DE102007012912B3

DE102007012912B3 - Vorrichtung zum Trocknen von keramischen Hohlkörpern, insbesondere Wabenkeramiken oder keramischen Katalysatoren, mittels Mikrowellenstrahlung im Durchlauf durch mindestens einen Trocknungsraum

Info

Publication number: DE102007012912B3
Application number: DE102007012912A
Authority: DE
Inventors: Peter Püschner
Original assignee: Pueschner & Co KG GmbH
Current assignee: Pueschner & Co KG GmbH
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008230962A

Abstract

Vorrichtung zum Trocknen von mehreren parallel nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten, länglichen keramischen Körpern, insbesondere Wabenkeramiken oder keramischen Katalysatoren, mittels Mikrowellenstrahlung im Durchlauf durch mindestens einem Trocknungsraum, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einem Trocknungsraum, in dem mindestens zwei Mikrowellenquellen vorgesehen sind, und einer Fördereinrichtung zum kontinuierlichen Fördern von mehreren parallel nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten, länglichen keramischen Körpern durch den Trocknungsraum oder die Trocknungsräume, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquellen zwei verschiedene Arten angehören, wobei die eine Art von Mikrowellenquelle ungerichtete Mikrowellenstrahlung und die andere Art von Mikrowellenquelle gerichtete Mikrowellenstrahlung erzeugt, und die beiden Mikrowellenquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, dass in dem Trocknungsraum die beiden Enden eines keramischen Körpers in seiner Längsrichtung einer geringeren Mikrowellenenergie als die Mittel des keramischen Körpers in seiner Längsrichtung ausgesetzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Mit keramischen Körpern können zum Beispiel keramische Hohlkörper gemeint sein. Diese können sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sein.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 314 691 B1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung weist die Strahlungsheizleistung längs eines Hohlkörpers einen in Richtung der Luftströmung ansteigenden Gradienten auf. Dies weist jedoch den Nachteil auf, daß die Hohlkörper in Längsrichtung nicht gleichmäßig getrocknet werden und Überhitzungen zumindest an einem der Enden der Hohlkörper auftreten können.
JP 2001 172087 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines stangenförmigen keramischen Formlings, bei dem die Intensität von auf den Formling eingestrahlten Mikrowellen derart gesteuert wird, daß die Intensität der eingestrahlten Mikrowellen im mittleren Bereich im Vergleich mit derjenigen an den Endbereichen des Formlings graduell oder stufenweise erhöht wird. Die Trocknung ist jedoch für bestimmte Anwendungsfälle immer noch nicht ausreichend gleichmäßig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, daß damit eine in Längsrichtung der keramischen Körper gleichmäßigere Trocknung erzielt sowie eine Überhitzung an den Enden der Hohlkörper vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Mikrowellenquellen zwei verschiedenen Arten angehören, wobei die eine Art von Mikrowellenquelle ungerichtete Mikrowellenstrahlung und die andere Art von Mikrowellenquelle gerichtete Mikrowellenstrahlung erzeugt, und die beiden Mikrowellenquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, daß in dem Trocknungsraum die beiden Enden eines keramischen Körpers in seiner Längsrichtung einer geringeren Mikrowellenenergie als die Mitte des keramischen Körpers in seiner Längsrichtung ausgesetzt sind. Die ungerichtete Mikrowellenstrahlung kann dabei als ein Grundanteil angesehen werden.
Dabei können die Trocknungsräume (Trocknungskammern) Bestandteile von jeweiligen hintereinandergeschalteten Trocknungsmodulen sein. Besagte Trocknungsmodule können zur Vor- und/oder Endtrocknung dienen. Selbstverständlich kann mindestens eines der Trocknungsmodule eine konventionelle Trocknungseinrichtung, zum Beispiel ein Heißluftgebläse, sein.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß genau drei Mikrowellenquellen vorgesehen sind, von denen eine eine ungerichtete Mikrowellenquel le zur Erzeugung von ungerichteter Mikrowellenstrahlung ist und die beiden anderen gerichtete Mikrowellenquellen zur Erzeugung von gerichteter Mikrowellenstrahlung sind.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die drei Mikrowellenquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, daß in dem Trocknungsraum die räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung eines keramischen Körpers zumindest im wesentlichen symmetrisch zur Mitte des keramischen Körpers in Längsrichtung ist.
