DE3625420A1 - Vorrichtung zur herstellung keramischer formteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung keramischer Formteile mit einem Formkasten zur Aufnahme eines über eine Formfülleinrichtung aufgebbaren pulver­ förmigen Ausgangsmaterials, einer diesem zugeordneten Spindel­ presse sowie einer Einrichtung zum Herausführen der Form­ teile nach Verdichtung aus dem Formkasten.

Die Herstellung keramischer, insbesondere feuerfester Form­ teile bereitet häufig unter dem Gesichtspunkt optimal homogen verdichteter Produkte mit hoher Maß- und Gewichtsgenauig­ keit bei gleichzeitig hoher Produktivität erhebliche Schwie­ rigkeiten.

Dabei muß ein pulverförmiges, zum Teil heterogenes Ausgangs­ material mit möglichst hoher Preßmaßgenauigkeit gleichmäßig verdichtet werden, damit auch nach dem Brand beziehungsweise einer Temperung möglichst maßgetreue Produkte vorliegen. Nur so ist sichergestellt, daß zum Beispiel auf diese Art und Weise hergestellte Formteile später ohne weiteres ein­ gesetzt werden können.

Erschwerend kommt hinzu, daß zum Beispiel Konvertersteine keine Quaderform aufweisen, sondern mit keilförmig zueinander verlaufenden Seitenflächen ausgebildet sind, wobei diese in der Preßform in Preßrichtung ausgerichtet sind.

Hiermit ergeben sich in Bezug auf die oben genannten Kri­ terien erhebliche Probleme sowohl bei der Beschickung des Formkastens als auch beim anschießenden Pressen selbst.

Gleiche Probleme ergeben sich auch bei Formteilen mit einem O-Format oder sogenannten Schieberplatten zum Einsatz in Schiebeverschlüssen von Stranggußanlagen, die in der Regel mit einem vorstehenden Kragen zur Aufnahme einer korres­ pondierenden Ausgußhülse ausgebildet sind.

Eine nicht absolut gleichmäßige Verdichtung bei der Her­ stellung dieser Formteile führt zu Produkten unregelmäßiger Dichte und damit insbesondere zu Zonen, die entweder me­ chanisch so geschwächt sind, daß es zu Brüchen im Betrieb kommt beziehungsweise mit unzureichender Erosionsbeständig­ keit.

Da die Verformungseigenschaften der Ausgangsmaterialien in der Regel nicht oder nur in Grenzen beeinflußbar sind, hat man versucht, die Herstellung der genannten Formteile durch Einstellung der Pressenanlage zu optimieren.

Dabei stehen zum einen konventionelle hydraulische Pressen zur Verfügung. Zum Beispiel beim Pressen von Silika-, Schamot­ te oder Magnesitmassen wird eine allmähliche Drucksteigerung als vorteilhaft angesehen, die sich am besten mit den weich arbeitenden hydraulischen Pressen erreichen läßt. Nachteilig hierbei ist, daß auch bei hohen Drücken oft nur unzureichende Kompaktierungen erreicht werden. Insbesondere ist auch die Taktzahl einer hydraulischen Presse begrenzt (Gefahr der Lagenbildung).

Bei den schneller als die hydraulischen Pressen arbeitenden Friktionsspindelpressen wird ein Oberstempel durch eine rotierende Spindel nach unten gefahren. Zwei senkrecht angeordnete Antriebsscheiben übertragen ihre Bewegung auf eine waagerecht liegende, auf der Spindel ortsfest auf­ sitzende Friktionsscheibe. Die Spindel läuft durch eine in ein Querhaupt eingebaute Mutter und führt bei Drehung senkrechte Bewegungen aus, senkt und hebt also den Ober­ stempel. Der Stempel preßt die Masse in der Form zusammen.

Nachteilig dabei ist, daß die Friktionsscheibe nur bedingt und mit erheblicher Zeitverzögerung von den Antriebsscheiben lösbar ist. Eine Steuerung der Schlagenergie wird damit praktisch ausgeschaltet. Sogenannte Prellschläge, also Schläge, bei denen die vom Preßschlitten aufgebrachte Energie nicht nur in das zu verdichtende Material, sondern auch in die Säulen der Presse selbst gehen, lassen sich nicht vermeiden und führen zu einer unerwünschten Materialermüdung des Pressengestells.

Darüberhinaus entstehen insbesondere bei kompaktierungs­ schwierigen Massen, das sind solche, die zwar einfüllbar sind, deren Verdichtung auf Sollgrün-Raumgewicht allerdings wegen einer "Rückfederung" nur sehr schwer ist, häufig sogenannte Entlüftungsfehler, vor allem Lagenrisse. Diese lassen sich grundsätzlich zwar durch vorsichtiges und mehr­ faches Belasten vermeiden. Eine entsprechende Einstellung mit einer Friktions-Spindelpresse ist jedoch auf Grund des beschriebenen Aufbaus praktisch nicht möglich und ver­ längert darüberhinaus die Taktzeiten.

