrize und einem diese umschließenden Ring
begrenzten Füllraumes eine Membran angeordnet ist, die an ihrem äußeren Rand eingespannt
ist und im Abstand innerhalb davon eine dem Tellerfuß entsprechende ringförmige
Vertiefung aufweist. Die Membran begrenzt eine Druckmittelkammer an der Matrize
und wird in der Füllstellung des Preßwerkzeugs durch eine an ihrem mittleren Teil
anliegende und an der Matrize federnd abgestützte Platte eben gehalten. Zum Aufbringen
der pulverförmigen Porzellanmasse ist ein wegschwenkbarer Füllschuh vorgesehen.
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Zu dem Preßwerkzeug gehört ferner eine als Oberform vorgesehene Patrize,
die zur Telleroberseite komplementär ist. Beim Absenken der Patrize wird die Druckmittelkammer
unterhalb der Membran unter Druck gesetzt, wodurch über die Membran ein gleichmäßiger
Preßdruck auf die Unterseite des entstehenden Tellers einschließlich der radial
inneren und äußeren Flächen des Tellerfußes ausgeübt werden soll.
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Bei diesem bekannten Preßwerkzeug läßt jedoch die Formgenauigkeit
der
hergestellten Teller ebenso wie die Lebensdauer der Membran zu wünschen übrig. Wenn
sich die Patrize nach unten bewegt und gerade erst beginnt, die auf der Membran
liegende pulverförmige Masse unter Druck zu setzen, besteht nämlich vorallem beim
Pressen tiefer Teller die Gefahr, daß die Masse ins Rutschen gerät und sich im mittleren
Bereich der Membran anhäuft. Im weiteren Verlauf des Preßvorgangs finden verhältnismäßig
große Relativbewegungen zwischen der Masse und der sich allmählich nach unten wölbenden
Membran statt; dadurch erleidet die Membran erheblichen Verschleiß.
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Aus der DT-OS 24 37 825 ist ein der eingangs beschriebenen Gattung
angehörendes liegendes Preßwerkzeug zum erstellen von Tellern aus pulverförmiger
keramischer Masse bekannt, bei dem die Achse, längs derer Matrize und Patrize in
bezug aufeinander verschiebbar sind, waagerecht angeordnet ist. Der ringförmige
Mantel ist ebenfalls längs dieser Achse verschiebbar und weist an seiner Oberseite
einen radialen Kanal auf, der noch offen ist, wenn Matrize und Patrize begonnen
haben, in den Ring einzudringen; dieser Kanal wird von der Patrize erst beim weiteren
Eindringen in den Ring verschlossen. Matrize und Patrize bilden also zusammen mit
dem Ring zu Beginn jedes Arbeitszyklus einen Füllraum, der einem fertigen Teller
ähnlich ist und vollständig mit pulverförmiger Masse gefüllt werden kann. Dennoch
wird der Teller beim Pressen nicht völlig gleichmäßig verdichtet, was unter anderem
mit der Reibung zusammenhängt, die beim Pressen zwischen der pulverförmigen Masse
und der Innenwand des Rings auftritt.
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Schließlich ist Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung
P 26 30 355.9 ein Preßwerkzeug der eingangs beschriebenen Gattung mit senkrechter
Achse, bei dem der ringförmige Mantel, der in der Füllstellung den Füllraum radial
nach außen abschließt, von einem Füllschuh gebildet ist, der trichterförmig rings
um den Oberstempel angeordnet, an diesem in Richtung der Formachse verstellbar geführt,
durch eine Verstellvorrichtung abgestützt ist und an seiner radial inneren Seite
einen ringförmigen Kanal aufweist, der in einer in bezug auf den Oberstempel abgesenkten
Stellung
des Füllschuhs zum Füllraum hin offen, in angehobener Stellung aber durch den Oberstempel
verschlossen ist. Mit diesem Füllschuh läßt sich vor dem Pressen eine rotationssymmetrische
Dichteverteilung der pulverförmigen Masse im Füllraum erzielen, wodurch eine besonders
günstige Voraussetzung für einen gleichmäßigen Preßvorgang geschaffen wird. Bei
diesem Preßwerkzeug kann die Matrize einen radial äußeren Formring aufweisen, dessen
Kontur mindestens dem radial äußeren Teil der Unterseite der Tellerfahne entspricht,
ferner einen mittleren Formring, der dem Tellerfuß und ggf. dem radial inneren Teil
der Tellerfahne entspricht und in bezug auf den äußeren Formring längs der Formachse
verstellbar ist, sowie eine radial innere Formplatte, die dem Tellerboden entspricht
und mit dem äußeren Formring starr verbunden ist. Diese Gestaltung ermöglicht es,
auch tiefe Teller, die erhebliche Dickenunterschiede aufweisen, gleichmäßig zu pressen.
