DE2400791A1 - Vorrichtung und verfahren zum fuellen von pressmatrizen - Google Patents

Description

DEUTSCHE GOLD- UMD SILBER-SCHEIDEAITSTALT VORIiAIS ROESSLER 6000 - Prankfurt am Main, Weißfrauenstraße 9

Vorrichtung und Verfahren zum Füllen von Preßmatrizen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum dosierten Pullen von Preßmatrizen mit Preßgranulat aus sinterfähigen, pulverförmigen metallischen oder nichtmetallischen, insbesondere anorganischen Stoffen in gleichmäßiger Fülldichte, die nach der Verdichtung einer Sinterbehandlung unterzogen werden, bei der eine aufgrund physikalischer und/oder chemischer Reaktionen ablaufende Volumenkontraktion (Schwund) eintritt. Die Vorrichtung arbeitet mit einem auf einem Pressentisch über eine in dessen Platte angeordnete Matrizenkammeröffnung verschieblichen Füllschlitten. Sie dient insbesondere zur Füllung von Preßwerkzeugen für die Herstellung von im Verhältnis zu ihrer Fläche sehr dünnen Preßlingen, z.B» rechteckigen oder runden Platten oder Ringen von einigen Zehnteln Millimetern bis wenigen Millimetern Dicke; diese Preßlinge können mit Löchern versehen sein.

Die Preßlinge werden aus Keramikmassen verschiedener Art, z.B. Silikat- oder Oxidkeramik sowie Perriten oder Titanaten gefertigt und für keramische Kondensatoren, Unterlagen für elektronische Bauteile der Mikro-Ködul-Technik (Substrate), für Potentiometerträger, Isolierteile in Elektronenröhren sowie für Wand- und Fußbodenplatten verwendet. Die Erfindung strebt eine Verbesserung der Formgenauigkeit, z.B. der Rechtwinkeligkeit oder Rundheit sowie der Maßgenauigkeit der Fertigteile an.

Je nach Durchführung der Füllung einer Preßmatrize unterscheidet man zwischen undosiertem und dosierten Pressen. Beim undosierten Pressen wird Preßmasse im Ueberschuß in die Matrize eingefüllt.. Bei der Verdichtung wird die nicht zur Füllung benötigte Menge zwischen den das Preßwerkzeug bildenden Teilen herausgedrückt. Die Preßmasse muß also unter Druck genügend fließen, was bei tonhaltigen keramischen Massen vermittels eines relativ hohen Wassergehalts erreicht wird; man spricht dabei auch von ITaßpressen.

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ORIGINAL INSPECTED

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Preßgranulate geringerer Feuchtigkeit, welche in der Keramik als Halbfeucht- oder Trockenpreßmassen bezeichnet werden, haben diese guten Fließeigenschaften nicht. Uichttonhaltige Massen, wie beispielsweise reine Oxidpulver, sind zum Teil trotz zugesetzter organischer oder anorganischer Gleitmittel völlig unplastisch. Undosiertes Füllen von Preßmatrizen ist hier nicht oder nur in Ausnahmefällen möglich. Das Dosieren einer Preßgranulatmenge kann durch Wägen oder durch Abmessen eines bestimmten Volumens geschehen. Nach dem Einfüllen in die Matrize wird das Material zwischen einem oberen und einem unteren Preßstempel verdichtet und der Preßling anschließend ausgestossen. Die Vorgänge des Füllens der Matrize, des Verdichtens und des Ausstossens werden in der Praxis überwiegend von Preßautomaten ausgeführt. Im Prinzip arbeiten diese wie folgt: Durch Absenken des Untersterapels oder Heben der Matrize bei abgenommenem Oberstempel v/ird ein- Füllraum gebildet? dessen Tiefe steht in einem vorbestimmten Verhältnis zu der gewünschten Preßdicke unter der Berücksichtigung der Verdichtungseigenschaften des Preßgraiiulats (Füllfaktor). Sodann v/ird ein mit dem Granulat gefüllter, unten offener Behälter (Füllschlitten) über die Matrizenöffnung geschoben (Vorwärtsbewegung), wobei das Granulat in die Matrize fällt. Der Füllschlitten wird dann wieder bis zur Ausgangsstellung zurückgezogen (Rückwärtsbewegung)·. Die Matrizenöffnung ist damit bis zum Rand gefüllt. Mit dem Füllschlitten erfolgt also eine volumetrische Dosierung des Preßgranulatsj anschließend wird der Oberstempel in die Matrize eingefahren und das Preßpulver auf die vorgesehene Dicke verdichtet. Die Preßkraft kann mechanisch oder hydraulisch übertragen werden und die Verdichtung entweder nur von oben oder nur von unten oder auch gleichzeitig oder nacheinander von oben und unten erfolgen. Beim nächsten Arbeitstakt v/ird entweder der Unterstempel nach oben oder die Matrize nach unten bewegt, bis der Unterstempel mit der Oberkante der Matrize abschließt, wobei der Preßling nach oben ausgestoßen wird. Der Oberstempel kann bereits vor diesem Vorgang oder während des Ausstoßens abgehoben v/erden. Bevor die Maschine durch Abwärtsbewegen des Unterstempels wieder in

