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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von ein vorgegebenes
Dickenprofil aufweisenden Formkörpern
bzw. Preßlingen,
bei denen ein Füllwerkzeug
einer Füllvorrichtung
mit einer Preßmasse
befüllt
und die Preßmasse
in Schwererichtung aus dem Füllwerkzeug
in eine Preßform
einer Presse abgegeben wird, und eine Presse zur Ausführung derartiger
Verfahren.
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Derartige
Verfahren und Pressen sind natürlich
bekannt. Das Füllwerkzeug
dient dazu, möglichst genau
die zur Bildung des Formkörpers
mit dem vorgegebenen Dickenprofil nötige Preßmasse in die Preßform abzugeben.
Dabei sollte erreicht werden, daß sich beim anschließenden Preßvorgang
eine möglichst
homogene Dichte des Formkörpers
ergibt.
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Andererseits
sollte das Beschicken der Preßform
mit der Preßmasse
schnell, d. h. im Preßzyklus,
vonstatten gehen und möglichst
einfach zu handhaben sein. So wird das Füllwerkzeug beispielsweise mit
der richtigen Menge an Preßmasse
befüllt, über die
Preßform
gefahren und die Preßmasse
in die Preßform
entleert. Dazu kann das Füllwerkzeug ein
in horizontaler Richtung davon abziehbares Bodenblech aufweisen,
welches die Preßmasse
vor der Abgabe hält
und durch dessen Abziehen die Abgabe der Preßmasse in die Preßform bewirkt
wird.
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Allerdings
hat sich bei derartigen bekannten Verfahren auch bei einfachen,
wie etwa konstanten Dickenprofilen und erst recht bei komplexeren
Dickenprofilen eine nicht vollkommen zufriedenstellende gleichmäßige Dichte
des gepreßten
Formkörpers herausgestellt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mit dem eine nach dem Preßvorgang homogenere
Dichteverteilung in dem gepreßten Formkörper erreicht
wird.
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Aus
den im folgenden ersichtlichen Gründen ist die obige Zielsetzung
insbesondere für
Formkörper
mit nicht konstanten Dickenprofilen und/oder komplexen Geometrien
besonders wichtig, aber auch schwieriger zu realisieren:
Denn
Formkörper
bzw. Preßlinge,
die eine komplexe Geometrie aufweisen, stellen besondere Anforderungen
an die zur Herstellung solcher Produkte eingesetzte Preßtechnologie.
Dies gilt insbesondere für solche
Produkte, die bezogen auf die Preßfläche starke und vor allem unstetige Übergänge zwischen verschiedenen
Dicken, d. h. sprunghafte Änderungen
der Preßlingshöhe in einer
parallel zur Preßfläche verlaufenden
Schnittebene, aufweisen. Als Beispiel für Produkte mit einem entsprechend
komplexen Dickenprofil können
die typischen mitteleuropäischen
Dachziegel genannt werden. Diese Dachziegel weisen bei einer Gesamtfläche von
ca. 400 × 300 mm2 eine typische Scherbenstärke von
12 mm auf. Sie sind allerdings mit einer Vielzahl von Nasen, Längs- und/oder
Querfalzen ausgestattet, in deren Bereich die Dicke des Formkörpers mehr
als doppelt so groß ist.
Die Herstellung solcher Produkte wird ferner dadurch erschwert,
daß die
Höhe der
Falze, Nasen usw. praktisch alle beliebigen Werte zwischen Null
und einem Maximalwert annehmen können.
Bei der Ausführung
von Verfahren zur Herstellung solcher Produkte muß darauf
geachtet werden, daß bezogen
auf gleiche Flächenelemente
in der Draufsicht (= Preßfläche) sehr
stark schwankende Mengen an Preßmasse
zur Verfügung
gestellt werden, um eine gleichmäßige Verdichtung
zu erreichen. Gelingt es nicht, die benötigte Preßmasse in jedem Flächenelement
entsprechend dem Bedarf bereitzustellen, ergeben sich unzureichende
Verdichtungen in den Bereichen größerer Dicke und Überpressungen
in den dünneren
Bereichen. Dadurch können
die Produkteigenschaften beeinträchtigt
werden. Es kann im besonderen zu einer mechanischen Schwächung (geringere
Biege-, Zug- oder Bruchfestigkeit), einer höheren Porosität in den
schwach verdichteten Bereichen des Formkörpers und einer damit verbundenen schlechteren
Frost-Tau-Wechselbeständigkeit
sowie zu einer erhöhten
Neigung zur Verformung und Rißbildung
während
des Trocknungs- und Brennprozesses kommen. Ferner kann eine mangelhafte
Verteilung der Preßmasse
eine ungleichmäßige Aufnahme von
Glasuren, Engoben und anderen Beschichtungen und dadurch bedingte
optische Auffälligkeiten sowie
schlechtere Oberflächeneigenschaften
des Endproduktes zum Ergebnis haben.
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Daher
muß bei
Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit einem vorgegebenen
Dickenprofil sichergestellt werden, daß die pro Flächeneinheit
benötigte
Preßmasse
in dieser Flächeneinheit
möglichst
genau bereitgestellt wird. Das gilt im besonderen bei der Herstellung
von Formkörpern
komplexer Geometrie mit uniaxialen Pressen. Die Größe der Flächeneinheiten,
auf denen unterschiedliche Preßmassenmengen
bereitgestellt werden müssen,
hängt dabei
stark von der Größe und Geometrie
des Formkörpers
selbst und von den Eigenschaften der Preßmasse ab. Von Bedeutung ist
in diesem Zusammenhang im besonderen die Fähigkeit der Preßmasse,
in gewissem Umfang durch plastisches Fließen unter Druck Masseverschiebungen
quer zur Verdichtungsrichtung zu ermöglichen. Für die eingangs bereits erwähnten Dachziegel
liegt die Größe der zu
betrachtenden Flächeneinheiten
bzw. Bezugsflächenelementen
in der Größenordnung
von ca. 10 cm2 bis etwa 100 cm2.
