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Verfahren für das rissfreie Trocknen von der Trockenschwindung unterworfenen Materialien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, um Wasser enthaltende, plastisch verformte Materialien, die der Trockenschwindung unterworfen sind und die während ihrer Trocknung nicht reissen sollen, in bewegter Luft rissfrei zu trocknen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das mit der anfänglichen Wasserangabe verbundene Schwinden gewisser plastischer Materialien macht deren Trocknen zu einem Problem, sofern Trockenbruch vermieden werden soll, wie dies bei keramischen Formlingen aller Art aus Tonen, Lehmen, usw. der Fall ist. Das Trocknen solcher Materialien zerfällt bekanntlich grob in zwei Abschnitte: Im ersten Abschnitt (I) ist die spezifische Wasserabgabe des Materials ausgedrückt in Gewichtseinheiten Wasser pro Zeiteinheit und Einheit der der Tocknungs- luft ausgesetzten Oberfläche, im wesentlichen abhängig vom Zustand der Trocknungsluft, charakterisiert durch deren Temperatur und relative Feuchtigkeit, und damit weitgehend materialunabhängig.
In diesem Abschnitt I schwindet das Material.
Im zweiten Abschnitt der Trocknung (II) ist die spezifische Wasserabgabe im wesentlichen abhängig von der Dampfdiffusion innerhalb des Materials, und damit weitgehend unabhängig vom Zustand der Trocknungsluft. In diesem Abschnitt I1 der Trocknung schwindet das Material nicht mehr, es ist auch nicht mehr plastisch, sondern spröde geworden.
Das kanalische Trockenverfahren besteht darin, Formlinge aus solchen Materialien einem Strom von Trocknungsluft auszusetzen, der ständig am Formling vorbeistreicht und das ihm entzogene Wasser wegführt. Dabei kann es geschehen, dass die Oberfläche des Form- lings bereits den Abschnitt 1I der Trocknung erreicht, d.h. fertig geschwunden ist und sich zu einer nicht mehr plastisch nachgiebigen Kruste verfestigt hat, während der Kern als Folge des sich von innen nach aussen einstellenden Feuchtigkeitsgefälles sich noch im Abschnitt I der Trocknung befindet, d.h. die Sehwindung noch nicht beendet oder gar noch nicht begonnen hat.
Diese zwei verschiedenen Zustände innerhalb eines nach der klassischen Methode trocknenden Formlings erzeugen Zug- Spannungen in der äusseren Kruste, welche zerreisst, sobald diese den für das betreffende Material zulässigen Grenzwert übersteigen.
Will man Trockenbruch vermeiden, so muss also dafür gesorgt werden, dass sich die äusseren, der Trock- nungsluft unmittelbar ausgesetzten Schichten eines Form- lings erst dann zu einer nicht mehr plastisch nachgiebigen Kruste verfestigen, wenn auch der Kern seine Sehwindungen im grossen und ganzen beendet hat.
Beim oben beschriebenen klassischen Trockenverfahren geschieht dies dadurch, dass durch eine genaue Überwachung des Luftzustandes während der ganzen Trok- kendauer der spezifische Wasserentzug immer unterhalb eines als noch zulässig erkannten Grenzwertes gehalten wird. Dieser Grenzwert ist abhängig vom jeweiligen Restwassergehalt des Materials und daher während der Trok- kendauer zeitlich veränderlich; er kann nicht berechnet, sondern muss für jedes Material durch Versuche bestimmt werden. Dieses Trockenverfahren ist auch stark materialabhängig und erfordert einen hohen Aufwand an Apparaten zur Überwachung des Zustandes der Trok- kenluft.
Es wurde erkannt, dass die Mechanik des Austrock- nungsvorganges innerhalb solcher Materialien günstig beeinflusst werden kann, indem man solche Formlinge nicht der Einwirkung von ständig daran vorbeiströmen- der Luft aussetzt, sondern intermittierenden Luftstössen von kurzer Zeitdauer. Jeder Luftstoss trocknet die Oberfläche stark an, die dann in den dazwischenliegenden Ruheperioden gierig Wasser aus dem Innern nachzieht. Auf diese Art geht die oberflächliche Krustenbildung nie so tief, dass unzulässig hohe Zugspannungen auftreten können.
