DD281567A5 - Verfahren und vorrichtung fuer den verguss feinkeramischer schlickermassen - Google Patents

Abstract

Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dasz Lufteinschluesse in feinkeramischen Suspensionen ausschlieszlich durch Wirbel aus mechanischen bzw. hydromechanischen Wirkungen entstehen. Erfindungsgemaesz wird ein von Lufteinschluessen freier Eingusz in Gieszformen erreicht, indem nach Abschlusz aller Ruehr- und Mischvorgaenge die Lufteinschluesse der Suspension aus dem Aufbereitungsprozesz vollstaendig evakuiert werden und danach ein freier Austritt aus der Transportleitung so erfolgt, dasz die der Technologie und dem System aus Suspension und Anlagentechnik zugrunde gelegte Auslaufgeschwindigkeit der Suspension als stationaere Stroemung und ohne Auftreten von Entmischung realisiert wird.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendunosgeblet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein komplexes Verfahren und eine Vorrichtung für den Verguß feinkeramischer Schlickermassen vor und während des Füllens geeigneter Gießformen aus hydrophilem Material zur Herstellung von Erzeugnissen mit höh )r Oberflächengüte.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Feinkeramische Schlicker für Erzeugnisse aus Porzellan, Steingut oder foinsteinzeug sind Suspensionen aus 60-70% Feststoffen, die das jeweilige keramische System charakterisieren, 30-35% Wasser als Dispersionsmittel und

2-5% Electrolyte für die Verbesserung der Verflüssigungseigenschaften.

Diese Schlicker werden vom Fachmann so eingestellt, daß geringfügige Änderungen der Rohstoffkomponenten ohne Wirkungen auf den Gießprozeß und das Erzeugnis sind. Vor allem die traditionellen Masseversätze sind inzwischen so perfekt eingestell';, daß es möglich wurde, diese als automatisierungsfähige einzustufen. Vielfältig entwickelte und benutzte Verfahren und Vorrichtungen belegen diese Einschätzung. Fehler am Gießling, wie differenzierte Scherbendicke, Abreißen des Formlings beim Auskippen des Restschlickers aus der Gießform, Flecke und durchhängende Böden, entstehen in vertretbaren Größen. Ungenügend beherrscht wird dagegen die Fehlerursache Lufteinschlüsse. Die auf verschiedene Weise in die Suspension eingeführte Luft tritt in der Gießform vorrangig an der Erzeugnisoberfläche zunächst in Richtung der Dispersionsmittelbewegung und danach aufsteigend, an Vorsprüngen und Kanten unterbrochen, aus. Meist erst nach dem Biskuit- bzw. Glattbrand mit Glasur ist der Fehler als Löcher, Poren oder Krater sichtbar und mindert die Erzeugnisqualität.

Die unterschiedlichen Auffassungen der Fachleute über Entstehung und Beseitigung der Lufteinschlüsse konnten bisher nicht ausgeräumt werden. Die Thesen aus den Fachartikeln der Zeitschrift .Sprechsaal* (1932) 65, (1936) 20 und (1937) 3 werden nachfolgend in Kurzform genannt:

- Einsatz nasser Gipsformen,

- Verwendung zu frisch aufbereiteten, unberuhigten Schlickers,

- Einsatz alter Gipsformen,

- Einsau neuer Gipsformen,

- Einsatz zu schnell getrockneter Gipsformen,

- Verwendung von hochviskosem Schlicker und beschleunigter Einguß,

- Verwendung eines zu hohen Elektrolytanteils, insbesondere Soda,

- Verwendung von Schlicker mit Gipsresten aus dem Rücklauf,

- Realisierung einer Turbulenz beim Einguß,

- Verwendung von Schlicker mit einer Temperatur von < 15⁰C und

- Verwendung von Schlicker mit einer Temperatur von >17°C.