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Füllstellung fährt, oder während dieses Vorgangs, stößt der zu erneuter Füllung vorwärts "bewegte Füllschlitten auf dem Weg über die Matrize den Preßling nach vorne weg, wo er von einer geeigneten Vorrichtung erfaßt und weitertransportiert wird.

Der erhaltene Preßling hat eine Rohdichte (Gewicht/Volumen), welche unterhalb der Dichte der einzelnen Preßkörner, aus denen sich das Granulat aufbaut, liegt. Der Grad dieser Verdichtung hängt von zahlreichen Faktoren ab, z.B. von der Zorngrößenverteilung des Pulvers, den durch Binde- und Gleitmittel, beeinflußten Reibungsverhältnissen in dem Preßgranulat und den Reibung sverhältni ssen im Preßwerkzeug, welche von der Art des Granulats, der Geometrie des Werkzeugs, seinem Material, seiner Oberflächenbeschaffenheit und schließlich vom angewandten Preßdruck bestimmt werden. Der Verdichtungsgrad wird entweder als absoluter Wert (p/cm⁵) oder in Prozent der theoretischen Dichte angegeben. Letztere Werte liegen zumeist zwischen 50 und 80 fo.

Wird der Preßling anschließend einer Wärmebehandlung bei so hohen Temperaturen unterzogen, daß physikalische und/oder chemische Vorgänge zwischen den Preßkörnern stattfinden, so erfolgt eine Annäherung der Körner aneinander. Dabei kann es, je nach Zusammensetzung, zu einer Einbettung der feuerfesten Bestandteile in eine glasige Matrix kommen oder auch zu Umkristallisationen in fester Phase. In jedem Fall resultiert dabei eine Volumenverminderung. Diese auch Schwund genannte Eontraktion hängt für ein bestimmtes Material und bestimmte Sinterbedingungen im wesentlichen von der Preßlingsdichte ab.

Wie die theoretische Betrachtung zeigt, hängt der lineare Schwund S (Länge nach Sinterung minus Länge vor Sinterung/Länge vor Sinterung) mit der Preßlingsdichte ,Jp nach der Beziehung

S = I--,

( 1 - a)

Ss

zusammen, wobei fs die Enddichte und a der flüchtige Bindemittelanteil ist, wobei für diese Betrachtung ein isotropes, d.h. in

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- 4 allen Richtungen gleiches Schwundverhalten vorausgesetzt wird.

Der Schwund hängt als0 mit der Preßdichte in der Weise zusammen, daß er umso geringer ist, je stärker der Preßling verdichtet wurde und umgekehrt. Er ist bei der Konstruktion des Preßwerkzeugs durch entsprechend gegenüber den Nennmaßen veränderten Werkzeugabmessungen zu berücksichtigen. Die für einen keramischen Formkörper erreichbare Maßgenauigkeit hängt also vom Schwund bzw. der Preßdichte ab.

