DE19744769C2 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ke­ ramischen Formkörpers, bei dem ein keramisches, plastisches Ma­ terial in eine Form mit zumindest abschnittsweise offener Poro­ sität eingebracht und an der Innenwand der Form zum Formkörper geformt wird.

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers aus ei­ nem keramischen, plastischen Material in einer Form sind aus der Praxis bekannt, wobei sich im wesentlichen zwei Herstel­ lungsverfahren voneinander unterscheiden lassen:

• 1. Die Rollerformgebung für das Ein- und Überdrehen von Hohl- und Flachgeschirr, wobei das keramische, plastische Material in einer rotierenden Form unter Einwirkung von Rollerköpfen geformt wird, und
• 2. die Formung von keramischem, plastischem Material zwischen einem starren Ober- und Unterstempel.

Um das geformte keramische Material weiteren Arbeitsschritten außerhalb der Form zuführen zu können, ist es entscheidend, ein Ankleben des keramischen Materials an der Innenwand der Form beziehungsweise des Stempels zu verhindern, um es unbeschädigt aus dem Formgebungsaggregat entnehmen zu können.

Um bei der Rollerformgebung ein Ankleben des keramischen Mate­ rials an der Innenwand der Form zu verhindern, wird in der Re­ gel eine nicht klebende, einteilige Form aus Gips oder Kunst­ stoff eingesetzt. Dennoch gestattet es die Form nicht, den nun­ mehr geformten keramischen Formkörper unmittelbar nach der For­ mung im plastischen Zustand aus der Form zu entnehmen. Erst die Trocknung des Formkörpers in der Form und seine damit verbunde­ ne Schrumpfung ermöglichen es, ihn aus der Form zu nehmen. Durch den mit der Trocknung einhergehenden Verlust der plasti­ schen Eigenschaften des Formkörpers wird ein nachfolgendes pla­ stisches Formgebungsverfahren auf den Formkörper jedoch unmög­ lich gemacht.

Bei der Herstellung von keramischen Formkörpern mit einteiligen Formen können außerdem keine Formkörper mit Hinterschnitten oder äußeren Vorsprüngen hergestellt werden.

Weitere Nachteile dieses Formgebungsverfahrens sind die mit den langen Verweilzeiten in der Form verbundenen verhältnismäßig langen Fertigungsstraßen beziehungsweise großen Speicherkapazi­ täten, die zu wesentlichen Teilen der Trocknung dienen. Folg­ lich wird auch eine große Zahl von Formen benötigt.

Beim Pressen kann geformtes keramisches Material im plastischen Zustand dem Formgebungsaggregat entnommen werden.

Bei einer Blumentopfpresse beispielsweise wird das keramische Material in eine rotierende Unterform mit einer geölten Ober­ fläche eingebracht, in die ein Oberstempel einfährt, der er­ wärmt sein kann, wodurch ein Ankleben weitgehend verhindert wird.

Beim RAM-Pressen wird keramisches Material zwischen porösen Formen gepreßt, die durch Evakuierung oder Überdruck das zu pressende Material festhalten beziehungsweise loslassen.

Bei beiden Verfahren können aber nur jeweils verhältnismäßig dickwandige Erzeugnisse mit einfachen Gestaltungsformen, bei­ spielsweise Teller, hergestellt werden. Teile mit Hinterschnit­ ten lassen sich nicht herstellen.

Außerdem stellen beide Verfahren, durch die Verwendung von mehrteiligen Formen, einen im Gegensatz zur Verwendung von Ver­ fahren unter Verwendung von einteiligen Formen, höheren appara­ tiven und verfahrenstechnischen Aufwand dar.

Aus der DE 31 27 878 C2 ist eine Vorrichtung zum Verformen vor­ gefertigter keramischer Hohlkörper im plastischen Zustand be­ kannt. Während über die Herstellung des vorgeformten kerami­ schen Hohlkörpers in dieser Schrift keine Angaben gemacht wer­ den erfolgt die Nachverformung klopffrei über ein Verformungs­ werkzeug mit einem auf einer Achse freilaufenden Drehkörper.

