Zur Formgebung keramischer Werkstoffe werden Formen aus Gips verwendet, der mit unterschiedlichen Wassermengen, zur Herstellung von Gieß-, Dreh- oder Preßformen angesetzt wird. Die Formen überstehen je nach Beanspruchung, Poren- volumen, Oberflächengüte und Art der Verwendung 50 bis einige hundert Abformungen. Neben der einfachen Verarbei¬ tung, den niedrigen Materialkosten und der Vielseitigkeit in seiner Verwendung als Gieß-, Dreh- und Preßform, hat Gips die vorteilhafte Eigenschaft in Kontakt mit gieß- fähigen, keramischen Massen durch Absorption des enthal¬ tenen Wassers einen Scherben zu bilden, der pro mm Dicke etwa 1 bis 30 Minuten benötigt und sich nach weiterer Trocknung von der Form löst.

Von Nachteil ist die durch die begrenzte Anzahl der Abfor¬ mungen beschränkte Gebrauchsfähigkeit und das hohe Gewicht der Formen, die sich Nachteilig insbesondere bei großen Formteilen auswirkt. Abträglich ist auch die oft rasche Lösung des noch plastischen Scherben von der Form. Seit langem wird nach Ersatzmöglichkeiten für Gips als Formma¬ terial gesucht.

Lediglich mit dem Druckguß, eine ca. 20 Jahre bekannte Methode, - die Scherbenbildung wird in geschlossener Form durch hohen Schlickerdruck bewirkt, - war es möglich auf die Verwendung von Gips als Formmaterial zu verzichten.

Zur Herstellung von Druckguß-, Dreh- und Preßformen sind eine Reihe Verfahren bekannt, um aus porösen Feststoffen bestehende Formen herzustellen. Es werden z. B. härt¬ baren Harz-Formmassen wasserlösliche Salze zugemischt, die nach Aushärtung herausgelöst werden, plastifiziorbare Kunststoffe, wie z.B. Poly ethyl ethacrylat, Polyäthylen werden in feinkörniger Form unter Wärmeeinwirkung verpreßt, ähnlich der Herstellung von porösen Metallformteilen durch Sintern feinkörniger Pulver. Nach anderen Verfahren wird die Porosität durch Verpressen von anorganischen, fein-

körnigen Pulvern beispielsweise Quarz unter geringem Zusatz von Harz als Binder, erreicht. Schließlich wurde auch die Verwendung von Formmassen aus porösen Kalziumsilikathydrat, das mit grobkörnigen Gips gemischt im Autoklaven ausgehär- tet wird, beschrieben. Diese Methoden haben den Nachteil, daß die Formherstellung aufwendig und kompliziert ist.

Mit der DP 19 28 026 ist ein Verfahren veröffentlicht, das zur Herstellung von porösen Feststoffen eine aushärtbare, Wasser enthaltende Gießmasse aus flüssigen mit Wasser emulgierbaren Monomeren und in Wasser unlöslichen, jedoch in dem Hono eren wenigstens quellbaren, pulverförmigen Polymeren empfiehlt, die katalysiert, nach Formgebung durch Gießen ausgehärtet wird. Mit den nach diesen Verfahren her- gestellten porösen Formen war es möglich im Druckguß ei¬ nige tausend Abformungen mit einen Schlickerdruck von 10 bis 50 bar zu erhalten.

Wie o. a. waren bisher Formen nach den bekannten Verfahren insbesondere auf Kunststoffbasis nur sehr begrenzt zur Ab- formung keramischer Werkstoffe geeignet. Die für Gips ty¬ pische drucklose Scherbenbildung mit keramischem Schlik- ker war nicht möglich, sie wurde auch für nicht erreichbar gehalten. Gips blieb daher bis heute das fast ausschließ- lieh verwendete Formenmaterial zur Abformung keramischer Werkstoffe im Gieß-, Dreh- und Preßbereich.

Aufgabe der Erfindung ist die Formgebung keramischer Werk¬ stoffe, die weitgehend an die Verwendung von Gips gebunden ist, zu rationalisieren, den erheblichen Materialaufwand zu verringern und den Gips durch ein Formmaterial zu er¬ setzen, das wie dieser scherbenbildende Eigenschaften be¬ sitzt, der Beanspruchung durch Feuchtigkoits- und Tempera- turwechsel, durch Druck und Abrieb besser widersteht und die konstruktive Gestaltung der Form erleichtert. Dabei soll die Verwendung des gleichen Materials als Gieß-, Dreh-, Preß- und Druckgußform, ebenso wie die Verarbeitung von Gips bei Herstellung der Arbeitsformen in offenem oder geschlossenem Guß gewährleistet sein.

Mit der Erfindung soll weiterhin für Gießverfahren die Füllstandzeiten der Formen und die Trocknung erheblich ver¬ kürzt, die Anzahl der hintereinander folgenden und täg¬ lichen Abformungen vervielfacht, die Einstellung der Lö- sung des Scherben von der Form regulierbar und der Energie- und Formenaufwand auf ein Minimum reduziert werden.

Eine weitere Variante des Verfahrens soll das bisher ge¬ übte Druckgußverfahren, bei dem höhere Drücke von 10 - 50 bar angewendet werden durch ein nach der Erfindung auszu¬ führendes Niederdruckverfahren ersetzt und vereinfacht werden, so daß mit einem sehr geringen Form- und aschinen- aufwand und einem Bruchteil der Formstandzeit konventionel¬ ler Gießverfahren auszukommen ist.