Es ist leicht ersichtlich, daß sich einige Ursachen gegenseitig ausschließen, andere sich ergänzen. An gegenwärtigen Untersuchungen und Ergebnissen wird belegt, daß die vorgenannten Auffassungen über Ursache und Wirkung noch bestehen. In einem Untersuchungsbericht des VEB Vereinigte Porzellanwerke Colditz von 1986 wird die Verringerung des Fehlers Blasen

durch die Veränderung der Gipsformenqualität beschrieben. Das positive Ergebnis wurde durch Gips mit einem Siebrückstandvon >0,009 mm bis 4 % und einen Diffusionskoeffizent von >0,65 im Vergleich zu windgesichteten feinkörnigem Gips(>0,009mmbis1%; >0,3) erreicht.

Im Ursprungsbetrieb ergaben Untersuchungen im Jahre 1986 übr.r den Einfluß der Abgußzahl der Gießformen mit

unterschiedlich benutzten Formenteilen nachstehendes Ergebnis.

Die Flächen des Gießlings, die mit einem Formenteil hergestellt wurden, das 60 Abgüsse aufwies, hatten doppelt soviel Poren,

wie die von einem Formteil mit 0 Abgüssen. Unbestritten ist, daß die genannten Umstände die Wirkung der Fehlerursacheverschieben. Das betrifft auch die technologische Lösung im DWP 88480, indem mittels einer günstigeren Gestaltung des

Gießlings der Ausguß des Restschlickers durch den Formenboden realisiert wird, das das Entweichen der Lufteinschlüsse

fördert. Eine andere Lösung zur Verringerung des Fehlers beinhaltet das Drehen der Gießform während des Eingusses. In der

DWP 49224 wird dieser Vorgang so begründet, daß infolge des Drohens die Suspension in Bewegung gehalten wird und

dadurch eventuelle Lufteinschlüsse von der Forminnenwand abgedrängt werden. Dieser Teilprozeß wurde inzwischen inmoderne Gießmaschinen integriert. Auf einer Konferenz 1983 in Karlovy Vary/CSFR wurden diesbezügliche Anlagen aus deriSFR und der BRD vorgestellt. Diese Lösung ist gleichfalls Bestandteil einer Kleinteilgießmaschine vom VEB ThuringiaSonneberg.

Die wirksame Verbesserung eines seit langem bekannten Prinzips beim Schlickergießen wird im DWP 64 390 beschrieben. Der Anschluß eines Kegels an die Gießleitung führt beim Überlaufen des Schlickers über den Kegel zu einer Vergrößerung dessen Oberfläche und der damit verbundenen Förderung des Aufplatzens von Luftblasen. Im DWP 223666A1 wird eine Vorrichtung zur Entlüftung von keramischen Gießmassen vorgestellt, mittels der eine Evakuierung der Schiickermassen vor dem Einguß im

periodischen Betrieb möglich ist. Dazu dient ein geschlossener Behälter, an den Ventile, Füllstandssonden und eine Pumpeinstalliert sind.

Die vorgenannten Darlegungen bestätigen, daß die in der Praxis benutzten technischen Lösungen nicht unmittelbar bzw.

umfassend auf die Fehlerursache Lufteinschlüss6 zielen.

Ziel der Erfindung

Auf der Grundlage neuer Erkenntnisse über die Ursache des Fehlers Blasen sind unmittelbar abgeleitete und direkt wirkenden neue Lösungen, die einerseits für den Handeinguß als auch für kontinuierliche, automatisch betriebene Prozesse nutzbar sind, zu entwickeln. Damit soll der vollständige Ausschluß des Fehlers aus dem technologischen Prozeß erfolgen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, daß Lufteinschüsse in feinkeramischen Suspensionen ausschließlich durch Wirbel aus mechanischen bzw. hydromechanische Wirk ingen, entstehen. Dem Fachmann ist bekannt, daß unmittelbar nach einem Rührvorgang - im Drehzahlbereich > 50 pro Minute-vergossene Suspension ein Ansteigen des Fehlers Blasen unabhängig von der Gestaltung des Gießlings bewirkt. Die Lufteinschiüsse, hervorgerufen aus den beim Rühren entstandenen Wirbel, lassen sich durch die Maßnahmen

- Einstellen der Viskosität mittels Elektrolyten,

- Abstellen der Suspension zum Zwecke des Aufsteigens der Lufteinschlüsse und Aufplatzen dieser an der freien Oberfläche sowie

- Evakuieren der Suspension vor dem Vergießen, einzeln oder in kombinierter Weise angewendet, reduzieren.