Die Preßdichte soll nun nicht bloß innerhalb einer Serie von Preßlingen konstant bleiben sondern zunächst einmal auch innerhalb eines Einzelpreßlings. Liegen nämlich in einem Einzelpreßling unterschiedliche Preßdichten vor, so ergeben sich wegen des zwangsläufig damit verbundenen Schwundes Abweichungen von der ursprünglichen g-eometrischen Form (Verzug) oder mechanische Spannungen, die zu Rissen führen können. Der Hersteller von keramischen Formkörpern muß also für gleichmäßige Preßdichte an allen Stellen des Preßlings sorgen. Dazu gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, die einzeln oder zusammen angewendet werden, wie preßtechnisch günstige Gestaltung des Formkörpers, Preßstempelunterteilungen bei ungleichmäßigen Porrakörperquerschnitten, Verwendung gut rieselfähigen Granulats, saugende Füllung der Matrize und Förderung des Rieseins durch Rütteln. Trotz Anwendung dieser an sich bekannten Maßnahmen für eine gleichmäßige Matrizenfüllung erweist es sich, daß Preßteile, die im Vergleich zu ihrer Fläche sehr dünn sind, eine Aenderung ihrer geometrischen Form beim Sintern zeigen. Die Verhältnisse beim Füllvorgang werden nachfolgend anhand der •beiliegenden Figuren 1 bis"3 erläutert. Es wird jeweils die Füllung einer Matrize mit einem Füllfaktor von 2,5 : 1 betrachtet, deren Eantenlänge zur Dicke im Verhältnis von 20 : 1 stehen.

Figur 1 zeigt den Pressentisch 1 von oben mit eingesetztem Preßwerkzeug, wobei die Matrizenöffnung 2 von dem als offener Kasten ausgebildeten Füllschlitten 3 überdeckt wird.

Gemäß Figur 2 ist der im seitlichem Schnitt gezeigte Füllschlitten bis auf den Teil, der in die Matrizenöffnung abgesunken ist,

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voll mit dem Preßgranulat 4 gefüllt. Der Füllschlitten der bekannten Vorrichtungen zum Pullen von Preßmatrizen nimmt somit stets ein mehrfaches einer Matrizenfüllung auf ; er wird nur bis zur Füllposition vorwärtsbewegt. Die jeweils dem Füllschlitten entnommene Granulatmenge wird mittels eines (nicht gezeigten) Vorratbehälters in der rückwärtigen Stellung des Füllschlittens wieder auf die vorherige Füllhöhe aufgefüllt. Dieser.Torratsbehälter ist unverschieblich hinter der Matrizenöffnung über der rückwärtigen Position des FüllSchlittens angeordnet. Er ist zu diesem hin geöffnet, wobei seine untere öeffnung durch einen den Füllschlitten entgegen Stofftransportrichtung verlängernden Schieber während des Stofftransports schließbar ist.

Each dem Zurückfahren des FüllSchlittens taucht der Oberstempel (nicht gezeigt) in die mit Granulat 4 gefüllte Matrize 5 und verdichtet dieses, z.B. im Terhältnis von 2.5 : 1, bis auf die gestrichelte Linie. Anschließend wird der Oberstempel nach oben weggehoben und der Unterstempel 6 stößt den Preßling aus der Matrize aus.

Der Preßling hat nach dem Ausstoßen praktisch die gleiche Größe und quadratische Form wie die Matrizenöffnung. Nach der Sinterung zeigt es sich jedoch, daß die Platte ihre Form verändert hat sie ist, wie in Figur 3 gezeigt, trapezförmig geworden. Die in Bezug auf die Füllrichtung hintere Kante c - d von Figur 1 ist dabei länger als die vordere Kante a - b geworden, wie dies in genannter Figur übertrieben dargestellt ist.

Die überraschende Erscheinung des ungleichmäßigen Schwundes eines Körpers geometrisch einfacher Form war nicht zu beobachten, wenn die Matrize von Hand mit einer abgewogenen Granulatmenge gleichmäßig eingefüllt wurde. Es war daher zu vermuten, daß der ungleichmäßige Schwund mit unterschiedlicher Preßdichte im Preßling mit ungleichmäßiger Füllung der Matrize zusammenhängt.

