Poröser Formkörper Poröse Körper finden vielfältige Anwendung in der Technik. Man unterscheidet Körper mit geschlossenen Poren, die in der Wärme- und Kältetechnik benötigt werden und Körper mit offenen Poren, die den Körper für Gase oder Flüssigkeiten durchlässig machen und als Filter oder Saugkörper dienen. Auf letztere bezieht sich die Erfindung.
Durchlässige, also mit offenen Poren versehene Kör per sind z. B. Sintermetalle und Sinterporzellane. Diese eignen sich schon wegen der Schwierigkeit und Ruf wendigkeit ihrer Herstellung nur für begrenzte Anwen dungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein poröser Formkör per für plastische Masse, dessen Poren mit in sich po rösen Stoffen ausgefüllt sind. Solche in sich poröse Stoffe kommen - wie z. B. Kieselgur - als Silikat in der Natur vor oder man stellt sie auf vielfache Weise aus den .gewünschten Stoffen mit der jeweils gewünschten Porengrösse und entsprechender Körnung her, wie sie z. B. als sogenanute K. C.
Trockenperlen aus Si02 in Verbindung mit bestimmten Beigaben von A103 in der chemischen Industrie verwendet werden. Desgleichen können gemahlene, z. B. keramische, poröse Massen ver wendet werden.
Die Porosität des nach der Erfindung aufgebauten Körpers lässt sich durch die Auswahl des porenfüllenden Stoffes weitgehend bestimmen und beherrschen. Man geht somit von einer messbaren Porengrösse im Stoff, von der Wahl der Korngrösse und dem Zuteilungsver- hältnis zum Trägerstoff als beliebig bestimmbaren Grös- sen aus und passt sich den jeweiligen Forderungen an. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber allen bekann ten porenbildenden Verfahren, die sich nicht in dieser Weise beherrschen lassen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass man auch nicht auf Sinterverfahren angewiesen ist, sondern vorzugs weise bei Raumtemperatur verfahren kann, indem man selbstabbindende oder selbsthärtende Stoffe als Träger verwendet, wie beispielsweise Zement,insbesondere Ton- erdezement oder aushärtende Kunststoffe, wie Duro- plaste, denen die mit Eigenporosität versehenen Poren stoffe in jeweils gewählter Menge und Korngrösse schon bei der Herstellung beigegeben werden können. Diese Körner bilden selbst den Porenraum in der Trägermasse, den sie benötigen.
Man kann ihnen auch Treibmittel beigeben und wählt die Menge so, dass eine offene Poro- sität des zu fertigenden Körpers erzielt wird. Dieser be steht somit aus einem tragenden Skelett aus mechanisch und erforderlichenfalls auch chemisch widerstandsfähi gen Stoffen, wie Zement oder Duroplasten, das mit in sich porösen Körpern aufgefüllt ist. Somit sind sowohl die mechanischen und chemischen Anforderungen wie die Porosität selbst beliebig wählbar.
Für solche Körper nach der Erfindung gibt es ver schiedene fortschrittliche Verwendungen. Z. B. eignen sie sich, weil sie widerstandsfähig und saugkräftig sind, vorzüglich als Nasspressform. Keramische Presskörper, z. B. Dachziegel, werden bisher in Gipsformen und mit Gipsstempel, die mit Wasser vollgesogen sind, gepresst, damit man den Formling unbeschädigt aus der Form lösen kann. Gipsformen haben jedoch keine lange Le bensdauer und sind teuer.
Auf eiserne Formen kann man nicht einwandfrei ausweisen, weil sie mit Öl ge schmiert werden müssen und durch das Öl Falten ent stehen. Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemässen Verwendung beseitigt.
Kunststoffpressformen aus Kunststoff sind bekannt. Statt Öl und Wasser müssen hier Trennmittel verwendet werden. Ein Formkörper nach der Erfindung kann z. B. aus porösen Duroplasten bestehen und die Poren kön nen mit Trennmitteln gefüllt sein.
