DE10108570C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Formkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers und eine zur Ausführung eines derartigen Verfahrens betreibbare Vor­ richtung.

Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung platten- oder quaderförmiger Produkte aus einem pulverförmigen, pastösen oder granulatförmigen Aus­ gangsmaterial eingesetzt. Dabei kommen üblicherweise sogenannte Uniaxialpressen zum Ein­ satz, bei denen der Preßraum durch einen Preßrahmen bzw. eine Formmatrize und zwei in einander entgegengesetzten Richtungen in diese Formmatrize einfahrende Preßstempel be­ grenzt wird, wobei der zur Erzeugung des Formkörpers benötigte Preßdruck durch die zu­ sammenfahrenden Preßstempel aufgebracht wird. Dabei wird das Zusammenhaften des übli­ cherweise pulverförmigen Preßgutes im Verlauf des Verdichtungsvorganges dadurch begün­ stigt, daß das beispielsweise aus einer Mischung von Komponenten mit thermoplastischen und duroplastischen Eigenschaften bestehende Preßgut vor oder während des Verdichtungs­ vorganges erwärmt wird.

Bei bekannten Verfahren zum Herstellen von Formkörpern wird zu diesem Zweck ein Heizmedium in in den Preßstempeln und/oder dem Formrahmen vorgesehene Kanäle einge­ leitet, um so das Preßgut über die Preßstempel und/oder den Formrahmen zu erwärmen. In ähnlicher Weise werden bei der Kunststoff-Spritzgußtechnik eingesetzte Formpakete mit Hilfe eines Heizmediums, wie etwa eines Thermoöls, welches in in diesen Formpaketen angeord­ neten Kanälen eingeleitet wird, erwärmt, bevor dann vorzugsweise in einem Extruder bereits vorgewärmtes Spritzgußmaterial eingespritzt wird. Zum Entfernen des Formkörpers aus dem Preßraum muß der Formkörper üblicherweise wieder abgekühlt werden, um das Anhaften des Preßgutes an dem Preßstempel oder der Formmatrize zu verhindern und die Formstabilität des Preßlings zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird üblicherweise ein Kühlmittel in die in den Preßstempel und/oder der Formmatrize angeordneten Kanäle eingeleitet. Daneben ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Dachziegeln auch ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem eine elektrolytische Zersetzung des in dem Formkörper enthaltenen Wassers bewirkt wird, um durch die damit verbundene Gasbildung an den Formflächen die gewünschte Ablö­ sung des Formkörpers von den Formflächen zu erleichtern. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei Einsatz von wasserhaltigem Preßgut einsetzbar. Daher wird die Produktionsgeschwindig­ keit bei Einsatz von Verfahren der eingangs beschriebenen Art in der Regel durch die zum Aufheizen und Abkühlen des Preßgutes bzw. der Preßstempel oder des Formrahmens benö­ tigte Zeit begrenzt. Ferner sind entsprechende Verfahren in den DE 25 04 850 A1 angegeben.

Im Hinblick auf den Erhalt einer möglichst gleichmäßigen Erwärmung des Preßgutes wird erfindungsgemäß eine Weiterbildung der bekannten Verfahren vorgeschlagen, bei der mindestens einer der Preßstempel mindestens zwei voneinander isolierte Kontaktflächen aufweist und die Spannungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung der ohmschen Wärme mindestens zwei voneinander getrennte Strom- bzw. Spannungsquellen umfaßt, von denen jede mit einer der Kontaktflächen verbunden ist.

Auf diese Weise werden zwei oder mehr separate Stromkreise innerhalb des Preßgutes gebildet, so daß bei komplizierter Geometrie des Formkörpers durch eine entsprechende Regelung dieser Stromkreise ein definierter Leistungseintrag an verschiedenen Stellen bzw. in verschiedenen Bereichen des Formkörpers bewirkt werden kann. Dabei können die Kontaktflächen beispielsweise in Form von parallel zu der mit dem Preßgut in Kontakt gelangenden Begrenzungsfläche des Preßstempels gebildeten Leiterbahnen verwirklicht sein. Zusätzlich oder alternativ können die Kontaktflächen aber auch nahezu punktförmig in Form von die mit dem Preßgut in Kontakt gelangende Preßstempelfläche durchsetzenden Leitern verwirklicht werden.

