ATBECHDE..ESFRGBGRITLILUNLSE......................
R
0234360
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
19870902
EP
87101606.9
19870206
de
de
de
684/86
19860220
CH
19870902
198736
19870902
198736
4
4B 28B 1/26 A
4B 28B 7/34 B
de
Giessform zur Erstellung von Keramikkörpern
en
Casting mould for making ceramic articles
fr
Moule pour la fabrication d'articles en céramique
Keramik Holding AG Laufen
00534940
HE - Keramik 11
Laufen, Keramik Holding AG
CH-4242 Laufen
CH
Gerster, Thomas, Dr.
Obere Höhe 6
CH-4242 Laufen
CH
Eschmann, Heinz
et al
00025121
A. Braun, Braun, Héritier, Eschmann AG Patentanwälte Holbeinstrasse 36-38
4051 Basel
CH
AT
BE
CH
DE
ES
FR
GB
GR
IT
LI
LU
NL
SE
Um der unerwünschten Kompressibilität des Formenmaterials zu begegnen und die Rissbildung zu ver­meiden, weist jeder der Formkörper (5, 6) eine Wasser­aufnahmeschicht (11, 13) auf, welche in einer angrenzen­den Lastaufnahmeschicht (12, 14) auf chemischem oder mechanischem Wege verankert ist. Zwischen den beiden Schichten ist ein Kanalsystem (15, 16) angeordnet, durch welches das im Hohlraum (H) dem Keramikschlicker entzogene Wasser abgeleitet wird.
Die jeweilige Wasseraufnahmeschicht (11, 13) besteht vorzugsweise aus einem porösen Kunststoffharz (z.B. Acryl-, Polyurethan- oder Furanharz) während die Lastaufnahmekörper (12, 14) aus harzgebundenem Quarz­sand erstellt werden können.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann jeder der beiden Formkörper (5, 6) statt mehrschichtig auch aus einem einzigen Material erstellt werden, das aus kunstharzgebundenem Glas- und/oder Keramikkügelchen besteht. Die Kunstharzbindung ist dabei so gewählt, dass zwischen den einzelnen, aneinandergrenzenden Kügelchen ein feinporiges, wasserabsorptionsfähiges Kapillarnetz verbleibt.
Die neue Giessform lässt sich mit dem Vorteil beträchtlicher Kosteneinsparung für die Massenherstellung von Sanitärkeramikteilen einsetzen.
Es sind Verfahren zur Herstellung keramischer Formlinge bekannt, gemäss welchen serienmässig ein an­organisches und/oder organisches Material verarbeitet wird, das einen Flüssigkeitsanteil zwischen 3 und 90 Gew.-% enthält, wobei das Material in einen zwischen mindestens zwei porösen Formkörpern befindlichen Hohl­raum eingebracht und im Kontakt mit den angrenzenden Formkörpern entfeuchtet wird.
Um den früher fast ausschliesslich verwendeten Gips durch ein haltbareres, wiederverwendbares Material zu ersetzen, das neben seiner erhöhten Lebensdauer auch eine glatte Oberfläche und gleichmässige Porenstruktur im Mikrobereich aufwies, wurde bereits vorgeschlagen, den Gips durch poröse Materialien wie Sintermetall oder speziell geeignete Kunststoffe zu ersetzen.
Als solche Ersatzmaterialien für Gips haben sich in letzter Zeit insbesondere poröse Kunststoffe wie z.B. Acrylharze, Polyurethanharze und Furanharze als zweckmässig erwiesen. Die mit diesen Materialien herge­stellten Giessformen zeigten nun bei den durchgeführten Versuchen ein zufriedenstellendes Absorptionsverhalten, doch brachte deren Verwendung verschiedene andere Probleme mit sich:
- Diese Materialien sind im Verhältnis zu Gips relativ kompressibel, so dass sie sich während des Arbeitsvorganges unter Last verformen, was zu Unregelmässigkeiten und Ausschuss bei den herzustellenden Keramikprodukten führt.