Der gleiche Nachteil haftet auch den bekannten Schlag- Spindelpressen an. Auch hier ist eine Einstellbarkeit der Schlagenergie praktisch nicht möglich. Da die genannten keramischen Formteile stets mit einer Vielzahl von aufein­ anderfolgenden Schlägen nach und nach verdichtet werden, ergeben sich insbesondere bei den letzten Schlägen, mit denen jeweils nur noch eine geringe Umformenergie geleistet werden kann, erhebliche Prellschläge, die zu einer Material­ ermüdung der Presse führen. Die Schlagenergie bei den Schlag- Spindelpressen ist nämlich nicht einstellbar.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung keramischer, insbesondere feuer­ fester Formteile anzubieten, die eine optimal homogene Verdichtung auch heterogener, kompaktschwieriger Stoffe mit hoher Maß- und Gewichtsgenauigkeit bei gleichzeitig hoher Produktivität ermöglicht. Dabei ist insbesondere angestrebt, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der auch kompliziertere Formteile, zum Beispiel Konverter­ steine oder Schieberplatten fehlerfrei geformt werden können. Insbesondere soll die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß die Teile mit nur wenigen Schlägen zu Körpern mit hohem Raumgewicht bei geringer Porosität verdichtet werden können und bei der möglichst die gesamte Preßkraft zur Verdichtung des pulverförmigen Ausgangsmaterials genutzt werden kann, also ein hohes Nutz-Arbeitsvermögen und damit eine hohe Umformenergie zur Verfügung gestellt werden kann, ohne daß eine Erhöhung der Preßkraft notwendig wird.

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß sich eine optimale Verdichtung bei optimalen Arbeitsbedingungen stets dann erreichen läßt, wenn die aufzubringende Schlagenergie in Abhängigkeit von dem verwendeten Material weg- und/oder kraftabhängig einstellbar ist. Die Erfindung hat weiter erkannt, daß es dazu notwendig ist, eine Presse zur Verfügung zu stellen, die eine entsprechend weg- und/oder kraftab­ hängige Steuerung/Regelung ermöglicht. Damit soll zum einen die aufgebrachte Schlagenergie möglichst vollständig in Umformenergie unter Vermeidung von Prellschlägen umgesetzt werden. Zum anderen soll auf diese Weise eine materialab­ hängige stufenweise Materialverdichtung ermöglicht werden.

In diesem Zusammenhang steht die Erfindung unter der weiteren Erkenntnis, daß es hierzu notwendig ist, eine Presse zur Verfügung zu stellen, bei der ein vorzugsweise verzögerungs­ freies Lösen des Antriebes vom Schlagkörper möglich ist.

Die Erfindung schlägt dazu eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, bei der die Presse eine einen Schlag­ stempel führende und mit einer Kupplung drehfest verbundene Gewindespindel umfaßt, wobei die Kupplung mit einer durch­ laufend angetriebenen Schwungscheibe zur weg- und/oder kraftabhängigen Führung des Schlagstempels verbindbar ist.

Kupplungs-Spindelpressen sind beispielsweise aus der DE-OS 34 31 306, DE-OS 33 46 329 oder DE-OS 34 25 332 bekannt.

In allen Fällen handelt es sich jedoch um Spindelpressen zum Gesenkschmieden, also zur Bearbeitung metallischer, stückiger Bauteile. Es ist offensichtlich, daß einem derar­ tigen Schmieden völlig andere technische Probleme zu Grunde liegen als beim Verdichten keramischer pulverförmiger Ma­ terialien.

Die Entwicklung von Kupplungs-Spindelpressen zum Gesenk­ schmieden wurde - wie sich auch aus der DE-OS 33 46 329 ergibt - insbesondere unter dem Gesichtspunkt durchgeführt, die Presse vor unzulässigen Überlastungen im Falle eines Prellschlages zu schützen. So ist es bekannt, das Schwungrad einer derartigen Presse über eine federbelastete Rutsch­ kupplung an die Spindel zu kuppeln. Überschüssige Energie wird dann über Reibarbeit in der Rutschkupplung abgeführt. Eine derartige Presse hat auf Grund der entstehenden Reibungs­ wärme zwangsläufig ihre Grenzen in der Nutzung.

Die Vermeidung von Prellschlägen wird zwar auch bei der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beabsichtigten Ver­ dichtung keramischer pulverförmiger Materialien erwünscht, jedoch unter der Prämisse eine Optimierung der Kompaktierung der pulverförmigen Ausgangsmaterialien und insbesondere einer möglichst genauen Steuerbarkeit (Regelbarkeit) der Schläge in Abhängigkeit von den zu bearbeitenden Materialien.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Kupplung um eine Reibkupplung, vorzugsweise eine Reibklotzkupplung.

Die Presse selbst zeigt ein Pressengestell, eine im Pressen­ gestell angeordnete Gewindespindel, die an ihrem unteren Ende einen Schlagstempel trägt und an ihrem gegenüberliegen­ den Ende mit einer Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist, die antriebsseitig mit einer Schwungscheibe durch Reibungsschluß verbindbar ist. Außerdem weist die Presse zwischen dem Pressengestell und dem Schlagstempel Kolben- Zylinder-Einheiten für die Rückführung des Schlagstempels nach erfolgtem Schlag in die Ausgangslage auf. Dabei kann die Spindel in einem Axiallager im Oberjoch des Pressen­ gestells abgestützt sein, wobei der Gewindeschaft der Spindel in eine Gewindemutter im Schlagstempel eingreift. Es kann aber auch in das Oberjoch des Pressengestells eine Gewinde­ mutter eingesetzt sein, in die die Spindel dann mit ihrem korrespondierenden Gewindeschaft eingreift, wobei dann die Spindel axial beweglich angeordnet ist.

Das Schwungrad selbst wird ständig in gleicher Drehrichtung durch einen Drehstrom-Asynchronmotor mit Flachriemen ange­ trieben.

Für jeden einzelnen Schlag wird das Schwungrad über die Kupplung an die Spindel angekuppelt. Nach dem Ankuppeln dreht sich die Spindel und treibt den längsgeführten Schlag­ stempel nach unten gegen das im Formkasten zuvor eingege­ bene zu verdichtende Material.

Die beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnungen ziehen den Schlagstempel nach erfolgtem Schlag für einen neuen Schlag nach oben. Das Schwungrad wird dann wieder an die Spindel angekuppelt und der Schlagvorgang wiederholt sich wie zuvor beschrieben.

