-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel, die beispielsweise für einen Abgasschichtsensor und ein Schichtheizelement verwendet wird.
-
Als Formverfahren zum Formen einer Keramiktafel sind das Rakelverfahren (Gießverfahren) und das Strangpressverfahren bekannt.
-
Eine Keramiktafel wird im Allgemeinen durch das Rakelverfahren geformt. Bei diesem Verfahren wird Keramikpulver mit einem organischen Bindemittel, einem Lösungsmittel usw. gemischt, um eine Schlämme zu bilden. Die Schlämme wird in eine Eindämmung mit einer auf einem Trägerfilm angeordneten Rakel eingespritzt und der Trägerfilm mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in eine vorbestimmte Richtung bewegt. Dadurch fliegt die Schlämme ununterbrochen aus dem Spalt zwischen der Rakel und dem Trägerfilm heraus. Danach wird die Schlämme zusammen mit dem Trägerfilm getrocknet und von dem Trägerfilm getrennt, wodurch eine Keramiktafel vorbestimmter Dicke gebildet wird.
-
Beim Rakelverfahren muss jedoch eine Schlämme mit einer großen Menge hinzugefügten Lösungsmittels verwendet werden, weswegen nach der Verflüchtigung des Lösungsmittels in der getrockneten Tafel eine große Anzahl Poren zurückbleibt. Die große Anzahl Poren führt zu Nachteilen wie einer Verringerung des Keramikpulverfüllfaktors, einer stärkeren Schrumpfung beim Brennen und Schwankungen bei der Brennschrumpfung. Dies ist insofern problematisch, als es zu Abweichungen bei der Produktgröße kommt.
-
Es ist schwierig, die Dicke einer Schlämme zu halten. Daher kann aus einer Schlämme keine dicke Tafel geformt werden. Wenn dennoch ein dickes Produkt angefertigt werden soll, besteht daher das Problem, dass eine geeignete Anzahl dünner Tafeln aufeinandergeschichtet werden muss.
-
Abgesehen davon ist es sehr schwer, zu einem monodispersen Keramikpulver mit gleichmäßiger Korngrößenverteilung zu kommen. Die Korngrößenverteilung des Keramikpulvers unterliegt nämlich einem gewissen Spielraum. Selbst wenn durch das Rakelverfahren eine dicke Tafel geformt werden könnte, würde es dadurch bedingt, dass Keramik mit größeren Körnern in der Schlämme naturgemäß schneller absinkt, beim Trocknungsvorgang zwischen der oberen und unteren Oberfläche der Tafel zu einem Dichteunterschied kommen. Dadurch wird eine unterschiedlichen Brennschrumpfung zwischen der oberen und unteren Oberfläche hervorgerufen, was zu dem Problem eines gewellten Produkts führt. Dieses Problem kann auch bei einer dünnen Tafel auftreten, wenn sie durch das Rakelverfahren hergestellt wird.
-
Im Gegensatz dazu ist der Füllfaktor des Keramikpulvers beim Strangpressverfahren so hoch, dass sich ohne Weiteres eine dicke Tafel formen lässt.
-
Das Strangpressen lässt sich in zwei Arten unterscheiden, Kolben- und Schneckenstrangpressen. Beim Kolbenstrangpressen wird ein Keramikmaterial in eine Form gefüllt und durch einen Kolben aus der Form extrudiert, was in Abhängigkeit von der Art und Weise, in der das Keramikmaterial eingefüllt wurde, zu einem vorbestimmten Fließvermögen führen kann. Dennoch besteht bei diesem Verfahren der Nachteil, dass sich das Keramikmaterial nicht kontinuierlich extrudieren lässt.
-
Beim Schneckenstrangpressen wird das Keramikmaterial dagegen durch Drehen einer Schnecke kontinuierlich aus der Form extrudiert. Wegen der Schwankungen des Fließvermögens des Keramikmaterials in dem Schneckenextruder würde jedoch der Versuch, eine breite, dünne Tafel unter Verwendung eines Extruders mit einer Schnecke kleinen Durchmessers zu formen, teilweise den Formdruck erhöhen oder senken, was zu einem unregelmäßigen Fließen des Keramikmaterials führt, was wiederum Falten in der Tafel hervorruft.
-
Zu diesem Problem wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, die im Folgenden beschrieben sind.
- (1) Der auf das Keramikmaterial ausgeübte Druck wird durch Erhöhung des Schneckendurchmessers ausreichend vergleichmäßigt. Diese Lösung kann zwar eine Faltenbildung bei der Tafel verhindern, doch führt sie zu einem sehr sperrigen Schneckenextruder. Beim Wechseln des Keramikmaterials erfordert der Auseinanderbau und das Reinigen daher eine große Anzahl von Schritten. Darüber hinaus bleibt eine größere Menge Keramikmaterial in der Vorrichtung zurück, was die Materialausbeute deutlich verschlechtert.
- (2) Die JP-A-63-307903 offenbart eine Technik für die Kolbenbauart, bei der die Fließgeschwindigkeit der Tafel an den Enden und am Zentralabschnitt der Tafel im Großen und Ganzen vergleichmäßigt wird, indem an den Enden eine höhere Temperatur als am Zentralabschnitt der Tafel eingestellt wird. Beim Schneckenstrangpressen ist die Fließgeschwindigkeit am zentralen Abschnitt jedoch im Gegensatz zur Kolbenbauart nicht immer hoch, so dass eine Fließgeschwindigkeitseinstellung nicht möglich ist, wenn die Fließgeschwindigkeit an den Enden oder einem gegebenen Abschnitt höher ist. Daher ist diese Technik nicht direkt auf das Schneckenstrangpressen übertragbar. Doch auch dann, wenn diese Technik Anwendung finden könnte, würde es in der Tafel zu vielen Fehlern kommen, wenn der Schneckendurchmesser groß ist.
- (3) Die JP-A-61-125805 offenbart eine Technik, bei der die Fließgeschwindigkeit durch Hinausschieben oder Zurückziehen eines Richtblocks eingestellt wird. Allerdings betrifft diese Technik nur Anwendungen mit dicken, breiten Tafeln und ist nicht dazu geeignet, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
- (4) Die JP-A-9-328366 und JP-A-10-152379 schlagen eine Technik vor, bei der das Fließvermögen des Keramikmaterials bzw. -körpers durch Ändern des dem Körper hinzugegebenen Weichmachers oder dergleichen verbessert wird, um so eine gleichmäßige Tafel zu erzeugen. Dieses Verfahren führt jedoch zu dem Problem, dass die Änderung der Additivzusammensetzung die verschiedenen Keramikeigenschaften einschließlich der Brennschrumpfung ändert, was zu einem unterschiedlichen Produktverhalten führt.