Im Hinblick auf eine Optimierung des Herstellungsverfahrens hat es sich weiter als günstig erwiesen, daß die an das Preßgut angelegte Spannung in Abhängigkeit von der Lage der Preßstempel, der Dauer des Wärmeeintrages, dem elektrischen Strom durch das Preßgut und/oder der Dauer des Verdichtungsvorganges gesteuert wird. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise daran gedacht, erst dann eine Spannung an die Kontaktflächen der Preßstem­ pel anzulegen, wenn beide Preßstempel das Preßgut erreicht haben, aber noch vor der eigentlichen Verdichtung, wobei die Spannung auch noch während der Verdichtung oder so­ gar nach der erfolgten Verdichtung angelegt bleiben kann. Durch die Messung von Spannung, Strom und Zeit und eine in Abhängigkeit davon erfolgende Steuerung der Spannungserzeu­ gungseinrichtung kann der Leistungseintrag in das Preßgut während des Preßvorgangs so­ wohl gemessen, als auch gezielt gesteuert bzw. geregelt werden, so daß bei bekannten Pro­ dukteigenschaften immer dieselbe Temperatur im Pressling erreicht wird. Diese Steuerung bzw. Regelung kann auch noch mit einem oder mehreren Temperaturfühlern unterstützt oder über­ prüft werden. Da sich der elektrische Widerstand des Preßgutes im Verlauf des Verdichtungs­ vorgangs ändert, hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die zur Steuerung der an das Preßgut angelegten Spannung dienende Steuereinrichtung auch noch eine Strombegren­ zung aufweist, so daß eine vorher bestimmte maximale Stromstärke nicht überschritten wird.

Die gerade beschriebene Veränderung des ohmschen Widerstandes des Preßgutes im Verlauf des Verdichtungsvorganges ermöglicht auch noch eine Steuerung des Verdichtungs­ vorganges selbst in Abhängigkeit von dem während des Verdichtungsvorganges gemessenen Strom bei vorgegebener Spannung, weil dieser Strom einen Anhaltspunkt über die erreichte Presslingsdichte gibt. Durch Messung des elektrischen Stroms durch das Preßgut ist es also möglich, den Verdichtungsvorgang zum Erhalt der gewünschten Eigenschaften des Formkör­ pers zu regeln. Mit anderen Worten wird dem Benutzer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Messung des Stroms durch das Preßgut eine Kenngröße an die Hand gegeben, mit der er das Verfahrensergebnis noch während des Verdichtungsvorgangs bewerten und auf Grundlage dieser Bewertung auch steuernd eingreifen kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch daran gedacht, die Spannung auch noch nach Abschluß des Verdichtungsvorganges an den dann fertigge­ stellten Formkörper anzulegen, oder sogar zu erhöhen oder ggf. von einer Wechselspannung auf eine Gleichspannung umzuschalten, um so die Lösung des Formkörpers aus dem Preß­ raum zu erleichtern. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Preßgutes ist alternativ oder zusätzlich auch noch daran gedacht, mindestens einen der Preßstempel vor, während und/oder nach dem Verdichtungsvorgang zu kühlen, um den Formkörper leicher aus dem Preßraum lösen zu können. Dazu kann beispielsweise eine den Preßstempel durchströmende Kühlflüssigkeit eingesetzt werden. Dieser Preßstempel weist zweckmäßigerweise einen zum Einleiten der Kühlflüssigkeit ausgelegten Kanal auf.

Eine andere Ausführungsvariante ist die Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie von Flüssigkeiten. Dazu wird eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, unter Atmosphärendruck bzw. reduziertem Druck in Kanäle des Preßstempels geleitet und die durch die Verdampfung dieser Flüssigkeit entzogene Wärme zur Kühlung ausgenutzt.

Die Preßstempel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen zweckmäßigerweise zumindest im Bereich der elektrisch leitenden Kontaktflächen aus einem elektrokorrosions­ resistenten Werkstoff, wie z. B. aus CrNi-Stahl, um auch langfristig einer eventuellen Korrosion der Kontaktflächen vorzubeugen.