Bei allen diesen Verfahren geschieht das intermittie- rende Anblasen der Formlinge ausnahmslos mit Hilfe eines oder mehrerer innerhalb einer geschlossenen Trok- kenkammer aufgestellten Luftumwälzgerätes, das den trocknenden Luftstrahl z. B. kreisen lässt, oder hin- und
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herbewegt. Fig. 1 zeigt den Grundriss, Fig. 2 den Querschnitt durch eine typische Trockenkammer gemäss diesem Verfahren.
In einer geschlossenen Trockenkammer 1 ist auf Gestellen 2 das zu trocknende Gut untergebracht. Ein in der Trockenkammer aufgestelltes Luftumwälzgerät 3 besitzt einen von einem Motor 4 angetriebenen Lüfter 5, der die Kammerluft oben einsaugt und sie durch Schlitze 6 im zylindrischen Mantel 7 in Form eines Strahls 8 aus- stösst. Der Motor 4 lässt zugleich den Zylinder 7 langsam um seine vertikale Achse drehen, so dass der Luftstrahl 8 langsam in der Trockenkammer kreist und so alle Formlinge intermittierend anbläst.
Der Lüfter 5 saugt dabei ein Gemisch von Kammerluft 9 und zugeführter Frischluft 10 an, während ein der eingesaugten Frischluft entsprechendes Volumen an Feuchtluft 11 aus der Trockenkammer entweicht.
Da die Breite der Schlitze 6 kleiner ist als der halbe Umfang des zylindrischen Mantels 7 ist die Forderung erfüllt, dass die Dauer der Einwirkung des aus diesen Schlitzen tretenden Luftstrahls auch einen Tonformling kürzer ist als die Ruheperiode zwischen zwei Anbla- sungen.
Dem eben beschriebenen und allen ähnlichen Trok- kenverfahren sind folgende nachteiligen Merkmale gemeinsam: a) Die Stärke des Luftstosses, und damit die Intensität des Trocknungsvorganges, ist nicht für alle Form- linge innerhalb einer Trockenkammer die gleiche. Der dem Luftumwälzgerät 3 näher liegende Formling 12 wird wesentlich stärker angeblasen als der weiter entfernt liegende Formling 13 und trocknet daher schneller. Eine genaue gleichzeitige Steuerung des Trocknungsvorganges für beide Formlinge ist nicht möglich.
b) In den Ruheperioden zwischen den einzelnen Luft- stössen liegen die Formlinge nicht in wirklich ruhender Luft sondern bestenfalls in der weniger stark bewegten Rückluft 9. Die oberflächliche Austrocknung geht daher auch in den sogenannten Ruheperioden weiter, wenn auch stark verlangsamt.
c) In einer Trockenkammer nach diesem Verfahren herrschen immer gleichzeitig mindestens zwei deutlich verschiedene Luftzustände; d.h. Temperatur und relative Feuchtigkeit der trocknenden Luftstösse 8 sind wesentlich verschieden von Temperatur und relativer Feuchtigkeit der ruhenden Kammerluft 9. Dies erschwert das messtechnisch genaue Erfassen eines klar definierten Luftzustandes zur Steuerung des Trocknungsvorganges.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, dass diese entscheidenden Nachteile vermeidet. Die Fig. 3 bis 5 zeigen beispielsweise eine Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 3 zeigt im Grundriss die in bekannter Weise nebeneinander angeordneten Trockenkammern einer Anlage mit mehreren Kammern, wie diese z.B. in der keramischen Industrie üblich sind. Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine solche Kammer, Fig. 5 einen Querschnitt durch mehrere Kammern.
Ein (hier nicht gezeigter) Lüfter drückt die Frischluft 14 in den Kanal 15. Wird die Frischluftklappe 16 einer Kammer kurzzeitig geöffnet, z. B. mittels eines Betätigungselementes 21, so strömt die Luft durch das zu trocknende Gut 18 und verlässt die Kammer durch die gleichzeitig geöffnete Abluftklappe 17, um durch dem Abluftkanal 19 als Feuchtluft 20 entweder ins Freie zu entweichen oder in einer anderen Kammer der gleichen Anlage weiter zur Trocknung ausgewertet zu werden.