Nach der Erfindung werden zur Formgebung keramischer Werk¬ stoffe aus porösen Kunststoffen bestehende Formteile aus wasserhaltigen, härtbaren Formmassen hergestellt und ver¬ wendet, die ein offenes mit Wasser wieder auffüllbares Porenvolumen von wenigstens 10 % des Formmassenvolumen und eine kapillare Saugkraft besitzen, die bei Kontakt der Formwai-Rd mit einer flüssigen keramischen Masse mit übli¬ chen Wassergehalt von ca. 25 bis 35 Volumenprozent, die suspendierten Feststoffe ansaugt, verfestigt und damit wie mit Gips ein von der Form abnehmbaren Scherben in einem mit dem Formmaterial einstellbaren Zeitbercich bilden.

Die Füllstand- und Trockenzeit des Formlings und damit auch die Formstandzeit wird nach der Erfindung durch Ein¬ bringen zusätzlicher Verbindungen in die poröse Formmasse aus der die Form besteht durch Beschleunigung der Scher¬ benbildung und Entwässerung erheblich verkürzt.

-βie,Geschwindigkeit der Scherbenbildung läßt sich mit der Menge, der die Scherbenbildung beschleunigenden Zusätze, die die Formmasse enthält in einen gewünschten Zeitbereich regulieren. Die Änderung der Scherbenbildung bei Verwen¬ dung der Formmasse nach der Erfindung mit und ohne

Scherbeschleuniger im Vergleich mit Gips wird in Figur 1 dargestellt. Der graphische Vergleich zeigt eindeutig die nach der Erfindung erreichte Einstellungsbreite und insbe¬ sondere die mit dem Scherbenbeschleuniger erreichte über- legenheit. Füllstand- und Trocknungszeiten lassen sich in¬ folge der rascheren Entwässerung in der Form auf 33 bis 20 Prozent der bei konventionellem Guß erforderlichen Zeiten in Gipsformen reduzieren*

Ein wichtiger Bestandteil der Erfindung ist die Beschleu¬ nigung der gesamten Formstandzeit. Diese wird dadurch er¬ reicht, daß der in der Form befindliche Schlicker z.B. durch entsprechende Füllhöhe oder mit Hilfe von Preßluft unter Druck gesetzt wird. In Gegensatz zu dem bekannten Druckgußverfahren bei dem Drücke zwischen 10 und 50 bar erforderlich sind, genügt es nach dem neuen Niederdruck¬ verfahren auf den in der Form befindlichen Schlicker, je nach gewünschter Scherbenstärke und Füllstandzeit einen Druck von 0,1 bis etwa 5 bar kurzzeitig auszuüben.

Mit einem Sanitärschlicker wird eine Scherbendicke von 4 bis 8 mm innerhalb 5 bis 10 Minuten mit einem Schlicker¬ druck von nur 0,75 bar erhalten. Die normale Füllstandzeit für diese Schlicker beträgt in der Gipsform 65-75 Minuten, Formstandzeit 230 Minuten. Mit dem neuen Niederdruckver¬ fahren sind Formstandzeiten zwischen 12 und 25 Minuten für Scherben genannter Dicke erreichbar.

Die Gießformen können dazu mit geringfügigen Änderungen ausgestattet sein, wie Schließvorrichtungen zur Abdich¬ tung der Form und einem über dem Schlickerspiegel liegen¬ den Abfüllst tzen, der mit einem verschließbaren Luftraum zur Aufnahme der Preßluft versehen ist. Die nach dem neuen Verfahren hergestellte Gießform sollte auf ein Porenvolumen zwischen 30 und 60 % eingestellt werden. Derartige Gieß-- formen" können auch als Druckformen verwendet werden.

Um den Preßdruck zu ersetzen oder zu unterstützen kann die Gießform in einem geschlossenen Behältnis gelagert und

von außen evakuiert werden.

Die vorgenannten Formstandzeiten gelten z.B. für Steingut oder sanitärkeramischen Schlicker. Bei Porzellansσhlicker werden Füll- und Formstandzeit erheblich verkürzt. Die mit dem bekannten Druckgußverfahren erforderlichen Auf¬ wendungen für Maschine und Druckgußform sind kaum ver¬ gleichbar. Es können nach diesem Verfahren Voll- und Hohl¬ guß aber auch ihre kombinierte Verwendung eingesetzt wer- den.

Eine weitere Maßnahme nach der Erfindung zur Formgebung keramischer Massen betrifft die Regulierung der Ablösung des Formlings aus der Kunststofform.

Die Gipsform neigt nach mehreren Abgüssen durch den in der Form erhöhten Wassergehalt zum vorzeitigen Ablösen des Formlings. Der Feuchtigkeitsentzug wird dadurch unter¬ bunden und die Gefahr des Verzugs insbesondere von planen Flächen des Formlings erhöht. Die nach der Erfindung ver¬ wendeten Kunststofformen neigen eher zur Haftung des Form¬ lings bis zur weitgehenden Entwässerung. Dies kann durch Belüftung des Scherben mit warmer Luft beschleunigt und der Zeitpunkt der Ablösung des Scherben von der Form durch Temperatur und Einwirkungszeit eingestellt werden. Nachdem damit jedoch auch eine unter Umständen ungleichmäßige Trocknung von der Belüftungsseite her verbunden ist, wurde versucht die Ablösung des Scherben zu beschleunigen, wäh¬ rend die üblichen Methoden mit Gleitmittel, wie Talkum, Stearate und anderen zu Ablagerungen u. verzögerter Scher¬ benbildung führten, brachte eine Maßnahme nach der Erfin¬ dung ein optimales Ergebnis. Vor dem Einbringen des Schlik- kers in die Form wird diese mit einem Gipsspray kurz abge¬ sprüht. Dazu wird das Dihydrat in 1 bis 10 %-tiger Suspen- sion verwendet. Die Scherbenbildungszeit wird in keiner Weise dadurch verändert, die vorhandenen sehr geringen Gipsspuren auf dem Formling bleiben auf die weitere Behand¬ lung ohne Einfluß. Dem Trennspray können, wenn erforderlich in geringem Umfang Gleitmittel zugesetzt werden.