Aber auch Giessformen, insbesondere zum Giessen keramischer Körper aus Schlicker, die als Filter wirken, sind eine vorzügliche Verwendung nach der Erfindung.
Seit langem sind Vorschläge gemacht worden, ins besondere unter Anwendung von Druck auf den in der Form befindlichen Schlicker, um das Wasser schneller in die saugfähige Form zu pressen. Dieser Vorgang ist nach verschiedenen Vorschlägen dadurch unterstützt worden, dass die Aussenwand der Saugschicht einem Unterdruck oder vorbeistreichender untersättigter Luft ausgesetzt wurde.
Der erhoffte Erfolg blieb jedoch beschränkt, weil entweder der Baustoff der saugfähigen Form den bei starken und dichten Scherben erforderlichen Drücken nicht standhielt, sondern Formveränderungen oder Risse erlitt oder aber die Anwendung der Drücke auf den Schlicker bzw. der genannten Massnahmen an der Aus senwand der Saugform unzweckmässig erfolgte. Hinzu kommt, dass bei den bisherigen Druckanwendungen der Formling an der Saugform klebte und selten heil heraus genommen werden konnte.
Die neue Verwendung unterscheidet sich von den bekannten Giessverfahren vor allem dadurch, dass eine als Filter wirkende Form verwendet wird, bei der die Kapillarwirkung der Poren von untergeordneter bzw. keiner Bedeutung ist, weil die Filterform sich stets im eingetauchten Zustand befindet. Der Filterform ist also erfindungsgemäss ständig mit der für den Formungs vorgang benötigten Flüssigkeit gesättigt.
Infolge der grossen mechanischen Festigkeit kann unter hohen Schlickerdrücken gearbeitet werden. Das Lösungsmittel, in diesem Falle z. B. Wasser, tritt se kundenschnell durch die Poren, die bereits mit Wasser gefüllt sind, denn die Form kann nunmehr als Tauch form verwendet werden. Die hohle Form, bei einer be- vorzugten Ausführung ist auf einer Seite mit Schlicker und auf der anderen Seite mit Wasser umgeben. Der Formling bildet sich im Druckgefälle zwischen beiden Seiten der Tauchform.
Ist die Formung beendet, wird der Schlicker des auf ihn lastenden Druckes enthoben und ausgegossen. Von der Wasserseite der Tauchform wird nunmehr Wasser in entgegengesetzter Richtung durch sie geführt, so dass der keramische Formling sich leicht und schnell aus ihr löst.
Poröse Körper nach der Erfindung können mit ihrer Saugfähigkeit im trockenen Zustand ausgenutzt werden und hier z. B. Gips bei allen Anwendungen auf dem Ge biet der Keramik mit grossem Vorteil ersetzen, da Gips in fast allen Fällen keine ausreichende Härte besitzt. Die Mohs'sche Härte bei Gips liegt bei 2, während z.
B. ein poröser Körper aus 85 Gew.-% Tonerdezement und 15 Gew.-% Kieselgur bei einem freien Porenraum von 41 01o eine Härte zwischen 5-6 aufweist.
Beispielsweise wird ein solcher Körper so hergestellt, dass die beiden Stoffe abgewogen und mit Wasser benetzt werden, bis ein zäher giessfähiger Brei hoher Viskosität entsteht. Dieser zähe Brei wird in einer Kolloidmühle 10 Mi nuten gemahlen. Bei diesem Mahlvorgang wird die Kie- selgur und der Tonerdeschmelzzement auf eine fast gleiche mittlere Korngrösse gebracht und gleichzeitig homogen gemischt. Nach dem Mahlvorgang wird der homogene Brei in eine Form gegossen und unter hoher Luftfeuchtigkeit und ständiger Benetzung 3 Tage aus gehärtet.