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Bei
der Ausführung
von Verfahren zum Herstellen solcher Formkörper muß ferner darauf geachtet werden,
daß die
Zykluszeit der Presse und damit die Produktionskapazität nicht übermäßig beeinflußt wird.
Ferner müssen
entsprechende Verfahren und Vorrichtungen auch für Mehrfachformen einsetzbar sein,
mit denen eine Mehrzahl von Produkten mit einem vorgegebenen Dickenprofil
gleichzeitig hergestellt werden kann.
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Bei
der Preßformgebung
mit einer uniaxial arbeitenden Presse zur Herstellung von Formkörpern wird
unabhängig
davon, ob die Presse für
einseitiges oder zweiseitiges Pressen ausgelegt ist, üblicherweise
eine volumetrische Formbefüllung
eingesetzt. Dabei wird die Kavität
bzw. Preßform
gefüllt,
indem die Preßform
mit einem Füllwerkzeug überfahren
wird, in dem sich, bezogen auf die für den jeweiligen Preßvorgang
insgesamt benötigte
Masse, ein Überschuß an Preßmasse befindet.
Durch Absenken des Unterstempels oder Anheben des die Preßform seitlich
begrenzenden Formrahmens der Presse auf eine ein stellbare Füllposition
wird das Volumen definiert, das durch die aus dem Füllwerkzeug übergebene
Masse befüllt
wird. Die Übergabe
kann dabei sowohl durch Abwerfen in die bereits geöffnete Kavität bzw. Preßform erfolgen,
als auch durch "saugende" Befüllung, bei
der die Kavität
bzw. Preßform
erst geöffnet
wird, wenn das Füllwerkzeug über der
Preßform
positioniert ist. Überschüssige Masse
wird beim Zurückfahren
des Füllwerkzeugs
so abgestreift, daß die
obere Begrenzungsfläche
der in der Preßform
aufgenommenen Preßmasse
mit dem Formrahmen fluchtet und eine glatte Preßmassenoberfläche entsteht.
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Bei
der Ausführung
dieser bekannten Verfahren ist es möglich, unterschiedliche Füllhöhen in der
Preßform
und entsprechend unterschiedliche Preßmassenmengen in nebeneinander
angeordneten Preßformsegmenten
dadurch zu realisieren, daß während des
Zurückfahrens
des Füllschiebers
die Füllhöhe durch
gesteuertes Verfahren des Unterstempels und/oder Formrahmens nach
oben und unten verändert
wird. Das wird als "keiliges" Füllen bezeichnet.
Eine solche Füllung
der Preßform
erlaubt jedoch nur eine stetige Füllhöhenveränderung in Richtung der Füllwerkzeug-Fahrachse.
Eine für
die Herstellung von Formkörpern
mit einem komplexen Dickenprofil, wie etwa Dachziegeln, erforderliche Preßmassenverteilung
in der Preßform
ist mit solchen Verfahren nicht erreichbar. Zur Herstellung von entsprechenden
Formkörpern
wurde bereits vorgeschlagen, den Unterstempel der Preßform in
eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Segmenten aufzuteilen,
die vor oder während
des Füllvorgangs
auf unterschiedliche Höhen
bewegt werden können,
wodurch ein Höhenprofil
im unteren Bereich der Preßform
erzeugt wird, während
die Oberfläche der
in der Preßform
aufgenommenen Preßmasse, wie
bei herkömmlichen
Verfahren, glatt abgestrichen wird. Pressen mit in eine Mehrzahl
von Segmenten unterteilten Unterstempeln werden üblicherweise bei der Herstellung
von großformatigen,
hochwertigen Preßkörpern, wie
beispielsweise zur Herstellung von feuerfesten Schieberplatten für die Stahlherstellung, eingesetzt.
Allerdings wird die Form wegen der notwendigen "aktiven" Formelemente sehr aufwendig und teuer.
Ferner wird bei der Herstellung von Formkörpern mit einem komplexen Dickenprofil
häufig eine Überbeanspruchung
und in einigen Fällen
eine Beschädigung
der Presse beobachtet. Das gilt unabhängig davon, ob eine Presse
mit "aktiven" Formelementen oder
eine herkömmliche
Presse benutzt wird.
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Angesichts
dieser Probleme im Stand der Technik ist es im weiteren Rahmen der
Erfindung ein weiteres Ziel, ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit
einem vorgegebenen, insbesondere uneinheitlichen Dickenprofil bereitzustellen,
welches unter Vermeidung von Beschädigungen der Presse und Gewährleistung
vorgegebener Produkteigenschaften mit baulich einfachen Pressen
ausführbar
ist, sowie entsprechende Pressen bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die
o. g. Aufgabe durch eine Weiterbildung der bekannten Verfahren gelöst, die
im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Preßmasse durch Ansaugen in dem
Füllwerkzeug
gehalten wird und deren Abgabe in die Preßform durch eine Verminderung
der Ansaugkraft bewirkt wird.