Ablagerungen und Rückstände auf der Form lassen sich mit warmen Wasser und einem handelsüblichen Netzmittel leicht beseitige .

Die Gipssuspension wird durch Einmischen von Stuck- oder Formgips in Wasser (10 Gew.%) angesetzt, das Gemisch wird ca. eine Stunde gerührt und ist dann gebrauchsfertig. Von Vorteil ist die kombinierte Anwendung des Trennsprays mit einer kurzzeitigen Temperaturbehandlung zur Lösung des Scherben von der Form. Die erhöhte Lösungstemperatur kann durch Wärmestrahlung oder Warmluft erzeugt werden. Für 3 - 5 mm dicke Scherben genügen meistens 1 - 3 Minuten Warmluft, ca. 50 Grad C zur Ablösung.

Diese Methodik kann auch bei der Anwendung des Niederdruck¬ verfahrens eingesetzt werden. Nach Ausbildung-des Scherben wird abgegossen, die Form nochmals mit Preßluft unter Druck gesetzt und anschließend zur Ablösung mit Wärme be¬ handelt. Mit diesen Maßnahmen kann die Trocknungszeit des Scherben in der Form und damit die Formstandzeit auf we¬ nige Minuten reduziert werden. Die Wärmebehandlung kann sowohl über Wärmestrahlung oder Warmluft dem Scherben zugeführt werden. Zur Ablösung von Vollgußeeilen genügt die Verwendung des oben angeführten Trennsprays.

Zur Herstellung poröser Formteile für die Formgebung kera¬ mischer Massen werden Wasser und mit Wasser emulgierbare, härtbare Verbindungen als Wasser-in-öl-Emulsion verwendet. Das Porenvolumen wird mit der Wassermenge in der Emulsion eingestellt. Die Poren müssen überwiegend offen sein und mit Wasser auffüllbar.

Für die Anwendung im drucklosen Gießen werden Porenvolumina zwischen 45 und 60 % bevorzugt. Die Formen sind keiner we- sentlichen Oberflächenbeanspruchung ausgesetzt und die bei Gips eintretende Veränderung, wie Aufweichungen und Abbau der Oberfläche durch Feuchtigkeit, schwache Säuren und Al¬ kalien, Polyphosphate haben auf die Kunststofformen keinen oder nur einen äußerst geringen Einfluß.

Höhere Druck- und Abriebfestigkeiten sind bei der Verwen¬ dung als Dreh-, Druck- und Preßform notwendig. Durch Ein¬ stellen der Emulsion mit niedrigerem Wassergehalt zwischen 20 und 45 % wird dies ohne weiteres erreicht. Das Porenvo- lumen läßt sich auch durch Füllstoffe, wie Mikroglaskugeln, Sσhwertspat, Quarzmehl und andere Füllstoffe oder pulver- förmige Polymere reduzieren und die mechanische Festigkeit anheben. Die Permeabilität der Formenmasse für Gase und Flüssigkeiten kann dadurch, insbesondere bei Zugabe von Netzmitteln zur Emulsion, wie sie später angeführt sind, mit 0,05 bis etwa 1 % bezogen auf den härtbaren Anteil re¬ guliert werden. Allerdings wird damit unter Umständen die Scherbenbildung beeinträchtigt. Auf die auch bei den Dreh-, Preß- und Niederdruckverfahren nicht verzichtet werden kann.

Je nach Einstellung der nach der Erfindung hergestellten Formen und der Verfahrenstechnik, wie druckloses Gießen, Niederdruckgußverfahren, Drehen und Pressen erreichen die nach der Erfindung hergestellten Formen eine mehrfache Le¬ bensdauer der Gipsformen unter gleichen Bedingungen. Bei¬ spielsweise zeigen Drehformen nach 500 Abformungen auf den Oberflächen noch keinerlei Veränderungen.

Verdichtungen der Oberflächen können, wenn diese gewünscht werden durch Aufbringen von wässrigen Kunstharzlösungen mit z.B. Melamin-Harnstoff-Formaldehydharzen, Epoxidharzen oder filmbildende Kunststoffdispersionen erhalten werden.

Die Formen können skelettiert in Teilen auch mit Gipsform¬ teilen kombiniert werden. Das Formmaterial läßt sich wie Holz bearbeiten, kleben, beschichten, verschrauben, fräsen, abdrehen, mit üblichen bekannten Mitteln wie Glasfasern, Textilfasern und Metallteilen armieren.

Das Verfahren Formkörper aus Wasser-in-öl-Emulsionen, die als Öl-Phase polymerisierbare bzw. härtbare mit Wasser emulgierbare Verbindungen enthalten, ist bekannt.

Ausführlich werden in der Patentschrift DP 22 56 596 Spalte 2-8, die Voraussetzungen und Bestandteile härtbarer bzw. polymerisierbarer Wasser-in-öl-Emulsionen so wie ihre Einstellung beschrieben und auf die Veränderungen, die durch Einstellen des Dispersionsgrades einer Emulsion in dem ausgehärteten Produkt hervorgerufen werden hingewiesen. Dazu werden auch Emulgatoren, die zu offenporösen Systemen führen, Katalysatoren und Beschleuniger genannt, so daß auf die auch in anderen Veröffentlichungen dargestellten Zusammenhänge verwiesen werden kann. Die infrage stehenden Literaturauszüge werden später zusammengefaßt, angeführt.

Obwohl diese Verfahren bekannt waren, war es bis dahin nicht gelungen ein scherbenbildendes zur Formgebung kera- mischer Werkstoffe geeignetes Kunststoffmaterial herzu¬ stellen.

