DE3724609A1 - Form fuer den druckguss von keramischen gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Form zur Verwendung für den Druckguß von keramischen Gegenständen.

Neben der Formung auf der Töpferscheibe und einem Trocken- Formpreßverfahren gibt es seit langem auch ein drucklos arbeitendes Gießverfahren für die Herstellung von kerami­ schen Gegenständen. Insbesondere große Abmessungen und verwickelte Formen aufweisende keramische Gegenstände werden häufig nach dem drucklosen Gießverfahren unter Verwendung einer Gipsform hergestellt. Das drucklose Gieß­ verfahren weist jedoch einen schwerwiegenden Mangel auf, welcher sich nachteilig auf die Produktivität auswirkt. Bei diesem Gießverfahren wird das in der geschlemmten Formmasse enthaltene Wasser durch Kapillarwirkung von der Form aufgesogen, so daß sich die Gießgeschwindigkeit nicht über ein bestimmtes Maß steigern läßt. Ist die Gipsform dabei einmal mit Wasser gesättigt, dann nimmt die Kapillar­ wirkung beträchtlich ab, so daß die Form also nach ein­ oder zweimaligem Gebrauch über längere Zeit getrocknet werden muß. Um diese dem drucklosen Gießverfahren anhaften­ den Mängel zu beseitigen, wurde vor einiger Zeit ein Druckgußverfahren zusammen mit verschiedenen dafür verwend­ baren Druckgußformen entwickelt. Diese Formen sind jedoch mit erheblichen Mängeln behaftet, welche die Produktivität des Verfahrens beeinträchtigen und deshalb dringend der Beseitigung harren.

Im einzelnen weisen bekannte Druckgußformen dieser Art einen druckfesten Behälter, z.B. einen eisernen Kasten auf, in welchem durch direktes Einbringen einer Aufschlämmung oder z.B. eines trockenen Gemischs aus Sand und einem Epoxidharz eine poröse Schicht gebildet ist, wie z.B. in den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen 8010/1985 und 2 08 005/1983 oder in GB-PS 12 95 055 beschrie­ ben.

Dabei ist es äußerst schwierig, den druckfesten Behälter oder den eisernen Kasten so zu gestalten, daß er nahezu dieselbe Form hat wie der zu formende Gegenstand. Wegen dieser Schwierigkeit kann die poröse Schicht keine gleich­ mäßige Stärke erhalten, so daß sie örtlich eine übermäßig große Stärke aufweisen kann. Aufgrund dieser übermäßigen Stärke der porösen Schicht tritt unter dem Druck der geschlemmten Formmasse beim Druckguß eine übermäßige Kompression in diesen Bereichen auf, was zur Rißbildung in der Oberfläche der porösen Schicht führen kann. Beim Ausformen des gegossenen Gegenstands tritt eine weitere Schwierigkeit auf, welche sich daraus ergibt, daß sich die poröse Schicht beim Nachlassen der Kompression um den geformten Gegenstand zusammenzieht und ihn fetshält.

Bei dem Druckgußverfahren wird das beim Druckguß in die poröse Schicht gepreßte Wasser über Durchlässe oder Kanäle abgeführt. Beim Ausformen des gegossenen Gegenstands wer­ den diese Durchlässe dann dazu verwendet, Druckluft in die poröse Schicht einzublasen, um darin enthaltenes Wasser durch die Formfläche hindurch auszutreiben. Besteht die Form beispielsweise aus einem oberen und einem unteren Formkasten, dann läßt sich der gegossene Gegenstand nicht gleichzeitig aus dem oberen und dem unteren Kasten ent­ nehmen. Bei einem derzeit gebräuchlichen Verfahren wird deshalb der eine Formkasten evakuiert, um den Gegenstand festzuhalten, während der andere Formkasten mit Druckluft gespeist wird, um den Gegenstand daraus freizugeben. An­ schließend wird dann der zuvor evakuierte Formkasten eben­ falls mit Druckluft gespeist, um den Gegenstand auch daraus entnehmen zu können. Die genannten Durchlässe oder Kanäle werden beim Ausformen auch zum Evakuieren der porösen Schicht verwendet. Treten jedoch andererseits Wasser und Luft beim Ausformen nicht gleichmäßig aus der Formfläche aus, dann kann der gegossene Gegenstand örtlich in der Form hängenbleiben und dadurch beschädigt werden.