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Diese
Lösung
geht auf die verblüffende
Erkenntnis zurück,
daß mit
dem erfindungsgemäßen Mechanismus
für die Übergabe
der Preßmasse
aus dem Füllwerkzeug
in die Preßform
eine geordnetere Übergabe
ermöglicht
wird, die zu einer Verbesserung des Dichtehomogenisierungsgrades
des aus der Preßmasse
gepreßten
Formkörpers
führt.
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Darüber hinaus
ist der erfindungsgemäße Mechanismus
zur Übergabe
der Preßmasse
insofern vorteilhaft, daß keine
mechanische Öffnung
einer Füllfläche vorgenommen
werden muß,
wie etwa das oben erwähnte
Abziehen des Bodenblechs des Füllwerkzeugs.
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Statt
dessen verhindert nur eine durch das Ansaugen bewirkte Luftdurchströmung durch
die Preßmasse
das Herabfallen derselben. Die nötige Ansaugkraft
bzw. die Herstellung eines nötigen Druckgefälles für das Ansaugen
kann in einfacher Weise z. B. durch eine (Vakuum)Pumpe beliebiger Gestaltung
bewirkt werden. Dabei ist für
die meisten Anwendungen bereits ein Druckgefälle von ca. 200 bis 300 mbar
dafür ausreichend,
daß die
Preßmasse aufgrund
des dadurch bewirkten, die Preßmasse durchströmenden Luftstroms
sicher in dem Füllwerkzeug
gehalten wird. Das Herabfallen ist dann in sehr einfacher Weise
durch eine Verminderung der Ansaugkraft, beispielsweise mittels
Ausschalten einer den Sog erzeugenden Pumpe, bewirkbar.
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Besonders
vorteilhaft kommt das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung,
wenn mindestens zwei in einer senkrecht zur Schwererichtung verlaufenden
Richtung nebeneinander angeordnete Segmente der Preßform entsprechend
dem vorgegebenen Dickenprofil mit unterschiedlichen Preßmassenmengen
beschickt werden sollen, also bei insbesondere durch komplexe Formkörpergeometrien
hervorgerufenen uneinheitlichen Dickenprofilen. Dazu werden den
nebeneinander angeordneten Segmenten der Preßform entsprechende, nebeneinander
angeordnete Segmente des Füllwerkzeugs
entsprechend dem vorgegebenen Dickenprofil mit unterschiedlichen
Preßmassenmengen
befüllt.
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Diese
vorteilhafte Verfahrensgestaltung geht auf die einfache Erkenntnis
zurück,
daß die
dann benötigte
Verteilung der Preßmasse
in der Preßform auch
dann noch sichergestellt werden kann, wenn diese Verteilung nicht
erst in der Preßform
selbst, sondern schon in dem Füllwerkzeug
erfolgt, weil durch die erfindungsgemäße Übergabe der Preßmasse aus
dem Füllwerkzeug
in die Preßform
eine nennenswerte Veränderung
der Preßmassenverteilung
nicht mehr zu besorgen ist. Bei der Ausführung dieser Verfahrensgestaltung
kann daher von dem ansonsten erforderlichen Einsatz von in eine
Mehrzahl nebeneinander angeordneter Segmente aufgeteilten Unterstempeln
der Preßform
abgesehen werden, und die zur Ausführung solcher Verfahren geeignete Presse
wird deutlich vereinfacht.
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Ferner
kann bei der Ausführung
solcher Verfahren eine hohe Betriebszuverlässigkeit erreicht werden, weil
weder eine ungleichmäßige, insbesondere
unsymmetrische Belastung der Preßform noch eine übermäßige Belastung
bewegbarer Segmente des Unterstempels der Preßform zu besorgen sind. Eine
unsymmetrische Belastung der Preßform kann verhindert werden,
weil durch entsprechende Befüllung
des Füllwerkzeugs
und erfindungsgemäße Übergabe
der Preßmasse
aus dem Füllwerkzeug
in die Preßform
bereits eine solche Preßmassenverteilung
in der Preßform
sichergestellt wird, daß es
bei der Herstellung von Formteilen mit komplexem Dickenprofil nicht
zu einer ungleichmäßigen oder
unsymmetrischen Belastung der Preßform kommt. Ferner kann bei
der Ausführung
dieser Verfahrensgestaltung von dem Einsatz mit einem hohen Preßdruck belasteter
bewegbarer Segmente des Unterstempels der Preßform abgesehen werden, was
ebenfalls zur Erhöhung
der Betriebszuverlässigkeit
beiträgt.
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In
einer bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt die Verminderung
der Ansaugkraft in den einzelnen nebeneinander angeordneten Segmenten des
Füllwerkzeugs
zumindest teilweise zeitlich versetzt. So können z. B. Segmente, in denen
deutlich mehr Preßmasse
vorhanden ist als in anderen Segmenten, früher als diese freigegeben werden,
so daß eine
gleichmäßigere Auffüllung der
Preßform
ermöglicht
wird.
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Insbesondere
ist vorgesehen, daß der
zeitliche Versatz in Abhängigkeit
der für
die in dem jeweiligen Segment des Füllwerkzeugs aufgenommene Preßmassenmenge
zu erwartenden Fallzeit für
deren Fall in das jeweils entsprechende Segment der Preßform gesteuert
wird. Damit kann in Fortführung des
obigen Vorteils eine synchrone Auffüllung der Preßform mit
der Preßmasse
erreicht werden.