- Infolge der Kompressibilität des Materiales entstehen unter dem Einfluss der auf die Form einwirkenden Kräfte unerwünschte Rissbildungen.
- Im Hinblick auf die erforderliche Abdichtung im Grenzbereich der beiden Formhälften ist ein re­lativ hoher Schliessdruck erforderlich.
- Die Formen zeigen eine relativ hohe und schwer kontrollierbare Schwindung, was insbesondere bei Mehrteilformen ins Gewicht fällt.
- Die Erstellung der Formen erfordert speziell geschultes Fachpersonal.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­findung, die erwähnten Nachteile der Giessformen zu be­heben und eine neuartige Giessform vorzuschlagen, welche einerseits die erforderliche Filtrierfunktion (Wasserauf­nahme) voll erfüllt, andererseits aber dank ihrer erhöhten Festigkeit unerwünschte Verformungen und deren negative Konsequenzen zu vermeiden gestattet.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Giess­form ist in den beiden unabhängigen Patentansprüchen 1 und 7 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Giessform einschliesslich einiger Konstruktionsvarianten erläutert.
- Fig. 1 ist eine vereinfachte Schnittdarstellung einer aus zwei Formhälften bestehenden Giessform,
- Fig. 2 bis 6 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Verankerung der Wasseraufnahme­schicht in der angrenzenden Lastauf­nahmeschicht,
- Fig. 7 zeigt in schematischer Form anhand eines Teilschnittes eine Möglichkeit der praktischen Ausführung,
- Fig. 8 veranschaulicht eine weitere Ausführungs­variante anhand einer Schnittdarstellung und
- Fig. 9 zeigt die Struktur des in der Ausfüh­rungsform nach Fig. 8 verwendeten Form­materiales.
Gemäss Figur 1 sind zwei Anpressplatten 1 und 2 über gleitend gelagerte Kolbenstangen 3 und 4 mit einer nicht dargestellten hydraulischen Anpressvorrichtung ver­ bunden. Zwischen den beiden Anpressplatten 1 und 2 sind zwei Formkörper 5 und 6 angeordnet, die einen Hohlraum H umschliessen. In den Formkörpern 5 und 6 sind Bohrungen 7 bis 10 angeordnet, welche in bekann­ter Weise zur Zufuhr des Keramikschlickers sowie zur Zu- und Ableitung von Gas und Wasser dienen.
Wie Figur 1 ferner zeigt, ist jeder der beiden Formkörpern 5 und 6 zweiteilig aufgebaut: So weist der Formkörper 5 an seiner dem Hohlraum H zugewandten Seite eine Wasseraufnahmeschicht 11 auf, an welche sich - auf der dem Hohlraum H abgewandten Seite - eine Lastaufnahme­schicht 12 anschliesst. In ähnlicher Weise besitzt auch der Formkörper 6 eine dem Hohlraum H zugewandte Wasser­aufnahmeschicht 13 und eine demselben abgewandte Lastauf­nahmeschicht 14.
Die Wasseraufnahmeschichten 11 und 13 haben die Aufgabe, dem im Hohlraum H befindlichen Schlicker das Wasser zu entziehen und einem zwischen jeder Wasserauf­nahmeschicht 11, 13 und der angrenzenden Lastaufnahme­schicht 12, 14 angeordneten, der Entwässerung dienenden Kanalnetz 15, 16 zuzuführen. Dieses Kanalnetz kann bei­spielsweise aus gelochten Kupferröhrchen oder Kunststoff­schläuchen bestehen, welche entweder in die Wasseraufnahme­schicht 11, 13 oder in die Lastaufnahmeschicht 12, 14 oder in deren gemeinsame Grenzzone eingegossen sind. In den beiden letzteren Fällen sollte die Lastaufnahmeschicht 12, 14 in ihrem die Kanäle umgebenden Teil ebenfalls porös, d.h. flüssigkeitsdurchlässig sein.