Pressfähige gekörnte Kunstharze, z. B. auf Epoxyd- basis, oder auch Duroplast, mit besonders hohen Bei mengungen von in sich porösen Füllstoffen führen zu sehr festen und in jeder Porosität gewünschten Filter körpern oder dgl.
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 Schnitte durch einen porösen Körper; Fig.3 eine schematische Darstellung einer Press- vorrichtung; Fig. 4 eine Filter- bzw. Giessvorrichtung im Schnitt; Fig. 5 und 6 Diagramme, und Fig. 7 eine Giessvorrichtung.
Fig. 1 zeigt in starker Vergrösserung einen Schnitt durch die Masse des Körpers 1. Die hellen, mit als Punkte dargestellten Poren versehenen Stoffe 3 sind in dem skelettartig verästelten Aufbau des dunkel darge stellten Trägerstoffes 4 aufgenommen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen porösen Kör per mit offenen, leeren Poren 2 in bereits bekannter Ausführung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Press- vorrichtung für keramische Pressmassen unter Anwen dung der erfindungsgemässen, aus Matrize und Stempel bestehenden Form 6. Die Vorrichtung besteht aus dem Kessel 5, in dem die Matrize 6 unter Abstützung auf eine Grobsandfüllung 7 eingesetzt ist. Der Deckel des Kessels 5 ist zur Ausübung des Pressvorgangs wie üblich eingerichtet. Auch hier ist die Stempelform 6 mit Grob sand 7 hinterlegt. Durch Rohranschlüsse 10 wird die Bevorratung beider Formenteile mit Wasser aus den Be hältern 9 zur ständigen Feuchthaltung sichergestellt.
Dies ist notwendig, damit sich der Formling 8 leicht herauslösen lässt.
In Fig. 4 ist eine Filtervorrichtung bzw. eine Giess formvorrichtung im Schnitt dargestellt. Der Kessel 5 nimmt das Filter 6 in sich auf. Der Hohlraum 12 dient zur Einfüllung des Schlickers oder einer anderen Emul sion. Kommt es nur auf die Filterwirkung an, so bleibt der Kessel 5 zunächst leer und kann über einen nicht dargestellten Zapfhahn entleert werden. Will man jedoch im Filter 6 aus Tonschlicker einen keramischen Körper durch Absetzen von Ton an der Filterwand bilden so wird der Kessel 5 mittels der Vorratsbehälter 11 über die Zuleitungen 10 mit Wasser gefüllt, so dass der Filter körper 6 als Tauchform wirkt.
Der Formling wird um so schneller gebildet, desto höher der Druck ist, der auf den Schlicker ausgeübt wird. Es kommt also auf das Druckgefälle an, dass den beiden Seiten der Tauchform die Flüssigkeiten erteilt wird.
Nach Beendigung des Formvorganges wird der Schlicker entfernt und Wasser in entgegengesetzter Rich tung durch statischen Druck durch die Filterform ge drückt, damit der Formling sich leicht loslöst.
Die Wirkung des neuen Giessverfahrens sei noch ausführlicher an einem Beispiel des keramischen Gus ses beschrieben. Es ist auch für Suspensionen anderer Art, beispielsweise organischer Massen oder Lösungs mittel, anzuwenden. Ferner gestattet das neueVerfahren, den Formling nicht nur wie bisher im Innern der hohlen Giessform, sondern für bestimmte Zwecke auf der Aus senwand der Giessform zu bilden, weil es auf die Rich tung der Flüssigkeitsbewegung nicht mehr ankommt, sobald man eine eingebauchte Filterform verwendet.
Bevorzugterweise werden die anzuwendenden Drücke auf den Schlicker dem Wachsen der Schicht dicke des Formlings proportional angepasst. Danach be ginnt man den Schlicker zunächst mässigen Drücken auszusetzen und steigert diese so lange, bis die ge wünschte Stärke beim Formling erreicht ist. Diese Regel ist ohne weiteres jeder Zusammensetzung der Gussmasse und der Dichte des Formlings anzupassen.