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Das Preßwerkzeug wird durch diese Gestaltung jedoch verhältnismäßig
teuer und bis zu einem gewissen Grad verschleißanfällig.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Preßwerkzeug
der eingangs beschriebenen Gattung, besonders ein solches mit senkrechter Achse
von Matrize und Patrize und ringförmigem Füllschuh gemäß einem der Ansprüche 1 bis
6 der älteren Patentanmeldung P 26 30 355.9' derart weiterzubilden, daß es bei einfachem
Aufbau und dementsprechend geringem Herstellungs- und Wartungsaufwand imstande ist,
eine besonders gleichmäßige Verdichtung auch solcher Formlinge, insbesondere Teller,
zu erzielen, die große Dickenunterschiede und/oder steile Wandbereiche aufweisen.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Membran,
die in an sich bekannter Weise (DT-OS 23 07 496) an ihrem äußeren Rand eingespannt
ist und eine Druckmittelkammer an der Matrize begrenzt, in der Füllstellung mit
dem überwiegenden Teil ihrer Fläche an der Matrize anliegend gehalten ist. Damit
wird der Vorteil des Preßwerkzeugs gemäß Patentanmeldung P 26 30 355.9 aufrechterhalten,
daß der keramischen Masse ein genau definierter und den Abmessungen des gepreßten
Formlings
in gewünschter Weise angepaßter Füllraum zur Verfügung
steht, in dem sich die keramische Masse vorallem bei Verwendung des in der älteren
Patentanmeldung dargestellten und beschriebenen ringförmigen Füllschuhs völlig gleichmäßig
verteilen kann. Beim Zusammenfahren von Patrize und Matrize verändert die Membran
ihre Form und Lage nicht oder jedenfalls nicht nennenswert, da sie von vorneherein
mit einer großen oder sogar ihrer gesamten Fläche an der starren Matrize anliegt.
Infolgedessen finden auch beim Zusammenfahren von Patrize und Matrize nennenswerte
Relativbewegungen zwischen der pulverförmigen keramischen Masse und der Matrize
nicht statt. Während oder vorzugsweise nach dem Zusammen fahren von Patrize und
Matrize kann die Druckmittelkammer in bekannter Weise unter Druck gesetzt werden,
wodurch eine gleichmäßige Nachverdichtung des Formlings bewirkt wird.
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Die Membran kann in der Füllstellung durch eine eigene elastische
Rückstellkraft an der Matrize anliegend gehalten sein, solange in der Druckmittelkammer
Umgebungsdruck herrscht. Dies setzt voraus, daß die Membran im entspannten Zustand
eine Form hat, die derjenigen der Matrize im wesentlichen entspricht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Membran
jedoch an sich - das heißt im entspannten Zustand - im wesentlichen eben, ist jedoch
in der Füllstellung durch in der Druckmittelkammer herrschenden Unterdruck an der
Matrize anliegend gehalten.