Insbesondere in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen hochwirksamen Wär­ meabfuhrsystemen im Preßstempel wird es durch die erfindungsgemäße Erwärmung des Preßgutes durch Erzeugung ohmscher Wärme darin möglich, extrem kurze Heiß-Kalt-Zyklen im Formgebungsprozeß zu erzielen. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Beheizung durch direkten Stromdurchgang aber auch, die Kühlleistung, z. B. durch Einleiten des Kühl­ mediums im Stempel, ständig anstehen zu lassen, da die Wärme direkt in dem Preßgut, nicht aber in dem Stempel erzeugt wird. Daher ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, ein Heißpressen mit kal­ tem Stempel zu bewirken, selbst wenn die Preßmasse kalt zwischen die Preßstempel einge­ bracht wird.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers, bei dem ein vorzugsweise pulverför­ miges, pastöses oder granulatförmiges Preßgut in einem Preßraum erwärmt und verdichtet wird, bei dem der Preßraum von einem Formrahmen und zwei bewegbaren Preßstempeln begrenzt wird, von denen jeder mindestens eine im Verlauf des Verdichtungsvorganges in Anlage an das Preßgut gelangende elektrisch leitende Kontaktfläche aufweist und zur Erzeugung ohmscher Wärme in dem Preßgut eine Spannung an mindestens eine Kontakt­ fläche jedes Preßstempels angelegt wird, wobei mindestens einer der Preßstempel mindestens zwei voneinander isolierte Kontaktflächen aufweist und die Erzeu­ gung der ohmschen Wärme durch mindestens zwei getrennte Spannungs- und/oder Stromquellen erfolgt, von denen jede mit einer der Kontaktflächen verbunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Preßgut an­ gelegte Spannung in Abhängigkeit von der Lage des mindestens einen Preßstempels, der Dauer des Wärmeeintrags, dem elektrischen Strom durch das Preßgut und/oder der Dauer des Verdichtungsvorganges gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Verdichtung das Preßgut beaufschlagende Preßdruck in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand des Preßgutes gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Verdichtungsvorgangs eine elektrische Spannung an das Preßgut angelegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Preßstempel vor, während oder nach dem Verdichtungsvorgang gekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel zum Kühlen von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüs­ sigkeit, vorzugsweise Wasser, unter Atmosphärendruck bzw. unter reduziertem Druck in in dem Preßstempel angeordnete Kanäle eingeleitet und die durch die Verdampfung dieser Flüs­ sigkeit entzogene Wärme zur Kühlung ausgenutzt wird.

8. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden An­ sprüche mit einem zur Aufnahme von Preßgut dienenden Preßraum (10) und einer Einrichtung zum Verdichten des in dem Preßraum (10) aufgenommenen Preßgutes, bei dem der Preß­ raum (10) von einem Formrahmen (20) und zwei vorzugsweise ineinander entgegengesetzten Richtungen bewegbaren Preßstempeln (12, 14) begrenzt wird, von denen jeder mindestens eine im Verlauf des Verdichtungsvorganges in Anlage an das Preßgut gelangende elektrisch leitende Kontaktfläche aufweist, wobei mindestens einer der Preß­ stempel (12, 14) zwei elektrisch voneinander isolierte Kontaktflächen aufweist und die Span­ nungserzeugungseinrichtung mindestens zwei getrennte Spannungs- und/oder Stromquellen aufweist, von denen jede mit einer der Kontaktflächen verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formrahmen (20) elektrisch von den Preßstempeln isoliert ist und mindestens zwei in Bewegungsrichtung der Preßstempel hintereinander angeordnete und elektrisch voneinander isolierte Rahmenelemen­ te aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Preßstempel (12, 14) zumindest im Bereich der Kontaktflächen aus einem elektrokorrosionsresistenten Werkstoff, wie etwa CrNi-Stahl besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Preßstempel ein zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit ausgelegter Kanal angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungserzeugungseinrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln des elektrischen Wider­ standes des in dem Preßraum aufgenommenen Preßgutes und/oder ein Meßgerät zum Mes­ sen des elektrischen Stroms durch das Preßgut zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verdichtungsvorganges und/oder der an das Preßgut an­ gelegten Spannung in Abhängigkeit von der Dauer des Wärmeeintrags, der Lage der Preß­ stempel, dem elektrischen Strom durch das Preßgut, dem elektrischen Widerstand des Preß­ gutes und/oder der Dauer des Verdichtungsvorganges.