Dabei wird die Umformenergie praktisch ausschließlich vom Schwungrad zur Verfügung gestellt, das weg- und/oder kraft­ abhängig nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes beim Schlag aus dem Eingriff mit der Spindel geführt wird.

Zur wegabhängigen Steuerung schlägt die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform einen aus einem auf die Gewinde­ spindel, den Schlagstempel und/oder den Formtisch ausge­ richteten Winkelkodierer in Verbindung mit einem Mikro­ prozessor vor.

Mit diesem läßt sich zum Beispiel der Weg des Schlagstempels erfassen, wobei über den Mikroprozessor nach Erreichen einer vorgegebenen (End)Stellung ein Ausschaltsignal an die Kupplung gegeben und dort umgesetzt wird.

Mit der wegabhängigen Steuerung der Kupplung wird erreicht, daß zum Verpressen zum Beispiel eines Steines dieser in vorgebbaren Stufen nach und nach in Abhängigkeit vom je­ weils zu verarbeitenden Material und den gewünschten End­ eigenschaften des Produktes verdichtet wird. Dabei kann nach einem vorwählbaren Programm das Formteil durch Schläge unterschiedlicher Stärke kompaktiert werden, was bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist. Vielmehr muß da mit stets gleichem Schlag stufenweise verdichtet werden.

Ebenso kann aber auch kraftabhängig gefahren werden.

Dazu ist auf dem Schwungrad vorzugsweise ein Einrichtung installiert, die das Drehmoment des Schwungrades elektro­ hydraulisch erfaßt und bei Erreichen eines vorgebbaren Wertes die Kupplung sofort löst.

Auch so ist sichergestellt, daß Prellschläge vermieden werden.

Vorzugsweise kann die kraftabhängige Steuerung der Presse unabhängig von der wegabhängigen durchgeführt werden. Es läßt sich dann zum Beispiel ein Programm einstellen, bei dem, nachdem der Schlagstempel einen vorgegebenen unteren Totpunkt erreicht hat, die Spindel vom Schwungrad abge­ kuppelt wird, die Abkupplung jedoch schon vorher erfolgt, sofern ein bestimmtes maximales, vorgegebenes Drehmoment zwischen Schwungrad und Spindel gemessen wird.

Das jeweils optimale Programm wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Material und Format festgelegt.

Konkrete Ausführungsformen einer zuvor beschriebenen Rei­ bungskupplung beschreiben die DE-OS 34 31 306, DE-OS 33 46 329 und DE-OS 34 25 332.

Derartige Kupplungs-Spindelpressen erlauben ein Arbeiten mit hohen Taktzahlen und äußerster Präzision. Zum Beispiel mit einer Ausführungsform nach der DE-OS 34 31 306 lassen sich (Ent-)Kupplungszeiten im Millisekundenbereich errei­ chen. Da über die beschriebenen Kolben-Zylinder- Einheiten auch eine sehr schnelle Rückführung der Anlage nach einem Schlag in die neue Ausgangsposition möglich ist, ergeben sich hohe Taktzeiten bei gleichzeitig optimierter Schlag­ leistung.

Obgleich schon die Verwendung der zuvor beschriebenen Kupp­ lungs-Spindelpresse zu einer erheblichen Verbesserung bei der Herstellung keramischer, insbesondere feuerfester Form­ teile führt, schlägt die Erfindung weitere Maßnahmen im Sinne einer Optimierung der Qualität der herzustellenden Formteile vor, die sich insbesondere auf die Zuführung und Handhabung des Materialstromes in den beziehungsweise im Formkasten der Presse beziehen.

Es hat sich dabei gezeigt, daß die Produktqualität wesentlich auch von der Aufbereitung und Zuführung des Materialstromes abhängt. Dabei müssen Entmischungen genauso wie ungleich­ mäßige Füllvolumina, Ausbildung von Lunkern oder dergleichen vermieden werden.

Soll zum Beispiel eine Magnesit-Kohlenstoff-Mischung verpreßt werden, so weist das Ausgangsgemisch auf Grund eines zum Teil erheblichen Graphit-Gehaltes von beispielsweise 35 Gewichtsprozent einen erheblichen Luftanteil auf, so daß sich das Material nur schwer homogen in den Formkasten einfüllen läßt.

Gleiches gilt für pechgebundene oder harzgebundene Feuer­ festqualitäten.

Die Erfindung schlägt dazu eine Formfülleinrichtung vor, die eine Materialzuführeinrichtung und einen entlang eines Weges über den Formkasten führbaren Füllschieber umfaßt, wobei die Materialzuführeinrichtung einen volumetrisch und/oder gravimetrisch beschickbaren Mischer umfaßt, von dem das Material unmittelbar nach unten in den Füllschieber abgebbar ist.

Dabei ist insbesondere eine volumetrische Füllung bevorzugt.

Im Stand der Technik wird weitestgehend gravimetrisch be­ schickt, und zwar entweder unmittelbar in den Formkasten oder aber über einen entsprechenden Trichter, der von einem Band beschickt wird. Danach wird im Stand der Technik auf Endmaß "geschlagen".

Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere beim soge­ nannten "Keilziehen", das nachstehend noch näher beschrieben wird, bei einer derartigen Beschickung erhebliche Schwierig­ keiten auftreten.

Erfindungsgemäß wird jetzt also eine Mischer volumetrisch beschickt. Nach einer intensiven Homogenisierung des Materi­ als im Mischer wird der Boden des Mischers schlagartig geöffnet und die homogene Mischung in den Füllschieber überführt.

