Die Erfindung betrifft ein Preßwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Preßwerkzeug dieser Gattung (DE-A 3128348) ist die Patrize samt Zentralkörper und Schließkörper Bestandteil eines Vorpreßkopfes, der nur vor dem isostatischen Pressen auf die Matrize und die Membran aufgesetzt wird, um einen Füllraum zu bilden. In diesen wird von oben her, durch einen außerhalb des rohrförmigen Schließkörpers gebildeten Ringraum der Patrize hindurch, keramisches Granulat eingeschossen. Der Zentralkörper ist ebenfalls ein Rohr, durch das während des Einschießens Druckluft zum Fluidisieren und Verteilen des Granulats eingeblasen wird. Nach dem Einschießen wird durch eine Abwärtsbewegung der federnd abgestützten Patrize das Granulat im Füllraum vorverdichtet. Dadurch entsteht ein Preßling, der fest genug ist, um seine Form nicht zu verändern, wenn der Vorpreßkopf von der Matrize und der Membran abgehoben und durch einen Nachpreßkopf mit eigener Patrize ersetzt wird. Erst wenn der Nachpreßkopf dicht und fest auf die Matrize und die Membran aufgesetzt worden ist, wird Fluid unter Druck zwischen Matrize und Membran eingeleitet und dadurch der Preßling isostatisch nachverdichtet.
Diese Verwendung eines Vorpreßkopfes und anschließend eines Nachpreßkopfes in Verbindung mit einer und derselben Matrize und Membran zum Vor- und Nachverdichten eines und desselben Gegenstandes erfordert einen großen Vorrichtungs- und Zeitaufwand. Trotz dieses großen Aufwandes lassen sich steilwandige topf- oder schüsselförmige Gegenstände von einer bestimmten Größe an mit der bekannten Vorrichtung nicht in zufriedenstellender Qualität erzeugen; im mittleren Bereich der Innenfläche solcher Gegenstände entstehen störende Abdrücke, während im Randbereich häufig Zeichen ungenügender Verdichtung des Granulats erkennbar sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Preßwerkzeug zum isostatischen Pressen von Gegenständen aus keramischem Granulat derart weiterzubilden, daß mit ihm auch große topf- oder schüsselförmige Gegenstände, deren Durchmesser und Höhe die Größenordnung von 350 mm und mehr haben, einwandfrei und mit geringem Vorrichtungs- und Zeitaufwand hergestellt werden können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer und derselben Patrize in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Matrize und Zugehörigen Membran zum Einschießen sowie zum isostatischen Pressen des Granulats entfällt der bisher erforderliche Zeitaufwand für den Austausch des Vorpreßkopfes gegen den Nachpreßkopf. Wenn also eine erfindungsgemäße Vorrichtung mehr als eine Patrize aufweist, dann lassen sich die Patrizen alternierend jeweils für die vollständige Arbeitsfolge des Einschießens und des isostatischen Pressens verwenden, während gleichzeitig ein fertiggepreßter Gegenstand von einer gerade nicht mit einer Matrize zusammenwirkenden Patrize abgenommen wird.Durch die Anordnung der Patrize unterhalb der Matrize wird die Schwerkraft genutzt, um die Bewegung des eingeschossenen Granulats bis zum Rand des Füllraums zu unterstützen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Granulats begünstigt wird.
Die Anordnung der Patrize unterhalb der Membran hat bei Verwendung von mehr als einer Patrize in Verbindung mit einer und derselben Matrize und Membran den zusätzlichen Vorteil, daß jeweils eine Patrize mit kopfüber auf ihr liegendem Gegenstand aus dem Arbeitsbereich der Matrize herausbewegt werden kann, ohne daß der Gegenstand besonders festgehalten werden müßte. Der Gegenstand kann dann in Ruhe entnommen werden, während der nächste Gegenstand mit einer anderen Patrize gepreßt wird.