Das Kanalnetz 15 kann gemäss einem Herstellungs­verfahren beispielsweise durch Einlegen von Plastik­schnürchen gebildet werden, die sich nach dem Giessvor­gang abziehen lassen.
Die Lastaufnahmeschichten 12 und 14 bestehen aus einem druckfesten, praktisch inkompressiblen Material und sollen den beiden Wasseraufnahmeschichten 11 und 13 als Widerlager dienen und damit deren Verformung entweder ganz vermeiden oder doch innerhalb zulässiger Grenzen halten. Dementsprechend können die Lastaufnahmeschichten 12, 14 beispielsweise aus einem kunstharzgebundenen Quarzsand bestehen. Es ist dem Fachmann bekannt, dass ein solcher kunstharzgebundener Quarzsand je nach Her­stellungsverfahren (insbesondere in Abhängigkeit vom prozentualen Harzanteil) dem Bedarfsfalle entsprechend flüssigkeitsabstossend oder mehr oder weniger flüssig­keitsabsorbierend sein kann. Wird ein solches flüssig­keitsabsorbierendes Material verwendet, bei welchem die Quarzkörner lediglich an ihren gegenseitigen Berührungs­stellen miteinander verklebt sind und zahlreiche Poren offenlassen, dann ist das Kanalsystem 15 nicht erforder­lich. Das von den Wasseraufnahmeschichten 11, 13 aus dem Schlicker aufgenommene Wasser wird in diesem Falle durch die Lastaufnahmeschichten 12 und 14 abgeleitet.
Die Bindung der Wasseraufnahmeschichten 11 und 13 an die jeweils benachbarten Lastaufnahmeschichten 12 und 14 kann beispielsweise auf chemischen Wege durch Kunstharzkleber oder mit mechanischen Mitteln erfolgen. Figur 2 zeigt eine Wasseraufnahmeschicht W, welche mit der darunter befindlichen Lastaufnahmeschicht L durch ein Kunstharz K verklebt ist. Da beide Schichten W und L bereits kunstharzhaltig sind, ergibt diese Ver­klebung eine ausserordentlich gute und dauerhafte Bin­dung.
Figur 3 bis 6 zeigen verschiedene Möglich­keiten der mechanischen Verankerung, die aber vom Fach­mann ohne weiteres durch weitere Varianten ergänzt wer­den können. Die ausgewählten Beispiele zeigen gemäss
- - Fig. 3 eine Verbindung mittels untergriffigen Elementen, die nach Art schwalbenschwanz­förmiger Nuten 16a, 16b ineinander ver­gossen sind,
- - Fig. 4 eine Verbindung mittels Schrauben 17,
- - Fig. 5 ineinandergreifende Elemente 18 und 19, wobei hier die Wasseraufnahmeschicht W um den Umfang der Lastaufnahmeschicht L herumgezogen ist,
- - Fig. 6 eine Verbindung mittels schraubenlinien­förmiger Stahldrahtelemente, z.B. Stahl­federn F.
Die vergrösserte Darstellung gemäss Figur 7 zeigt wiederum die Wasseraufnahmeschicht W, welche mittels Verankerungselementen 20 von hammerkopfförmigem Quer­schnitt in der darunter befindlichen Lastaufnahmeschicht L sicher verankert ist. Die Wasseraufnahmeschicht W sollte je nach Einzelfall eine Schichtdicke d von 20 bis 50 mm haben. Die hier mit 21 bezeichneten Entwässe­rungskanäle können als gelochte Kupferröhrchen ausgebildet sein. Falls diese Kupferröhrchen, wie in Figur 7 ge­zeigt, innerhalb der Lastaufnahmeschicht L liegen, so muss dieselbe in ihrem die Röhrchen umgebenden Abschnitt ebenfalls wasserdurchlässig sein. Die Röhrchen 21 können aber auch im unteren, der Lastaufnahmeschicht L benach­barten Bereich der Wasseraufnahmeschicht W oder im Zwi­schenbereich zwischen den beiden Schichten L und W ange­ordnet sein.