- (5) Die DE 27 27 364 A1 schlägt eine Technik gemäß der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 8 vor, bei der die Formstücke nach dem Strangpressen zwischen hochglatten, planparallelen Flächen gepresst werden, um die bei Substraten für Dünnfilmschaltungen geforderte Oberflächenqualität zu erzielen.
-
Darüber hinaus ist aus der
WO 93/23231 A1 , der
US 2,572,677 , der
DE 198 23 304 A1 und der
US 4,364,881 das Schneckenstrangpressen mit einem Schneckenextruder und einer an dem vorderen Endabschnitt des Extruders angeordneten Form bekannt, deren Temperatur während des Strangpressens bereichsweise einstellbar ist. Allerdings werden mit diesen Schneckenextrudern und Formen keine Keramiktafeln geformt.
-
Trotz der verschiedenen bislang vorgeschlagenen Techniken zur Verhinderung der angesprochenen Faltenbildung bei einer Keramiktafel wurde bislang keine effektive Lösung für den Schneckenextruder gefunden. Insbesondere wurde bislang noch kein Verfahren zum Strangpressen einer breiten, dünnen Keramiktafel mit einem Schneckenextruder entwickelt, mit dem sich eine Faltenbildung unterdrücken lässt.
-
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Problempunkte beim Stand der Technik und ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel zur Verfügung zu stellen, mit denen sich unter Verwendung eines Schneckenextruders kleinen Durchmessers eine verhältnismäßig breite, dünne Keramiktafel strangpressen lässt, während die Faltenbildung unterdrückt wird.
-
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
-
Was bei dieser Ausgestaltung besonders hervorzuheben ist, ist, dass das durch die Form gehende Keramikmaterial stranggepresst wird, während die Temperatur jedes der mehreren Querbereiche, in die die Form unterteilt ist, eingestellt wird.
-
Die Form ist vorzugsweise in drei oder mehr Querbereiche unterteilt. Dadurch lässt sich zumindest die Temperatur des Zentralabschnitts getrennt von den Seitenabschnitten einstellen. Die genaue Zahl der Bereiche, in die die Form zu unterteilen ist, lässt sich geeignet in Übereinstimmung mit der Breite usw. der zu formenden Keramiktafel wählen.
-
Im Folgendem werden Funktion und Wirkungen dieser Ausgestaltung der Erfindung erläutert.
-
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird das durch die Form gehende Keramikmaterial stranggepresst, während die Temperatur mehrerer Querbereiche eingestellt wird, in die die Form unterteilt ist. Infolgedessen lassen sich die Formgeschwindigkeitsdifferenz in Querrichtung und die sich daraus ergebende geometrische Verformung der Keramiktafel präzise unterdrücken.
-
Falls beispielsweise der Zentralbereich des durch die Form gehenden Keramikmaterials infolge einer höheren Formgeschwindigkeit gewellt (gefaltet) wird, kann der Zentralbereich auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten werden. Dazu wird die Temperatur des Zentralbereichs verringert und/oder die Temperatur der anderen Bereiche erhöht.
-
Auf diese Weise werden die Temperatur des in Querrichtung zentralen Abschnitts des durch die Form gehenden Keramikmaterials und somit auch dessen Fließvermögen relativ gesehen gesenkt. Dieser Effekt findet aufgrund der Korrelation zwischen dem Fließvermögen und der Temperatur des Keramikmaterials statt. Die relative Senkung des Fließvermögens im Zentralbereich des Keramikmaterials führt zu einer relativen Senkung der Strangpressgeschwindigkeit in diesem Bereich. Dadurch wird das Keramikmaterial in Querrichtung mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strangpressgeschwindigkeit aus der Form extrudiert, wodurch sich eine Verbesserung zu einer faltenfreien Form ergibt.
-
Auch dann, wenn nicht im Zentralbereich, sondern in anderen Abschnitten Falten erzeugt werden, kann die relative Senkung der Temperatur des durch die Form gehenden Keramikmaterials in den diesen Abschnitten entsprechenden Bereichen zu einer relativen Senkung des Fließvermögens und der Strangpressgeschwindigkeit an diesen Bereichen führen. Daher wird der Strangpressvorgang der aus der Form extrudierten Keramiktafel zu einer in Querrichtung gleichmäßigen Geschwindigkeit hin korrigiert, wodurch sich eine Verbesserung zu einer faltenfreien Form ergibt.
-
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die Form daher wie vorstehend beschrieben aktiv korrigieren. Deswegen kann selbst eine verhältnismäßig breite, dünne Keramiktafel, die sich herkömmlicherweise nicht erfolgreich strangpressen ließ und durch den Schneckenextruder gefaltet wurde, gleichmäßig in eine hervorragende Form bringen.
-
Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht also ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vor, mit dem sich eine verhältnismäßig breite, dünne Keramiktafel strangpressen lässt, während die Faltenbildung im Schneckenextruder unterdrückt wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei dem der Außendurchmesser d der in den Extruder eingebauten Schnecke und die Breite W der Keramiktafel den Zusammenhang W ≥ 5d erfüllen. Obwohl sich in diesem Fall noch leichter Falten entwickeln, zeigen sich Funktion und Wirkungen dennoch deutlich und lässt sich daher die Faltenbildung verhindern.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei dem der Außendurchmesser d der in den Extruder eingebauten Schnecke nicht mehr als 70 mm beträgt. In diesem Fall kann der Aufbau des gesamten Schneckenextruders kompakt gehalten werden und lässt sich der Auseinanderbau zum Austausch von Teilen oder Materialien von einem einzigen Arbeiter vornehmen. Dadurch lässt sich der Formvorgang vereinfachen und die Anzahl an Formschritten verringern. Je kleiner allerdings der Außendurchmesser der Schnecke des Schneckenextruders ist, um so schwieriger ist es, eine breite Keramiktafel herzustellen. Erfindungsgemäß zeigen sich jedoch Funktion und Wirkungen wie vorstehend beschrieben, so dass sogar einer breiten Keramiktafel, die auf herkömmliche Weise nur schwer hergestellt werden kann, eine hervorragende Form verliehen werden kann.