Vorteilhafter entspricht die räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung zumindest im wesentlichen dem Verlauf einer umgedrehten Parabel, deren Scheitelpunkt in der Mitte eines keramischen Körpers in seiner Längsrichtung liegt.
Günstigerweise ist eine Feuchtemeßeinrichtung zur Online-Messung der Feuchteverteilung in jedem oder jedem n-ten (n = 1, 2, 3, ...) keramischen Körper in oder in Förderrichtung hinter dem Trocknungsraum vorgesehen, wobei die Mikrowellenenergie von mindestens einer der drei Mikrowellenquellen in Abhängigkeit von den Meßwerten der Feuchtemeßeinrichtung regelbar ist und/oder die Heizenergie in einem gegebenenfalls nachgeschalteten Trocknungsraum steuerbar ist.
Zweckmäßigerweise ist die Feuchtemeßeinrichtung gestaltet, um die Feuchteverteilung in einem keramischen Körper mittels Mikrowellen zu messen.
Schließlich kann vorgesehen sein, daß die Feuchtemeßeinrichtung gestaltet ist, um die Feuchteverteilung in Längsrichtung der keramischen Körper zu messen.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle Mikrowellenenergieverteilung und deren spezielle Erzeugung in der Längsrichtung der keramischen Körper eine gleichmäßigere Trocknung des jeweiligen keramischen Körpers erzielt sowie eine Überhitzung der Enden desselben vermieden wird.
Wenn gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung dafür gesorgt wird, daß jeder keramische Körper beim Durchlauf zumindest im wesentlichen derselben Menge von Mikrowellenenergie ausgesetzt wird, so wird dadurch auch eine gleichmäßige Trocknung der keramischen Körper untereinander erzielt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
1 eine Vorrichtung zum Trocknen von mehreren parallel nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten, länglichen keramischen Körpern mittels Mikrowellenstrahlung im Durchlauf durch mindestens einen Trocknungsraum gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht;
2 ein Modul der Vorrichtung von 1 in Seitenansicht;
3 die Anteile der Mikrowellenenergieverteilung in dem Trocknungsraum des Moduls von 2 quer zur Förderrichtung;
4 die aus den Anteilen in 3 resultierende Mikrowellenenergieverteilung quer zur Förderrichtung; und
5 eine Feuchtemeßeinrichtung zur Online-Messung der Feuchteverteilung in einem keramischen Körper im Einsatz.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Trocknen von keramischen Hohlkörpern in Form von Wabenkeramiken, die vier hintereinander geschaltete Module 12, 14, 16, 18 zum Trocknen umfaßt, wobei in der durch die Pfeile F gezeigten Förderrichtung dem Modul 12 eine Beschickungsstation 20 und ein Einlaßmodul 22 vorgeschaltet sind und dem Modul 18 ein Auslaßmodul 24 sowie eine Entnahmestation 26 nachgeschaltet sind. Jedes Modul 12, 14, 16 und 18 weist ein schrankartiges Gehäuse 12a, 14a, 16a bzw. 18a auf, in dem jeweils ein Trocknungsraum 12b, 14b, 16b bzw. 18b vorgesehen ist, wobei die Trocknungsräume durch Kanäle 13, 15 und 17 mit einem rechteckigen Querschnitt miteinander verbunden sind. Sowohl in dem Einlaßmodul 22 als auch in dem Auslaßmodul 24 ist jeweils ein Kanal 22a bzw. 24a mit jeweils einem rechteckigen Querschnitt vorgesehen.
In der Beschickungsstation 20 werden jeweils mindestens sieben Wabenkeramiken, von denen lediglich eine mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist auf Werkzeugträgern, von denen lediglich einer mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist, quer zur Förderrichtung F ausgerichtet, zusammengestellt, bevor die Wabenkeramiken horizontal in das Einlaßmodul 22 und dann weiter horizontal durch die sich anschließenden Module 12, 14, 16 und 18 sowie das Auslaßmodul 24 befördert werden. Hierfür sind ein Stopper 32, ein Detektor 34 zur Detektion des Vorhandenseins einer Wabenkeramik auf der Seite des Stoppers 32, ein Detektor 36 zur Detektion einer vorgegebenen Anzahl von Wabenkeramiken in der Beschickungsstation 20 sowie ein Detektor 38 zur Detektion eines Wabenkeramikstaus sowie eine Fördereinrichtung 40, die nicht näher dargestellt ist, in Form eines Kettenförderers vorgesehen. Das Einlaßmodul 22 ist mit einer Einlaßklappe 42 und das Auslaßmodul 24 ist mit einer Auslaßklappe 44 versehen, die nur beim Einlassen bzw. Auslassen von Wabenkeramiken geöffnet werden. In der 1 ist ein Kolonnenbetrieb gezeigt, in dem mehrere Kolonnen (Chargen) von Wabenkeramiken hintereinander durch die Vorrichtung 10 befördert werden. Jede Ko lonne umfaßt im vorliegenden Beispiel mindestens sieben und allgemein mindestens soviel Wabenkeramiken, wie für eine halbe Belegung eines Trocknungsraumes nötig sind. Jede Kolonne wird kontinuierlich, das heißt mit konstanter Fördergeschwindigkeit durch die Vorrichtung 10 befördert. Innerhalb jeder Kolonne weisen die Wabenkeramiken gleiche Abstände zueinander auf.