Bei einer mit einem eisernen Kasten verstärkten bekannten Form, wie sie z.B. in der GB-PS 12 95 055 oder US-PS 32 43 860 beschrieben ist, weist der eiserne Kasten Öffnungen auf, durch welche hindurch Wasser und Luft in die poröse Schicht eingespritzt bzw. eingeblasen werden können. Da es jedoch, wie vorstehend erläutert, äußerst schwierig ist, den eisernen Kasten so zu gestalten, daß seine Form derjenigen des zu gießenden Gegenstands einigermaßen ähnlich ist, sind zwischen den genannten Öffnungen und der Innenfläche der Form verschieden große Abstände unvermeidlich, was sich wiederum abträglich auf das Ausformen auswirkt.

Zur Beseitigung dieser Nachteile und Mängel wurde eine Form vorgeschlagen, bei welcher ein Drahtnetz in einem geeigneten Abstand von der Innenfläche der porösen Form in einem druckbeständigen Behälter befestigt und mit einem porösen Leitungssystem verbunden ist, welches mit dem anderen Ende aus der Form herausführt, wobei dann der Innenraum des druckbeständigen Behälters zur Ausbildung der porösen Schicht mit einer Aufschlämmung ausgefüllt ist, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 2 08 005/1983 beschrieben. Bei dieser Form ist die poröse Schicht jedoch wiederum sehr dick, so daß weiterhin die Gefahr besteht, daß es beim Druckguß aufgrund elastischer Verformung zu einer Rißbildung und beim Ausformen zu einem Festklemmen des gegossenen Gegenstands in der Form kommt.

Andererseits ist bei dieser bekannten Form eine Verformung oder das Zerbrechen der Form unter dem beim Druckguß von der geschlemmten Formmasse ausgeübten Druck durch die kombinierte Festigkeit der porösen Schicht und des druck­ festen Behälters bzw. des eisernen Kastens verhindert. Da jedoch die poröse Schicht eine geringe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist, muß der von der geschlemmten Formmasse ausgeübte Druck nahezu vollständig von dem druckfesten Behälter bzw. dem eisernen Kasten auf­ genommen werden. Der Behälter bzw. der Kasten muß daher äußerst stark ausgeführt sein.

Die vorstehend beschriebenen bekannten Formen sind außerdem noch mit dem weiteren Mangel behaftet, daß die poröse Schicht sehr dick sein muß, da die für die Aufnahme des beim Spritzguß von der Formmasse ausgeübten Drucks notwen­ dige Einspannkraft von der einen niedrigen Elastizitäts­ modul aufweisenden porösen Schicht aufgenommen wird.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer von den vorstehend genannten Mängeln bekannter Ausführungen freien Form für die Verwendung beim Druckguß von kerami­ schen Gegenständen.

Bei einer Form für den Druckguß von keramischen Gegenständen mit einer Anzahl von aneinandergesetzten und zusammen­ gespannten Formteilen ist dieses Ziel gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß jedes Formteil einen eine Filter­ schicht bildenden porösen Körper von im wesentlichen gleich­ mäßiger Wandstärke mit im Inneren oder an der Außenfläche desselben ausgebildeten, vorwiegend im wesentlichen paral­ lel zur inneren Formfläche desselben verlaufenden Kanälen für den Durchfluß von Wasser und Luft, einen den porösen Körper aufnehmenden eisernen Verstärkungsrahmen und einen den Zwischenraum zwischen dem porösen Körper und dem eisernen Rahmen ausfüllenden Füllkörper aufweist.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zerlegte Schrägansicht einer dreiteiligen Form,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in einer Einspannvorrichtung einer Druckgußmaschine eingespannten Form,