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Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten der Erfindung wird
im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig.1 eine teilweise
als senkrechter Schnitt gezeichnete Vorderansicht von Teilen einer Presse" mit eingebautem
erfindungsgemäßem Preßwerkzeug in Ruhestellung; Fig.2 eine entsprechende Ansicht
in einer ersten Phase eines Füllvorgangs; Fig.3 eine teilweise als Schnitt III-III
in Fig.2 gezeichnete Seitenansicht der Presse und des Preßwerkzeugs während einer
zweiten Phase des Füllvorgangs; Fig.4 einen den Ansichten gemäß Fig.1 und 2 entsprechenden
Ausschnitt unmittelbar nach dem Ende des Füllvorgangs; Fig.5 einen- entsprechenden
Ausschnitt während des Preßvorgangs; und Fig.6 einen entsprechendenAusschnitt nach
dem Preßvorgang beim Entnehmen eines gepreßten Tellers.
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Das dargestellte Preßwerkzeug 10 ist in eine handelsübliche hydraulische
oder mechanische Presse eingebaut, von der ein Pressentisch 12, zwei oberhalb und
seitlich davon angeordnete Lagerböcke 14 und ein senkrecht über dem Pressentisch
angeordneter Pressenstößel 16 dargestellt sind. Unterhalb des Pressentisches 12
ist in der Presse eine Hubvorrichtung 18 angeordnet, von der nur ein durch den Pressentisch
hindurch nach oben bewegbarer Bolzen dargestellt ist. Die senkrechte Achse, längs
derer Teile des Preßwerkzeugs 10, der Pressenstößel 16 sowie die Hubvorrichtung
18 bewegbar sind, wird im folgenden als Formachse 20 bezeichnet.
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Die beiden Lagerböcke 14 definieren zusammen-mit in ihnen gelagerten
Lagerzapfen 22 eine waagerechte Kippachse 24, die im dargestellten Beispiel die
Formachse 20 schneidet, aber auch im Abstand von der Formachse außerhalb der Presse
angeordnet sein könnte.
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Die beiden Lagerzapfen 22 sind Bestandteile eines Werkzeugrahmens
26, der ein Werkzeugunterteil 28 umschließt und längs der Formachse 20 verschiebbar
führt. Das Werkzeugunterteil 28 hat in seiner Ruhestellung gemäß Fig. 1 und auch
noch während des Füllvorgangs gemäß
Fig.2 und 3 einen Abstand vom
Pressentisch 12, kann sich aber gemäß Fig.5 am Pressentisch abstützen.
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Am Werkzeugunterteil 28 ist eine Matrize 29 befestigt. Die Oberseite
der Matrize 29 ist im wesentlichen komplementär zur Unterseite der Teller T (Fig.6),
die mit dem Preßwerkzeug hergestellt werden sollen, weist jedoch in einem dem Tellerfuß
entsprechenden Bereich eine als Druckmittelkammer 31 dienende ringförmige Vertiefung
auf, deren Querschnitt etwas größer als der Fußquerschnitt der Teller T ist. Die
Druckmittelkammer 31 ist über mehrere im dargestellten Beispiel erst achsparallele
und dann radiale Kanäle 33 und eine Sammelleitung 37 an ein Ventil 39 angeschlossen,
durch das sie wahlweise mit der Druckseite oder mit der Saugseite einer Pumpe 41
verbindbar ist. Die Pumpe 41 liefert ein im wesentlichen inkompressibles Druckmittel.
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Auf der Oberseite der Matrize 29 liegt in der Ruhestellung gemäß
Fig.1 unter der Wirkung eines von der Pumpe 39 in der Druckmittelkammer 31 erzeugten
Unterdruckes eine Membran 43 an. Die Membran 43 besteht aus einem gegen das Druckmittel
resistenten Elastomer und ist im entspannten Zustand im wesentlichen eben, weist
jedoch eine ringförmige Vertiefung 45 auf, die dem Fuß der herzustellenden Teller
T entspricht und unter der Wirkung des Unterdruckes gemäß Fig.1 in die ringförmige
Druckmittelkammer 31 hineinragt ohne diese ganz auszufüllen. An der zylindrischen
Außenseite der Matrize 29 ist ein ringförmiger Matrizenmantel 46 axial verschiebbar
geführt. Die Membran 43 ist zwischen dem Matrizenmantel 46 und einem damit verschraubten
Klemmring 47 eingespannt. Der Klemmring 47 ist an seiner Oberseite 48 trichterförmig
ausgebildet.