Die auf denselben Anmelder wie die DE 31 27 878 C2 zurückgehen­ de DE 24 52 194 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung von plastischen Massen zu Formteilen. Zum Stand der Technik wird hier die Roller-Formgebung in einer Feuchtig­ keit aufsaugenden Form erwähnt. Dadurch trocknet der Scherben jedoch formseitig aus und ist nicht mehr plastisch, um weiter­ geformt zu werden.

Die US 2 733 493 beschreibt ein Preßverfahren zur Herstellung von keramischen Formteilen.

Gemäß EP 0 204 683 A2 werden im Rollerverfahren hergestellte Formteile mit Druckluft von der Form gelöst.

In beiden Verfahren findet keine Nachbehandlung im Sinne der weiteren Formgebung statt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Her­ stellung eines keramischen Formkörpers zur Verfügung zu stel­ len, die es gestattet, grob- und feinkeramisches, plastisches Material in einer Form bei geringem technischen Aufwand zu Formkörpern zu formen und die Formkörper im plastischen Zustand nachfolgenden plastischen Formgebungsschritten zugänglich ma­ chen zu können.

Grundsätzlicher Ausgangspunkt zur Lösung dieser Aufgabe ist das Aufzeigen eines Weges, den Formkörper im plastischen Zustand aus der Form entnehmen zu können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Ver­ wendung einer porösen Form das offene Porenvolumen der Form vor der Einbringung eines plastischen Materials bereits mit einer Flüssigkeit gefüllt wird und nach der Herstellung des kerami­ schen Formkörpers in der Form die Flüssigkeit zwischen die Au­ ßenwand des Formkörpers und die Innenwand der Form geleitet wird, durch welche sich der Formkörper von der Innenwand der Form löst. Dadurch, daß die Form von Anfang an mit der Flüssig­ keit gefüllt ist, kann der im Rollerverfahren geformte Formkör­ per auch auf seiner der Form zugewandten Seite nicht trocknen und bleibt für weitere Formgebungsschritte plastisch.

Soweit die DE-PS 910 154 die Tränkung von Formen mit einer Flüssigkeit anspricht, handelt es sich um Preßformen und unter­ schiedliche, aufeinander folgende Formgebungsschritte werden nicht erwähnt.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Das Ablösen wird dabei durch die Entstehung eines gleitfähigen Flüssigkeitsfilms hervorgerufen, der die Adhäsion zwischen der Außenwand des Formkörpers und der Innenwand der Form soweit herabsetzt, daß der plastische Formkörper unmittelbar nach sei­ ner Herstellung in der Form problemlos aus der Form entnommen werden kann.

In einem nachfolgenden Formgebungsschritt ist es dann möglich, den Formkörper außerhalb der Form durch weitere Formgebungs­ schritte weiter zu bearbeiten.

Dieses Verfahren ebnet somit den Weg zur Kombination der ratio­ nellen, und mit geringem technischen Aufwand verbundenen Her­ stellung keramischer Formkörper in einer Form durch Rollenform­ gebung zur Bearbeitung freistehender keramischer Teile, auch Hohlkörper, die zahlreiche Möglichkeiten zur Gestaltung bieten.

Entsprechend wird durch die Verknüpfung dieser beiden Formge­ bungsverfahren, die bisher als nicht realisierbar galt, ein gänzlich neues Gebiet zur rationellen und dennoch nahezu unbe­ grenzten Gestaltung keramischer Formkörper für die keramische Industrie erschlossen.

Erstmals können jetzt zum Beispiel fein- und grobkeramische Formkörper mit Hinterschnitten oder äußeren Vorsprüngen unter Verwendung einer einteiligen Form hergestellt werden. Der Form­ körper, zum Beispiel ein Blumentopf, wird zunächst in "klassischer Form" hergestellt, dann - wie beschrieben - pla­ stisch entnommen und anschließend plastisch nachbearbeitet, zum Beispiel mit einem "Fuß" versehen.