-
Durch die Verringerung des Schneckendurchmessers auf 70 mm oder weniger lässt sich außerdem das Innenvolumen des Schneckenextruders verringern. Infolgedessen lässt sich auch die in den Schneckenextruder eingebrachte Luftmenge verringern, wodurch eine Mischung von Luft mit der Keramiktafel verhindert werden kann und sich eine verbesserte Produktqualität erzielen lässt. Dadurch, dass das Mischen von Luft und Keramiktafel verhindert wird, lassen sich auch interne Fehler in der Keramiktafel unterdrücken. So lässt sich ein Isolationsdefekt oder ein Brechen verhindern, wenn die Keramiktafel bei elektrischen Anwendungen als elektrisch isolierendes Material verwendet wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei dem die Dicke der Keramiktafel nicht mehr als 1,5 mm beträgt. Die Breite einer Keramiktafel mit einer Dicke von nicht mehr als 1,5 mm lässt sich herkömmlicherweise nicht erhöhen, da sich ansonsten Falten bilden würden. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung zeigen sich jedoch Funktion und Wirkungen auch dann deutlich, wenn die Dicke nicht mehr als 1,5 mm beträgt, und lässt sich sogar einer breiten Keramiktafel, die auf herkömmliche Weise nur schwer herstellbar wäre, eine hervorragende Form verleihen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, deren Dicke nicht mehr als 300 μm beträgt. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit für eine Faltenbildung höher. Dadurch, dass sich die Funktion und die Wirkungen wie vorstehend beschrieben zeigen, ist es dennoch möglich, eine hervorragende Form zu erzielen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei dem durch eine auf den dem jeweiligen Bereich entsprechenden Abschnitt bezogene Messung die Korrelationsdaten für die Formgeschwindigkeit einer strangzupressenden Keramiktafel ermittelt werden und die Temperatur auf Grundlage der auf diese Weise ermittelten Korrelationsdaten über die Formgeschwindigkeit eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur selbst dann automatisch einstellen, wenn sich der Zustand des von dem Extruder in die Form extrudierten Keramikmaterials leicht ändert, was eine genauere Steuerung der Keramiktafelform ermöglicht. Die Korrelationsdaten über die Formgeschwindigkeit für jeden der angesprochenen Bereiche können Formgeschwindigkeitsdaten sein, die durch einen kontaktlosen Geschwindigkeitssensor ermittelt wurden, oder geometrische Daten bzw. Vorschubdaten, die mit der Formgeschwindigkeit korreliert sind. Dies liegt daran, dass sich die Formgeschwindigkeitsdifferenz in der Tafelform durch Falten und Wellen widerspiegelt. Die Messung von Form und Vorschub kann daher die Formgeschwindigkeitsdaten ersetzen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei dem die Form mehrere zurückziehbare Richtplatten umfasst, die so angeordnet sind, dass sie den Fließwiderstand ändern. Das Strangpressen kann daher erfolgen, während der Fließwiderstand des Keramikmaterials durch ein Herausschieben/Zurückziehen der Richtplatte eingestellt wird, während gleichzeitig die Temperatur eingestellt wird. In diesem Fall lassen sich die Falten oder ähnliche unregelmäßige Formen noch wirksamer korrigieren, indem neben der Temperatureinstellung für jeden Bereich durch das Hineinschieben/Zurückziehen der Richtplatten der physikalische Fließwiderstand gesteuert wird.
-
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, wie sie in Anspruch 8 definiert ist.
-
Was bei dieser Ausgestaltung der Erfindung besonders erwähnenswert ist, ist, dass die Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen der Temperatur des Keramikmaterials in jedem dieser Bereiche vorgesehen ist.
-
Die Temperatureinstelleinrichtung kann jedes beliebige der nachstehend beschriebenen Verfahren einsetzen. Die Form ist vorzugsweise in zumindest drei Querbereiche unterteilt, um zumindest den Zentralabschnitt und die Endabschnitte steuern zu können.
-
Darüber hinaus kann die Temperatureinstelleinrichtung am oberen und/oder unteren Teil der Form vorgesehen sein. Für den Fall, dass die Temperatureinstelleinrichtung am oberen wie auch am unteren Teil vorgesehen ist, kann die Form im oberen wie auch im unteren Teil in Querrichtung in die gleiche Anzahl oder in eine unterschiedliche Anzahl von Bereichen unterteilt sein.
-
Im Folgenden werden nun die Funktion und die Wirkungen der Formvorrichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung erläutert.
-
Die Form weist bei der Formvorrichtung gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wie erwähnt eine Temperatureinstelleinrichtung auf. Wenn mit der Formvorrichtung eine Keramiktafel stranggepresst wird, lässt sich das durch die Form gehende Keramikmaterial daher strangpressen, während seine Temperatur durch die Temperatureinstelleinrichtung für jeden einzelnen der mehreren Abschnitte der Keramiktafel eingestellt wird, die den Querbereichen entsprechen, in die die Form unterteilt ist. Dadurch lässt sich das hervorragende Formverfahren aktiv umsetzen.