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Es sind zwar schon. Konstruktionen vorgeschlagen worden, welche die ungleichmäßige Füllung beseitigen sollen. Am häufigsten wird die Methode der Ueberfüllung verwendet, bei der der Unterstempel zunächst tiefer als erforderlich abgesenkt und dann erst in die Sollage angehoben wird, wobei ein Teil des Preßpulvers wieder ausgestoßen und vom Füllschlitten abgestreift wird. Eine befriedigende Gleichmäßigkeit der Füllung wird indessen auch mit dieser Methode nicht erreicht.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum dosierten Füllen von Preßmatrizen mit Granulat·aus sinterfälligem, unter Voluinenkontraktion sinterndem Pulver in gleichmäßiger Fülldichte mit einem auf einem Pressentisch über eine in dessen Platte angeordnete Matrizenkammeröffnung verschieblichen Füllschlitten und einem unverschieblich hinter der Matrizenöffnung über der rückwärtigen Position des Füllschlittens angeordneten Granulatvorratsbehälter, dessen untere Oeffnung durch einen den Füllschlitten entgegen Stofftransportrichtung verlängernden Schieber während des Stofftransports schließbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Füllschlitten gerade das Füllvolumen der Matrizenkammer aufnimmt und mit seiner hinteren Begrenzung über die vordere Begrenzung der Matrizenöffnung hinweg verschieblich ist.

Der erfindungsgemäße Gedanke, welcher unerwartet eine reproduzierbar völlig gleichmäßige Matrizenfüllung ermöglicht, besteht also darin, den Füllschlitten vor dem Zurückfahren in die Ausgangsstellung über der Matrize völlig zu entleeren,

Nach einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen Füllschlitten und Pressentisch eine die Matrizenkammeröffnung abdeckende, entgegen Stofftransportrichtung herausziehbare Platte angeordnet. Diese Konstruktion ist bei schlechtiliessenden Granulaten vorteilhaft, wel sie eine saugende Füllung mit der genau bemessenen Füllmenge unter Erzielung einer gleichiaässigen Fülldichte ermöglicht.

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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum dosierten Füllen von Preßmatrisen mit Granulat aus sinterfähigem, unter Yolumenkontraktion sinterndem Pulver in gleichmäßiger Fülldichte, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man der Matrizenkammer jeweils eine auf deren Füllvolumen begrenzte Tolumenmenge an Granulat vollständig zuführt.

Hach einer Yariante dieses Verfahrens kann man dessen Vorteile · mit den Zweckmäßigkeiten der saugenden Füllung verknüpfen, indem man den Füllschlitten über die durch den TJnterstempel verschlossene und von einer Platte abgedeckte Matrizenkammeröffnung soweit vorschiebt, bis die beiden Oeffnungen übereinander liegen und dann nach rückwärtigem Herausziehen der Platte den Unterstempel absenkt.

Die Erfindung wird im.folgenden anhand weiterer Figuren der anliegenden Zeichnung näher erläutert.

Gemäß Figuren 4 a bis c ist ein genau das Füllvolumen der Matrize aufnehmender Füllschlitten 8 in seiner rückwärtigen Position unter dem Vorratsbehälter 7 angeordnet. In der in Figur 4 a gezeigten Stellung ist der Schlitten 8 mit Granulat aus dem Vorratsbehälter gefüllt. Bei der Vorwärtsbewegung nach Figur 4 b fällt das Preßgranulat in die Matrizenöffnung und ist in der vordersten Stellung gemäß Figur 4 c völlig entleert. In dieser Stellung ist der Füllschlitten über die Matrizenkammeröffnung vermittels des den' Füllschlitten entgegen Stofftransportrichtung verlängernden Schiebers 9 hinausgeschoben. Hur"so wird die angestrebte gleichmäßige Füllung der Matrize erreicht.