Überraschend ist, daß bei einem Eingießvorgang aus einem Vorratsbehälter nach dem Prinzip der Schwerkraft oder mittels Pumpen auch über kurze Rohrleitungs-, bzw. Schlauchstrecken die Dynamik nichtstationärer Strömungen wirkt und erneut Wirbelbildung und neue Lufteinschlüsse verursacht werden. Das Ansteigen der Geschwindigkeit im vertikalen Abschnitt der Transportleitung über den dafür kritischen Bereich wird nur durch die Viskosität der Suspension, hohe Reibungswerte und lange horizontale Abschnitte der Transportleitung selbst, sowie durch die Stellung von Ventilen eingeschränkt. Diese Maßnahmen sind aber in bestimmten Grenzen Ursache neuer Fehler, nämlich Entmischungen und Absetzen von Feststoffanteilen der Suspension, die den Fehler Oberflächenrisse, sogenannte Blitzrisse, auf dem Gießling zur Folge hat und deshalb nur bedingt angewendet werden können

Die genannte Geschwindigkeitszunahme ist eine Funktion der Reynoldszahl. Bei Erreichen der des durch Messungen ermittelten

kritischen Bereiches verjüngt sich der Querschnitt der strömenden Suspension, die mit einer Wandung der schweren Feststoffteilchen zum Inneren hin verbunden ist. Infolgedessen nimmt die Grenzschicht, gebildet aus dem Dispersionsmittel, zu, an deren Oberfläche sich die Bildunp 'Jisnreter Wirbel verstärkt, in die Luft eingeschlossen wird, die zuvor in den Grenzflächenbereich zwischen Rohrwand und Suspension angesaugt wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein komplex wirkendes Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung für den Auschluß bzw. die Beseitigung von Luftein.tchlüssen beim Vergießen feinkeramischer Suspensionen zu entwickeln. Die Vorrichtung muß die Forderungen nach einem kontinuierlichen und automatisierungsfähigen technologischen Prozeß erfüllen. Erfindungsgemäß wird ein von Lufteinschlüsses freier Einguß feinkeramischer Suspensionen in Gießformen erreicht, indem nach Abschluß aller Misch- und Rührvorgänge die Lufteinschlüsse aus dem Aufbei eitungsprozeß vollständig evakuiert werden und danach ein freier Austritt der Suspension aus der Transportleitung so erfolgt, daß die der Technologie und dem System aus Suspension und Anlagentechnik zugrundegelegte Auslaufgeschwindigkeit der Suspension in Form einer stationären Strömung und ohne Auftreten von Entmischung realisiert wird.

Einem Schlickervorratsbehälter werden ein- oder mehrere paarweise angeordnete Evakuierungskammern nachgeschaltet, deren jeweils grundsätzlicher Aufbau aus einem Entlüftungsteil und einem durch einen Zwischenboden mit einem Magnetventil abgetrennten Ausfallteil besteht. Der Entlüftungsteil besteht aus einem schließbaren Schlickerzulauf, dessen Ventil zeitlich begrenzt angesteuert wird. Während des Zulaufes wird die Suspension über einen mehrfach durchbrochenen Kegel geleitet, der eine Vergrößerung der Oberfläche des Schlickerstrahles und bereits den Austritt eingeschlossener Luft aus der Suspension in den Raum des Entlüftungsteiles bewirkt. Nach erfolgter Schließung des Zulaufventil wirkt eine mit den Evakuierungskammern über eine Rohrleitung verbundene Vakuumpumpe mit einem integrierten Vakuumkesel bei geöffnetem Entlüftungsventil, in F irm eines Wechselventils zur anderen Evakuierungskammer, dessen Öffnung mit der Schließung des Zulaufventil geschaltet Lt. Durch den sich einstellenden definierten Unterdruck wird das Aufsteigen von Luft in der Suspension gefördert und mit der Raumluft abgeführt.