-
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist also eine Keramiktafelformvorrichtung vorgesehen, mit der durch den Schneckenextruder eine breite, dünne Keramiktafel stranggepresst werden kann, während die Faltenbildung unterdrückt wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der der Außendurchmesser d der in den Extruder eingebauten Schnecke und die Breite W der Keramiktafel den Zusammenhang W ≥ 5d erfüllen. Wie in den vorstehend beschriebenen Fällen tritt auch in diesem Fall die Wirkung, die Faltenbildung verhindern zu können, deutlich hervor.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der der Außendurchmesser d der in den Extruder eingebauten Schnecke nicht mehr als 70 mm beträgt. Wie in den vorstehend beschriebenen Fällen kann der gesamte Schneckenextruder auch in diesem Fall verhältnismäßig kompakt gestaltet werden und lässt sich der Auseinanderbau einschließlich des Materialaustauschschritts von einem einzigen Arbeiter durchführen. Daher lässt sich der Prozess rationalisieren und können die Anzahl an Herstellungsschritten verringert werden, während gleichzeitig wirksam eine Faltenbildung usw. verhindert wird. Darüber hinaus lässt sich wie vorstehend beschrieben das Einbringen von Luft in die Keramiktafel unterdrücken.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der die Dicke der Keramiktafel nicht mehr als 1,5 mm beträgt. Bei der Herstellung einer Keramiktafel mit einer Dicke von nicht mehr als 1,5 mm lässt sich ihre Weite nicht ausreichend erhöhen, da ansonsten Falten hervorgerufen würden. Dennoch zeigen sich wie vorstehend beschrieben Funktion und Wirkungen in diesem erfindungsgemäßen Bereich deutlich.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der die Dicke der Keramiktafel nicht mehr als 300 μm beträgt. Wie vorstehen beschrieben wurde, ist in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit einer Faltenbildung bei der Keramiktafel höher. Durch die angesprochene Funktion und Wirkung ist es dennoch möglich, dem Keramikmaterial eine hervorragende Form zu verleihen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der die Temperatureinstelleinrichtung eine Kammer, die jeweils einem der Bereiche zugeordnet ist, in die die Form in Querrichtung unterteilt ist, und eine in jeder Kammer enthaltene Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung umfasst, um zum Erhitzen oder Kühlen des Materials ein Wärmemedium zirkulieren zu lassen. In diesem Fall lässt sich die Temperatur des Keramikmaterials in jedem Bereich leicht durch Steuerung der Fließgeschwindigkeit oder der Temperatur des in jeder Kammer zirkulierenden Wärmemediums einstellen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der die Temperatureinstelleinrichtung ein Heizelement umfasst, das für jeden der Bereiche steuerbar ist, in die die Form in Querrichtung unterteilt ist. Die Temperatur des Keramikmaterials kann in diesem Fall in den jeweiligen Bereichen getrennt voneinander erhöht werden, indem zwischen der Wärmekapazität jedes Heizelements differenziert wird. Darüber hinaus kann das Heizelement zusammen mit dem in der Kammer zirkulierenden Wärmemedium verwendet werden, wodurch die Temperatur leicht durch eine beliebige Kombination verschiedener Erwärmungs- und Kühlfaktoren eingestellt werden kann, was die Temperatursteuerungsgenauigkeit verbessert.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, die eine Formgeschwindigkeits-Korrelationsdatenmesseinrichtung, um für jeden entsprechenden Bereich die Formgeschwindigkeit der aus der Form extrudierten Keramiktafel zu messen, und eine Steuerungseinrichtung umfasst, um die Temperatureinstelleinrichtung auf Grundlage der von den Formgeschwindigkeits-Korrelationsdatenmesseinrichtung ermittelten Formgeschwindigkeits-Korrelationsdaten zu steuern. In diesem Fall lässt sich die Temperatureinstelleinrichtung präzise in Übereinstimmung mit der von den Formgeschwindigkeits-Korrelationsdatenmesseinrichtung rückgeführten Formgeschwindigkeitsverteilung steuern.
-
Die Formgeschwindigkeits-Korrelationsdatenmesseinrichtung ist nicht auf einen Geschwindigkeitssensor zur direkten Messung der Formgeschwindigkeit eingeschränkt, sondern es kann auch eine Einrichtung zur indirekten Messung sein, wie etwa ein Formsensor, ein Vorschubsensor usw., der so gesteuert wird, dass er die mit der Formgeschwindigkeit korrelierte Form oder den Vorschub misst.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel vorgesehen, bei der die Form mehrere auf zurückziehbare Weise angeordnete Richtplatten aufweist, um den Fließwiderstand des Keramikmaterials zu ändern. In diesem Fall lässt sich die Form der Keramiktafel sogar noch wirksamer korrigieren, indem sowohl die Temperatureinstelleinrichtung als auch die Richtplatten gesteuert werden.
-
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
-
1 veranschaulicht den Aufbau einer Formvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
2 veranschaulicht im Querschnitt den Aufbau des oberen Abschnitts einer Form beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
3 veranschaulicht in einem zur Extrusionsrichtung senkrechten Längsschnitt den Aufbau der Form beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
4 veranschaulicht den Aufbau eines Trockners beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
5(a), 5(b) und 5(c) zeigen noch umzuformende Keramiktafeln beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
6 veranschaulicht im Längsschnitt den Aufbau einer Form bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
7 veranschaulicht im Querschnitt den Aufbau des oberen Abschnitts einer Form beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
8 veranschaulicht im Querschnitt den Aufbau des oberen Abschnitts einer Form bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
9 veranschaulicht in einem zur Extrusionsrichtung senkrechten Längsschnitt den Aufbau einer Form beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Die 10(a) und 10(b) veranschaulichen jeweils im Querschnitt den Aufbau des oberen und unteren Teils einer Form bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
11 veranschaulicht in einem zur Extrusionsrichtung senkrechten Längsschnitt den Aufbau einer Form beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
12 veranschaulicht in einem zur Extrusionsrichtung senkrechten Längsschnitt den Aufbau einer Form bei einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
13 veranschaulicht den Aufbau von Temperatureinstelleinrichtung bei einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
14 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen dem Außendurchmesser der Schnecke und der Anzahl interner Fehler bei einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Erstes Ausführungsbeispiel
-
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5(a), 5(b) und 5(c) werden nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen einer Keramiktafel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
-
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Keramiktafelformvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel Schneckenextruder 2, 3 und eine an dem vorderen Ende des Extruders 2 angeordnete Form 11, wobei ein in den Extruder 2 eingebrachtes Keramikmaterial 80 mit Hilfe der Form 11 zu einer Keramiktafel 8 stranggepresst wird.
-
Die Form 11 weist eine Temperatureinstelleinrichtung 5 auf, um die Temperatur des durch die Form 11 gehenden Keramikmaterials 80 in jedem von mehreren Bereichen einzustellen, in die die Form 11 in Querrichtung unterteilt ist.
-
Eine ausführlichere Erläuterung folgt nachstehend.
-
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Formvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Schneckenextruder 2, 3 in zwei Stufen und ist die Form 11 an dem vorderen Ende des Extruders der unteren Stufe angeordnet.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Form 11 wie ein kreisförmiges Rohr geformt, dessen eine Seite zusammengedrückt ist und das zu seinem Vorderende hin eine zunehmend geringere Höhe und eine zunehmend größere Breite hat. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Form 11 an ihrem vorderen Ende ein Paar Köpfe 121, 122 auf, um die Dicke der stranggepressten Keramiktafel 8 zu begrenzen. Der obere Kopf 121 ist so angeordnet, dass er durch Änderung des Betrags, mit dem eine Einstellschraube 125 hineingedrängt ist, zurückziehbar ist, um auf diese Weise den Spalt zwischen sich und dem unteren Kopf 122 einstellen zu können.