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Nach
einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt das Befüllen des
Formwerkzeugs durch dieselbe Öffnung,
durch die die Abgabe der Preßmasse
in die Preßform
erfolgt. So bleibt auf der der Preßform abgewandten Seite des
Formwerkzeugs genug Platz für
eine bautechnisch einfache Ankopplung des Ansaugmechanismus.
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In
einer besonders zweckmäßigen Verfahrensgestaltung
ist vorgesehen, daß das
Füllwerkzeug
erst nach dem Befüllen
in die zur Abgabe der Preßmasse
einzunehmende Abgabeorientierung gebracht wird und das Befüllen bei
einer bezüglich
der Abgabeorientierung im wesentlichen um 180° gedrehten Befüllungsorientierung
des Füllwerkzeugs, also
von oben, erfolgt. Dabei wird ein zusätzlicher Arbeitsschritt in
Kauf genommen, um das einfache Befüllen von oben zu ermöglichen.
Der damit verbundene Zeitaufwand ist allerdings vertretbar, da der
Vorgang außerhalb
des Arbeitszyklus der Presse erfolgen kann.
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Nach
einer nochmals besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung wird die
Preßmasse
aus einem Füllbehälter in
das Füllwerkzeug
derart gefüllt, daß die bezüglich der
Befüllungsorientierung
obere Begrenzungsfläche
der in dem Füllwerkzeug
aufgenommenen Preßmasse
mit dem bezüglich
der Befüllungsorientierung
oberen Rand des Füllwerkzeugs fluchtet,
wobei sich die Preßmassenmengen
in den nebeneinander angeordneten Segmenten des Füllwerkzeugs
automatisch aufgrund einer jeweiligen Bodennivellierung des Formwerkzeugs
ergeben. So kann vorteilhaft erreicht werden, daß bei der Befüllung des
Füllwerkzeugs
keine besondere Sorgfalt zu besorgen ist. Insbesondere genügt es, genau
die richtige Gesamtpreßmasse
einfach in das Füllwerkzeug
einzuschütten.
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In
diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig auch vorgesehen, daß der Füllbehälter zum
Einstellen des Füllniveaus
in horizontaler Richtung von dem Füllwerkzeug abgezogen wird.
Somit muß auch die
genaue Gesamtpreßmasse
dahingehend nicht mehr eingehalten werden, daß auch ein Überschuß an Preßmasse in das Füllwerkzeug
einfüllbar
ist, da genau die Überschußmasse anschließend abgestreift
wird.
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In
einer weiteren, von dem obigen Befüllvorgang unterschiedlichen
Verfahrensgestaltung kann das Befüllen des Preßwerkzeugs,
insbesondere mit mehrschichtig strukturierter Preßmasse,
derart erfolgen, daß das
Füllwerkzeug
in der zur Abgabe der Preßmasse
geeigneten Abgabeorientierung in eine vorbereitete Preßmassenstruktur
eingreift. Das heißt, das
Füllwerkzeug
wird nicht umgedreht und von oben befüllt, sondern von unten befüllt. Dazu
kann das Füllwerkzeug,
das insbesondere vorteilhaft als Messerkasten ausgebildet ist, in
eine dickenmäßig bereits
vorbereitete Preßmasse
aufgesetzt werden bzw. eingreifen, wonach das Ansaugen bewirkt und
das Füllwerkzeug
samt Preßmasse
zur Abgabestellung bewegt werden kann. Bei dieser Verfahrensweise können vorteilhaft
insbesondere Preßlinge
mit mehrschichtigen Strukturen hergestellt werden, wozu ein gewöhnliches
Befüllen
von oben mit mehrschichtiger Struktur umständlich ist.
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Wie
der vorstehenden Erläuterung
erfindungsgemäßer Verfahren
zu entnehmen ist, zeichnet sich eine Presse zum Ausführen dieser
Verfahren mit einer zum Aufnehmen von Preßmasse ausgelegten Preßform und
einer zum Befüllen
der Preßform
ausgelegten und ein zum Abgeben der Preßmasse in Schwererichtung in
die Preßform
betreibbares Füllwerkzeug
aufweisenden Füllvorrichtung
dadurch aus, daß die
Füllvorrichtung
mittels einer Saugeinrichtung zum Halten der Preßmasse in dem Füllwerkzeug
durch Ansaugen der Preßmasse
betreibbar ist. Dabei kommen als Saugeinrichtung z. B. eine Pumpe oder
eine Mehrzahl von Pumpen in Betracht, die in geeigneter Weise mit
dem Füllwerkzeug
verbunden ist/sind. Jede gewöhnliche
Vakuumpumpe ist geeignet, solange sie die zur nötigen Ansaugkraft erforderliche
Druckdifferenz zwischen der Preßmassen-Außenseite
und -Innenseite bewirken kann.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind mit der Füllvorrichtung
in einer senkrecht zur Schwererichtung verlaufenden Richtung nebeneinander
angeordnete Segmente der Preßform
entsprechend einem vorgegebenen Dickenprofil eines herzustellenden
Formkörpers
mit unterschiedlichen Preßmassenmengen
beschickbar, und die Füllvorrichtung
ist zum Befüllen
von den nebeneinander angeordneten Segmenten der Preßform entsprechenden
Segmenten des Füllwerkzeugs
entsprechend dem vorgegebenen Dickenprofil mit unterschiedlichen
Preßmassenmengen
in einer in horizontaler Richtung mit Abstand neben der Preßform angeordneten
Füllstation
der Füllvorrichtung
ausgelegt.