Dieser Prozeß wird durch die Wirkung eines mittig im Boden des Entlüftungsteiles angeordneten, langsam drehenden Rührwerkes in Verbindung mit der Bodenschräge unterstützt. Nach zeitlich festgelegter Beendigung des Prozesses schließt das Entlüftungsventil und öffnet ein seitlich im schräg angeordneten Boden des Entlüftungsteiles installiertes Magnetventil, wenn über Füllstandssensoren, im oberen Drittel des Auslaufteiles angeordnet, die Bedingung erfüllt wird, daß der Füllstand einen Zulauf evakuierten Schlickers orfordert. Nach vollständiger oder teilweiser Entleerung des Entlüftungsteiles und damit verbundenem Schließen aes Ma^netventiles wird nach entsprechendem Signal dort installierter Füllstandssensoren der Zulauf und die Evakuierung einer neuen Schlickermenge eingeleitet. Der Auslaufteil hat einen ebenfalls schräg angeordneten Boden mit einer haftmindernden Schicht für den rückstandslosen Austritt des Schlickers und ist über ein bzw. mehrere, gleichzeitig oder zeitlich verschoben benutzte Rohr- bzw. Schlauchleitungssysteme mit den einzugießenden Formen direkt verbunden. Dabei ist nicht interessant, ob diese Bestandteil eines Handgießplatzes oder einer automatischen Gießanlage sind. Ventile, die bisher die Menge des Schlickerzulaufes in einer Zeiteinheit regulierten, haben ausschließlich Uffntings- und Schließfunktion für die Unterbrechung oder Beendigung des Gießvorganges. Damit ist auch die Lage ihrer Anordnung im Rohr- bzw. Schlauchsystem nur von den jeweils geforderten Anlagenbedingungen abhängig. Die Regulierung der Auslaufmenge in der Zeiteinheit in Abhängigkeit von der Größe des Gießlings wird ausschließlich über den Vorsatz einer Düsengruppe bzw. einer verstellbaren Düse aus haftminderndem Material, wie z.B. PTFE, und einem sich konisch verjüngenden Auslauf realisiert, die so gewählt wird, daß die Auslaufgeschwindigkeit aus der Düse der Auslaufgeschwindigkeit am Auslaufteil der Evakuierungskammer im Verhältnis zu beiden Durchmessern entspricht und damit die absolute Geschwindigkeit in der Rohr- bzw. Schlauchleitung gleich oder kleiner ist als am Düsenaustritt. Beide Evakuierungskammern können jeweils eine Gießanlage getrennt oder gemeinsam versorgen. Die paarweise Spiegelbildanordnung der Evakuierungskamrnern gestattet unterschiedliche Aufstellungsvarianten entsprechend gegeben Räumlichkeiten. Für eine Gruppe von Evakuierungskammern ist der Einsatz nur eines Vakuumpumpsystems ausreichend. Die kontinuierliche oder auch diskontinuierliche Abnahme der entlüfteten Suspension hat keinen Einfluß auf den periodisch erfolgenden Evakuierungsprozeß.

Ausführungsbetsplel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen sind dargestellt:

Fig. 1: die erforderliche Veränderung der Istkurve der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension, Fig. 2: der Schnitt durch paarweise angeordnete Evakuierungskammern, Fig. 3: die Seitenansicht des Auslauftoiles einer Evakuinrungskammer und Varianten der Auslaufdüsengestaltung.