Von besonderer Bedeutung für die Qualität der gepreßten Gegenstände ist die in bezug auf die zugehörige Patrize ortsfeste Anordnung des starren Zentralkörpers mit seinem verdickten Kopf, dessen Oberseite ständig koplanar mit der umgebenden oberen Stirnfläche der Patrize ist. Dadurch erhält der zu pressende Formling in der Mitte derjenigen Fläche, die später die Oberseite seines Bodens bildet, eine verhältnismäßig großflächige, unnachgiebige Abstützung, so daß beim isostatischen Pressen der über die Membran auf das Granulat ausgeübte Druck nicht im Stande ist, in diesem zentralen Bereich des Gegenstands einen störenden Abdruck zu hinterlassen. Der rings um den Kopf des Zentralkörpers angeordnete obere Endbereich des rohrförmigen Schließkörpers kann zwar wegen dessen notwendiger Axialbeweglichkeit nicht ganz so starr sein wie der Kopf selber; es hat sich aber erwiesen, daß die Abstützung des Granulats am starren Kopf des ortsfesten Zentralkörpers über den äußeren Rand dieses Kopfes hinaus noch eine stützende Wirkung hat, so daß der verhältnismäßig schmale vom Schließkörper eingenommene Ringraum zwischen dem Kopf des Zentralkörpers und der umgebenden Stirnfläche der Patrize offenbar von einer verhältnismäßig geringen Anzahl Granulatteilchen so überbrückt wird, daß auf den Schließkörper nur Kräfte einwirken, denen er standhalten kann, ohne in axialer Richtung merklich nachzugeben. Deshalb bleiben an der Innenseite des Bodens von Gegenständen, die mit einem erfindungsgemäßen Preßwerkzeug gepreßt worden sind, höchstens geringfügige Abdrücke zurück, die bei Blumenübertöpfen und dergleichen ohne weiteres hingenommen werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es zeigen:
Zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung gehören ein Pressengestell 10 mit einer Basis 12, zwei von dort senkrecht nach oben ragende Säulen 14 und ein weiter oben angeordnetes, nicht gezeichnetes Joch, das die beiden Säulen miteinander verbindet. Auf der Basis 12 ist ein Drehtisch 16 gelagert, der um eine der Säulen 14 schrittweise um jeweils 180° drehbar ist. An den beiden Säulen 14 ist ein Matrizenträger 18 auf- und abverschiebbar geführt.
Auf dem Drehtisch 16 sind zwei Patrizen 20 befestigt, die bezüglich der Säule 14, um die der Drehtisch 16 drehbar ist, um 180° gegeneinander versetzt sind. Die beiden Patrizen 20 sind vollständig gleich; sie haben je eine ebene Stirnfläche 22, je eine steilkonische Mantelfläche 24 und je einen zylindrischen zentralen Kanal 26, in deren oberen Endbereich eine Büchse 28 aus besonders verschleißfestem Werkstoff eingepreßt ist. Im dargestellten Beispiel sind die beiden Patrizen 20 bezüglich je einer senkrechten Achse A rotationssymmetrisch entsprechend der Innenform eines üblichen Blumenübertopfes.
Im zentraler Kanal 26 jeder der beiden Patrizen 20 ist ein massiver und besonders robuster, stempelartiger Zentralkörper 30 angeordnet, der ebenfalls bezüglich der zugehörigen Achse A rotationssymmetrisch und auf dem Hauptteil seiner Länge kreiszylindrisch ist. Das obere Ende jedes Zentralkörpers 30 ist von einem verdickten Kopf 32 mit ebener Oberseite 34 gebildet, die in der gleichen waagerechten Ebene liegt wie die Stirnfläche 22 der zugehörigen Patrize 20. Unmittelbar unter der Oberseite 34 hat der Kopf 32 einen zylindrischen Abschnitt. Daran schließt sich ein kegelförmiger Abschnitt mit nach unten abnehmendem Durchmesser an. Jeder der beiden Zentralkörper 30 ist über eine kräftige Traverse 36 derart am Drehtisch 16 befestigt, daß er beim isostatischen Pressen auf seine Oberseite 34 einwirkendem Druck nicht merklich nachgibt. Jeder der beiden Zentralkörper 30 hat ferner einen Fuß 38; dort geht der zylindrische Hauptteil des Zentralkörpers in einen kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt mit nach unten abnehmenden Durchmesser über.
Gleichachsig mit dem Zentralkörper 30 ist in jeder Patrize 20 ein rohrförmiger Schließkörper 40 angeordnet, der in axialer Richtung verschiebbar im zugehörigen zentralen Kanal 26 geführt ist. Zu diesem Zweck ist der zentrale Kanal 26 mit einem Werkstoff von geringem Reibungskoeffizienten ausgekleidet, beispielsweise mit Epoxydharz. In jedem Fall besteht der rohrförmige Schließkörper 40 aus hochfestem Stahl; er ist vorzugsweise gehärtet sowie innen und außen geschliffen. Er hat ein oberes Ende 42 mit einer zur Achse A normalen, also waagerechten, ebenen Stirnfläche, die normalerweise - abgesehen von der in Fig. 4 abgebildeten Offenstellung - in derselben Ebene liegt wie die Stirnfläche 22 der zugehörigen Patrize 20. Der Schließkörper 40 hat ferner ein unteres Ende 44, das innen trichterförmig und außen flanschartig gestaltet ist. Oberhalb davon hat jeder Schließkörper 40 einen diametralen Schlitz 46, durch den sich die zugehörige Traverse 36 mit reichlich bemessenem axialen Spiel hindurcherstreckt, so daß der Schließkörper zwischen der beispielsweise in Fig. 3 abgebildeten Schließstellung und der in Fig. 4 abgebildeten Offenstellung auf- und abbewegbar ist. Für diese Bewegungen sind in den Drehtisch 16 Hubvorrichtungen 48, beispielsweise doppelwirkende hydraulische Kolbenzylindereinheiten, eingebaut.