Die Vermeidung der eingangs erwähnten, den bekannten Giessformen anhaftenden Nachteile lässt sich jedoch noch auf einem weiteren Wege erzielen. Eine Aus­führungsform desselben zeigen die Figuren 8 und 9.
Auch in Figur 8 sind wiederum zwei Formkörper 22 und 23 zwischen zwei Anpressplatten 24 und 25 einge­spannt und umschliessen einen Hohlraum H. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Figur 1 bis 7 ist jedoch hier jeder Formkörper nicht mehrschichtig ausgebildet, sondern besteht aus einem Material, das die doppelte Funktion der Wasseraufnahme und Lastabstützung übernimmt. Dieses Material besteht aus Glas- und/oder Keramikpartikeln, welche vorzugsweise kugelförmig und, eventuell unter Ver­wendung eines Haftvermittlers, durch ein Kunstharz mit­einander verbunden sind. Wie die vergrösserte Darstellung der Figur 9 zeigt, umgibt das Kunstharz, vorzugsweise ein Acryl-, Polyurethan- oder Furanharz, die einzelne Glas- oder Keramikkügelchen 26 in einem dünnen Film 27, so dass zwischen aneinandergrenzenden Kügelchen 26 ein zusammen­hängendes Netz 28 von Zwischenräumen und Kapillarkanälchen frei bleibt, welche die anfallende Flüssigkeit aufsaugen.
Bei einer Ausführungsvariante werden Keramik­kügelchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,25 mm verwendet und vor Aufbringung des Bindemittels zur Er­höhung der Festigkeit in einem der bereits genannten Kunstharze getränkt. Hierzu werden vorteilhafterweise die nach dem Sprühtrocknungsverfahren erstellten Kera­mikkügelchen verwendet, welche bei relativ niedriger Temperatur von 600 bis 900°C gebrannt werden und daher eine relativ hohe Oberflächenporosität besitzen. Letztere verbessert die Wasser- und Harzaufnahme und übt beim Bindevorgang eine Haftvermittlerfunktion aus. Mit sol­chen Kügelchen aus Porzellan- oder Steinzeugmasse wur­den gute Resultate erzielt.
Bei Verwendung der anhand der Figuren 1 bis 9 beschriebenen Giessformen ergeben sich die folgenden Vorteile, welche insbesondere bei der Massenfabrikation von Sanitärkeramikteilen ins Gewicht fallen:
- a) Es können ca. 80 % des teuren, porösen Kunst­stoffmateriales eingespart werden.
- b) Da gegenüber dem bisher verwendeten Verfahren die Aluminiumplatten, Stahlrahmen, Armierungs­schrauben sowie Bohr- und Fräserarbeiten ent­fallen, ergibt sich hierdurch eine weitere be­trächtliche Kostenersparnis.
- c) In Anbetracht des geringeren Schliessdruckes ergibt sich eine verbesserte Lösung für die gegenseitige Dichtung der beiden Formenhälften.
- d) Da sich die Formkörper nur noch im Dichtflächen­bereich und nicht mehr ihrer Gesamtgeometrie entsprechend verformen, ergibt sich eine redu­zierte Gefahr für die Rissbildung.
- e) Die auftretende Schwindung wird vermindert und kontrollierbar, was insbesondere bei Mehrteil­formen von grosser Bedeutung ist und
- f) Die neuen Formen können nach einer gewissen An­lernzeit von den vorhandenen Modelleuren gefer­tigt werden.