In die Entlüftungskammer 1 mit dem Entlüftungslei! 2 und dem eingehängten, mehrfach durchbrochenen Kegel 7 führt der verschließbare Schlickerzulauf 5 mit dem Zulaufventil 6, ein Rohranschluß mit einem Entlüftungsventil 8, verbunden mit einer Vakuumpumpe und Ausgleichskesse! 9 sowie ein verschließbarer Wasseranschluß 19. Der Entlüftungsteil 2 ist mit dem Auslaufteil 3 über einen schräpeii Boden, verschließbar durch ein Magnetventil 4 und einem darin mittig angeordneten Rührwerk 10 verbunden. Der Auslaufteil 3 hat wiederum über einen schrägen Boden und ein Rohr- und Schlauchsystem 13, dem Ventil 14 und dem Abwasseranschluß 20 mit der Auslaufdüse 15 Verbindung. Füllstände der Suspension werden durch Füllstandssonden 11,12 registriert und liefern jeweils den Steuerimpuls für das Entlüftungsventil 8, bzw. das Magnetventil 4. Das Zulaufventil 6 ist zeitabhängig gesteuert. Die Funktion desselben wird lediglich durch die Füllstandssonde 11 unterbrochen. Die Auflaufdüse 15, deren konische Bohrung zum einen dem Rohrinnendurchmesser 13 und zum anderen dem ermittelten Durchmesser zur Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit oder einer noch geringeren gewählten Auslaufmenge entspricht, ist entweder ein austauschbarer Düsensatz 15, der auch als stationärer Düsensatz 17 nach dem Revolverprinzip angeordnet ist, oder ein durch Aufblasen sich verengender befestigter Ringschlauch 16, dessen Funktion auch bei einer flexiblen Düse 18 erforderlich ist, die aus mehreren keiligen in sich verspannten Segmenten besteht und über ein gedehntes Gummischlauchstück mit dem Rohr 13 verbunden ist.

Claims (7)

1. Verfahren und Vorrichtung für den Verguß feinkeramischer Schlickermassen und Beseitigung oder Vermeidung von Lufteinschlüssen durch Wirbel, dadurch gekennzeichnet, daß als geschlossenes System wirkend, in das Evakuierungsteil (2) einer oder mehrerer Evakuierungskammern (1) periodisch Suspensionen evakuiert werden, über einen Auslaufteil (3) eine kontinuierliche Abnahme entlüfteter Suspensionen erfolgen kann, die über ein Rohr-, bzw. Schlauchsystem (13) direkt zur Auslaufdüse (15) so geleitet werden, daß zwischengeschaltete Ventile (13) keine mengenregelnde Funktion haben.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Evakuierungsteil (2) der Evakuierungskammer (1) ein mehrfach durchbrochener Kegel (7) so eingehängt ist, daß die Suspension vom Schlickerzulauf (5) auf die Kegelspitze geleitet wird, des weiteren eine Verbindung über das Entlüftungsventil (8) zu einer Vakuumpumpe mit Ausgleichskessel (9) besteht und die Füllstandssonde (12) sowie ein Wasseranschluß (19) installiert sind.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaufteil (3) mit dem Evakuierungsteil (2) über einen schrägen Boden mit einem Magnetventil (4) und einem mittig angeordneten Rührwerk (10) verbunden ist und selbst einen schrägen Boden zum Rohr-, bzw. Schlauchsystem (13) und eine Füllstandssonde (11) hat.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Bohrung der in unmittelbarer Verbindung zum Auslaufteil (3) stehenden Auslaufdüse (5) so gewählt ist, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension im Rohr- bzw. Schlauchsystem (13) ausgeschlossen ist und noch dann enger dimensioniert wird, wenn damit die Eingießzeit optimiert werden kann.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Verstellung des Konus der Auslaufdüse (15) mittels eines aufsteckbaren Düsensatzes, der auch auf einer Scheibe als stationärer Düsensatz (17) angeordnet sein kann, oder als aufblasbarer Ringschlauch (16) sowie mit in einem Gummischlauchstück verspannten keiligen Segmenten als flexible Düse (18) erfolgt.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Boden des Auslaufteiles (3) mit einer Antihaftbeschichtung und die Auslaufdüse (15) aus Antihaftmaterial, wie z. B. PTFE, gefertigt ist.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Se'bstreinigung des Systems im Evakuierungsteil (2) ein Wasseranschluß (19) und im Rohr- bzw. Scnlauchsystem (13) ein Abwasseranschluß (20) angeschlossen sind.