Zu einem überraschenden Ergebnis führten daher eingehendere Untersuchungen von porösen Materialproben, die nach dem bekannten Verfahren hergestellt waren, auf ihr Verhalten bei überschichtung mit einem Porzellanschliσker. Entgegen der Auffassung, daß die hydrophoben Kunststoffe gegenüber wässrigen Medien keine Kapillaraktivität entfalten können, fanden sich einige wenige- Proben, die innerhalb weniger Minuten ähnlich wie Gips einen nach Trocknung abnehmbaren Scherben bildeten. Auffallenderweise war die Kapillarakti¬ vität gegenüber Wasser bei diesen Proben gleicher Rezeptur geringer, etwa 20 % der kapillaren Saugfähigkeit anderer Proben mit einer Steigfähigkeit von 20 cm Wassersäule in 15 Minuten am senkrecht im Wasser stehenden Profil. Diese waren jedoch zur Bildung eines Scherben nicht in der Lage. Es war daher anzunehmen, daß die Kapillaraktivität eines porösen Körpers alleine für die Scherbenbildung nicht aus¬ schlaggebend ist, sondern auch der Aufbau der Material- Struktur eine Rolle spielt. Die Fähigkeit Scherben zu bil¬ den steigerte sich bei den Proben, die mit einer Emulsion höherer Viskosität hergestellt waren und einen weit über¬ wiegenden Anteil offener Poren vom Gesamtporenvolumen be¬ saßen.

Zur Erzeugung einer für die Scherbenbildung effektiven Saugwirkung muß daher die Emulsion in einem den gewünschten Eigenschaften entsprechenden Dispersionsbereich eingestellt werden, der sich jedoch je nach Art der in der Öl-Phase enthaltenen poly erisierbaren bzw. härtbaren Flüssigkeiten und evtl. Zusätzen verändern kann.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten wird am einfach¬ sten unmittelbar die Scherbenbildung, die auf einen aus- gehärteten Probeteil ermittelt ist, als Kenngröße zur Ein¬ stellung des Dispersionsgrades der Emulsion herangezogen. In den Beispielen 1 und 2, Tabelle 3 wird an Orientierungs¬ versuchen gezeigt,wie sich die Scherbenbildung mit steigen¬ der Viskosität im Vergleich zu Gips verändert.

Diese Einstellung verliert jedoch bei Verwendung der die Scherbenbildung beschleunigenden bereits erwähnten Zusätze an Bedeutung. Offensichtlich sind diese für die Änderung der Feinstruktur des Material, das die Sσherbenbildung be- günstigt, von ausschlaggebender Bedeutung.

Zur Herstellung der Formen nach der Erfindung werden z.B. vorteilhaft als härtbare Anteile der Emulsion verwendet: Polyesterharze (A) aus mehrbasischen Carbonsäuren wie Ma- leinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure oder deren Anhydride, Adipinsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthal- und Terephthalsäure und mehrwertigen Alkoholen wie Äthylen- glykol, 1 ,3-Butylenglykol, 1 ,2-Propylenglykol, Neopentyl- glykol und dergleichen Diole. Die Harze sind in den zur Vernetzung bzw. Mischpolymerisation geeigneten Monomeren

(B) gelöst. Der Harzanteil in der Lösung beträgt 40 bis 70 Gewichtsprozent.

Als Monomere (B) kommen z.B. infrage Styrol, Alphamethyl- styrol, Phthalsäureallylester, Ester der Methacryl- und Acrylsäure (letztere z.B. als Weichmacher) Insbesondere jedoch Styrol und Methacrylsäuremthylester.

Als Katalysatoren (C 1) werden monomerlösliσhe wie Benzoyl- peroxid, Lauro lperoxid, zusätzlich können auch in Wasser lösliche Peroxide und als Schnellbeschleuniger (D) Dime- thyl-p-toluidin, Dimethyl- bzw. Diäthylanilin verwendet werden. Als Emulgiermittel (E 1) werden Wasser-in-öl-Emul- gatoren eingesetzt, besonders bewährt haben sich für die Herstellung offenporöser Produkte Polyol-Emulgatoren, Blockpolymere aus Polypropylen und Polyäthylenoxid mit we¬ nigstens 30 % hydrophilen Gruppen im Gesamtmolekül, mit 0,5 bis etwa 3 Gew.% der in der Emulsion enthaltenen härt¬ baren Bestandteile. Die WO-Emulgatoren können durch geringe Mengen Petergentien (E 2) grenzflächenaktive Stoffe, wie z.B. Alkylarylsulfonate, Fettalkoholsulfate, Fettalkohol- äthylenoxidaddukte und dgl. die als handelsübliche wasch- aktive Substanzen bekannt sind, ergänzt werden. Werden pulverförmige Polymere oder Füllstoffe zugesetzt so können die Detergentien zur Regulierung der Permeabilität für Gase und Flüssigkeiten in geringen Mengen bis ca. 0,5 % der Harzmenge verwendet werden.

Zur Beschleunigung der Scherbenbildung (F) haben sich ne¬ ben anderen weniger wirksamen Verbindungen wie das Dihydrat des Kalziumsulfats vor allem Natriumdisilikat und Dina- triu tetraborat bewährt, die als alkalisch reagierende mo- lekular wasserbindende Stoffe bevorzugt werden. Sie erfor¬ dern jedoch unterschiedliche Zusatzmengen, zweckmäßig ist es diese diese Zusätze etwa 2 bis ca. 12 Gewichtsprozent bezogen auf den härtbaren Anteil der Emulsion zu beschrän¬ ken. Die für (F) infrage kommenden Stoffe können auch kom- biniert verwendet werden.

Eine zusätzliche Erhöhung der Durchlässigkeit für Flüssig¬ keiten und Gase, aber auch eine Minderung des Polymerisa¬ tionsschwundes wird mit pulverförmigen bis feinkörnigen in der härtbaren bzw. polymerisierbaren Phase, quellbaren Polymeren (G)bewirkt. Z.B. pulverförmige Polymere wie z.B. Polymerisate aus ungesättigten Polyestern, 30 Gew.Teile und 70 Gew.T. eines onomeren Gemisches aus Styrol und Methacrylsäuremethylester 1 :1 oder ein Polymethylmethacry- lat (Perlpolymerisat feiner Körnung, Korndurchmesser ca.