An folgendem Diagramm ist diese Abhängigkeit des Druckes von der wachsenden Stärke des Formlings dar gestellt.
In der Fig. 5 zeigt das Diagramm an einem Bei spiel für keramischen Guss das Ansteigen des auf den Schlicker wirkenden Druckes im Verhältnis der wach senden Scherbenstücke. Der stärker werdende Scher- ben wirkt selbst als Filter, der Widerstand für den Durchgang des Lösungsmittels, in diesem Falle Wasser, verstärkt sich zunehmend und erfordert höhere Drücke, wenn man Zeitverluste und die Gefahr der Entmischung vermeiden will.
Der zeitliche Ablauf ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 6 und zeigt, zu welch ausserordent- lichen Verkürzungen man bei Anwendung des neuen Verfahrens kommen kann. Die Kurve gibt ferner an, dass es förderlich ist, den angewendeten Höchstdruck noch kurze Zeit auf den Formling wirken zu lassen.
Die Anordnung wird zweckmässig derart getroffen, dass nicht nur der Schlicker, sondern auch das Lösungs mittel, das die Filterform 23 in Fig. 7 bei 22 umgibt, einem besümmbarenDruck ausgesetzt werden kann. Man kann entweder den statischen Druck, der sich aus der Flüssigkeitssäule im Auffangbehälter 30 ergibt, allein wirken lassen oder man verringert den Querschnitt des Steigrohres 26 mittels des Hahns 35 in dieser Leitung, so dass sich das Druckgefälle gegenüber den auf den Schlicker ausgeübten Drücken vermindert.
Man kann hierdurch den Zeitablauf steuern und unterstützt zu gleich die mechanischen Kräfte der Filterform 23 gegen über den auf sie wirkenden hohen Drücken. Man hat es also in der Hand, auf die jeweiligen Eigenschaften der verschiedenen Suspensionen und der Formlinge Rück sicht zu nehmen.
In Fig. 7 ist als Beispiel ein Anordnungsschema für den keramischen Guss gezeigt. Der Kessel 21 bildet die äussere Hülle und zugleich das Tauchgefäss für die Fil terform 23. Zwischen beiden befindet sich ein ausrei chender Zwischenraum 22, der über die Auffangsbe- hälter 30, die Steigleitung 26 mit Wasser gefüllt wird. Oberhalb des Kessels 21 bzw. der Dichtung 34 befindet sich der obere, abhebbare Teil der Anordnung, die das Druckaggregat 29 über dem Druckzylinder 28, der mit Schlicker gefüllt ist, enthält. 32 stellt eine überlaufrinne dar.
Der Hohlraum 25 der Filterform 23 wird aus dem Vorratsbehälter 31 mit Schlicker gefüllt. Dieser .steigt in den Druckzylinder 28 hoch, bis er die überlaufrinne 32 erreicht.
Die Filterform 23 ist, wie dargestellt, vollständig ein getaucht, so dass man von ihr als einer Tauchform sprechen kann.
Im Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 25 der Tauchform 23 mit der Suspension angefüllt, während der Aussenraum 22 mit dem Lösungsmittel angefüllt ist. Die Poren der Form 23 sind stets mit Lösungsmittel gefüllt.
Nach dem der Innenraum 25 in der beschriebenen Weise gefüllt ist, wird das Ventil 33 geschlossen und das Druckaggregat 29 mit steigender Wirkung in Tätig keit gesetzt. Hierbei wird das Lösungsmittel durch die Filterform 25 gepresst, während der Schlicker den Formling 24 mit steigender Wandstärke bildet.