-
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, weist die Temperatureinstelleinrichtung 5 der Form 11 Kammern 51, die für die jeweiligen Bereiche vorgesehen sind, in die die Form 11 in Querrichtung unterteilt ist, und eine Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 auf, um zur Kühlung des Materials in den Kammern 51 ein Wärmemedium 6 zirkulieren zu lassen.
-
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, bilden die Kammern 51 bei diesem Ausführungsbeispiel drei obere und untere Bereiche, in die die Form in Querrichtung unterteilt ist. Jede Kammer weist einen Einlass 511 und einen Auslass 512 für das Wärmemedium auf, mit denen jeweils die Zirkulationsrohre 621, 622 der Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 verbunden sind.
-
Die Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 ist so gestaltet, dass das Wärmemedium 6 von einem Wärmemediumbehälter aus durch eine Pumpe, ein Solenoidventil usw. in jeder Kammer 51 zirkuliert werden kann. Die Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 lässt sich durch verschiedene Verfahren steuern und kann auf verschiedene Weisen gestaltet sein. So wie bei einem der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann beispielsweise eine automatische Regelung zum Einsatz kommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt jedoch keine automatische Regelung zum Einsatz, sondern werden die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit des jeder Kammer 51 zugeführten Wärmemediums 6 zum Kühlen des Materials manuell eingestellt.
-
Wie in 1 zu erkennen ist, setzen sich die Schneckenextruder 2, 3 aus Extrusionsschnecken 22, 32 zusammen, die Wellenelemente 221, 321 und Führungsabschnitte 222, 322 umfassen, die spiralförmig um das jeweilige Wellenelement 221, 321 gewunden sind. Die Extrusionsschnecken 22, 32 sind jeweils in Gehäusen 21, 31 eingebaut. Die Extrusionsschnecken 22, 32 haben bei diesem Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser (Außendurchmesser der Führungsabschnitts) d von ϕ30 mm. Zwischen den beiden Extrusionsschnecken 22, 32 befindet sich eine Vakuumkammer 4. Abgesehen davon befindet sich an dem oberen hinteren Abschnitt des oberen Extruders 3 ein Materialzuführungsabschnitt 39 zum Einbringen des Keramikmaterials 80.
-
Wie in 1 gezeigt ist, hat der Materialzuführungsabschnitt 39 eine Öffnung 390 in Form eines umgedrehten Parallelepipeds und ein Paar an der linken und rechten Seite angeordneter Einschubwalzen 392. Die Einschubwalzen 392 sind so gestaltet, dass sie in das zwischen die Einschubwalzen 392 eingebrachte Keramikmaterial 80 beißen und es in den unteren Extruder 3 schicken.
-
Die Vakuumkammer 4 ist so gestaltet, dass ihr Inneres von einer Pumpe 55 evakuiert werden kann, um das von dem oberen Extruder 3 extrudierte Keramikmaterial 80 zu entgasen. In der Vakuumkammer 4 befindet sich außerdem ein ähnliches Paar Einschubwalzen 392 wie im Materialzuführungsabschnitt 39.
-
Dieses Ausführungsbeispiel umfasst außerdem eine Trockner 7, durch den die von der Formvorrichtung 1 geformte Keramiktafel 8 getrocknet und zu einer Rolle aufgewickelt wird. Wie in 4 gezeigt ist, umfasst der Trockner 7 ein Fließband 71 mit einem Paar Riemenscheiben 711, 712 und einem von den Riemenscheiben 711, 712 angetriebenen Riemen 713. Das Transportband 71 weist eine darauf vorgesehene Heizkammer 73 auf, durch die der Riemen 713 hindurchgeht. Die Heizkammer 73 hat ein Gehäuse 730, das ein Heizelement 731 und einen Temperaturfühler 732 umschließt. Das Heizelement 731 wird durch eine Heizelementsteuerung 735 auf Grundlage der Messung des Temperatursensors 732 gesteuert, um dadurch eine vorbestimmte Temperatur aufrecht zu erhalten.
-
Das Transportband 71 weist auf seiner Eingangsseite einen Vorschubsensor 741, um den Vorschubbetrag der stranggepressten Keramiktafel 8 zu messen, und eine Geschwindigkeitssteuerungseinheit 74 auf, um die Geschwindigkeit des Transportbands zu steuern, um auf diese Weise auf der Grundlage der Messung des Vorschubsensors 741 einen vorbestimmten Vorschubbetrag sicherzustellen.
-
Das Transportband 71 umfasst auf seiner Ausgangsseite einen Rollenbildner 75, um die getrocknete Keramiktafel spiralförmig aufzuwickeln.
-
Mit dieser Formvorrichtung 1 wurde eine Keramiktafel 8 geformt.
-
Dazu wurde als Keramikmaterial ein Gemisch aus 100 Gewichtsanteilen Aluminiumoxidpulver, 12 Gewichtsanteilen Methylcellulose, 2 Teilen Glycerin und 20 Teilen Wasser vorbereitet.
-
Die Abmessungen der zu formenden Keramiktafel wurden auf eine Breite W (2) von 250 mm und eine Dicke T (1) von 200 μm eingestellt. Die Form 11 hatte eine den Abmessungen der Keramiktafel 8 entsprechende Form. Der Außendurchmesser d (2) der Extrusionsschnecke 22 des Schneckenextruders 2 und die Breite W der Keramiktafel 8 erfüllten den Zusammenhang W ≥ 3d.
-
Als erster Schritt zum Formen der Keramiktafel 8 wird mit Hilfe eines Materialzuführungsabschnitts 39 das Keramikmaterial 80 mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung eingebracht. Das eingebrachte Keramikmaterial 80 wird von dem Paar Einschubwalzen 392 in den an einer tieferen Position gelegenen Extruder 3 befördert. Das Keramikmaterial 80 in dem Extruder 3 wird vorgetrieben, während es durch die in Rotation befindliche Extrusionsschnecke 32 geknetet wird, und in die Vakuumkammer 4 hinausgedrückt. Das in die Vakuumkammer 4 getriebene Keramikmaterial 8 wird im entgasten Zustand durch das Paar Einschubwalzen 392 zu dem an einer tieferen Position befindlichen Extruder 2 gesandt. Das Keramikmaterial 80 in dem Extruder wird vorwärtsgetrieben, während es durch die sich drehende Extrusionsschnecke 22 weitergeknetet wird, und wird nach Eintritt in die Form 11 geformt und von dem Spalt zwischen den Köpfen 121, 122 aus extrudiert. Die auf diese Weise herausgedrückte Keramiktafel 8 wird von dem Trockner 7 getrocknet und zu einer Rolle aufgewickelt.