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Mit
einer derart ausgelegten Presse können, wie oben erläutert, auch
Preßlinge
mit sehr uneinheitlichen Dichteprofilen und/oder komplexen Strukturen ausgezeichnet
hergestellt werden.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Presse weist das Füllwerkzeug
ein Gehäuse
auf, in dem Segmente nebeneinander angeordnet und durch vorzugsweise
etwa vertikal verlaufende Trennwände
voneinander getrennt sind. So kann eine unerwünschte segmentübergreifende
Vermengung der den Segmenten zugeordneten Preßmassenmengen verhindert werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Presse weist das Füllwerkzeug
einen in bezüglich
der Abgabe der Preßmasse
geeigneter Abgabeorientierung unten angeordneten Aufnahmebereich
zur Aufnahme der Preßmasse
auf, der von einem luftdurchlässigen
Bodenbereich nach oben begrenzt ist. Das heißt, der Aufnahmebereich stellt den Bereich
des Füllwerkzeugs
dar, der dem klassischen Füllschuh
entspricht. Der luftdurchlässige
Bodenbereich ermöglicht
eine Luftströmung
durch die im Aufnahmebereich aufgenommene Preßmasse auf die andere Seite
des Bodenbereichs.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Bodenbereich derart nivelliert, daß die in den jeweiligen Segmenten
aufgenommenen Preßmassenmengen
den in die jeweils zugeordneten Segmente der Preßform zu beschickenden Preßmassenmengen
entsprechen, wenn der Aufnahmebereich bis zum bezüglich der
Abgabeorientierung unteren Rand des Formwerkzeugs befüllt ist.
So werden vorteilhaft die für
die Segmente der Preßform
benötigten
Preßmassenmengen
automatisch richtig zugeordnet. Die Nivellierung des Bodenbereichs
entspricht dabei je nach Betrachtungsweise dem Dickeprofil der herzustellenden
Formkörper
bzw. dem spiegelverkehrten Dichteprofil.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform weist
der Bodenbereich ein Sieb mit einer derartigen Maschenweite auf,
daß es
für die
Preßmasse
im wesentlichen nicht durchlässig
ist. So kann verhindert werden, daß Preßmasse in den Ansaugmechanismus
gelangt, was dessen Funktionsfähigkeit
beeinträchtigen
würde.
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In
diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, daß die Maschenweite
des Siebs im Bereich von 0,1 bis 200 μm, vorzugsweise 1 bis 50 μm und insbesondere
5 bis 20 μm,
liegt.
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Nach
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
weist der Bodenbereich ein Lochblech auf. Dabei soll das Lochblech
ausreichend stark sein, um in der Befüllungsorientierung des Formwerkzeugs
die nötige
Tragefunktion zu erfüllen.
Weiter ist das Lochblech eine einfache und kostengünstige Lösung für den Bodenbereich.
Die Löcher
dienen der Luftdurchströmung
(siehe oben), müssen
aber im Falle der Verwendung eines Siebs keine Aufhaltefunktion
für die
Preßmassenteilchen
haben.
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Nach
einer nochmals bevorzugten Ausführungsform
ist (sind) der Bodenbereich/das Lochblech als Freiformfläche ausgebildet.
Auf diese Weise kann nahezu jedes Dichteprofil der herzustellenden
Formkörper
im wesentlichen formgetreu nachgebildet werden und somit eine optimale
Vorabzuordnung der benötigten
Preßmassenmengen
erreicht werden.
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Nach
einer zweckmäßigen Ausführungsform weist
der Aufnahmebereich ein Füllgitter
auf, das den Aufnahmebereich/die Segmente zumindest teilweise und
in horizontaler Richtung unterteilt. So werden auf einer nochmals
kleineren Skala Führungen
für die herabfallende
Preßmasse
bereitgestellt, so daß sich diese
beim Herabfallen nochmals weniger vermischt.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform
der Presse ist ein bezüglich
der Abgabeorientierung oberhalb des Bodenbereichs liegender Unterdruckbereich
in dem Füllwerkzeug
vorgesehen, der zur Herstellung des zum Ansaugen gegenüber dem
Atmosphärendruck
nötigen
Druckgefälles
an die Saugeinrichtung angeschlossen ist. So wird ein geeigneter Übergangsraum
zwischen dem Aufnahmebereich und der Saugeinrichtung geschaffen,
wodurch einerseits eine für
gleichmäßiges Ansaugen
sorgende Vielzahl von Luftwegen durch den Bodenbereich bei einer
gleichzeitig geringeren Anzahl von Luftleitungen zu der Saugeinrichtung
ermöglicht
wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Herstellung des Druckgefälles
in einzelnen Segmenten des Unterdruckbereichs getrennt steuerbar,
und es ist eine Steuereinrichtung zu deren Steuerung vorgesehen.
Dies ist natürlich
eine Voraussetzung für
die oben beschriebene vorteilhafte, zeitlich versetzte Ansteuerung
der einzelnen Segmente des Unterdruckbereichs (Unterdruckkammern).
Die getrennte Steuerbarkeit wird etwa dadurch möglich, daß aus jeder der Unterdruckkammern über eine
getrennte Leitung Luft abgesaugt wird und die einzelnen Leitungen
durch jeweilige Ventile unabhängig
gedrosselt bzw. unterbrochen werden können.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Steuereinheit zur Berechnung von Fallzeiten der Preßmasse von
den einzelnen Segmenten des Füllwerkzeugs
in die entsprechenden Segmente der Preßform ausgelegt. Dazu können der
Steuereinheit etwa Informationen bezüglich der Struktur, dem Dickenprofil
der Preßform
und/oder der jeweiligen Füllhöhe des Füllwerkzeugs
zur Verfügung
gestellt werden.