Das durch die Filterform gepresste Wasser tritt in den Raum 22 über und erhöht den Flüssigkeitsspiegel im Auffangsbehälter 30. Nach Beendigung des Verfah rens werden das Ventil 27 geschlossen und die Flan schen 36 gelöst, damit der Oberteil der Anordnung vom Kessel 21 abgehoben werden kann. Der den Innenraum 25 füllende Schlicker wird in üblicher Weise ausgegos sen.
Der Formling 24 lässt sich leicht von der Filter form 23 ablösen, nachdem etwas Lösungsmittel in ent gegengesetzter Richtung aus dem Raum 22 durch die Filterform gedrungen ist und den Formling oberflächig befeuchtet hat.
Der Raum 22 kann in an sich bekannter Weise mit grobem Kies 22a oder dgl. gefüllt werden, wenn es er forderlich sein sollte, die Filterform 23 gegen den star ken Druck des Schlickers abzustützen.
Wie aus Fig. 7 :ersichtlich, wird durch das neue Ver fahren ein weiterer Vorteil erreicht, dass die bisher not wendige sogenannte Schonung, das ist der zusätzliche Raum, der den Volumenverlust beim alten Schlicker- giessverfahen auszugleichen hatte, entfällt. Dieser Aus gleich findet vielmehr im Druckzylinder 28 statt.
Nur die Befolgung dieser Regel verhindert die sonst leicht auftretenden bekannten Fehler. Wird von Anbe ginn der auf den Schlicker wirkende Druck auf volle Höhe ,gebracht, so entstehen leicht Inhomogenitäten im Formling, die zu ungleichen Wandstärken und unter schiedlicher Dichte in der Masse führen. Ausserdem wird die Saugform leichter zerstörenden Kräften aus gesetzt.
Das Anpassen der anzuwendenden Drücke ergibt noch den weiteren Vorteil, dass mehrschichtige Form- linge hergestellt werden können. So können beispiels- weise zunächst eine Glasunschicht und danach die eigentliche Masse des Formlings gebildet und eine innige Bindung zwischen diesen erzielt werden. Der Formling kann unter Vermeidung der sonst auftretenden Störun gen, wie sie bei trockenen Formen zu schlechten Ver bindungen und Abplatzen führen, seine Glasurschicht in inniger Bindung erhalten und bereits mit der Aus senglasur in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Dieses Verfahren gestattet die Steigerung zu beson ders hohen Drücken, wie sie beim Giessen z. B. von Isolatoren für die Elektroindustrie, Sanitärkeramik oder dgl. mit hohen Wandstärken erforderlich sind.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird nach Beendigung des Giessvorganges und Entfernen des rest lichen Schlickers aus dem Formling das Herauslösen des Formlings aus der Saugform dadurch wesentlich er leichtert, dass nunmehr Wasser oder ein anderes Lö sungsmittel von aussen durch die Filterform gedrückt wird. Hierdurch wird die Oberfläche des Formlings ge schmeidig von der Filterform abgelöst. Dieses Verfah ren hat sich wegen der Anwendbarkeit besonders hoher Enddrücke sehr bewährt.
Bei diesem darf die Filterform nicht getrocknet wer den. Auch beim ersten Guss- oder Pressvorgang muss die Filterform vollständig mit dem Lösungsmittel ge tränkt sein.
Diese Vorschrift bringt weitere grosse Kostensen- kungen mit sich, da keinerlei Zeitverlust durch den meist langwierigen Trocknungsvorgang, der ausserdem Heizenergie erforderte, eintritt. Der nächste Giessvor- gang kann mit derselben Form unmittelbar angeschlos sen werden. Man braucht deshalb selbst für ein grösse- res Programm nur noch wenige Formen.
Die grossen Räume zum Trocknen und Bevorraten eines umfang reichen Formenparks werden nicht mehr benötigt und grosse Investitions- und Arbeitskosten eingespart.