Grundsätzlich sind die Zusammensetzung des keramischen, plasti­ schen Materials und die Gestaltung der Wandung des Formkörpers keinerlei Beschränkungen unterworfen. Auch die Dicke der kera­ mischen Wandung läßt sich innerhalb weiter Grenzen, zum Bei­ spiel von dünnwandigem Porzellan bis zum dickwandigeren Stein­ zeug beziehungsweise Steingut variieren.

Die Ausgestaltung und die werkstoffmäßige Zusammensetzung der Formen ist keinerlei Beschränkungen unterworfen. Sie können grundsätzlich an den Stand der Technik angelehnt werden. Es können Teile mit einem rotationssymmetrischen inneren Quer­ schnitt (was sich insbesondere bei einer etwaig nachfolgenden Weiterbearbeitung anbietet), ebenso wie Formen mit anderem in­ neren Querschnitt (zum Beispiel mit sich verjüngendem, im we­ sentlichen rechteckigen oder quadratischem Querschnitt) herge­ stellt werden.

Als Werkstoff für eine erfindungsgemäße Form können grundsätz­ lich jede Art von organischem beziehungsweise anorganischem Ma­ terial oder Mischungen Anwendung finden. Als organisches Mate­ rial können beispielsweise Polyethylen, Polyurethan oder weite­ re Kunststoffe, als anorganisches Material beispielsweise Gips angewendet werden. Zusätzlich kann die Form an ihrer Innenwand einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, zum Beispiel durch eine flüssigkeitsdurchlässige Imprägnierung oder Be­ schichtung.

Das Gefüge des Formenwerkstoffes muß dabei eine offene Porosi­ tät aufweisen, die es erlaubt, eine Flüssigkeit aufzunehmen und abzugeben.

Dabei können die offenen Poren gleichmäßig über das Volumen der Form verteilt sein.

Alternativ kann die Form auch abschnittsweise Bereiche mit hö­ herer oder geringerer offener Porosität aufweisen, beziehungs­ weise können auch Bereiche mit und ohne offene Porosität gleichzeitig nebeneinander vorliegen. In diesen Fällen besitzt die in die Poren eindringende Flüssigkeit ein von der Porenge­ staltung abhängiges Strömungsverhalten. Der daraus resultieren­ de unterschiedliche Druck, den die durch die Form gegen die Au­ ßenwand des Formkörpers geleitete Flüssigkeit auf die Formkör­ perwandung ausübt, läßt sich für eine zusätzliche Gestaltung des Formkörpers nutzen.

Die Aufbereitung der keramischen Masse erfolgt nach dem Stand der Technik, beispielsweise durch eine Strangpresse.

Um die Flüssigkeit in die offenporigen Abschnitte der Form ein­ zubringen, sind mehrere Verfahren denkbar.

So kann die Flüssigkeit auf die Oberfläche der Form aufgetragen werden, etwa durch eine Spritzvorrichtung oder durch vollstän­ dige Tränkung der Form in der Flüssigkeit, wobei sie gleichzei­ tig oder anschließend in das Innere der Form eingesaugt wird. Die Poren können dabei vollständig, teilweise oder abschnitts­ weise mit der Flüssigkeit gefüllt sein.

Das Einsaugen der Flüssigkeit in die Poren wird durch ein in Verbindung mit der Form stehendes Mittel zu Erzeugung von Un­ ter- und Überdruck erreicht, das die offenen Poren der Form zu­ mindest teilweise evakuiert und die Flüssigkeit durch den in den offenen Poren somit entstehenden Unterdruck in die offenen Poren einsaugt.

Die Verbindung des Mittels zur Erzeugung von Unter- und Über­ druck mit der Form kann auf mehrere Arten hergestellt werden.