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Nach
einer besonders zweckmäßigen und praktischen
Ausführungsform
ist für
die Presse weiter eine Füllstation
zur Befüllung
des Füllwerkzeugs mit
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des Füllwerkzeugs
für das
Befüllen
in eine bezüglich der
Abgabeorientierung im wesentlichen um 180° gedrehte Befüllungsorientierung
und zum Positionieren des Füllwerkzeugs
in die Abgabeorientierung für
die nachfolgende Abgabe der Preß masse
vorgesehen. So kann das Formwerkzeug, wie der obigen Erläuterung
der Verfahrensansprüche
zu entnehmen ist, in einfacher Weise befüllt und in gewohnter Weise über die
Preßform
gefahren werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich
aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht näher herausgestellten
Einzelheiten ausdrücklich
verwiesen wird, erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Presse
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2 eine
schematische Darstellung eines Füllwerkzeugs
einer erfindungsgemäßen Presse,
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3 eine
Draufsicht auf einen mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, besonders gut
mit einer vorteilhaften Verfahrensgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
herstellbaren Ziegel,
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4 eine
schematische Darstellung der Anordnung der Trennwände in einem
Füllwerkzeug, das
im Herstellungsverfahren zur Herstellung des in 3 gezeigten
Ziegels einsetzbar ist.
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Die
in 2 dargestellte erfindungsgemäße Presse (z. B. zur Herstellung
von in 3 dargestellten Ziegeln) umfaßt einen Unterstempel 12,
ein Füllwerkzeug 20,
eine insgesamt mit 50 bezeichnete Füllstation und eine insgesamt
mit 70 bezeichnete Förderanordnung
für die
Preßmasse.
In dem Unterwerkzeug 12 ist eine Preßform 14 gebildet,
die mit Hilfe des Füllwerkzeugs 20 mit
von der Fördereinrichtung 70 bereitgestellter
Preßmasse
befüllbar
ist. Zu diesem Zweck kann ein Füllbehälter 72 horizontal hin-
und hergehend bewegt werden, wie durch den Doppelpfeil 74 angedeutet.
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Das
Füllwerkzeug 20 wird
in Befüllungsorientierung
in der mit Abstand neben der Preßform 14 angeordneten
Füllstation 50 mit
der von der Förderanordnung 70 bereitgestellten
Preßmasse
befüllt. Dann
wird eine Pumpe 40 von der Steuereinrichtung 60 zum
Erzeugen eines Druckgefälles
zwischen der Öffnung 8 und
dem Zwischenboden des Füllwerkzeugs 20 (siehe 2)
gesteuert. Dazu ist die Pumpe 40 mit dem Füllwerkzeug 20 über in 1 als
gestrichelt angedeutete Leitungen 41 verbunden. Nun kann
bei bewirktem Ansaugen der Preßmasse
das Füllwerkzeug 20 von
der Positioniereinrichtung 30 um 180° in die Abgabepositionierung
gedreht werden. Dabei wird ein Herabfallen der Preßmasse durch
das Ansaugen an das Füllwerkzeug 20 verhindert.
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Anschließend wird
das Füllwerkzeug 20 in der
Abgabeorientierung über
die Preßform 14 bewegt
und die in dem Füllwerkzeug 20 aufgenommene Preßmasse in
Schwererichtung in die Preßform 14 abgegeben,
indem, wie weiter unten genauer erläutert, die Ansaugkraft ausgeschaltet
wird, so daß die Preßmasse wie
gewohnt unter Schwerkrafteinfluß in die
Preßform
herabfällt.
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Im
folgenden wird das Formwerkzeug 20 der erfindungsgemäßen Presse
anhand von 2 ausführlicher beschrieben. Dabei
ist 2 eine schematische Schnittansicht, die den Ansaugmechanismus zum
Ansaugen der Preßmasse
illustriert.
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Das
Füllwerkzeug 20 hat
als Rahmenstruktur ein Gehäuse 7 und
ist in der in 2 gezeigten Abgabepositionierung
an seiner unteren Begrenzungsfläche 8,
hier in Schnittansicht als durchgezogene Linie 8 gezeigt,
geöffnet.
Das Innere des Gehäuses 7 ist
sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Hinsicht unterteilt.
Die für
den erfindungsgemäßen Ansaugmechanismus
wesentliche Unterteilung wird durch einen Zwischenboden erreicht,
der aus dem Lochblech 2 und dem Sieb 3 besteht.
Wie aus 2 ersichtlich, muß der Zwischenboden
nicht auf einheitlichem Niveau über
das gesamte Füllwerkzeug 20 verlaufen,
sondern kann segmentweise unterschiedliche Nivellierungen aufweisen
(bzw. kann vollständig als
Freiformfläche
gebildet sein, siehe unten).