Den beiden Patrizen 20 ist eine gemeinsame Matrize 50 zugeordnet, mit der sie abwechselnd zusammenwirken. Die Matrize 50 hat die Form eines auf dem Kopf stehenden Topfes mit einer ebenen Bodenfläche 52 und einer steilen, sich nach unten erweiternden kegelstumpfförmigen Mantelfläche 54, deren Übergänge zur ebenen Bodenfläche 52 sowie zum unteren Rand der Matrize 50 ungefähr kreisbogenförmig abgerundet sind. Die Matrize 50 ist in bezug auf eine senkrechte Achse B insgesamt rotationssymmetrisch. Rings um ihren unteren Randbereich sind gleichachsig mit ihr ein innerer Ring 56 und ein äußerer Ring 58 angeordnet. Der äußere Ring 58 überlappt den inneren Ring 56 und ist am Matrizenträger 18 festgeschraubt.
Die Matrize 50 ist mit einer elastischen Membran 60 ausgekleidet; auch diese hat einen im wesentlichen ebenen Boden 62 und einen sich nach unten erweiternden kegelstumpfförmigen Mantel 64. Ferner ist an der Membran 60 ein äußerer Rand 66 ausgebildet, der zwischen den beiden Ringen 56 und 58 derart festgeklemmt ist, daß die Membran dicht mit dem Matrizenträger 18 verbunden ist. Durch im Matrizenträger 18 und in der Matrize 50 vorgesehene, nicht gezeichnete Kanäle, die sich wahlweise an eine Vakuumquelle oder an eine Druckfluidquelle anschließen lassen, wird die Membran gemäß Fig. 3 und 4 sowie gemäß Fig. 6 und 7 an der Matrize anliegend gehalten, gemäß Fig. 5 hingegen von dieser weg in Richtung zur Patrize 20 gedrückt. Damit die Membran 60 im letztgenannten Fall auch gegen die Patrize 20 abdichtet, ist diese mit einer elastischen Randauflage 68 versehen.
In allen gezeichneten Betriebsstellungen ist eine der beiden Patrizen 20 der Matrize 50 zugeordnet; dabei fluchtet die Achse A der betreffenden Patrize 20 mit der Achse B der Matrize 50. In jeder der beiden möglichen Stellungen, in denen dies der Fall ist, läßt sich der Drehtisch 16 verriegeln.
Senkrecht unterhalb der Matrize 50 und gleichachsig mit ihr ist ein Einschießrohr 70 angeordnet, das in einer senkrechten Bohrung 72 der Basis 12 verschiebbar geführt ist und oben einen Flansch 74 mit waagrechter oberer Stirnfläche 76 aufweist, der in der Ruhestellung gemäß Fig. 3 mit der Oberseite der Basis 12 bündig ist, so daß er die Drehung des Drehtisches 16 um die linke der in Fig. 1 und 2 dargestellten Säulen 14 nicht behindert. An der Unterseite des Flansches 74 greifen in die Basis 12 eingebaute Hubvorrichtungen 78 an, die im dargestellten Beispiel ebenfalls doppelt wirkende hydraulische Kolbenzylindereinheiten sind.
Die dargestellte Vorrichtung dient zum Verpressen von keramischem Granulat 80, das in einer Einschießvorrichtung 82 bereitgehalten wird und mit Druckluft über eine Leitung 84 dem Einschießrohr 70 zuführbar ist. Nachdem gemäß Fig. 3 ein vollständiges und geschlossenes Preßwerkzeug von einer der beiden Patrizen 20 und der Matrize 50 samt Membran 60 und zugehörigen Bauteilen gebildet worden ist, besteht noch keine Verbindung zwischen dem Einschießrohr 70 und dem Füllraum zwischen Patrize 20 und Membran 60. Zwischen dem massiven, im wesentlichen zylindrischen Zentralkörper 30 und dem ebenfalls im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Schließkörper 40 ist zwar ein im Querschnitt kreisringförmiger Füllkanal 86 gebildet, doch ist dieser nach oben am Kopf 32 und nach unten am Fuß 38 des Zentralkörpers 30 noch dicht verschlossen.