Vorzugsweise ist die Zuordnung von Mischer (Mischerboden) und Füllschieber dabei derart, daß beim Schließen des Mischer­ bodens der überstehende Schüttkegel abgeschnitten wird. Dabei wird eine nahezu vollständige und gleichmäßige Füllung des Füllschiebers erreicht. Die Füllhöhe ist konstant be­ ziehungsweise regelbar. Entmischungen werden vermieden.

Der Füllschieber ist so angeordnet, daß er nach Material­ aufnahme über den Formkasten der Presse verschoben und dort entleert werden kann.

Vorzugsweise ist nach einer weiteren vorteilhaften Aus­ führungsform der Erfindung die den Füllschieber tragende und verfahrende Einrichtung so angeordnet, daß der Füll­ schieber nur während der Übergabe des Materials in den Formkasten mit der Presse verbunden wird und im übrigen von dieser gelöst angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Anordnung dabei auch auf einem separaten Fundament angeordnet.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß Vibrationen oder stoßartige Belastungen im Pressengestell, die sich auch bei einer erfindungsgemäß verwendeten Presse nicht vermei­ den lassen, sich nicht auf die Formfülleinrichtung und ins­ besondere den Mischer oder Füllschieber übertragen. Dies ist um so wichtiger, als die Materialmischung und Füllung des Formschiebers in der Regel während der Zeit erfolgt, in der die zuvor in den Formkasten gefüllte Materialmischung verpreßt wird.

Im Sinne einer Optimierung der Homogenität des pulverförmigen Materials hat sich eine Beheizung des Mischers und/oder Formkastens als positiv erwiesen. Es können so Temperatur­ unterschiede, insbesondere durch unterschiedliche Umgebungs­ bedingungen, die sich letztendlich zum Beispiel wieder in unterschiedlichen Fließeigenschaften der Massen aus­ drücken, eliminiert werden.

Durch eine vertikale Verfahrbarkeit des Füllschiebers und/oder Mischers kann erreicht werden, daß der Weg zwischen Mischer und Füllschieber im Sinne einer weiteren Vergleichmäßigung der Materialführung minimiert wird.

In Verbindung mit der weg- und/oder kraftabhängigen Steuerung/ Regelung der erfindungsgemäß verwendeten Presse schlägt die Erfindung weitere Maßnahmen zur Anpassung der Formfüll­ einrichtung an die Presse vor.

Zur näheren Erläuterung sei folgende Annahme getroffen: es werden Konvertersteine aus einer Magnesit-Kohlenstoff- Mischung verpreßt. In Vorversuchen wurde ein Programm als optimal erarbeitet, bei dem die feuerfeste Masse mit drei aufeinander folgenden Schlägen a, b, c bei wegabhängiger Führung des Schlagstempels verdichtet wird.

Während der laufenden Produktion werden die jeweils ver­ preßten Steine entnommen und unmittelbar verwogen.

Für den Fall, daß sich dabei ein vom vorgegebenen Sollwert abweichendes Gewicht ergeben sollte, sieht die Erfindung vor, die entsprechenden Meßwerte in einem Rechner mit den Sollwerten zu vergleichen und entsprechend der jeweiligen Differenz ein Signal an die Formfülleinrichtung in dem Sinne zu geben, daß in den Mischer eine größere/kleinere Materialmenge aufgegeben und/oder ein kleinerer/größerer Abschnitt des Schüttkegels im Füllkasten abgeschnitten wird.

Eine entsprechende Regelung kann auch bei einer kraftab­ hängigen Führung der Presse und entsprechender geometrischer Vermessung oder Gewichtsbestimmung des hergestellten Pro­ duktes vorgenommen werden.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nach Herstellung eines einzigen, vorgegebenen Soll-Werten nicht entsprechenden Formteiles bereits für den nächsten oder übernächsten Stein eine entsprechende Korrektur der Einwaage vorgenommen werden kann.

Über einen Mikroprozessor kann diese Regelung mit der Re­ gelung der Presse selbst für die weg- und/oder kraftabhängige Einstellung kombiniert werden.

Versuche mit Dehnungsmeßstreifen haben ergeben, daß der Formkasten bei einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kupp­ lungs-Spindelpresse geringeren Belastungen ausgesetzt ist wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten keramischen Pressen, insbesondere hydraulischen Pressen.

Versuche haben weiter gezeigt, daß zur Erzielung gleicher Rohdichten eine hydraulische Presse mit einem spezifischen Preßdruck von ca. 2500 kp/cm² (250 N/mm²) eine erfindungs­ gemäß verwendete Presse dagegen mit einem spezifischen Preßdruck von nur 1500 kp/cm² (150 N/mm²) betrieben werden muß.

Entsprechend kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schwächer dimensionierten Formkästen gearbeitet werden, welche nicht nur ein geringeres Formengesamtgewicht ermög­ lichen, sondern auch wesentlich preiswerter in der Her­ stellung sind.

Insbesondere können die Wände des Formkastens dünner als zum Beispiel bei einer hydraulischen Presse ausgeführt werden, weil diese im Gegensatz zu konventionellen hydrau­ lischen oder Spindelschlagpressen wesentlich weniger Prell­ energie aufzunehmen haben.

Insbesondere für Formteile, bei denen "ein Keil gezogen" werden muß, sieht die Erfindung in einer vorteilhaften Ausgestaltung vor, den (mit einem Keil belegten) Boden des Formkastens vertikal verstellbar auszubilden.

Gleichzeitig schlägt die Erfindung eine Einrichtung vor, die nach Anordnung des Füllschiebers (Füllkastens) über dem Formkasten eine abgestimmte Bewegung des Füllkastens und des Bodens des Formkastens ermöglicht.

Dabei wird zum Beispiel so vorgegangen, daß der Boden des Formkastens zunächst um eine bestimmte Strecke hochgefahren und dann der Füllkasten über den Formkasten geführt wird.