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Durch
den Zwischenboden wird das Innere des Gehäuses 7 in einen unteren
Aufnahmebereich zur Aufnahme der Preßmasse 5 und in einen
oberen Unterdruckbereich 1 getrennt. Denkt man sich 2 auf
den Kopf gestellt (Befüllungsorientierung),
so kann der Aufnahmebereich mit Preßmasse befüllt werden, indem beispielsweise
ein Füllbehälter 72 (1)
den Aufnahmebereich mit Preßmasse
beschickt und anschließend
die über
die Fläche 8 überstehende
Preßmasse
abstreift. Das Volumen des Aufnahmeraums 8 soll damit im
wesentlichen der Gesamtpreßmassenmenge
entsprechen, die zur Herstellung des Formkörpers benötigt wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird es nun möglich,
die in dem Aufnahmebereich aufgenommene Preßmasse 5 in Richtung
auf den Zwischenboden anzusaugen, so daß die aufgenommene Preßmasse 5 auch
nach Positionierung in die in 2 dargestellte Abgabeorientierung
trotz Schwerewirkung von dem Füllwerkzeug 20 gehalten
wird. Dazu saugt eine Pumpe über
nicht gezeigte Leitungen und nicht dargestellte Öffnungen in z. B. der unterdruckbereichseitigen
Begrenzungsfläche
des Gehäuses 7 Luft
aus dem Unterdruckbereich 1 ab. Es baut sich ein Druckgefälle zwischen
dem Unterdruckbereich 1 und dem Aufnahmebereich auf, da
Luft zwar aus dem Außenraum
durch die in dem Aufnahmebereich aufgenommene Preßmasse 5,
das Sieb 3 und die Öffnungen
in der Lochplatte 2 in den Unterdruckbereich nachströmen kann,
die Preßmasse 5 aber
einen Strömungswiderstand
bewirkt.
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Solange
die Pumpe 40 betrieben wird, stellt sich daher ein Gleichgewichtswert
für das
Druckgefälle
ein, der hier bei ca. 200 bis 300 mbar liegt. Durch die kontinuierlich
nachströmende,
die Preßmasse 5 durchdringende
Luftströmung
wird die Preßmasse 5 in
dem Aufnahmebereich 8 entgegen der Schwerkraftwirkung gehalten.
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Die
Maschenweite des Siebs 3 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel
etwa 10 μm,
ist aber grundsätzlich
variierbar, solange sichergestellt wird, daß im wesentlichen keine Preßmassenteilchen durch
das Sieb 3 gelangen können.
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Für die Abgabe
der Preßmasse 5 aus
dem Aufnahmeraum kann im einfachsten Fall die Pumpe abgeschaltet
werden. Dann baut sich das Druckgefälle quasi unmittelbar ab, und
die Preßmasse 5 fällt wie
gewünscht
aus dem Aufnahmeraum in die darunterliegende Preßform 14 (siehe 1).
Alternativ könnte
die Saugleistung der Pumpe auch mit einer vorbestimmten Rate auf
Null heruntergefahren werden. Dann bildet sich das Druckgefälle langsamer
zurück,
und die Preßmasse 5 fällt nach
und nach in die darunterliegende Preßform 14.
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Als
nächstes
wird die Unterteilung durch die vertikalen Trennwände 4 beschrieben.
Durch sie werden Segmente oder Kammern 24 in dem Gehäuse 7 definiert,
die entsprechenden Segmenten der Preßform 14 zugeordnet
werden können
bzw. derart gebildet sind, daß eine
geeignete Zuordnung der Segmente möglich wird. Das als Hauptkörper des
Zwischenbodens dienende Lochblech 2 kann nun derart ausgebildet
sein, daß sich
für die
dargestellten unterschiedlichen Segmente 24a, b und c zumindest
teilweise unterschiedliche Füllhöhen des
entsprechenden Segments des Aufnahmebereichs ergeben. In 2 sind
drei unterschiedliche Füllhöhen ha, hb und hc dargestellt. Die Höhen h sind so gewählt, daß sich aus
dem Produkt der Höhe
und dem entsprechenden Horizontalquerschnitt des entsprechenden
Segments ein Preßmassenvolumen
ergibt, das entsprechend einem vorgegebenen Dickenprofil des herzustellenden
Preßlings
mit der in dem entsprechenden Segment der Preßform 14 benötigten Preßmassenmenge
korreliert ist.
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Kurz
gesagt wird die Nivellierung des Zwischenbodens so gewählt, daß die jeweils
an den einzelnen Stellen der Preßform benötigte unterschiedliche Preßmassenmenge
im wesentlichen bereits vorab in dem Füllwerkzeug 20 passend
bereitgestellt ist.
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In 2 ist
der Zwischenboden stufenartig ausgebildet. Es ist aber auch möglich, das
Lochblech 2 als Freiformfläche zu bilden, die ein entsprechend komplexes
Dickeprofil des herzustellenden Formkörpers (gekrümmte Fläche) im wesentlichen kontinuierlich
nachbildet. Somit wird auf einer nochmals kleineren Skala die benötigte Preßformmasse
passend bereitgestellt.
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Unterscheiden
sich die Füllhöhen h in
stärkerem
Maße und
insbesondere in abrupter Weise, kann es zu einer effektvermindernden
Durchmischung kommen, wenn die Ansaugkraft über das gesamte Formwerkzeug
vermindert wird, da aufgrund unterschiedlicher Fallzeiten unterschiedlicher
Preßmassenbereiche
die Möglichkeit
besteht, daß die
zuvor geeignet gewählte
Preßmassenmengenverteilung beim
Auftreffen der Preßmasse 5 auf
die Preßform 14 durch
horizontale Preßmassenteilchenbewegung verändert wird.
Um die Auswirkungen dieses Problems zu verringern, können die
in den einzelnen Segmenten 24 enthaltenen Preßmassenmengen 5 zeitlich
gesteuert aus dem Formwerkzeug 20 ausgegeben werden. Dazu
ist es lediglich nötig,
daß die einzelnen
Unterdruckkammern 1a, b und c bzw. das Luftabsaugen aus
ihnen getrennt (an)gesteuert werden können/kann. Dazu kann ein Teil
der Segmente 24 oder auch alle Segmente 24 eine
zumindest getrennt unterbrechbare Leitung zu der Pumpe 40 haben.