So kann die Form mit einer die Außenwand der Form umgebenden und im wesentlichen beabstandet zu dieser angeordneten, gas­ dichten Umhüllung umgeben werden, die die obere Öffnung der Form zum Einbringen des keramischen Materials freiläßt. Die Form wird dabei nur entlang einer um die Form laufenden, ge­ dachten Linie, von der Umhüllung berührt, wobei Form und Umhül­ lung an dieser Stelle gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Die Umhüllung weist dabei wenigstens eine Öff­ nung auf, durch welche das Mittel zur Erzeugung von Unter- und Überdruck Gas in den freien Raum zwischen Hülle und Form pumpen oder aus dem freien Raum zwischen Hülle und Form absaugen kann. Beim Pumpen von Gas in den zuvor beschriebenen freien Raum ent­ steht in den mit dem freien Raum in Verbindung stehenden offe­ nen Poren der Form ein Überdruck, beziehungsweise Unterdruck beim Absaugen von Gas.

Gasleitungen können direkt in das Innere der Form geführt wer­ den. Diese weisen innerhalb der Form zumindest abschnittsweise Öffnungen oder poröse Abschnitte auf, durch die Gas direkt in den offenen Porenraum der Form gepumpt beziehungsweise aus dem offenen Porenraum abgesaugt werden kann.

Weiter kann vorgesehen sein, Formen mit Hohlräumen innerhalb der Wandung der Formen einzusetzen, in die Gas gepumpt respek­ tive aus denen Gas abgesaugt werden kann, das von hier in be­ ziehungsweise aus dem offenen Porenraum der Form geleitet wird.

Durch das Absaugen des Gases aus den offenen Poren entsteht ein Unterdruck. Durch den Unterdruck wird Flüssigkeit in die Poren gesaugt bezeihungsweise bei Druckumkehr Flüssigkeit aus den Po­ ren gedrückt.

Als Gas kann zum Beispiel Luft, aber auch jeder andere gasför­ mige Stoff, also ebenfalls Aerosole oder Stoffe in dampfförmi­ ger Phase, zur Anwendung kommen.

Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß durch das oben beschriebene Ausdrücken der Flüssigkeit aus der Form ein Selbstreinigungseffekt der Innenwand der Form erfolgt:

Partikel des keramischen Materials dringen an der Innenwand ei­ ner Form in die offenen Poren ein, was mit der Zeit zu einer Verstopfung der Poren führt. Nach dem Stand der Technik ist es daher üblich, die Formen in regelmäßigen Abständen einer auf­ wendigen Oberflächenreinigung zu unterziehen. Durch das Aus­ drücken der Flüssigkeit aus den Poren werden eingedrungene Par­ tikel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch von der Flüs­ sigkeit mitgerissen, wodurch sich eine zusätzliche Reinigung der Form erübrigt.

Bei der Rollerformgebung wird das keramische Material durch Ein- oder Überdrehen geformt. Auch die Verwendung einer Scha­ blone zum Ein- oder Überdrehen kann vorgesehen sein.

Als Flüssigkeit zum Lösen des geformten keramischen Materials aus der Form können Fluide, beispielsweise Wasser, Öle, Gele und Mischungen unterschiedlicher Flüssigkeiten, etwa in Form von Suspensionen oder Emulsionen, eingesetzt werden.

Die Entnahme des Formkörpers aus der Form kann nach dem Stand der Technik zur Entnahme getrockneter Formkörper aus Formen er­ folgen, also zum Beispiel durch eine Saugeinrichtung, die mit einem Greifer kombiniert ist. Alternativ kann die Form auch ge­ wendet werden, wobei sich der Formkörper von selbst aus der Form löst.

Die Form ist unmittelbar danach zur Aufnahme von neuem kerami­ schem Material fertig.

Nach der Entnahme des Formkörpers aus der Form kann dieser im plastischen Zustand in einem oder mehreren nachfolgenden Form­ gebungsschritten durch plastische Formgebung weiterbearbeitet werden. Zu diesem Zweck bieten sich Anlagen an, die durch einen auf der einen Seite der Wandung des Formkörpers liegenden Ar­ beitskopf, etwa in Form einer Rolle oder einer Kugel, und einen diesem gegenüberliegenden Gegendruckkopf, auf der anderen Seite der Wandung, auf die Wandung des Formkörpers einwirken. Den Möglichkeiten zur Gestaltung des Formkörpers sind dabei grund­ sätzlich keine Grenzen gesetzt. Sowohl rotationssymmetrische als auch jede andere Art von Ausformungen sind möglich.