-
Um die Form der stranggepressten Keramiktafel 8 zu korrigieren, wird bei diesem Ausführungsbeispiel das durch die Form 11 gehende Keramikmaterial 80 stranggepresst, während gleichzeitig die Temperatur mehrerer Abschnitte des Keramikmaterials 80 eingestellt wird, die genau der Anzahl an Bereichen entsprechen, in die die Form 11 in Querrichtung unterteilt ist.
-
Genauer gesagt wird vor dem Beginn des Formvorgangs das Wärmemedium 6, das eine Temperatur von 10°C hat, von der Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 gleichmäßig in allen Kammern 51 zirkuliert. Unter Beobachtung der Form der gerade geformten Keramiktafel 8 wird bei einer hohen Formgeschwindigkeit die Temperatur des Wärmemediums 6 verringert, wenn es in einer Kammer 51 zirkuliert, die zu dem Bereich gehört, der, falls vorhanden, einem gefalteten Abschnitt entspricht, und/oder die Temperatur des Wärmemediums 6 erhöht, das in der zu den anderen Bereichen gehörenden Kammern 51 zirkuliert. Dadurch wird das Fließvermögen des durch die Form 11 gehenden Keramikmaterials 80 bereichsweise eingestellt, so dass für die Querabschnitte des zwischen den Köpfen 121, 122 hindurch gehenden Keramikmaterials 80 eine im Wesentlichen konstante Formgeschwindigkeit sichergestellt werden kann.
-
Im Folgenden wird auf die 5(a) bis 5(c) Bezug genommen. 5(a) zeigt den zentralen Abschnitt der stranggepressten Keramiktafel 8, wenn dessen Formgeschwindigkeit so hoch ist, dass er gefaltet wird. Die Temperatur des in den Kammern 51 zirkulierenden Wärmemediums 6 wird so geändert, dass die Temperatur des Abschnitts des Keramikmaterials 80, der dem zentralen Bereich der Form entspricht, durch das es hindurchgeht, geringer als die Temperatur der Abschnitte des Keramikmaterials 80 ist, die den Querenden der Form 11 entsprechen.
-
Für den Fall, dass Querendabschnitte der stranggepressten Keramiktafel 8 eine so hohe Formgeschwindigkeit haben, dass sie wie in 5(b) Falten entwickeln, wird die Temperatur des in jeder Kammer 51 zirkulierenden Wärmemediums 6 dagegen so geändert, dass die Temperatur der Querendabschnitte des Keramikmaterials 80, die den Seitenendbereichen der Form 11 entsprechen, durch die das Keramikmaterial 80 hindurchgeht, auf einen niedrigeren Wert verringert wird als die Temperatur des Abschnitts des Keramikmaterials 80, das dem zentralen Bereich der Form 11 entspricht. Wenn darüber hinaus die Formgeschwindigkeit eines gegebenen Teils der Keramiktafel 8 so hoch ist, dass er wie in 5(c) gezeigt Falten entwickelt, wird die Temperatur des in jeder Kammer 51 zirkulierenden Wärmemediums 6 derart geändert, dass die Temperatur des Abschnitts des Keramikmaterials 80, das diesem bestimmten, durch die Form 11 gehenden Teil der Keramiktafel 8 entspricht, auf einen niedrigeren Wert als die Temperatur der anderen Teile des Keramikmaterials 80 gesenkt wird.
-
Anders als bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Temperatur des Wärmemediums 6 natürlich wahlweise auch durch Änderung der Fließgeschwindigkeit des Wärmemediums und damit durch Änderung der Wärmeübertragungsmenge geändert werden, anstatt die Temperatur des Wärmemediums 6 zu ändern, oder durch eine Kombination der beiden Verfahren.
-
Wie vorstehend beschrieben ist, ermöglicht die Verwendung der Formvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Umformen der Keramiktafel 8 in eine hervorragende Form, indem die Temperatureinstelleinrichtung in Übereinstimmung mit der Formgebung der von der Form 11 aus extrudierten Keramiktafel 8 betrieben wird.
-
Unter Durchführung des beschriebenen Formverfahrens mit Hilfe der Formvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel lässt sich also sogar eine verhältnismäßig breite, dünne Keramiktafel faltenfrei strangpressen.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Außendurchmesser d der Schnecke aktiv auf ϕ30 mm gesenkt. Da die Größe des Schneckenextruders 2 als Ganzes verkleinert werden kann, lässt sich das Auseinanderbauen beispielsweise zum Materialwechsel von einem einzigen Arbeiter durchführen. Auf diese Weise lässt sich der Vorgang rationalisieren und die Anzahl an Formschritten verringern.
-
Durch die angesprochene Verringerung des Schneckendurchmessers d wird außerdem das Innenvolumen des Schneckenextruders 2 verringert. Infolgedessen wird in dem Schneckenextruder 2 eine geringere Luftmenge eingebracht, was wiederum die mit der Keramiktafel 8 gemischte Luftmenge verringert und zu einer verbesserten Qualität führt. Indem auf diese Weise der Lufteinschluss unterdrückt wird, lässt sich zudem die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsdefekts oder eines Bruchs verringern, wenn die Keramiktafel 8 als elektrisch isolierendes Material verwendet wird.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Form 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Richtplatte 17 versehen, die sich zurückziehen lässt und zum Ändern des Fließwiderstands des Keramikmaterials 80 dient. Wie insbesondere in 7 zu erkennen ist, ist die Richtplatte 17 innen von dem Kopf 121 angeordnet und in vier Querabschnitte segmentiert, von denen jeder dazu in der Lage ist, durch Einstellen des Betrags, mit dem eine zum Hinausschieben bzw. Zurückziehen dienende Schraube 177 hineingedrängt ist, hinausgeschoben oder zurückgezogen zu werden. Die übrigen Punkte entsprechen ansonsten dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird neben der Temperatureinstellung in jedem Bereich der physikalische Fließwiderstand durch das Hinausschieben oder Zurückziehen der Richtplatte 17 gesteuert, wodurch die Wirkung, die Formgebung beispielsweise durch Entfernen der Falten korrigieren zu können, verbessert wird.
-
Die Funktion und Wirkung entsprechen ansonsten denen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Drittes Ausführungsbeispiel
-
Bei diesem in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bereiche der Form 11 anders als beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Genauer gesagt ist die Form 11 in sowohl dem oberen wie auch dem unteren Formteil in fünf Querbereiche unterteilt und ist in jedem Bereich eine Kammer 51 angeordnet.