1. Giessform zur Erstellung von Keramikkörpern, mit mindestens zwei einen Hohlraum umschliessenden Form­körpern, welche mit Bohrungen für die Zufuhr von Keramik­schlicker sowie die Zu- oder Ableitung von Gas oder Flüssigkeit versehen und dazu bestimmt sind, während des Arbeitsvorganges in einer Anpressvorrichtung an einer ge­meinsamen Dichtfläche gegeneinander gepresst zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Formkörper (5, 6) an seiner dem genannten Hohlraum (H) zugewandten Seite eine Wasseraufnahmeschicht (11, 13, W) aus einem feinporösen Kunststoff aufweist, an welche sich auf deren dem Hohl­raum (H) abgewandter Seite eine der Kräfteaufnahme dienen­de Lastaufnahmeschicht (12, 14, L) höherer Druckfestigkeit und geringerer Kompressibilität anschliesst, in welcher die Wasseraufnahmeschicht durch chemische oder mechanische Bindung verankert ist.
2. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Lastaufnahmeschicht (12, 14, L) aus einem grobporösen und flüssigkeitsabsorptionsfähigen Material besteht.
3. Giessform nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Lastaufnahmeschicht (12, 14, L) aus Polymerbeton oder harzgebundenem Quarzsand besteht, wobei der Harzanteil so gering gehalten ist, dass zwischen aneinandergrenzenden Harzpartikeln der Flüssigkeits­aufnahme dienende Freiräume verbleiben.
4. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Lastaufnahmeschicht (12, 14, L) aus einem praktisch nicht flüssigkeitsabsorptionsfähigen Material erstellt ist und im Grenzbereich zwischen Was­seraufnahmeschicht und Lastaufnahmeschicht ein der Ent­wässerung dienendes Kanalnetz (15) eingearbeitet ist.
5. Giessform nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, dass das Kanalnetz (15) durch eingegossene, allseitig gelochte Schläuche oder Röhrchen gebildet wird.
6. Giessform nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastaufnahmeschicht (12, 14, L) aus einem hochfesten, nicht flüssigkeitsabsorbierenden Material gebildet ist, das auf seiner der Wasseraufnahme­schicht (11, 13, W) zugewandten Seite in eine grobporöse, flüssigkeitsabsorbierende Schicht übergeht, in welche das Kanalnetz (15) eingebettet ist.
7. Giessform zur Erstellung von Keramikkörpern, mit mindestens zwei einen Hohlraum umschliessenden Form­körpern, welche mit Bohrungen für die Zufuhr von Keramik­schlicker sowie für die Zu- und Ableitung von Gas oder Wasser versehen und dazu bestimmt sind, während des Ar­beitsvorganges in einer Anpressvorrichtung an einer ge­meinsamen Dichtfläche gegeneinander gepresst zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Formkörper (22, 23) mindestens in seinem dem Hohlraum (H) zugewandten Ab­schnitt aus Glas- und/oder Keramikpartikeln (26) ge­bildet ist, welche an ihren gemeinsamen Berührungsflä­chen durch ein Bindemittel (27) unter Bildung einer porösen, flüssigkeitsaufnahmefähigen Struktur mitein­ander verbunden sind (Fig. 7 und 8).
8. Giessform nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, dass die genannten Glas- und/oder Keramikpar­tikel (26) kugelförmig sind und einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,25 mm aufweisen.
9. Giessform nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, dass ein und derselbe Formkörper kugelförmige Glas- und/oder Keramikpartikel unterschiedlichen Durch­messers enthält.
10. Giessform nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Formkörper dersel­ben ausschliesslich aus im Sprühtrocknungsverfahren hergestellten Keramikkügelchen erstellt ist, welche auf­grund eines zwischen 600 und 900°C durchgeführten Brenn­vorganges an ihrer Umfangsfläche eine hohe Absorptions­fähigkeit für Bindemittel und Wasser besitzen.
11. Giessform nach Anspruch 10, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Keramikkügelchen, welche z.B. aus Porzellan oder Steinzeugmasse bestehen, vor dem Aufbringen des Bindemittels zwecks Erhöhung der Druckfestigkeit mit einem Kunstharz getränkt sind.
12. Giessform nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Acryl-, Polyurethan- oder Furanharz ist.