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Wie
oben bereits erläutert,
kann eine Feinsteuerung des Herabfallens der Preßmasse 5 aus einem
Segment 24 des Formwerkzeugs 20 durch eine gezielt
gesteuerte Verringerung der Ansaugkraft mittels effektiver Verringerung
der Saugleistung für
das entsprechende Segment 24 bewirkt werden.
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Wie
in 2 noch zu sehen ist, können die den Segmenten zugeordneten
Bereiche des Aufnahmebereichs noch durch ein Füllgitter 6 weiter
unterteilt werden. Dadurch wer den störend auftretende Horizontalimpulse
der Preßmassenteilchen
beim Herabfallen zumindest weiter eingeschränkt.
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Die
Zuordnung der entsprechenden Segmente von Preßform 14 und Füllwerkzeug 20 wird
im folgenden anhand der 3 und 4 beschrieben.
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Gemäß 3 wird
ein herzustellender typischer Formkörper in einzelne nebeneinander
liegende Segmente mit vorgegebenen Flächen unterteilt, wobei für jedes
der Segmente ein durch das Profil des Formkörpers und die Flächen bestimmter
Wert für
das Preßmassengewicht
bestimmt wird. Gemäß 3 wird
hier ein Ziegel in insgesamt 18 Segmente mit Flächen A1 bis
A18 unterteilt, denen jeweils ein Preßmassengewicht
G1 bis G18 zugeordnet
ist.
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In 4 ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der Trennwände 22 (entsprechend den
Trennwänden 4 in 2)
in einem Füllwerkzeug 20 dargestellt,
die an die in 3 erläuterte Aufteilung des Ziegels
angepaßt
ist. Dabei ist auch das Füllwerkzeug 20 wie
in 2 schematisch erläutert aufgebaut, allerdings
soll mit 4 (bei nicht dargestelltem erfindungsgemäßem Ansaugmechanismus) lediglich
ein realistisches Bild einer möglichen
bzw. nötigen
Unterteilung des Formkörpers 20 vermittelt werden.
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Die
Nivellierung des Zwischenbodens (Lochblech 2) wird in diesem
Beispiel durch das für
die einzelnen Segmente des Ziegels benötigte Füllmassengewicht G1 bis
G18 festgelegt. Nach entsprechender Positionierung
des Füllwerkzeugs 20 in
Befüllungsorientierung
wird die Preßmasse
mit einem mit Überschuß an Preßmasse gefüllten Füllbehälter (72 in 1)
in die einzelnen Segmente des Füllwerkzeugs 20 gefüllt und überschüssiges Material
durch Horizontalbewegung des Füllbehälters bezüglich dem Füllwerkzeug
vom oberen Rand (in der Befüllungsorientierung)
des Füllwerkzeugs
abgestreift, und das abgestreifte Material wird mit Hilfe eines
Förderbands 76 wieder
der Förderanordnung 70 zugeführt und
kann zur Herstellung nachfolgender Formteile bzw. Ziegel wieder
zur Füllstation 50 gefördert werden.
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Zur
genauen Befüllung
der Preßform
ist es erforderlich, daß die
gewählten
Geometrien des Füllwerkzeugs
noch ein einwandfreies Entleeren in die Preßform ermöglichen. Das kann bei kritischen
Geometrien durch abgerundete Kanten bzw. Ecken der einzelnen Kammern
des Füllwerkzeugs,
Vibrationseinrichtungen oder dgl. unterstützt werden.
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Die
erfindungsgemäße Presse
eignet sich auch insbesondere zur Herstellung von Formkörpern mit
einer Schichtstruktur aus zwei oder mehr Schichten unterschiedlichen
Ausgangspreßmassenmaterials.
Bei unterschiedlichen Preßmassenmaterialien gestaltet
sich die herkömmliche
Befüllung
von Füllwerkzeugen
nämlich
besonders aufwendig. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dagegen
nicht nötig,
die unterschiedlichen Materialien schichtweise von oben in das Füllwerkzeug
zu geben. Statt dessen können
sie in der Form, in der sie anschließend auch in der Preßform vorliegen
sollen, außerhalb
der Preßform
vorbereitet werden. Dann kann ein mit dem erfindungsgemäßen Saugmechanismus
ausgestattetes Füllwerkzeug
einen Ausschnitt der vorbereiteten Preßmassenschichten, die dicht
aneinander anliegen, "wie
beim Plätzchenausstechen" aufnehmen, woraufhin
der Ansaugmechanismus in Betrieb gesetzt wird. Dann kann das Füllwerkzeug
wie gewohnt über
die Preßform
gefahren werden und die Preßmasse
mit Schichtstruktur in die Preßform
abgegeben werden.
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Bei
einer solchen Vorgehensweise kann das Füllwerkzeug geeignet auch als
Messerkasten ausgebildet sein, d. h. die der Öffnungsfläche 8 (in 2)
zugewandten Kanten der Seitenwände
des Gehäuses 7,
der Trennwände 4 und/oder
des Füllgitters 6 als
Schneidkanten ausgebildet werden.
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Die
anhand der Figuren erläuterten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung dienen lediglich der Erläuterung und schränken den
Umfang der Erfindung nicht ein. Vielmehr können die in der obigen Beschreibung
sowie in den Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in beliebiger
Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich
sein.