0,01 bis 0,2 mm und einem Molekulargewicht über 250.000, das auch in den Beispielen verwendet ist.

Als Wasser wird Leitungswasser (H) verwendet.

Im folgenden soll beispielhaft das Vorgehen nach der Erfin¬ dung erläutert werden.

Dem in den Monomeren (B) gelösten Harz (A) werden E ulgier- mittel (E 1 , E 2) , Katalysator (C) oder Beschleuniger (D) und anschließend die Zusätze für (F) und (G) wenn erforder¬ lich eingemischt. - Die Reihenfolge kann geändert werden - darauf wird unter langsamen Rühren das Wasser zugegeben und die Wasser-in-öl-Emulsion gebildet. Es entsteht je nach Temperatur und Katalysierung nach ca. 15 bis 120 Minuten ein fester, Wasser enthaltender Formkörper dessen Gewicht nach Trocknung etwa um den Emulsionswasseranteili 2-3 % reduziert ist. Das Porenvolumen entspricht etwa der in die Emulsion eingebrachte Wassermenge und ist überwiegend of- fen (75 - 97 % des Gesamtporenvolumen) .

TABELLE 1

Kennzeichnung der Komponenten A Harz ungesättigter Polyester aus Malein¬ säure und Glykolen

B Monomere B 1} Styrol

B 2) Methacrylsäuremethylester

C Katalysator Benzoylperoxid 50 %-tig

D Beschleuniger N-Dimethyl-p-toluidin 10 %-tig

E Emulgator E 1) WO-Emulgator aus nicht ionoge- nen Polyätherglykolen E 2)- handelsübliche Netzmittel auf

Basis nicht ionogener Tensides

Zusatz zur Scherbenbildung F 1) Dinatriumtetraborat F 2) Natriumdisilikat G pulverförmiges Polymerisat feinkörniges Polymethylmethacrylat M.G. über 200.000 durchschnittliche Korngröße 20 u H Wasser Leitungswasser

TABELLE 2

Komponentenzusammensetzung der Beispiele Teile = Gewichtsteile

Bei¬ Komponenten spiel

Nr. A B1 B2 C D E1 E2 F1 F2 G H

1 52,0 48,0 - 2 2 - - - - 100

2 52,0 28,0 20,0 2 2 - - - - 200

3 52,0 28,0 20,0 2 2 - 3 - - 100

4 52,0 28,0 20,0 2 2 - 6 - - 100

5 52,0 28,0 20,0 2 2 - 8 - - 100

6 52,0 28,0 20,0 2 2 - - 7,5 - 100

7 52,0 28,0 20,0 2 2 - 6 6 - 100

8 50,0 25,0 25,0 2 2 0r15 4 - 75,0 60,0

9 50,0 25,0 25,0 2 2 0 ,15 4 - 50,0 75,0

10 50,0 25,0 25,0 2 2 0 -15 - - 75,0 60,0

11 50,0 25,0 25,0 2 2 0 ,15 - - 50,0 75,0

Beispiel 1 und 2

Der Wasseranteil wird in das Harz, das bereits das Emul¬ giermittel, den Beschleuniger oder Härter gelöst enthält langsam mit einem Flügelmischer (Drehzahl 300 bis 400 U/Minuten) eingerührt und die Wasser-in-öl-Emulsion gebil¬ det. Entsprechend der RührIntensität und Rührzeit nimmt die Viskosität der Emulsion zu. Nach 1, 2 und 5 Minuten werden jeweils Proben entnommen. Versuch 1 weisen die Pro¬ ben eine Viskosität von 2500, 3700 und 4200 cP in Versuch 2 1600, 2800 und 5000 cP auf. Nach Zugabe und Einmischen der entsprechenden Härter - bzw. Beschleunigermenge - werden die Proben in kleinen Plattenformen, Durchmesser 9 cm. Tiefe 12 mm eingegossen und kalt ausgehärtet. Nach Trock¬ nen und Entfernen des Emulsionswassers werden die Proben feucht abgewischt und auf ihnen eine geringe Menge eines Porzellanschlickers (Wassergehalt 32 %) aufgebracht. Der Schlicker läuft auf eine Schichtdicke von ca. 2 mm aus. Bei den Proben wird die erforderliche Zeit bis zum Matt¬ werden der Oberfläche gestoppt. Der gleiche Test wird auf einer kleinen Gipsplatte (RG 1 ,05) zum Vergleich durchger führt.

Daraus resultieren die folgenden Ergebnisse.

TABELLE 3

Proben von Beispiel 1

Rührzeit/See. 60 150 300 Viskosität cP 2500 3700 4200

Scherbenbildung in Minuten 18 15 11

Proben von Beispiel 2

Rührzeit/Sec. 60 150 300 Viskosität cP 1600 2800 5000

Scherbenbildung in Minuten 28 18 6

Gips

Scherbenbildung in Minuten: 5,5

Mit steigender Viskosität verkürzt sich die Scherbenbil¬ dungszeit. Sie erreicht nur knapp die Zeit von Gips in

Beispiel 2 mit 6,5 Minuten. Deutlich erkennbar ist die Abhängigkeit zwischen Viskosität und Scherbenbildungszeit. Der Viskositätsbereich ändert sich mit Änderung der Zu¬ sammensetzung der härtbaren Phase und der Emulgatoren. Die Scherbenbildung auf den Kunststoff-Proben verkürzt sich mit steigender Schlickertemperatur bei 40 bis 50 Grad C bis um 20 %.