Der Keil liegt dabei auf dem Boden so auf, daß sein höheres Ende unterhalb des vorderen Endes des Füllkastens (in Vor­ transportrichtung gesehen) liegt, so daß sich dort zunächst eine relativ dünne Materialschicht im Formkasten ausbilden kann, während am gegenüberliegenden Ende (also am unteren Ende des Keils) eine entsprechend höhere Materialmenge aufgegeben werden kann.

Beim Zurückführen des Füllschiebers wird dann gleichzeitig der Boden des Formkastens abgesenkt, so daß weiteres Material aus dem Füllkasten in den Formkasten nachgeführt werden kann und zwar wiederum mit steigender Menge zum (in Rück­ transportrichtung) gegenüberliegenden Abschnitt des Form­ kastens. Dabei wird schon die lose Schüttung des zu ver­ pressenden feuerfesten Materials im Formkasten entsprechend der Form des fertigen Endproduktes ausgebildet.

Der ebenfalls mit einem Keil ausgebildete Schlagstempel der Presse sorgt anschließend für eine über die gesamte Preßfläche gleichmäßige Anlage gegenüber der Materialschüttung wodurch in besonderem Maße eine homogene Kompaktierung gefördert wird.

Dabei hat sich auch gezeigt, daß auf Grund der eingangs beschriebenen kraft- und/oder wegabhängig einstellbaren Verdichtungsschläge ein günstiges Gefüge ausgebildet werden kann.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Formteile extrem niedriger Porosität herstellen, was im Sinne einer Optimierung der Werkstoffeigenschaften gewünscht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen sowie den übrigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dabei zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kupplungs- Spindelpresse einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vor­ richtung mit der Spindelpresse gemäß Fig. 1

Mit dem Bezugszeichen 10 ist in Fig. 1 das Pressengestell bezeichnet. Das Pressengestell weist ein Oberjoch 12 auf, in dem eine Kammlagerbüchse 14 eingesetzt ist.

Die Kammlagerbüchse 14 dient zur Aufnahme einer Spindel 16, die sich mit Kämmen 18 eines Kammzapfens 20 in der Büchse 14 abstützt. Hierdurch wird ein axiales Stützlager für die Spindel 16 ausgebildet.

Die Spindel 16 ist in ihrem darunter liegenden Abschnitt mit einem Gewindeschaft 22 ausgebildet, dessen Gewindegänge in eine korrespondierende Gewindemutter 24 eines vertikal geführten Schlagstempels 26 eingreifen.

Der Schlagstempel 26 ist in Form einer nach unten geschlossenen Hülse gestaltet, bei der die Gewindemutter 24 in deren Öffnung 28 eingepaßt ist.

Die Spindel 16 ist als Feinspindel zur Erzielung hoher Geschwindigkeiten des an ihr geführten Schlagstempels 26 gestaltet.

An der unteren Stirnfläche 30 trägt der Schlagstempel 26 ein Werkzeug 32, hier mit einer schräg verlaufenden Unter­ fläche 34.

Unterhalb des Schlagstempels 26 ist in einem Unterjoch 36 des Pressengestells 10 ein nach oben offener Formkasten 38 angeordnet, der in einer nicht näher dargestellten Form­ spann- und Wechseleinrichtung einliegt. Mittels dieser Einrichtung kann der Formkasten zum Beispiel auf schwalben­ schwanzförmig gestaltenten, horizontal verlaufenden seit­ lichen Schienen in eine entsprechende Aufnahme des Unterjochs eingeschoben und an den dazu senkrechten Stirnflächen einge­ spannt werden. Vorzugsweise werden hydraulische Spannvor­ richtungen vorgesehen.

Weiterhin sind hydraulisch arbeitende vertikale Zylinder zum Ausfahren des kompletten Formenpaketes vorgesehen (nicht dargestellt), die ein leichtes Herausführen des gepreßten Formteils nach dem Preßvorgang aus dem Formkasten ermög­ lichen.

Wie bereits eingangs beschrieben, kann der Formkasten relativ dünnwandig ausgebildet sein, da er auf Grund der nachstehend noch näher beschriebenen Pressenanordnung erheblich geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist als zum Beispiel der Formkasten einer hydraulischen oder Schlagspindelpresse konventioneller Bauart.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist der Boden 40 des Form­ kastens 38 mit einem keilförmigen Werkzeug 42 belegt, dessen Oberfläche 44 mit einer zur Unterfläche des Werkzeuges 32 umgekehrten Neigung ausgebildet ist.

Am Oberjoch 12 des Pressengestells 10 sind unterseitig zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen 46, 48 angeordnet, jeweils bestehend aus einem Zylinder 50, in denen ein Kolben 52 mit einer Kolbenstange 54 läuft, die über Pratzen 56 am Schlagstempel 26 ortsfest angelenkt sind und nach einem Preßvorgang den Schlagstempel 26 in eine neue Ausgangslage (zum Beispiel die in Fig. 1 dargestellte) zurückführen.

Die Spindel 16 wird von einer Schwungscheibe 58 angetrieben, die konzentrisch zur Spindel 16 und in einer Aufnahme 60 des Oberjochs 12 leicht drehbar angeordnet ist.

Die Schwungscheibe 58 weist einen nach unten vorstehenden Ring 62 auf, um den ein Treibriemen 64 geführt ist, der von einem Asynchronmotor 66 angetrieben wird.

Anstelle des Riementriebes kann auch ein Direktantrieb vorgesehen werden. Auf die Motorwelle wird dann ein Zahnrad aufgesetzt, das mit einem auf dem Ring 62 aufgesetzten Zahnring kämmt.