Durch Ausfahren der Hubvorrichtungen 48 wird der rohrförmige Schließkörper 40 nach unten bewegt, bis sein unteres Ende gegen den Flansch 74 des Einschießrohrs 70 stößt und gegen diesen abdichtet. Dabei wird rings um den Kopf 32 und um den Fuß 38 des Zentralkörpers 30 je ein ringförmiger Durchlaß frei, dessen Querschnitt ungefähr so groß ist, wie der Querschnitt des dazwischenliegenden Füllkanals 86. Sobald dieser, in Fig. 4 abgebildete, Zustand erreicht ist, wird die Einschießvorrichtung 82 betätigt, so daß der zwischen der Patrize 20 und der Matrize 50 gebildete Füllraum nahezu schlagartig mit Granulat 80 gefüllt wird.
Während dieses Füllvorgangs wird durch eine in das Einschießrohr 70 mündende Luftleitung 89 Druckluft zugeführt, die das Granulat 80 aufwirbelt. Entsprechende Luftleitungen münden vorzugsweise hinter jeder Biegung der Leitung 84. Die Durchwirbelung des Granulats 80 auf dessen Weg in den Füllraum verhindert, daß feinkörnige und staubartige Bestandteile des Granulats 80 von dessen gröberen Körnern getrennt in den Füllraum gelangen, was zu unterschiedlichen Verdichtungen beim anschließenden isostatischen Pressen führen würde. Die zusätzlich eingeleitete Druckluft unterstützt die Bewegung des Granulats 80 in den Füllraum, so daß die Füllzeit verkürzt wird.
Vom Granulat 80 aus dem Füllraum verdrängte Luft strömt zwischen dem Rand der Membran 60 und der Randauflage 68 radial nach außen und gelangt in einen Ringkanal 88, der entweder mit der äußeren Umgebung oder mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist. Dieser Füllvorgang dauert bei einem Preßwerkzeug zum Herstellen eines Blumenübertopfes mit einer Höhe von ungefähr 350 mm und einem Durchmesser von ungefähr 300 mm knapp zwei Sekunden.
Anschließend werden die Hubvorrichtungen 48 wieder eingefahren; infolgedessen kehrt der rohrförmige Schließkörper 40 in seine obere Endstellung zurück, in der seine obere Stirnfläche mit der oberen Stirnfläche 22 der zugehörigen Patrize 20 und der Oberseite 34 des Kopfes 32 des zugehörigen Zentralkörpers 30 bündig ist. Sodann wird durch die Matrize 50 hindurch hydraulisches Fluid eingeleitet, das die Membran 60 gemäß Fig. 5 von der Matrize 50 wegdrängt und das Granulat 80 einseitig hydrostatisch verdichtet, so daß es einen gepreßten Gegenstand 90 bildet.
Schließlich wird das hydraulische Fluid wieder abgesaugt, so daß sich die Membran 60 gemäß Fig. 6 erneut im wesentlichen vollflächig an die Matrize 50 anlegt. Der rohrförmige Schließkörper 40 bleibt in seiner oberen Endstellung; das Einschießrohr 70 wird hingegen durch Einfahren der Hubvorrichtungen 78 in seine untere Endstellung zurückbewegt. Anschließend wird der Matrizenträger 18 samt Matrize 50 und daran befestigten Bauteilen gemäß Fig. 1 abgehoben und dann wird der Drehtisch 16 um 180° gedreht. Der Arbeitszyklus endet damit, daß der frisch gepreßte Gegenstand 90 von einem Saugnapf 92 erfaßt und von der Patrize 20, auf der er entstanden ist, abgehoben wird, wie dies in Fig. 1 links oben dargestellt ist. Schon währenddessen wird die Matrize 50 auf die nun rechts stehende Patrize 20 abgesenkt, und ein neuer Arbeitszyklus beginnt.
Fig. 7 zeigt, daß die Patrizen 20, die Matrize 50 und die Membran 60 durch kleinere Patrizen 20' sowie zugehörige Matrize 50' und Membran 60' ersetzt werden können, ohne daß weitere Bauteile ausgetauscht werden, indem man zwischen dem Drehtisch 16 und den Patrizen 20' eine Zwischenplatte 94 einfügt.
In Fig.8 ist eine Abwandlung des Preßwerkzzeugs zum Pressen von Waschbecken dargestellt.