Der einfache Orientierungstest demonstriert das Verhalten der gehärteten Materialproben bei der Sσherbenbildung und gibt Hinweise unter welchen Bedingungen und in welchem Zeitbereich die Scherbenbildung erfolgt und in welchem Viskositätsbereich der Emulsion die jeweils gewünschte Scherbenbildung erhalten wird.

Die Einstellung kann weitgehend reproduzierbar über die Komponenten der Emulsion vorgenommen werden, soweit für die Emulsionsbereitung Temperatur und Rührintensität ein¬ gehalten werden.

In den folgenden Beispielen wird durch Zusätze in die Emulsion die Scherbenbildung und Scherbentrocknung be¬ schleunigt. Auffallend ist, daß der oben gezeigte Ein¬ fluß der Viskosität der Emulsion auf die Scherbenbildung deutlich gegenüber dem Effekt der durch die Zugabe der vorgenannten Zusätze erreicht wird, wie schon erwähnt zu¬ rücktritt. Dies steht wahrscheinlich eng im Zusammenhang mit der Feinverteilung des Wassers in der Emulsion, die weiter gesteigert wird, wenn wie schon erwähnt, geringe Mengen Detergenzien zugesetzt werden. Die damit gleich¬ zeitig geförderte Hydrophilisierung erscheint von gerin¬ ger Bedeutung.

In den Versuchen 3 bis 7 werden der Emulsion ansteigende Mengen der zur Scherbenbildung geeigneten Zusätze zuge¬ führt. Diese können mit dem Harz, dem Wasser auch als heiße Lösung (60-70 Grad C) oder auch direkt in die Emul¬ sion eingebracht werden. Dabei ist darauf zu achten, daß die Emulsion, die auf Zusätze mit Viskositätsanstieg

reagiert, nicht durch Phasenwechsel zerfällt. Die Emul¬ sion wird zu Plattenformen ausgegossen und Proben nach Trocknung auf ihre Scherbenbildung geprüft. Auf die Pro¬ be wird jeweils ein Kunststoffröhr aufgesetzt (z.B.PVC- Rohr, Höhe 6 cm, lichte Weite 4,5 cm). Das Rohr wird mit Vaseline isoliert und mit einem Schlicker, Wassergehalt 25-30 %, Temperatur 20 Grad C, aufgefüllt.

Nach einer Füllstandzeit des Schlickers in der Form von 30 und 60 Minuten, bzw. für Porzellanschlicker 8 und 16

Minuten, wird der flüssige Anteil abgegossen. Nach weiteren 10-20 Minuten wird das Rohrteil entfernt, der Scherben wird nachgetrocknet, gelöst und bis zur Gewichtskonstanz bei Raumtemperatur von 20 bis 25 Grad C getrocknet.In gleicher Weise wird mit einer kleinen entsprechenden Gipsplatte ein Kontrollversuch durchgeführt. Das Gewicht der trockenen Scherben wird ermittelt und mit dem auf Gips erhaltenen Scherben gleich 100 % verglichen.

In Tabelle 4 sind die erhaltenen Werte für die Beispiele

3 bis 5 ergänzt durch Werte mit den Materialproben 2C6 und 2C8, die lediglich mit einer geringeren Menge Wasser in der Emulsion, sonst jedoch gleicher Rezeptur erhalten wurden, zusammengestellt.

Die Aufstellung zeigt eindeutig die beträchtliche Beschleu¬ nigung der Scherbenbildung, die im übrigen für alle kera¬ mischen Werkstoffe zutrifft. Die Scherbenbildungszeit än¬ dert sich je nach Art des keramischen Werkstoffes, wie dies von der Formgebung mit Gips bereits bekannt ist.

Auch die Verfestigung der Scherben läuft in kürzeren Zeit¬ raum als bei Gips ab, insbesondere bei Scherbenstärken z.B. von 6 bis 8 mm oder nach mehreren hintereinander folgenden Abformungen. Die poröse Kunststofform entwässert den Scher¬ ben um bis zu 30 % mehr als Gips. Das in der Form zur Ver¬ fügung stehende fast doppelte Porenvolumen gegenüber Gips kann voll genutzt werden.

TABELLE 4

SCHERBENBILDUNG IM VERGLEICH MIT GIPS

Schlicker: Sanitär Keramik Feinfeuerton

Verweilzeit: 30' 60 ^* 30- 60'

T rocken Gew.g ^' % Gew. g % Gew. g % Gew. g %

Gips 22,1» 100% 29,4* 100% 18,9= 100% 24,0= 100%

2c6 23,2 -21,1 15,8 -16,4 21,8 - 9,1

2c8 22,2 +/- 0 28,8 - 2,0

3c4 23,9 + 8,1 33,6 +14,3 18,7 - 1,0 26,1 + 8,7

3c6 27,6 +24,8 36,9 +25,9 22,0 + 5,8 28,0 +16,6

3c8 27,9 +26,2 39,5 +34,4 20,0 +16,4 30,8 +28,3

Schlicker: Porzellan Die zum Vergleich ver halten in der zur Her

Verweilzeit: 8' 16' bezogen auf 100 Gew.T Trocken Gew . g % Gew. g % G

Gips 10,3 = 100 % 12,6 = 100 % Probe W

2c6

3c4 12,6 + 22,3 21,23 + 36,3 2c8

3c6 14,8 + 44, 0 20,0 + 58,7 3c4 3c6 3c8

Die Ablösung des Scherbens ist verzögert. Der Ablösungs¬ zeitpunkt läßt sich jedoch durch kurzzeitiges Erhitzen bei Temperaturen über 50 Grad C regulieren. Wird wie vor erwähnt die Kunststofform mit Gipsspray behandelt, so lö- sen Gips- und Kunststofform den Scherben zur gleicher Zeit ab.