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Durch den Matrizenmantel 46 erstrecken sich parallel zur Formachse
20 drei um je 120° gegeneinander versetzte lange Stangen 50, von denen nur eine
jeweils im linken Teil der Fig.1,2 und 4 bis 6 dargestellt ist. Jede der langen
Stangen 50 hat einen Kopf 52, mit dem sie den Matrizenmantel 46 samt Klemmring 47
nach unten mitnehmen kann, und einen Bund 54, der zusammen mit einer Druckfeder
56 in einer Aussparung 58 des Werkzeugrahmens 26 angeordnet ist. Die langen Stangen
50 sind jeweils an ihrem unteren Ende mit einer Fußplatte
60 des
Werkzeugunterteils 28 längeneinstellbar verschraubt.
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Gegen die langen Stangen 50 um jeweils 600 versetzt sind ebenfalls
zur Formachse 20 parallele kurze Stangen 50' angeordnet, die jeweils an ihrem oberen
Ende mit dem Matrizenmantel 46 verschraubt sind und je einen Bund 54' aufweisen,
der zusammen mit einer Druckfeder 56' in einer Aussparung 58' des Werkzeugrahmens
26 angeordnet ist. Auf die kurzen Stangen 50' ist unterhalb des Werkzeugrahmens
26 je eine Mutter 62 einstellbar aufgeschraubt.
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Der Pressenstößel 16 weist einen Bund 64 und eine im Abstand darunter
angeordnete Druckplatte 66 auf. Über den Bund 64 greift ein Joch 68, das an einem
Werkzeugoberteil 70 ausgebildet ist.
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Das Werkzeugoberteil 70 weist zur Formachse 20 parallele Führungssäulen
72 auf, die im Werkzeugrahmen 26 verschiebbar geführt sind und je einen mit einstellbarer
Vorspannung abgefederten Fuß 74 aufweisen; mit diesen Füßen können sich die Führungssäulen
an der Fußplatte 60 des Werkzeugunterteils 28 abstützen.
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Am Werkzeugoberteil 70 ist über eine Verstellvorrichtung 76 in Gestalt
dreier um je 1200 gegeneinander versetzter pneumatischer Kolben-Zylindereinheiten
ein als Füllschuh vorgesehener, ringförmiger hohler Mantel 78 konzentrisch zur Formachse
20 aufgehängt. Der hohle Mantel 78 verjüngt sich in seinem unteren Bereich trichterförmig
unter dem gleichen Winkel wie die trichterförmige Oberseite 48 des Klemmrings 47.
Der hohle Mantel 78 ist allseits geschlossen mit Ausnahme eines ringförmigen Auslasses
80 auf der radial inneren Seite seines unteren Bereichs und mit Ausnahme eines Stutzens
82, der gemäß Fig.3 über einen Schlauch 84 an einen Vorratsbehälter 86 für pulverförmige
keramische Masse angeschlossen ist.
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Radial innerhalb des hohlen Mantels 78 ist - ebenfalls konzentrisch
zur Formachse 20 - ein am Werkzeugoberteil 70 befestigter Oberstempel 88 angeordnet.
Der Oberstempel 88 hat einen zylindrischen Bund 90, der den ringförmigen Auslaß
80 des Mantels 78 steuert.
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Am unteren Ende des Oberstempels 88 ist eine zur Oberseite der
Teller
T komplementäre Patrize 92 ausgebildet oder befestigt.
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Zum Kippen des gesamten Preßwerkzeugs 10 um die Kippachse 24 ist
gemäß Fig.3 eine pneumatische Kolben-Zylindereinheit 94 vorgesehen, die einerseits
mit der Presse und andererseits mit einem am Werkzeugrahmen 26 befestigten Hebel
96 gelenkig verbunden ist.
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Zum Entnehmen der gepreßten Teller T kann eine selbsttätige Entnahmevorrichtung
98 vorgesehen sein, die gemäß Fig.6 einen Schwenkarm mit einem Sauger aufweisen
kann.