Durch intermittierendes Öffnen und Schliessen der zusammengehörenden Frischluftklappe 16 und Abluftklappe 17 einer Kammer mittels der Betätigungselemente 21, wobei die Klappen immer mindestens ebensolange geschlossen wie geöffnet werden, werden die darin untergebrachten Formlinge 18 intermittierenden Luftstössen ausgesetzt, wobei die Ruheperiode zwischen zwei Luftstössen von mindestens der gleichen Zeitdauer wie ein Luftstoss sein muss, weil bedingt durch die Korngrössenverteilung des Tones und die dadurch bedingte Ausbildung der Kapillaren, das Wasser mindestens den Zeitraum einer solchen Ruheperiode benötigt, um wieder an die Oberfläche des Formlings zu gelangen.
Das erfindungsgemässe Verfahren weist folgende entscheidende Vorteile auf: a) Da der Querschnitt der Kammer sich in Strömungsrichtung nicht ändert, sind alle Formlinge innerhalb einer Kammer Lufstössen von genau gleicher Intensität ausgesetzt. Die Stärke des Lufstosses, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, kann gewählt und für alle Formlinge genau eingehalten werden.
b) Bei geschlossenen Klappen 16 und 17, d.h. in den Ruheperioden zwischen den Luftstössen, liegen alle Form- linge in absolut ruhender Luft. Der Austrocknungsvor- gang kommt dadurch in den Ruheperioden wirklich zum Stillstand.
c) In der Kammer herrscht gleichzeitig immer nur ein bestimmter Luftzustand, entweder der Zustand der inter- mittierend durchströmenden Trocknungsluft oder der Zustand der ruhenden Kammerluft.
d) Da nach beendeter Schwindung, etwa nach Ablauf der halben Trockenzeit, das Material nicht mehr rissan- fällig ist, kann bei einer Vorrichtung von der hier beschriebenen Ausführungsart die Trocknung gegen das Ende des Trocknungsvorganges hin in einfachster Weise dadurch beschleunigt werden, dass die Klappen ständig offen gehalten werden, wodurch die Trocknungsluft dauern durchfliesst statt intermittierend. Dieser Vorteil weist keine der bisher bekannten, mit intermittierendem Luftstrom arbeitenden Anlagen auf.
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Process for the crack-free drying of materials subjected to dry shrinkage and device for carrying out the process The present invention relates to a method for removing plastically deformed materials containing water, which are subject to dry shrinkage and which should not crack during drying, in moving air without cracks to dry, as well as to a device for carrying out the method.
The shrinkage of certain plastic materials associated with the initial water specification makes their drying a problem if dry fracture is to be avoided, as is the case with all types of ceramic moldings made from clays, loams, etc. It is well known that the drying of such materials is roughly divided into two sections: In the first section (I) the specific water release of the material is expressed in weight units of water per unit of time and unit of the surface exposed to the drying air, essentially depending on the condition of the drying air, characterized by its Temperature and relative humidity, and thus largely independent of the material.
In this section I the material disappears.
In the second stage of drying (II), the specific water release is essentially dependent on the vapor diffusion within the material and thus largely independent of the state of the drying air. In this section I1 of the drying, the material no longer shrinks; it is no longer plastic, but rather brittle.
The canal drying process consists in exposing briquettes made of such materials to a stream of drying air that constantly sweeps past the briquette and carries away the water removed from it. It can happen that the surface of the molding already reaches section 1I of drying, i.e. has finished shrinking and has solidified into a crust that is no longer plastically flexible, while the core is still in section I of the drying stage as a result of the moisture gradient that is established from the inside to the outside, i.e. the curl has not yet ended or has not started at all.
These two different states within a molding drying according to the classical method generate tensile stresses in the outer crust, which tears as soon as it exceeds the limit value permissible for the material in question.
If one wants to avoid dry fracture, it must be ensured that the outer layers of a molding, which are directly exposed to the drying air, only solidify into a crust that is no longer plastically flexible when the core also ends its convolutions by and large Has.
In the classic drying process described above, this is done by precisely monitoring the air condition during the entire drying period, keeping the specific water removal below a limit value recognized as still permissible. This limit value is dependent on the respective residual water content of the material and therefore changes over time during the drying period; it cannot be calculated, but has to be determined for each material through experiments. This drying process is also highly dependent on the material and requires a great deal of equipment to monitor the condition of the dry air.