Mit der vorgenannten Versuchsanordnung wurden mit ein und derselben Kunststofform bis zu 375 Abformungen vorgenommen ohne daß sich an der Oberfläche der Form oder an dem

Scherben bzw. in der Funktion eine Veränderung wahrnehmen ließ. Bei diesen Versuchen wurden an der gleichen Stelle der Form ohne Unterbrechung und Formtrocknung 15 bis 16 Abformungen hintereinander vorgenommen.

Die Scherbenbildung kann, dieses ist jedoch an sich be¬ kannt, durch Erhöhen der Temperatur des Schlickers eben¬ falls beschleunigt werden. Während bei der Gipsform die Temperaturerhöhung zur rascheren Schädigung der Form führt, kann bei der Kunststofform die Schlickertemperatur beden¬ kenlos auf über 60 Grad C gesteigert werden, falls dies gewünscht ist.

Die Versuche 8, 9, 10 und 11 werden unter Zusatz eines Perlpolymerisats mit und ohne Verwendung von Netzmitteln ausgeführt. Der Wasseranteil bzw. auch das Porenvolumen wird dadurch reduziert und die mechanische Festigkeit an¬ gehoben. Die Scherbenbildung nimmt etwa um die Hälfte ab. Die Permeabilität für Gase und Wasser wird deutlich ange- hoben. Daraus hergestellte Filterplatten gleicher Dicke und gleicher Angriffsfläche ergeben für gleichen Druck eine doppelte Pasagegeschwindigkeit für gleiche Wasser¬ mengen. Wird der Netzmittelzusatz weiter erhöht, so kann die Permeabilität bis zum 10-fachen ansteigen, die Scher- benbildung ist gleich Null, die Saugfähigkeit nur für Was¬ ser hervorragend (Steigfähigkeit des Wassers in 15 Minuten 30 cm) eine Verwendbarkeit für das Verfahren nach der Er¬ findung ist nicht mehr gegeben. Einsetzbar sind solche Pro¬ dukte für den Druckguß bei Anwendung hoher Drücke von 10

bis 50 bar. Damit wird gleichzeitig die Abgrenzung gegen¬ über bereits bekannten Verfahren deutlich.

Als Material für die Einrichtungen zur Herstellung der po¬ rösen Kunststoff-Arbeitsformen kommen Metalle wie Aluminium Zink, niedrig schmelzende Legierungen (Schmelzpunkt zwi¬ schen 120 und 200 Grad C) die z.B. auch im Spritzverfahren zur Herstellung von Formen verwendet werden, Stahl, jedoch keine Buntmetalle, Kunststoffe wie Polyprop len, Polyäthy¬ len, Epoxidharze, Polyurethangießharze infrage.

In dem folgenden Beispiel wird eine Rezeptur der Tabelle 2 zur Anfertigung von Gießformen verwendet. In der Aufstel¬ lung Tabelle 4 wird für eine sanitärkeramische Masse eine günstige Scherbenbildung in 30 Minuten unter 3C6 entspricht Tabelle 2, Beispiel 4, 50 % Wasser, 6 % Scherbenbeschleu¬ niger ermittelt. Nach dieser Rezeptur wird aus einer Ein¬ richtung für eine Kanne 0,5 Liter eine Gießform mit einer Formwandstärke von 3,5 cm hergestellt. Mit dieser Form werden im Vergleich mit einer Gipsform die folgenden Ver¬ gleichsversuche durchgeführt. Die folgenden Daten wurden ermittelt.

Gießform Gips Kunststoff

Formgewicht 3,8 kg 1,2 kg

Formwandstärke 6 cm 3,5 cm

Art des Schlickers Steingut Steingut

Litergewicht 1,82 1,82

Schlickertemperatur 26 Grad C 26 Grad C

Füllstandzeit 75 Min. 15 Min.

Trocknungszeit i.d.Form 120 Min. 30 Min.

Trocknungstemperatur 35 Grad C 25 Grad C

Scherbendicke 5-6 mm 6 mm

Zykluszeit 195 Min. 45 Min.

Eingüsse/Tag 2 6-8

Die Zykluszeit ist um 70 % bei dem Vorgehen nach dem neuen Verfahren gegenüber Gips verkürzt. Ähnliche Ergebnisse las¬ sen sich auch mit weitaus größeren Formen z.B. aus dem

Sanitärbereich und mit anderen Schlickertypen unter Be¬ rücksichtigung der damit vorgegebenen Scherbenbildungs¬ zeitverlängerung bzw. Verkürzung z.B. bei Porzellan er¬ zielen. Neben der Gewichtsdifferenz, die bei Transport und der Lagerung der Form eine besondere Rolle spielen, ergeben sich aus der mehrfachen tägl. Abformung und der längeren Lebensdauer der Form völlig neue betriebstech¬ nische Perspektiven.

Eine beträchtliche Ausweitung der keramischen Formtechnik wird mit dem Niederdruckverfahren nach der Erfindung er¬ reicht.

Die oben angeführte 3-teilige Gießform (Boden und zwei Seitenteile) wird zu dem folgenden Versuchsbeispiel mit zwei den Gießformkörper umfassende»Zurrgurten gefestigt. Auf den Einguß wird ein Füllstutzen aufgesetzt, der mit dem Eingußrand der Form dicht abschließt und über dem Spiegel des Schlickers einen Luftraum bildet, der bei diesem Versuch mit einer Preßluftleitung verbunden ist. Fig. 2. Die Form wird mit Schlicker aufgefüllt und durch Druck mit einer kleinen hydraulischen Presse der Füll¬ stutzen abgedichtet. Der Form wird Preßluft von 1 bar für. 6 Minuten zugeleitet. Nach 6 Minuten wird die Preßluft abgelassen, die Form geöffnet, der Schlicker abgegossen (dieser kann selbstverständlich durch zusätzliches Ein¬ führen eines Absaugrohres in die Form abgesaugt werden) , die Form wird wiederum mit 2 bis 3 bar Preßluft unter Druck gesetzt und anschließend die geschlossene oder geöffnete Form 2-3 Minuten mit 50 Grad C Warmluft bespühlt. Danach kann Entformt werden und die Formgebung kann von neuem beginnen. Der Formzyklus wird damit auf 12 bis 15 Minu¬ ten;-herabgesetz . Die zusätzliche Anwendung von Druck er¬ setzt teilweise die Saugkraft der Form.Es ist deswegen möglich ohne Rücksicht auf das Porenvolumen eine fast be¬ liebige Anzahl Zyklen hintereinander laufen zu lassen. Nachdem einerseits mit der niedrigen Druckanwendung die Formoberfläche wenig beansprucht wird, andererseits durch die Mithilfe des Drucks auch Formmassen mit einem