Wie sich aus der 2 ergibt, weist jedes der Module 12, 14, 16 und 18 die folgenden Komponenten auf: Brüdenausgang 46 zum Abtransport von Wasserdampf, eine Lampe 48 zur Beleuchtung des jeweiligen Trocknungsraumes 12b, 14b, 16b bzw. 18b, ein Magnetron 50 mit einer Leistung von 6 kW bei einer Frequenz von 2.450 MHz, einen Isolator 52 mit einer Leistung von 6,5 kW bei einer Frequenz von 2.450 MHz, einen Modentyp-Wandler 54, einen Anpassungsglied 56 zum Abstimmen des Systems aus Magnetron 50 und Isolator 52, einen T-Hohlleiter 58 zur Auskopplung der Mikrowellenenergie von Magnetron 50, einen Feldrührer (Mode Stirrer) 60 zur Vergleichmäßigung des Mikrowellenfeldes, eine Infrarot-Kamera 62, jeweilige Magnetrons 64 und 66 jeweils mit einer Leistung von zum Beispiel 3 kW bei einer Frequenz von 2.450 MHz mit jeweils einem Isolator 68 bzw. 70 jeweils mit einer Leistung von 3 kW bei einer Frequenz von 2.450 MHz, wobei die jeweiligen Leistungen und das Verhältnis der Leistung von ungerichteter Mikrowellenstrahlung zur Leistung von gerichteter Mikrowellenstrahlung zum Beispiel von den Beschaffenheiten, wie zum Beispiel Form und Material, Größe etc., abhängen können, und einem jeweiligen Anpassungsglied 72 bzw. 74 für die beiden Systeme aus Magnetron 64 und Isolator 68 bzw. Magnetron 66 und Isolator 70 und einem jeweiligen länglichen Strahler 72a bzw. 74a, zum Beispiel einem Schlitzstrahler, Doppelschlitzstrahler oder Linearstrahler zur Auskopplung der Mikrowellenstrahlung, die sich jeweils in der Förderrichtung erstrecken und in einem Abstand zueinander in der Förderrichtung angeordnet sind, und eine Lichtschranke 76 zur Werkzeugträgererkennung. Die oberhalb der Wabenkeramiken, von denen hier nur eine mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist, angeordnete Mikrowellenquelle, die zusammenfassend als Magn A bezeichnet ist, liefert mittels des T-Hohlleiters 58 ungerichtete Mikrowellenstrahlung, sozusagen einen Grundanteil, während die unterhalb der Wabenkeramiken angeordneten Mikrowellenquellen, die allgemein mit Magn B und Magn C gekennzeichnet sind, gerichtete Mikrowellenstrahlung liefern.
3 zeigt die Anteile der Mikrowellenenergie von Mikrowellenquelle Magn A (Linie 78) sowie eines jeweiligen Mikrowellenquelle Magn B bzw. Magn C (Linie 80) quer zur Förderrichtung F (siehe 1), die eine jeweilige Wabenkeramik 28 wahrnimmt. 4 zeigt die resultierende räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie E. An den beiden Enden 28a und 28b der Wabenkeramik 28 in deren Längsrichtung ist die eingestrahlte Mikrowellenenergie geringer als in der Mitte 28c der Wabenkeramik. Die räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie verläuft im Prinzip in Form einer umgedrehten Parabel. Dies stellt eine besonders vorteilhafte räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung der Wabenkeramik 28 dar und führt zu einer besonders gleichmäßigen Trocknung der Wabenkeramik und vermeidet eine Überhitzung an den Enden 28a und 28b.
Schließlich zeigt 5 eine Anordnung zur Messung der Feuchteverteilung in einer Wabenkeramik 28 entlang deren Längsrichtung mittels Mikrowellenresonanzspektroskopie. Ein Wandler 82 wird hinsichtlich seiner Resonanzfrequenz aufgrund des Einflusses des Kontakts mit der Wabenkeramik 28 verstimmt. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz sowie die Dämpfung können zur Berechnung der dielektrischen Verluste des Wabenkeramikmaterials verwendet werden, die vom Feuchtigkeitsgehalt abhängen. Vorzugsweise wird die Feuchtemessung online hinter einem der Module 12, 14, 16 und 18 bzw. 24 durchgeführt, um anhand der Ergebnisse der Feuchtemessung eine Regelung der Mikrowellenenergie in dem vorgeschalteten Trocknungsraum bzw. den vorgeschalteten Trocknungsräumen vorzunehmen. Die Regelung der Mikrowellenenergie umfaßt dabei vorzugsweise die Regelung des Verhältnisses der Leistung von ungerichteter Mikrowellenstrahlung zur Leistung von gerichteter Mikrowellenstrahlung. Gleichzeitig bzw. alternativ können die Ergebnisse der Feuchtemessung zur Steuerung einer nachfolgenden (End-)Trocknung oder als Qualitätsparameter der Trocknung verwendet werden.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