In Ausnahmefällen, z.B. bei schlechtfließendem, klebrigen Granulat wird gemäß Figur 5 a zwischen dem beweglichen Füllschlitten 8 und der Matrize eine dünne Blechplatte 10,angebracht,welche die Füllschlittenöffnung zunächst nach unten verschließt.-Wenn der Schlitten mit seiner Oeffnung über die Füllöffnung der Matrize geschoben ist, wird die Platte 10 so weit nach hinten weggezogen,

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bis die übereinanderliegenden Füllöffnungen frei sind. Beim darauffolgenden Absenken des ünterstempeis in die Füllstellung wird dann das Granulat in die Matrize eingesaugt (Pig, 5b). Der entleerte Füllschlitten 8 wird hierauf wieder in die rückwärtige Ausgangsstellung zu erneuter Füllung zurückgeschoben.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der geschilderten Verfahrensweise kann eine automatische Beschickung von Preßmatrizen ohne die eingangs geschilderten Nachteile eines nach dem Sintern der Preßlinge erkennbaren ungleichmäßigen Schwundes durchgeführt werden.

Es ist anzunehmen, daß die bekannten Füllvorrichtungen für Preßmatrizen aus folgendem Grunde unbefriedigend arbeiten: Wird ein das mehrfache Volumen der Matrizenkammer aufnehmender Füllschlitten nach erfolgter Füllung der Matrizenkammer teilweise entleert zurückgezogen, so streift die vordere innere Füllschlittenkante das über der Matrize stehende Granulat ab. Dabei tritt zunächst im vorderen Teil des Füllschlittens infolge der Stauwirkung des. in Bewegung versetzten Granulats ein Druckanstieg auf, was in Figur 6 durch den ausgezogenen Pfeil angedeutet wird. Dieser Druckanstieg pflanzt sich im Granulat fort, wobei dieses in Richtung des gestrichelten Pfeiles gegen die eine v/eitere Rückwärtsbewegung des Granulates hindernde hintere Kante der Matrizenöffnung gedrückt wird. Als Folge davon wird die Matrizenfüllung an dieser rückwärtigen Stelle höher verdichtet. In Figur 7 ist dies durch die nach hinten zunehmend größere Dichte der Punktierung angedeutet. Die dabei zustandegekommene dichtere Füllung führt beim Preßvor=·^-;·:- gang zu einer größeren Preßdichte, welche sich beim Sintern in ■■.' geringem Schwund auswirkt, so daß aus dem quadratischen Preßling ein trapezförmiges, gesintertes Formteil wird. Allein durch "Ueberfahren" der Matrizenkammeröffnung mit dem Füllschlitten der bekannten Vorrichtung, wie dies gemäß einem Merkmal der Erfindung ausgeführt wird, ist hier keinerlei Verbesserung erzielbar.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum dosierten Füllen von Preßmatrizen mit Granulat aus sinterfähigem, unter Volumenkontraktion sinterndem Pulver in gleichmäßiger Fülldichte mit einem auf einem Pressentisch über eine in dessen Platte angeordnete MatrizenkammerÖffnung verschieblichen Füllschlitten und einem unverschieblich hinter der Matrizenöffnung über der rückwärtigen Position des Füllschlittens angeordneten Granulätvorratsb ehält er, dessen untere Oeffnung durch eine.n - den Füllschlitten entgegen Stofftransportrichtung verlängernden Schieber v/ährend des Stofftransports schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllschlitten gerade das Füllvolumen der Matrizenkammer r-aüfnimmt und mit seiner hinteren Begrenzung über die vordere Begrenzung der Matrizenöffnung hinweg verschieblich ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   . zwischen Füllschlitten und Pressentisch eine die MatrizenkaTTiTn er Öffnung abdeckende, entgegen Stofftransportrichtung herausziehbare Platte angeordnet ist.
3. 3. Verfahren zum dosierten Füllen von Preßmatrizen mit Granulat aus sinterfähigem, unter Volumenkontraktion sinterndem Pulver in gleichmäßiger Fülldichte, dadurch gekennzeichnet, daß man der Matrizenkammer jeweils eine auf deren Füllvoluinen begrenzte Volumenmenge an Granulat vollständig zuführt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Füllschlitten über die durch den Unterstempel verschlossene und von einer Platte abgedeckte Matrizenkammeröffnung soweit vorschiebt, bis die beiden Oeffnungen übereinanderliegen und dann nach rückwärtigem Herausziehen, der Platte den Unterstempel absenkt. .

   PT-/nr. Kr-IS
   7.1.1974

   4101 KK

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