-
Da in diesem Fall die Zahl der Unterteilungen größer als beim ersten Ausführungsbeispiel ist, kann die Temperatur genauer eingestellt werden und lässt sich daher die Umformwirkung bei der Keramiktafel weiter verbessern. Falls allerdings eine verhältnismäßig schmale Keramiktafel gebildet wird, sind nicht unbedingt fünf Bereiche erforderlich. In diesem Fall sollten daher die gleiche Anzahl an Unterteilungsbereichen zum Einsatz kommen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, um die Vorrichtung zu vereinfachen und gleichzeitig die Ausrüstungskosten zu senken. Die Funktion und Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels ähneln ansonsten denen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Wie in den 10(a), 10(b) und 11 gezeigt ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die in der Form 11 ausgebildeten Bereiche gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich. Und zwar ist der obere Teil der Form 11 in drei Querbereiche (10(a)) unterteilt und ist der untere Teil in vier Querbereiche (10(b)) unterteilt, in denen jeweils eine Kammer 51 vorgesehen ist. In diesem Fall lässt sich ein größerer Fehler in Querrichtung, der eher an der unteren Oberfläche als an der oberen Oberfläche der Keramiktafel 8 auftreten kann, durch die gegenüber der oberen Oberfläche genauere Einstellung der Temperatur der unteren Oberfläche korrigieren.
-
Die Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Fünftes Ausführungsbeispiel
-
Wie in 12 gezeigt ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel neben der Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 für jeden Bereich, in den die Form in Querrichtung unterteilt ist, ein steuerbares Heizelement 65 vorgesehen, das die Temperatureinstelleinrichtung 5 bildet. Im oberen und unteren Teil der Form 11 ist im Einzelnen jeweils eine Kammer 51 mit lediglich einem ungeteilten Bereich ausgebildet, während in der Innenwand des oberen und unteren Teils jeweils mehrere Heizelemente 65 eingebettet sind.
-
In diesem Fall wird die Temperatur des gesamten durch die Form 11 gehenden Keramikmaterials durch das in den Kammern 51 zirkulierende Wärmemedium 6 gesteuert, während gleichzeitig ein Teil der Heizelemente 65 betrieben wird, um die Temperatur auf eine ähnliche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel einzustellen. Indem die Abstände zwischen den Heizelementen geändert werden, kann die Anzahl an Querunterteilungsbereichen leicht erhöht werden, so dass sogar eine noch genauere Temperatureinstellung möglich wird.
-
Die Funktionsweise und Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels ähneln ansonsten denen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Sechstes Ausführungsbeispiel
-
Mit Hilfe der Formvorrichtung gemäß dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel wurden bei diesem Ausführungsbeispiel Keramiktafeln 8 verschiedener Größe geformt, um die Wirkung der Temperatureinstelleinrichtung 5 zu prüfen.
-
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, erfolgte die Überprüfung unter Verwendung von zwei Arten Schneckenextrudern 2, 3 mit ϕ30 mm bzw. ϕ50 mm großen Schneckendurchmessern. Die Breite der Keramiktafel wurde auf 30 bis 250 mm und ihre Dicke in allen Fällen auf 200 μm eingestellt. Tabelle 1 gibt außerdem die Anzahl der Querunterteilungsbereiche (Steuerungszonen) der bei der Überprüfung verwendeten Form, den Wert W/d und das Vorhandensein oder Fehlen einer Falte nach dem Formen an. Das obere und untere Formteil waren, wie in den 3 und 9 gezeigt, jeweils in die gleiche Anzahl Bereiche unterteilt (d. h. in drei bzw. fünf Bereiche).
-
Unter der Bedingung, dass die Temperatureinstelleinrichtung nicht zur Temperatureinstellung verwendet wurde, ergibt sich aus Tabelle 1, dass sich für einen Wert von W/d von nicht mehr als 2 kein Problem ergab. Für einen Wert W/d von 3 traten jedoch ab und zu und für einen Wert W/d von mehr als 3 stets Falten auf. Falls dagegen die Temperatur durch die Temperatureinstelleinrichtung eingestellt wurde, konnten die Falten ausreichend unterdrückt werden und ließen sich auch bei nur drei Unterteilungsbereichen bis zu einem W/d-Wert von 6 (d. h. selbst bei W ≥ 5d) Keramiktafeln mit einer hervorragenden Form formen. Außerdem ist zu erkenne, dass bei drei Unterteilungsbereichen für einen W/d-Wert von 8,3 eine kleine Anzahl Falten auftritt, während diese Faltenbildung bei einer Unterteilung in fünf Bereiche vermieden werden kann. Tabelle 1
| Schneckendurchmesser (mm) | Tafelbreite W (mm) | W/d | Temperatureinstellung oder nicht (Anzahl Steuerungszonen) | Gefaltet oder nicht |
| ϕ30 | 30 | 1 | nicht eingestellt | O |
| 60 | 2 | nicht eingestellt | O |
| 90 | 3 | nicht eingestellt | Δ |
| 90 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
| 110 | 3,6 | nicht eingestellt | X |
| 110 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
| 120 | 4 | nicht eingestellt | X |
| 120 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
| 150 | 5 | nicht eingestellt | X |
| 150 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
| 180 | 6 | nicht eingestellt | X |
| 180 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
| 180 | ↑ | eingestellt (5 Zonen) | O |
| 250 | 8,3 | eingestellt (3 Zonen) | Δ |
| 250 | ↑ | eingestellt (5 Zonen) | O |
| ϕ50 | 60 | 1,1 | nicht eingestellt | O |
| 150 | 2,7 | nicht eingestellt | O |
| 180 | 3,3 | nicht eingestellt | X |
| 180 | ↑ | eingestellt (3 Zonen) | O |
O: zufriedenstellend, Δ: ab und zu Falten, X: Falten
-
Siebtes Ausführungsbeispiel
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatureinstelleinrichtung 5 der in 13 gezeigten Formvorrichtung 1 im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel automatisch gesteuert.
-
Wie in 13 gezeigt ist, weist die Temperatureinstelleinrichtung 5 bei diesem Ausführungsbeispiel Kammern 51, die in jeweils fünf Querbereichen angeordnet sind, in die die Form 11 unterteilt ist, und eine Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 zur Zirkulation des Wärmemediums 6 auf, die für jede Kammer 51 vorgesehen ist, um das Keramikmaterial zu kühlen.