An dieser Stelle kommt ein wesentlicher Vorteil des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zum Tragen, nämlich die rationelle Herstel­ lung keramischer Formkörper mit Hinterschnitten.

Im Gegensatz zur Herstellung von Formkörpern in Formen nach dem Stand der Technik, ist der Zyklus vom Einbringen des kerami­ schen Materials in die Form bis zur Entnahme des Formkörpers deutlich kürzer. Außerdem wird nur ein Bruchteil der bisher be­ nötigten Formen benötigt. Dadurch werden gänzlich neue Kombina­ tionen von Anlagen in der keramischen Industrie ermöglicht. Denkbar ist hier zum Beispiel die Verwendung von korrespondie­ renden Drehtischen, bei denen auf dem ersten die Herstellung des keramischen Formkörpers in der Form, und nach Entnahme aus der Form und Übergabe an den zweiten Drehtisch hier die weite­ ren Formgebungsschritte erfolgen.

Nach der Formgebung erfolgen die Trocknung und der keramische Brand nach dem Stand der Technik, in deren Rahmen ebenfalls ei­ ne Glasierung und alternativ oder zusätzlich weitere Oberflä­ chenbehandlungen des Formkörpers, wie zum Beispiel eine Engo­ bierung oder Bemalung, vorgenommen werden können.

Ohne Beschränkung des Erfindungsgedankens wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens aufge­ zeigt.

Eine auf einem Drehtisch angeordnete Form wird durch eine Spritzeinrichtung mit Wasser bespritzt, das durch Kapillarwir­ kung in die offenen Poren der Form gesaugt wird. Die Form be­ steht dabei aus einem Kunststoff mit einer gleichmäßig verteil­ ten offenen Porosität. Anschließend wird in einer Strangpresse homogenisiertes Material durch Austragen aus dem Mundstück der Strangpresse direkt in die Form eingebracht, worauf die Her­ stellung des Formkörpers durch Rollerformgebung in der Form er­ folgt. Schließlich wird durch Aufgabe von Druck von außen in den offenen Porenraum der Form das im Porenraum der Form be­ findliche Wasser in den Raum zwischen Außenwand des Formkörpers und korrespondierender Innenwand der Form gedrückt, wodurch sich der Formkörper von der Innenwand der Form löst. Der Form­ körper wird daraufhin durch einen Greifer mit einer Saugein­ richtung aus der Form entnommen und kann jetzt einer, auf einem zweiten Drehtisch angeordneten, nachfolgenden Formgebung, oder direkt der Trocknung, respektive Glasierung, und dem kerami­ schen Brand zugeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers, bei dem ein keramisches, plastisches Material in eine Form mit zumindest abschnittweise offener Porosität eingebracht und an der Innenwand der Form durch Rollerformgebung zum Formkörper geformt wird, wobei eine Flüssigkeit in die offenporigen Abschnitte der Form eingebracht wird, bevor das keramische Material in die Form gegeben wird und die Flüssigkeit nach der Formgebung des Formkörpers durch die offenporigen Abschnitte der Form gegen die korrespondierende Außenwand des Formkörpers geleitet wird, bis der Formkörper sich von der Innenwand der Form gelöst hat, der Formkörper danach im plastischen Zustand aus der Form entnommen wird und im plastischen Zustand anschließend in einem weiteren Formgebungsschritt durch plastische Formgebung weiterbearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Formkörper in einer einteiligen Form geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die in der Form befindliche Flüssigkeit nach der Formgebung des keramischen Materials unter Druck aus der Form ausgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Formkörper nach Ablösen von der Form durch eine Saugeinrichtung aus der Form entnommen wird.