It was recognized that the mechanics of the drying process within such materials can be favorably influenced by not exposing such molded articles to the action of air constantly flowing past them, but rather to intermittent blasts of air of short duration. Each blast of air dries the surface, which greedily draws water from the inside during the rest periods in between. In this way, the superficial crust formation never goes so deep that inadmissibly high tensile stresses can occur.
In all of these processes, the intermittent blowing of the molded articles takes place without exception with the help of one or more air circulation devices installed in a closed drying chamber. B. circles, or back and forth
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moved here. Fig. 1 shows the floor plan, Fig. 2 shows the cross section through a typical drying chamber according to this method.
In a closed drying chamber 1, the goods to be dried are housed on racks 2. An air circulation device 3 set up in the drying chamber has a fan 5 driven by a motor 4, which sucks in the chamber air at the top and ejects it through slots 6 in the cylindrical jacket 7 in the form of a jet 8. At the same time, the motor 4 causes the cylinder 7 to rotate slowly around its vertical axis, so that the air jet 8 slowly circles in the drying chamber and thus intermittently blows on all the moldings.
The fan 5 draws in a mixture of chamber air 9 and supplied fresh air 10, while a volume of moist air 11 corresponding to the fresh air drawn in escapes from the drying chamber.
Since the width of the slots 6 is smaller than half the circumference of the cylindrical jacket 7, the requirement is met that the duration of the action of the air jet emerging from these slots is also a clay molding shorter than the rest period between two blows.
The drying process just described and all similar drying processes have the following disadvantageous features in common: a) The strength of the air blast, and thus the intensity of the drying process, is not the same for all moldings within a drying chamber. The molding 12, which is closer to the air circulation device 3, is blown much more strongly than the molding 13 which is further away and therefore dries faster. It is not possible to precisely control the drying process for both moldings at the same time.
b) In the rest periods between the individual blasts of air, the briquettes do not lie in really still air but at best in the less strongly moved return air 9. The superficial drying therefore continues in the so-called rest periods, albeit at a much slower rate.
c) In a drying chamber according to this method, at least two clearly different air conditions always prevail at the same time; i.e. The temperature and relative humidity of the drying air blasts 8 are significantly different from the temperature and relative humidity of the stationary chamber air 9. This makes it difficult to measure a clearly defined air condition for controlling the drying process.
The invention relates to a method that avoids these crucial disadvantages. 3 to 5 show, for example, a device according to the invention to illustrate the mode of operation of the method according to the invention.
Fig. 3 shows in plan the drying chambers of a plant with several chambers, which are arranged in a known manner next to one another, such as e.g. are common in the ceramic industry. FIG. 4 shows a longitudinal section through such a chamber, FIG. 5 shows a cross section through several chambers.
A fan (not shown here) pushes the fresh air 14 into the channel 15. If the fresh air flap 16 of a chamber is opened briefly, e.g. B. by means of an actuator 21, the air flows through the material to be dried 18 and leaves the chamber through the exhaust flap 17, which is open at the same time, in order to either escape into the open air through the exhaust duct 19 as moist air 20 or in another chamber of the same system to be evaluated for drying.
By intermittently opening and closing the associated fresh air flap 16 and exhaust air flap 17 of a chamber by means of the actuating elements 21, whereby the flaps are always closed at least as long as they are opened, the molded articles 18 housed therein are exposed to intermittent puffs of air, the rest period between two puffs of air of at least the same The duration of a blast of air must be, because due to the grain size distribution of the clay and the resulting formation of the capillaries, the water needs at least the period of such a rest period to get back to the surface of the molding.
The method according to the invention has the following decisive advantages: a) Since the cross section of the chamber does not change in the direction of flow, all molded articles within a chamber are exposed to air surges of exactly the same intensity. The strength of the air blast, i.e. the flow rate of the air can be selected and precisely adhered to for all moldings.
b) With flaps 16 and 17 closed, i.e. in the periods of rest between the blasts of air, all of the shapes lie in absolutely still air. The dehydration process really comes to a standstill during the rest periods.
c) There is always only one specific air condition in the chamber, either the condition of the drying air flowing through intermittently or the condition of the stationary chamber air.
d) Since the material is no longer susceptible to cracking after the shrinkage has ended, approximately after half the drying time has elapsed, drying can be accelerated in the simplest way in a device of the type described here towards the end of the drying process by opening the flaps are kept open at all times, which means that the drying air flows through continuously instead of intermittently. None of the previously known systems operating with intermittent air flow have this advantage.