-
Die Wärmemedium-Zirkulationseinrichtung 60 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass sie entsprechend der Formgeschwindigkeit jedes Querabschnitts der Keramiktafel 8 durch Regelung gesteuert werden kann.
-
Im Einzelnen sind mit einem Einlass 511 und einem Auslass 512 jeder Kammer 51 der Form 11 von einem Wärmemediumbehälter 61 ausgehende Zirkulationsrohre 621, 622 verbunden. Das mit dem Einlass 511 verbundene Zirkulationsrohr 621 weist ein darin vorgesehenes Fließgeschwindigkeitssteuerungsventil 63 und eine Pumpe 64 zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit des in dem jeweiligen Zirkulationsrohr 621 zirkulierenden Wärmemediums auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Zirkulationsrohre 621, 622 den gleichen Weg und zweigen zu den gegenüberliegenden Bereichen in dem oberen und unteren Formteil ab.
-
Das Fließgeschwindigkeitssteuerungsventil 63 ist mit der Wärmemediumsteuerungseinheit 67 verbunden, wobei der Ventilöffnungsgrad durch eine Ventilsteuerungsanweisung von der Wärmemediumsteuerungseinheit 67 bestimmt wird, um dadurch die Fließgeschwindigkeit des Wärmemediums 6 einzustellen.
-
Abgesehen davon ist die Wärmemediumsteuerungseinheit 67 mit einer Tafelformgeschwindigkeitsbeurteilungseinheit 66 verbunden und so gestaltet, dass sie die Ventilsteuerungsanweisung beruhend auf einer von der Tafelformgeschwindigkeitsbeurteilungseinheit 66 ausgegebenen Temperatursteuerungsanweisung berechnet.
-
Wie in 13 gezeigt ist, ist die Tafelformgeschwindigkeitsbeurteilungseinheit 66 mit fünf Formgeschwindigkeitssensoren 665 verbunden, die unterhalb der Ausgangsseite der Form 11 angeordnet sind, wobei sie so gestaltet ist, dass sie beruhend auf einer von den Formgeschwindigkeitssensoren 665 erhaltenen Formgeschwindigkeitsmessung die Temperatursteuerungsanweisung berechnet. Die fünf Formgeschwindigkeitssensoren 665 entsprechen den jeweiligen Querunterteilungsbereichen für die Temperatureinstellung.
-
Der obige Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ermöglicht eine automatische Steuerung der Temperatureinstelleinrichtung.
-
Genauer gesagt wird das Wärmemedium 6 vor Beginn des Formvorgangs für die Keramiktafel 8 in jeder Kammer 51 unter bestimmten Anfangsbedingungen zirkuliert. Die Geschwindigkeit der in der Form 11 geformten Keramiktafel 8 wird dann durch die fünf Formgeschwindigkeitssensoren 665 gemessen.
-
Beruhend auf den Formgeschwindigkeitsmessungen bestimmt die Tafelformgeschwindigkeitsbeurteilungseinheit 66, in welchem Unterteilungsbereich die Temperatur erhöht oder verringert werden sollte, und sendet das Ergebnis als eine Temperatursteuerungsanweisung an die Wärmemediumsteuerungseinheit 65. Im Ansprechen auf die Temperatursteuerungsanweisung bestimmt die Wärmemediumsteuerungseinheit 67 die Fließgeschwindigkeit des in jeder Kammer 51 zirkulierenden Wärmemediums, um dadurch das Fließgeschwindigkeitssteuerungsventil 63 zu steuern.
-
Die Verwendung der Formvorrichtung und des Formverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel erlaubt wie vorstehend erwähnt eine automatische Regelung der Temperatureinstelleinrichtung 5 entsprechend der Form der Keramiktafel 8, während diese geformt wird. Daher lassen sich sowohl das Ansprechverhalten als auch die Genauigkeit des Steuerungsvorgangs verbessern.
-
Die Funktionsweise und Wirkungen ähneln ansonsten denen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Achtes Ausführungsbeispiel
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Außendurchmesser d der Extrusionsschnecken 22, 32 der Schneckenextruder 2, 3 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geändert und die sich ergebende Anzahl von internen Fehlern in der Keramiklage 8 gemessen. Die internen Fehler werden durch Luft hervorgerufen, die während des Strangpressens vorkommt. Die Anzahl größerer Fehler wurde mit Hilfe eines Projektors durch die Tafel hindurch visuell gemessen, während kleinere Fehler durch Transmissionsinspektion unter Verwendung einer Röntgenstrahlen-Mikrofokussierung gemessen wurden.
-
Die Messergebnisse sind in 14 angegeben, in der die Abszisse für den Außendurchmesser D der Extrusionsschnecke und die Ordinate für die Anzahl interner Fehler der Keramiktafel 8 steht.
-
Wie aus 14 hervorgeht, ist die Anzahl interner Fehler proportional zum Außendurchmesser d. Dies zeigt, dass zum Zeitpunkt des Strangpressens um so mehr Luft vorhanden ist, je größer der Außendurchmesser d ist, wobei die Luft als interner Fehler zurückbleibt. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Anzahl an internen Fehlern bei nicht mehr als einem Fehler pro Einheitsfläche (1 cm2) für einen Außendurchmesser d von nicht mehr als 70 mm zufriedenstellend ist.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel lässt sich daher wie vorstehend beschrieben proportional zur Verkleinerung des Außendurchmessers d der Schnecke eine Keramiktafel mit weniger internen Fehlern herstellen. Unter Ausnützung dieser Tatsache lässt sich beispielsweise eine Keramiktafel, die als elektrisch isolierendes Material verwendet wird, mit einer Strangpressvorrichtung herstellen, deren Schneckendurchmesser so klein wie möglich ist. Auf diese Weise kann eine Keramiktafel hergestellt werden, die weniger interne Fehler aufweist und bei der im Wesentlichen kein Isolationsversagen oder Brechen auftritt.
-
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich die Keramiktafeln aus beliebigen Materialien oder für beliebige Anwendungen herstellen. Erfindungsgemäß können beispielsweise Keramiktafeln, die für schichtartige piezoelektrische Bauelemente für eine Einspritzvorrichtung oder andere Aktuatoren verwendet werden, Keramiktafeln für die keramische Schichtanordnung eines Schichtkondensators oder andere als einzelne Schicht verwendete Keramiktafeln herstellen. Als Materialien sind insbesondere PZT (Blei-Titanat-Zirconat), Bariumtitanat, Zirconiumoxid usw. verwendbar.