nieafdrigen Porenvolumen verwendet werden können, ist die Lebensdauer der Form beträchtlich. Je nach Art des Schlik- kers können 300 bis einige tausend Abformungen vorgenom¬ men werden. Die niedrige Druckanwendung hat jedoch noch weitere Vorteile. Die Ausstattung der Form ist von einer normalen Gießform kaum zu unterscheiden. Die maschinelle Aufwendung wird auf ein Minimum reduziert. Der Vorgang läßt sich genau so im Handbetrieb wie mit einer automa¬ tisierten Kleinanlage bewältigen. Mit einem kleinen Rund- laufer kann unter den o.g. Bedingungen mit 6 Gießformen • eine tägliche Leistung bis etwa 200 Rohlingen erreicht werden.

Die wichtigsten Merkmale der Erfindung zur Formgebung ke- ramischer Werkstoffe werden im folgenden nochmals kurz zu¬ sammengefaßt.

1. Zur Formgebung der keramischen Werkstoffe werden Ar¬ beitsformen zur Ausübung der üblichen Methoden wie das. Gießen mit und ohne Druck als Voll- oder Hohlguß oder in kombinierter Form, das Drehen und Pressen von

Sanitärteilen, Geschirr, Zier-, Bau- und technischer Keramik z.B. verwendet, die mit einer härtbaren aus Wasser und mit Wasser emulgierbaren Verbindungen be¬ stehenden Emulsion hergestellt werden. Die auf diese Weise erhaltenen Formteile besitzen ein überwiegend offenes Porenvolumen das mit Wasser wieder auffüll¬ bar ist und durch folgende Maßnahmen zur Bildung eines Scherben im Kontakt mit keramischen Massen be¬ fähigt wird. a) durch Einstellen des Dispersionsgrades der Emul¬ sion b) durch Zusätze die der Beschleunigung und Regulie¬ rung der Scherbenbildung dienen und c) durch Einstellung des Porenvolumens mit dem Was- sergehalt der Emulsion.

Die Maßnahmen nach a) und b) können jeweils für sich, aber auch kombiniert zur Anwendung gelangen. Die Maßnahme nach c) ist jeweils dem Verwendungs¬ zweck anzupassen. Im Minimum soll das offene

Porenvolumen 10 % des gesamten Formmassenvo¬ lumens nicht unterschreiten, während die obere Grenze des Gesamtporenvolumes bei etwa 60 % liegt.

2. Das Verfahren betrifft weiterhin Maßnahmen zur er- heblichen Verkürzung der Formstandzeit unter weit¬ gehender Schonung der Form a) durch Anwendung eines Niederdruckverfahren bei dem auf dem Schliσker in der Form zur Scherbenbildung ein niedriger Druck bis etwa 3 bar aufgewendet wird bis die gewünschte Scherbendicke erreicht ist, b) durch kurzzeitigen Preßluftdruck auf den gebilde¬ ten Scherben bis etwa 5 bar nach Entfernen _^ . des flüssigen Schlickeranteils zur Beschleunigung der Trocknung, c) durch gleichzeitige, oder nachfolgende, kurze. Einwirkung mit eingeblasener Warmluft oder durch Wärmestrahlung auf den gebildeten Scherben bis zur Ablösung. Diese Maßnahmen können jeweils für sich oder kombi¬ niert bei der Herstellung von Hohlgußteilen zur Ver¬ kürzung der Formstandzeit verwendet werden.

3. Das Ablösen des gebildeten Scherben aus der Form wird a) durch Behandlung der Formoberfläche mit einem Spray, der abgebundenen Gips in Suspension oder als Trockenpulver enthält, zeitlich verkürzt b) durch kurzes Aufwärmen von im Hohlguß gebildeten Scherben zusätzlich beschleunigt.

Die Vorteile der Formgebung keramischer Werkstoffe nach der Erfindung sind folgende:

Das Gewicht der Arbeitsformen reduziert sich auf 70 bis 25 % der gleichen Form aus Gips. Das Formmaterial ist ähnlich wie Holz zu bearbeiten und bietet daher für Kon¬ struktion und Ausbau der Formen besondere Erleichterungen und neue Möglichkeiten.

Die Formwandstärken sollten gleichmäßig und im allgemeinen etwa die Hälfte der bei Gipsformen üblichen Wandstärken betragen, die Formmaße verringern sich damit.

Die Füllstandzeit und Trocknungszeit des Scherben in der Form betragen beim Gießverfahren nach der Erfindung einen Bruchteil der normalerweise aufgewendeten Zeit. Die Anzahl der täglichen Abformungen vervielfachen sich, insbesondere wenn nach dem beschriebenen Niederdruckgußverfahren gear- beitet wird und dazu Mehrfach- bzw. Batterieformen verwen¬ det werden.

Mit der erhöhten Lebensdauer der Formen im Gieß- und Dreh¬ bereich werden Material, Raum und sonstige Aufwendungen in erheblichen Umfang eingespart.