Fig. 3 eine Schnittansicht der eingespannten dreiteiligen Form,

Fig. 4 eine Schrägansicht eines porösen Körpers mit darin ausgebildeten Kanälen,

Fig. 5 eine Teil-Schnittansicht des porösen Körpers mit darin ausgebildeten Kanälen und

Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Schnittansicht einer anderen Ausführungsform.

Eine für den Druckguß von keramischen Gegenständen bestimmte Form 1 ist aus drei Teilen zusammengesetzt, nämlich einem oberen Formteil a, einem unteren Formteil b und einem seit­ lichen Formteil c (Fig. 1). Die drei Formteile a, b und c werden zum Gebrauch in der in Fig. 2 und 3 dargestellten Weise aneinandergesetzt und eingespannt.

Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, sind die drei Formteile a, b und c in einer Gießmaschine 4 aneinander­ gesetzt. Das obere Formteil a ist unter Zwischenlage einer Kunststoffplatte 8 an einer Druckplatte eines Hauptzylin­ ders 5 der Gießmaschine angebracht. Das untere Formteil b ist ebenfalls unter Zwischenlage einer Kunststoffplatte 8 auf einer Bodenplatte 7 im Rahmen der Gießmaschine 4 befe­ stift. Das seitliche Formteil c schließlich ist ebenfalls unter Zwischenlage einer Kunststoffplatte 8 an einer Druck­ platte 7 eines hydraulischen Hilfszylinders 6 der Gieß­ maschine 4 angebracht. Die Kunststoffplatten 8 dienen der Anpassung der Oberflächen von Füllkörpern der jeweiligen Formteile an die jeweilige Druck- bzw. Bodenplatte 7. Sie können aus einem Kunstharz gefertigt sein, welches unter der Bezeichnung "Adhesive Bond E 360" von der Firma Konishi K.K. hergestellt wird. Zum Zusammenspannen der Form wird das obere Formteil a durch den hydraulischen Zylinder 5 auf das untere Formteil b niedergepreßt, während das seitliche Formteil c durch den hydraulischen Zylinder 6 in Druckanlage an den Seitenflächen des oberen und des unteren Formteils a bzw. b gehalten wird.