Die Formkörper werden vorteilhafterweise selbst ge gossen, indem selbstaushärtende, den Formkörper bil dende Stoffe, vorzugsweise Zement, mit porenfüllenden und in sich porösen Stoffen, vorzugsweise Kieselgar, zu einer giessfähigen, wässerigen Emulsion vermischt wer den. Je komplizierter die zu giessende Form ist, desto dünnflüssiger muss die Emulsion sein und desto grösser ist die Gefahr einer Entmischung.
In dem gewählten Beispiel von Zement mit Kiesel gur wird letztere infolge ihres sehr geringen spezifischen Gewichtes in der Emulsion schnell nach oben getrieben, da der Abbindungsprozess des Zements erst später eine grössere Dickflüssigkeit erreicht. Diese Verzögerung ist zu gross, um eine gleichmässige Porenbildung über die ganze Form zu gewährleisten.
Um diese schädliche Entmischung zu verhindern, werden der Emulsion solche Mittel zugesetzt, die ein schnelles Eindicken nach dem Guss bewirken, wenn die Emulsion Stoffe sehr unterschiedlicher spezifischer Ge wichte enthält.
Wird beispielsweise anstelle von Kieselgur ein Pulver von Sintermetall verwendet, wo wird dieses auf Grund eines höheren spezifischen Gewichts bestrebt sein, sich am Boden abzusetzen.
Am geringsten ist die Entmischungsgefahr, wenn z. B. Stoffe annähernd gleiche spezifische Gewichte, z. B. kleinkörnige Sinterkeramik, dem Zement zugeführt wer den. Für jede Sonderheit der Form, die sich nach der Gestalt des keramischen Körpers, seiner Scherbenstärke, z. B. bei Elektro- oder Sanitärkerarnik richtet, lassen sich empirisch günstige Zusammensetzungen und Be dingungen in einem weiten Bereich ermitteln.
Portland-Zement z. B. ergibt gegenüber Tonerde- Zement die Vorteile sehr feiner und harter Oberflächen und ein schnelleres Abbinden. Man kann deshalb je nach den Erfordernissen als Hauptbestandteil Portland- Zement mit geringen Zusätzen von Portland-Zement verwenden.
Versuche haben ergeben, dass sich Tonerde- Zement mit geringen Zusätzen von Portland Zement verwenden. rversuche haben ergeben, dass sich Tonerde- Zement besonders gut zur Erzielung der gewünschten Porosität eignet und dass eine schnellere Dickflüssigkeit erzielt werden kann. Beide Extreme tragen wesentlich dazu bei, dass die Mischungen mit Kieselgur schnell dickflüssig werden und eine Entmischung hintanhalten.
Von besonderem Vorteil ist eine geringe Beifügung von Bindern, insbesondere von thixotropen Stoffen, wie z. B. Alginaten, insbesondere wenn man bei komplizier ten Formen sehr dünnflüssig, also mit viel Wasserbei mengung arbeiten will. Hierbei ist die Gefahr besonders gross, dass die leichte Kieselgur sich in den oberen Be reichen der Form anreichert und die Gleichmässigkeit der Porosität stört.
Alginate sind bekanntlich thixotrop. Sie gewähren eine schnell eintretende Dickflüssigkeit. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass man den weiteren Vorteil hat, z. B. bei der Vorratshaltung eine eingedickte Lösung z. B. durch Stoss wieder dünnflüssig zu machen. Beim Still stand geliert die Lösung wiederum und verhindert die Entmischung.
Nach dem Abbinden des Zements stören die Algi- nate nicht die Porosität. Sie verflüssigen sich unter der Druckwirkung und lassen sich austreiben.
Wenn mehrteilige Formen benötigt werden, ist es vorteilhaft, die Begrenzungskanten mit einem noch här teren Material, vorzugsweise mit Leisten oder Streifen aus Sintermetall, zu versehen, dessen offene Porosität dem sonstigen Formenmaterial entspricht. Solche Lei sten oder Streifen können bei der Herstellung der Form teile bereits in diese eingebettet werden.