Zur Antriebsverbindung ist eine Kupplungsscheibe 68 vor­ gesehen, die drehfest mit der Spindel 16 verbunden ist und in horizontaler Ausrichtung koaxial zur Spindel 16 auf dieser aufsitzt.

Dabei liegt die Kupplungsscheibe 68 in einer mittigen, nach oben offenen Aufnahme 70 der Schwungscheibe 58 ein und wird von einer Platte 72, die mit ihrem äußeren Rand­ bereich auf einer Stufe 74 der Schwungscheibe 58 aufliegt, abgedeckt.

Zwischen der Kupplungsscheibe 68 und der Platte 72 beziehungs­ weise der Schwungscheibe 58 besteht allseitig ein geringer Spalt 76.

Die Platte 72 ist durch Schrauben 78 mit der Schwungscheibe 58 drehfest verbunden und weist eine Mittenöffnung 80 auf, durch die das oberseitige Ende der Spindel 16 in ein Führungs­ lager 82 eines die Mittenöffnung 80 abdeckenden Endstückes 84, das selbst wiederum auf der Platte 72 verschraubt ist, ragt.

Gegen die Stirnfläche der Spindel 16 im Führungslager 82 wirkt eine (nicht dargestellte) Druckfeder.

Die Platte 72 ist auf ihrer mit der Kupplungsscheibe 68 korrespondierenden Unterseite mit einer ringförmigen Aus­ nehmung 86 ausgebildet, in der ein Ringkolben 88 einliegt, der über (nicht dargestellte) hydraulisch betätigbare Ring­ kolben in vertikaler Richtung geführt wird.

Der Ringkolben 88 kann damit zur Übertragung eines Dreh­ momentes von der ständig angetriebenen Schwungscheibe 58 auf die Spindel 16 gegen die Oberseite der Kupplungsscheibe 68 gedrückt werden, wobei sich eine Begrenzung des übertragenen Drehmomentes und damit der Maschinen-Preßkraft durch Vorwahl des hydraulischen Öldrucks einstellen läßt. Die Kupplung kann auch als Rutschkupplung zur Überlastsicherung arbeiten.

Eine nicht näher dargestellte Schaltvorrichtung der Kupplung sorgt dafür, daß der Öldruck in den Ringkolben zu nachstehend noch näher erläuterten definierten Zeitpunkten plötzlich abgebaut und damit die Drehmomentenübertragung zwischen Schwungrad 58 und Spindel 16 unterbrochen wird. Dabei ist die Einrichtung so gewählt, daß ein Lösen in nur 1/2000stel Sekunde erfolgen kann.

Während das Pressengestell in geteilter Gußkonstruktion vorzugsweise mit eingeschrumpften Zugankern aus legiertem Vergütungsstahl gestaltet ist, soll die Spindel 16 vorzugs­ weise aus einem hochlegierten Vergütungsstahl bestehen, während die Spindelmutter aus Bronze und der Schlagstempel aus hochwertigem Stahlguß bestehen soll.

Die bewegbaren Teile der Vorrichtung werden vorzugsweise über eine Zentral-Schmiervorrichtung für Öl, die automatisch arbeitet, und mit elektrischer Überwachung und Warnanzeige ausgestattet ist, geschmiert. Vorzugsweise sind getrennte Schmierkreise für die Spindel 16, die Führungsleisten für den Schlagstempel 26 sowie die Lagerung des Schwungrades 58 vorgesehen.

In Fig. 2 ist eine Aufsicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung dargestellt. In der Mitte ist das zuvor beschriebene Pressengestell 10 mit seinem Unterjoch 36 und dem Formkasten 38 zu erkennen.

Der Presse ist eine mit dem Bezugszeichen 90 ganz allgemein gekennzeichnete Formfülleinrichtung zugeordnet. Die Formfüll­ einrichtung 90 ist grundsätzlich getrennt vom Pressenge­ stell 10 angeordnet (Abstand 92), um die Übertragung von Erschütterungen zu vermeiden.

Die Formfülleinrichtung besteht aus einem Tisch 94 auf dem ein Füllkasten 96 (in der Zeichnung in Richtung der Pfeile A, B) auf Führungsleisten und wartungsfreien Lauf­ rollen über eine (nicht dargestellte) hydraulische Kolben­ Zylinder-Anordnung verschiebbar angeordnet ist.

Der Füllkasten ist in seinen Abmessungen dem Formkasten 38 und damit dem jeweiligen Stein(Formteil)format angepaßt.

Dem Füllkasten 96 zugeordnet ist ein senkrecht zu diesem entlang eines Weges 98 verfahrbarer Mischer 100, der volu­ metrisch oder gravimetrisch von einem Zuführband mit dem zu verpressenden pulverförmigen Material beschickt wird.

Der Mischer 100 enthält mehrere rotierende und gegeneinander bewegbare Mischarme (nicht dargestellt), die für eine homo­ gene Durchmischung der jeweiligen Schüttung sorgen.

Vorzugsweise sind die Mischerwände keilförmig nach unten verjüngt ausgebildet, so daß der Materialstrom beim Mischen immer wieder nach unten nachrutschen kann.

Der Boden 102 des Mischers 100 ist mit zwei gegeneinander zu öffnenden/zu schließenden (nicht dargestellten) Schiebern ausgebildet, die eine der Aufnahmeöffnung des Füllkastens 96 entsprechende Öffnung im Mischer 100 freigeben.

Der Mischer 100 ist überdies auf (nicht dargestellten) Hubsäulen vertikal verfahrbar angeordnet.

Das Beschicken des Formkastens 38 zum Beispiel mit einer Magnesit-Kohlenstoff-Mischung zur Herstellung von Konverter­ steinen geschieht beispielsweise wie folgt:

Zunächst wird eine bestimmte Menge der Magnesit-Kohlenstoff­ Mischung über ein Zuführband in den Mischer 100 gegeben. Dabei ist die Füllmenge im Mischer 100 so gewählt, daß etwas mehr Material im Mischer 100 gemischt wird, als schließ­ lich zum Füllen des Formkastens 38 benötigt wird.