Wie man am deutlichsten in der in Fig. 3 gezeigten Schnitt­ ansicht erkennt, enthält jedes Formteil eine Filterschicht in Form eines porösen Körpers 9, welcher mittels einer als Dichtungslage wirksamen Kunstharzschicht 14 an einem in einem Verstärkungsrahmen 2 sitzenden Füllkörper 12 befestigt ist. Die Kunstharzschicht 14 kann aus einem Kleber gebildet sein, welcher unter der Bezeichnung "Adhesive Bond E 250" von der Firma Konishi K.K. hergestellt wird. Im aneinander­ gesetzten Zustand begrenzen die drei Formteile mit ihren Innenflächen einen Formhohlraum 15. In jedem porösen Körper 9 sind Kanäle 10 für den Durchfluß von Wasser und Luft ausgebildet. Wie in Fig. 4 in schematisierter Form dargestellt, verlaufen die Kanäle 10 im wesentlichen parallel zur Innenfläche 21 des jeweiligen Formteils und überschneiden sich mit Sammelkanälen 10′, an welchen aus dem jeweiligen Formteil herausführende Leitungen 11 ange­ schlossen sind. In Fig. 3 erkennt man eine Leitung 16, über welche eine geschlemmte Formmasse unter Druck zuführ­ bar ist. Die Zufuhrleitung 16 mündet im dargestellten Beispiel durch das seitliche Formteil c hindurch in den Formhohlraum 15. Während der Zufuhr der geschlemmten Form­ masse und der anschließenden Drucksteigerung wird durch den porösen Körper 9 hindurchtretendes Wasser über die Kanäle 10 abgeleitet. Ein über einen Dreiwegehahn 18 mit der Zuleitung 16 verbundenes Abflußrohr 17 dient der Ableitung von überschüssiger Formmasse nach dem Guß der geschlemmten Formmasse bis zu der gewünschten Stärke. Eine Druckluftleitung 19 dient der Zufuhr von Druckluft zur Verringerung des Wassergehalts der gegossenen Formmasse. Die Druckluftleitung 19 mündet im dargestellten Beispiel durch das untere Formteil b hindurch in den Formhohlraum 15 und ist mit einem Absperrventil 20 bestückt. Für die Ent­ nahme eines gegossenen Gegenstands aus der Form wird den Kanälen 10 Druckluft zugeführt, um zwischen dem gegossenen Gegenstand und den Innenflächen der Form eine Wasserschicht aufzubauen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung hat der eine geringe Festigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufwei­ sende poröse Körper 9 in seinen den Formhohlraum 15 begrenzenden Bereichen eine möglichst gleichmäßige und möglichst geringe Wandstärke, so daß er durch den beim Druckguß von der Formmasse ausgeübten Druck in geringerem Maße elastisch verformt werden kann, um damit der Rißbil­ dung sowie einem Festklemmen des gegossenen Gegenstands beim Ausformen aufgrund seiner elastischen Rückverformung vorzubeugen. Angesichts der vorstehend erläuterten Gegeben­ heiten sind um so günstigere Ergebnisse erzielbar, je dünn­ wandiger die betreffenden Bereiche des porösen Körpers 9 sind. Im Hinblick auf eine möglichst günstige Anordnung der Kanäle für das Einblasen von Druckluft zum Aufbauen der Wasserschicht zwischen dem gegossenen Gegenstand und der Innenfläche des porösen Körpers 9 zum Ausformen des Gegen­ stands beträgt die Wandstärke des porösen Körpers 9 vor­ zugsweise etwa 10 bis 60 mm und insbesondere etwa 15 bis 30 mm.

Die Einhaltung einer solchen gleichmäßigen und geringen Wandstärke des porösen Körpers 9 ist dadurch ermöglicht, daß zwischen ihm und dem Verstärkungsrahmen 2 ein Füll­ körper 12 von genügend großem Volumen angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform dient der Füllkörper 12 nicht allein dazu, den Zwischenraum zwischen dem porösen Körper 9 und dem Verstärkungsrahmen 2 auszufüllen, sondern auch dazu, den größten Teil der Einspannkräfte aufzunehmen, welche einem Druck der in den Formhohlraum 15 eingebrachten Formmasse von bis zu etwa 30 kp/cm² standhalten müssen. Zu diesem Zweck ist der Füllkörper 12 so ausgebildet, daß er sich über den größten Teil der in gegenseitiger Anlage befindlichen Trennflächen der Formteile erstreckt. Zusammen mit dem Verstärkungsrahmen 2 erfüllt der Füllkörper 12 den Zweck einer Abstützung des porösen Körpers, so daß dieser unter dem beim Druckguß von der Formmasse ausgeübten Druck nicht zerbricht. Der Formkörper 12 ist deshalb vorzugsweise aus einem vorzugsweise gießbaren Zementmaterial, welches eine hohe Druckfestigkeit sowie einen hohen Elastizitäts­ modul aufweist. Abhängig von den Abmessungen der Form kann der Füllkörper jedoch auch aus einem Gemisch aus einem Harz und einem anorganischen Pulver geformt sein. Die Befe­ stigung des Füllkörpers 12 im Verstärkungsrahmen 2 kann mittels Zements, z.B. verstärkten Betons, mittels eines Klebers oder durch mechanische Mittel erfolgen. Als Kleber eignet sich hier ein unter der Bezeichnung "Adhesive Bond E 250" von der Firma Konishi K.K. hergestelltes Produkt. Um eine möglichst gute verstärkende Wirkung zu erzielen, hat der Füllkörper 12 vorzugsweise eine Stärke von 10 bis 40 mm. Die zwischen dem porösen Körper 9 und dem Füllkörper 12 angeordnete und stoffschlüssig auf der Außenfläche des porösen Körpers 9 befestigte Harzschicht 14 bildet eine Abdichtung, welche das Eindringen von Druckluft und Wasser in den Füllkörper 12 verhindert.