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In der Ruhestellung gemäß Fig.1 hängt das Werkzeugoberteil 70 mit
seinem Joch 68 am Bund 64 des Pressenstößels 16. Das Werkzeugunterteil 28 hängt
im Abstand über dem Pressentisch 12 an den langen Stangen 50, die sich ihrerseits
über ihren Bund 54 und die zugehörige Druckfeder 56 am Werkzeugrahmen 26 abstützen.
Die Membran 43 liegt an der Oberseite der Matrize 29 an. Der Matrizenmantel 46 samt
Klemmring 47 ist durch die kurzen Stangen 50' und die sie abstützenden Druckfedern
56' in einer oberen Endstellung in Bezug auf den Werkzeugrahmen 26 gehalten.
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Zum Füllen der Form wird der Presenstößel 16 gemäß Fig.2 soweit nach
unten gefahren, daß das Werkzeugoberteil 70 sich mit den Füßen 74 seiner Führungssäulen
72 an der Fußplatte 60 des Werkzeugunterteils 28 abstützt. Das Werkzeugunterteil
28 verändert seine Stellung in Bezug auf den Werkzeugrahmen 26 noch nicht, da die
Druckfedern 56 unter einer Vorspannung stehen, die größer ist als das Gewicht des
Werkzeugunterteils 28 und des Werkzeugoberteils 70. Infolge der Abwärtsbewegung
des Werkzeugoberteils 70 nähert sich die Patrize 92 der Matrize 29. patrize 92 und
Matrize 29 schließen zwischen sich einen Füllraum ein, der radial nach außen in
den Innenraum des als Füllschuh dienenden hohlen Mantels 78 übergeht, sobald dieser
mittels der Verstellvorrichtung 76 gemäß Fig.2 abgesenkt worden ist. Nun rieselt
ein Teil der im hohlen Mantel 78 enthaltenen pulverförmigen Masse in den Füllraum,
was dadurch unterstützt wird, daß das gesamte Preßwerkzeug 10 gemäß Fig.3 um einen
Winkel von beispielsweise 30 bis 45°,
nötigenfalls bis 90° gekippt
wird. Nach dem Zurückkippen des Preßwerkzeuges 10 ist der Füllraum vollständig gefüllt.
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Nun hebt die Verstellvorrichtung 76 den hohlen Mantel 78 wieder in
seine Ausgangsstellung in bezug auf den Oberstempel 88, so daß dessen zylindrischer
Bund 90 den Auslaß 80 verschließt.
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Während der Aufwärtsbewegung des hohlen Mantels 78 ist gemäß Fig.4
etwas von der pulverförmigen Masse auf der trichterförmigen Oberseite 48 des Klemmrings
47 liegengeblieben, so daß der Randbereich des Füllraumes mit Sicherheit gefüllt
bleibt.
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Anschließend wird der Pressenstößel 16 gemäß Fig.5 weiter abwärts
bewegt, so daß seine Druckplatte 66 auf das Werkzeugoberteil 70 drückt. Infolgedessen
bewegt sich das gesamte Werkzeugoberteil 70 samt Oberstempel 88 und Mantel 78 nach
unten.
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Die Vorspannung der Druckfedern 56 wird von der Kraft überwunden,
die von den abgefederten Füßen 74 auf die Fußplatte 60 übertragen wird. Das Werkzeugunterteil
28 bewegt sich infolgedessen nach unten.
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Dabei schließt der Matrizenmantel 46 den Füllraum radial nach außen
ab.
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Schließlich wird eine Stellung erreicht, in der die Fußplatte 60
des Werkzeugunterteils 28 gemäß Fig.5 auf dem Pressentisch 12 aufliegt. Nun fördert
die Pumpe 41 Druckmittel in die Druckmittelkammer 31; von dort aus schafft sich
das Druckmittel einen bis zum Matrizenmantel 46 reichenden Raum zwischen Matrize
29 und Membran 43, so daß der entstehende Teller T von seiner gesamten Unterseite
aus gleichmäßig nachverdichtet wird.
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Ansprüche:
L e e r s e i t e