Vorzugsweise ist der Mischer 100 beheizt (zum Beispiel zur Einstellung einer Temperatur von 40°C), so daß unab­ hängig von den äußeren Temperaturbedingungen stets gleich­ bleibende Materialeigenschaften eingestellt werden können.

Der Mischer 100 wird dann entlang des Weges 98 über den Füllkasten 96 geführt. Dabei kann der Abstand zwischen Boden 102 des Mischers 100 und der Oberkante des Füllkastens 96 relativ gering (nur wenige Zentimeter) gewählt werden.

Der Boden 102 wird dann schlagartig geöffnet, so daß das zuvor homogenisierte Materialgemisch unter weitestgehender Ver­ meidung von Entmischungserscheinungen in den Füllkasten 96 entleert wird. Dabei bildet sich zwangsweise ein Schütt­ kegel aus. Der Mischer 100 wird dann um eine Strecke nach unten in Richtung auf den Füllkasten 96 verfahren, bis der Boden 102 gerade eben noch über der Oberkante des Füll­ kastens 96 steht.

Der Verschluß im Boden 102 wird dann geschlossen und schneidet dabei den zuvor ausgebildeten Schüttkegel ab. Damit ist sichergestellt, daß ein gleichmäßig vermischtes Produkt im Füllkasten vorliegt und die Füllhöhe über die gesamte Grundfläche nahezu konstant ist.

Der Mischer 100 wird dann wieder hoch und in seine Ausgangs­ position zurückgefahren, wo er mit einer neuen Teilmenge beschickt wird. Dabei wird die neue Teilmenge so bemessen, daß die Menge des zuvor abgeschnittenen Schüttkegels, die noch im Mischer 100 liegt, berücksichtigt wird.

Gleichzeitig wird der Füllkasten 96 über den Füllschieber 104 in Richtung auf das Pressengestell 10 geführt, das sich zu diesem Zeitpunkt in einer Position gemäß Fig. 1 befindet, das heißt der Schlagstempel 26 liegt in seiner oberen Aus­ gangsstellung.

Vor dem Überführen des Füllkastens 96 auf das Unterjoch 36 des Pressengestells 10 wird die Formfülleinrichtung 90 mit dem Pressengestell 10 unter Schließung des Abstandes 92 verbunden, so daß kein Material aus dem Füllkasten 96 austre­ ten kann.

Bevor der Füllkasten 96 über den Bereich des Formkastens 38 geführt wird, ist der Boden des Formkastens 38 um eine bestimmte Strecke nach oben geführt, so daß zunächst nur eine Teilmenge aus dem Füllkasten 96 in den Formkasten 38 übergeführt werden kann bis der Füllkasten 96 vollständig über dem Füllkasten 38 zum Stillstand kommt. Bei der an­ schließenden Rückführung des Füllkastens 96 wird gleich­ zeitig der Boden des Formkastens 38 nach unten wieder abge­ senkt, so daß sich bei der in Fig. 1 dargestellten Neigung des Werkzeuges 42 von links nach rechts eine steigende Schüttdicke einstellt.

Damit wird praktisch schon beim Füllvorgang "ein Keil gezogen", so daß die in den Formkasten 38 eingefüllte lose Schüttung auch an ihrer Oberfläche bereits entsprechend der Neigung des Oberstempels 32 gestaltet ist.

Es ist offensichtlich, daß sich hierdurch erhebliche Vor­ teile bei der anschließenden Verdichtung ergeben.

Nachdem der Füllkasten 96 über den Füllschieber 104 zurück­ geführt und die Formfülleinrichtung 90 vom Pressengestell 10 wieder getrennt wurde, wird die Spindel 16 über die Kupplung 68, 88 mit dem Schwungrad 58 verbunden. Dies geschieht über eine entsprechende Steuerungseinrichtung innerhalb nur weniger tausendstel Sekunden.

Die Spindel 16 wird damit praktisch verzögerungsfrei in Rotationsbewegung versetzt.

Gleichzeitig wird der Schlagstempel 26 entlang seiner Führun­ gen entlang des Gewindeschaftes 22 der Spindel 16 nach unten beschleunigt.

Die volle Preßkraft steht dabei bereits nach einem Teilhub von weniger als der Hälfte des Endhubs zur Verfügung.

Der Schlagstempel 26 führt nach Eindringen in den Form­ kasten 38 zu einer Verdichtung der darin zuvor eingebrachten Schüttung.

Der Verdichtungsschlag wird nach einem vorwählbaren kraft­ und/oder wegabhängigen Programm durch Lösen der Kupplung 68, 88 im Millisekundenbereich unterbrochen, wodurch sichergestellt ist, daß die gesamte zur Verfügung gestellte Energie zur Verdichtung (Umformung) genutzt werden kann und nicht durch Prellschläge in das Pressengestell abge­ führt wird. Versuche haben gezeigt, daß die Umformenergie bei gleichen Ausgangsmassen mit einer erfindungsgemäß ver­ wendeten Kupplungs-Spindelpresse bei ca. zwanzig mMp liegt, während konventionelle moderne Friktions-Spindelpressen bei sonst gleichen Parametern nur eine Umformenergie von acht mMp liefern.

Anschließend wird der Schlagstempel 26 durch die Kolben-Zy­ linder-Einrichtungen 46,48 nach oben gezogen. Der gepreßte Stein wird aus dem Formkasten 38 über eine nicht dargestellte Hubeinrichtung nach oben herausgeführt, abgenommen ( zum Beispiel über einen automatischen Greifer und Absetzer) und der Boden des Formkastens wird anschließend wieder abgesenkt. Der Füll- und Preßvorgang wiederholt sich dann wie zuvor beschrieben.