Eine Harzschicht 14 auf den Trennflächen 13 verhindert beim Druckguß den Austritt den geschlemmten Formmasse zwischen den Formteilen hindurch. Die Harzschicht 14 ist vorzugs­ weise flexibel und hat eine Stärke von höchstens 10 mm, vorzugsweise von höchstens 5 mm.

Die im porösen Körper 9 ausgebildeten Kanäle 10 dienen der Ableitung von Wasser und der Zufuhr von Druckluft, wie nachstehend im einzelnen erläutert.

Die Kanäle 10 stehen in Strömungsverbindung mit dem Äußeren der Form und dienen der Ableitung von Wasser aus der Form­ masse während des Druckgusses, der Zufuhr von Druckluft zum Ausformen und dem Evakuieren der Formteile zum Fest­ halten des gegossenen Gegenstands in denselben. Wie man insbesondere in Fig. 4 erkennt, stehen die zahlreichen Kanäle 10 in Strömungsverbindung mit wenigstens einem aus der Form herausführenden Sammelkanal und verlaufen wenigstens zum größten Teil parallel zur jeweiligen Innen­ fläche der Form. Dadurch ist der Abstand h zwischen den Kanälen und der den Formhohlraum 15 begrenzenden Innen­ fläche 21 im wesentlichen konstant, so daß Wasser und Luft zum Ausformen in gleichmäßiger Verteilung durch die Innenfläche 21 austreten.

Die Kanäle 10 können wahlweise im Inneren des porösen Körpers 9 oder an der Außenseite desselben ausgebildet sein, wie in Fig. 5 bzw. Fig. 6 dargestellt. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführung sind die Kanäle 10 in Form von offenen Nuten in der Außenfläche 22 des porösen Körpers 9 ausgebildet und an der offenen Seite jeweils mittels eines Streifens oder Bands 23 verschlossen.

Der gegenseitige Abstand 1 der Kanäle 10 ist 0,2 bis 3,0-, vorzugsweise 0,5 bis 2,0-mal so groß wie ihr Abstand h von der Innenfläche 21 des porösen Körpers 9. Bei einem klei­ nern Abstand ist die Fertigung der Form erschwert und ihre Festigkeit in Frage gestellt. Bei größeren Abständen ver­ ringert sich andererseits der für das Ausformen notwendige Austritt von Wasser in den zwischen den Kanälen liegenden Bereichen der Innenfläche der Form, wodurch die Entnahme des gegossenen Gegenstands aus der Form erschwert ist. Bei der bevorzugten Wandstärke des porösen Körpers 9 von 15 bis 30 mm ist der Abstand zwischen den Kanälen 10 vorzugsweise 0,5 bis 2,0-mal so groß wie die Wandstärke.

Der Durchmesser der Kanäle 10 beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis 10 mm, insbesondere etwa 1 bis 5 mm. Kleinere Durchmesser führen zu einem verstärkten Druckabfall der zum Ausformen von außerhalb der Form zugeführten Druckluft und damit zu einem ungleichmäßigen Austritt von Wasser und Luft an der Innenfläche der Form, wodurch das Ausformen erschwert ist. Ein größerer Durchmesser der Kanäle führt andererseits zu einer unannehmbaren Schwächung des porösen Körpers, insbesondere in den Überschneidungsbereichen der Kanäle und Sammelkanäle, so daß die zum Ausformen einge­ blasene Druckluft zum Zerbrechen der Form führen kann. Dadurch ist der bevorzugte Durchmesserbereich auf 1 bis 5 mm begrenzt.

Wie vorstehend im einzelnen erläutert erfüllt der Füll­ körper der erfindungsgemäßen Druckgußform den Zweck, den größten Teil der Einspannkräfte an den Trennflächen der Form aufzunehmen und den porösen Körper im Zusammenwirken mit dem Verstärkungsrahmen abzustützen, so daß dieser unter dem Druck der zugeführten Formmasse nicht zerbricht. Dadurch ist es möglich, den porösen Körper relativ dünn­ wanding auszubilden. Darüber hinaus sind die Kanäle gemäß der Erfindung in einem im wesentlichen konstanten Abstand zur den Formhohlraum begrenzenden Innenfläche der Form angeordnet, so daß zum Ausformen ein gleichmäßiger Austritt von Wasser und Luft gewährleistet ist. Durch geeignete Wahl der gegenseitigen Abstände der Kanäle ist schließlich gewährleistet, daß Wasser und Luft in gleichmäßiger Ver­ teilung an der Innenfläche der Form austreten, um damit das Ausformen des gegossenen Gegenstands zu erleichtern.

Claims (13)

1. Form für den Druckguß von keramischen Gegenständen, mit einer Anzahl von aneinandergesetzten und zusammen­ gespannten Formteilen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Formteil (a, b, c) einen eine Filterschicht bildenden porösen Körper (9) von im wesentlichen gleich­ mäßiger Wandstärke mit im Inneren oder an der Außenfläche desselben ausgebildeten, vorwiegend im wesentlichen paral­ lel zur Formfläche desselben verlaufenden Kanälen (10) für den Durchfluß von Wasser und Luft, einen den porösen Körper aufnehmenden eisernen Verstärkungsrahmen (2) und einen den Zwischenraum zwischen dem porösen Körper und dem eisernen Rahmen ausfüllenden Füllkörper (12) aufweist.

2. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der poröse Körper (9) eine Wandstärke von 10 bis 60 mm hat.

3. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Füllkörper (12) im aneinander­ gesetzten Zustand der Formteile (a, b, c) über den größten Teil der Trennflächen (13) derselben erstreckt.

4. Druckgußform nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf die Oberflächen des Füllkörpers (12) eine Harzschicht (14) aufgebracht ist, welche die Trennflächen (13) der Formteile (a, b, c) mit Ausnahme der des porösen Körpers (9) überdeckt.

5. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Füllkörper (12) eine Stärke von wenigstens 10 mm zwischen dem porösen Körper (9) und dem Eisenrahmen (2) hat.

6. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit dem Füllkörper (12) in Berüh­ rung stehende Außenfläche des porösen Körpers (9) mit einer Harzschicht (14) abgedichtet ist und daß der Füll­ körper (12) fest mit dem porösen Körper (9) und dem Eisen­ rahmen (2) verbunden ist.

7. Druckgußform nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die feste Verbindung mittels eines Klebers hergestellt ist.

8. Druckgußform nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die feste Verbindung mittels Zement hergestellt ist.

9. Druckgußform nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die feste Verbindung eine mechanische Verbindung ist.

10. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Kanäle (10) 0,2 bis 3 mal so groß ist wie ihr jeweiliger Abstand von der Formfläche der Form.

11. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (10) über wenigstens eine Leitung (11) mit dem Äußeren der Form strömungsverbunden sind.

12. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (10) einen effektiven Durchmesser von 0,5 bis 10 mm haben.

13. Druckgußform nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (10) in der Form von offe­ nen Nuten in der Außenfläche des porösen Körpers (9) aus­ gebildet und an ihrer offenen Seite durch Streifen (23) verschlossen sind.