Dabei ermöglicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung unter anderem folgende vorteilhaften Einstellungen zur Qualitäts­ optimierung.

• - wegabhängige Führung des Schlagstempels entsprechend der jeweiligen Steindicke durch Lösen der Kupplung
• - kraftabhängige (drehmomentenabhängige) Führung des Schlagstempels durch Lösen der Kupplung
• - Einstellung des Hubes des Schlagstempels durch die Kolben-Zylinder-Führungen
• - Antriebsgeschwindigkeit der Schwungscheibe 58
• - volumetrische/gravimetrische Füllung des Füllkastens und Führung desselben über den Formkasten
• - Beeinflussung der Füllmenge in Abhängigkeit von der aufzuwendenden Schlagenergie (der erreichten Umform­ energie und/oder Abweichung des Gewichtes/der Abmessungen des gepreßten Erzeugnisses von vorgegebenen Sollwerten).

Auf diese Weise ist es möglich, durch kraft- oder wegab­ hängige Regelung/Steuerung der Presse in Abhängigkeit von der jeweiligen zu verpressenden Masse und dem entsprechenden Format die Vorrichtung so einzustellen, daß optimale Preß­ ergebnisse erzielt werden.

Insgesamt ermöglicht die Vorrichtung bei Taktzeiten pro Schlag von weniger als zwei Sekunden und der Möglichkeit der Verringerung der Schläge je Formteil eine erhebliche Produktivitätssteigerung bei gleichzeitig deutlich erhöhter Qualität der hergestellten Formteile. Auch großformatige Formteile können ohne weiteres hergestellt werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Herstellung keramischer Formteile mit einem Formkasten (38) zur Aufnahme eines über eine Form­ fülleinrichtung (90) aufgebbaren pulverförmigen Ausgangs­ materials, einer diesem zugeordneten Spindelpresse sowie einer Einrichtung zum Herausführen der Formteile nach Verdichtung aus dem Formkasten (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelpresse eine einen Schlagstempel (26) führende und mit einer Kupplung (68, 88) drehfest verbun­ denen Gewindespindel (16) umfaßt, wobei die Kupplung (68, 88) mit einer durchlaufend angetriebenen Schwung­ scheibe (58) zur weg- und/oder kraftabhängigen Führung des Schlagstempels (26) verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (66, 68) eine Reibkupplung, vorzugs­ weise eine Reibklotzkupplung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen hydraulisch betätigbaren, in einer entsprechenden, mit dem Schwungrad (58) drehfest verbundenen Aufnahme (72) angeordneten Ringkolben (88), der zur Drehmomentüber­ tragung auf die Spindel (16) gegen eine mit der Spindel (16) drehfest verbundenen Kupplungsscheibe (68) verfahr­ bar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (66, 68) als Rutschkupplung zur Überlast­ sicherung ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur elektro-hydraulischen Erfassung des Drehmomentes des Schwungrades (58), die bei Erreichen eines vorgebbaren Drehmomentes die Kupplung (66, 68) sofort löst.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur wegabhängigen Erfassung des Hubes des Schlagstempels (26).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem auf die Gewindespindel (16), den Formtisch (38) und/oder den Schlagstempel (26) ausgerichteten Winkelkodierer in Verbindung mit einem Mikroprozessor besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Hubes des Schlag­ stempels (26) bei Erreichen eines einstellbaren, defi­ nierten Wertes die Kupplung (66, 68) sofort löst.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung der mit einem Pressen­ schlag auf das zu verformende Material geleisteten Umformenergie.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkasten (38), der Boden (40) des Formkastens (38) und/oder die Ausgangshöhe des Schlagstempels (26) einstellbar ist (sind).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von den von der Kraft-/Weg- und/oder Umform-Meßeinrichtung registrierten Werten

• a) die Preßkraft des Schlagstempels (26) und/oder b) den Hub des Schlagstempels (26) für den auf dasselbe Formteil auszuübenden nachfolgenden Schlag und/oder
• c) die Einrichtung zum Herausführen des Formteils und/oder
• d) die Einstellung der Formfülleinrichtung (90) für den nachfolgenden Formfüllvorgang entsprechend der Abweichung von vorgegebenen Sollwerten regelt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfülleinrichtung (90) eine Materialzuführ­ einrichtung (100) und einen entlang eines Tisches (94) über den Formkasten (38) führbaren Füllkasten (96) umfaßt, wobei die Formfülleinrichtung während des Füll­ vorgangs mit dem Pressengestell (10) adaptierbar und nach dem Füllvorgang vom Pressengestell (10) lösbar angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialzuführeinrichtung einen volumetrisch und/oder gravimetrisch beschickbaren Mischer (100) umfaßt, von dem aus das Material unmittelbar nach unten in den Füllkasten (96) abgebbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (100) und/oder der Füllkasten (96) beheizbar ist (sind).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (100) und/oder Füllkasten (96) vertikal verfahrbar ausgebildet ist (sind).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkasten (96) und/oder der Formkasten (38) während der Materialübergabe verschiebbar/verfahrbar ist (sind).

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur geometrischen Vermessung und/oder gravimetrischen Erfassung eines hergestellten Formteiles, die in Abhängigkeit der Differenzen der dabei ermittelten Ist-Werte von vorgegebenen Soll-Werten eine Regelung der kraft- und/oder wegabhängigen Führung des Schlag­ stempels (26) und/oder der volumetrischen und/oder gravimetrischen Zuführung eines Materialstromes in den Füllkasten (96) bewirkt.