10: Vorrichtung
12, 14, 16, 18: geschaltete Module
20: Beschickungsstation
22: Einlaßmodul
24: Auslaßmodul
26: Entnahmestation
12a, 14a, 16a, 18a: schrankartige Gehäuse
12b, 14b, 16b, 18b: Trocknungsräume
13, 15, 17: Kanäle
22a, 24a: Kanäle
24: Auslaßmodul
28: Wabenkeramik
28a, 28b: Enden
28c: Mitte
30: Werkzeugträger
32: Stopper
34, 36, 38: Detektoren
40: Fördereinrichtung
42: Einlaßkappe
44: Auslaßkappe
46: Brüdenausgang
48: Lampe
50: Magnetron
52: Isolator
54: Modentyp-Wandler
56: Anpassungsglied
58: T-Hohlleiter
60: Feldrührer
62: Infrarot-Kamera
64, 66: Magnetrone
68, 70: Isolatoren
72, 74: Anpassungsglieder
72a, 74a: Strahler
76: Lichtschranke
82: Wandler
F: Fördereinrichtung

Claims

Vorrichtung (10) zum Trocknen von mehreren parallel nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten, länglichen keramischen Körpern, insbesondere Wabenkeramiken oder keramischen Katalysatoren, mittels Mikrowellenstrahlung im Durchlauf durch mindestens einen Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b), in dem mindestens zwei Mikrowellenquellen vorgesehen sind, und einer Fördereinrichtung (40) zum kontinuierlichen Fördern von mehreren parallel nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten, länglichen keramischen Körpern durch den Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b) oder die Trocknungsräume (12b; 14b; 16b; 18b), dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenquellen zwei verschiedenen Arten angehören, wobei die eine Art von Mikrowellenquelle ungerichtete Mikrowellenstrahlung und die andere Art von Mikrowellenquelle gerichtete Mikrowellenstrahlung erzeugt, und die beiden Mikrowellenquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, daß in dem Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b) die beiden Enden (28a, 28b) eines keramischen Körpers in seiner Längsrichtung einer geringeren Mikrowellenenergie als die Mitte (28c) des keramischen Körpers in seiner Längsrichtung ausgesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genau drei Mikrowellenquellen vorgesehen sind, von denen eine eine umgerichtete Mikrowellenquelle zur Erzeugung von umgerichteter Mikrowellenstrahlung ist und die beiden anderen gerichtete Mikrowellenquellen zur Erzeugung von gerichteter Mikrowellenstrahlung sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Mikrowellenquellen derart ausgewählt und angeordnet sind, daß in dem Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b) die räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung eines keramischen Körpers zumindest im wesentlichen symmetrisch zur Mitte (28c) des keramischen Körpers in Längsrichtung ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrichtung zumindest im wesentlichen dem Verlauf einer umgedrehten Parabel entspricht, deren Scheitelpunkt in der Mitte (28c) eines keramischen Körpers in seiner Längsrichtung liegt.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feuchtemeßeinrichtung zur Online-Messung der Feuchteverteilung in jedem oder jedem n-ten (n = 1, 2, 3, ...) keramischen Körper in oder in Förderrichtung hinter dem Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b) vorgesehen ist, wobei die Mikrowellenenergie von mindestens einer der drei Mikrowellenquellen in Abhängigkeit von den Meßwerten der Feuchtemeßeinrichtung regelbar ist und/oder die Heizenergie in einem gegebenenfalls nachgeschalteten Trocknungsraum (12b; 14b; 16b; 18b) steuerbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtemeßeinrichtung gestaltet ist, um die Feuchteverteilung in einem keramischen Körper mittels Mikrowellen zu messen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtemeßeinrichtung gestaltet ist, um die Feuchteverteilung in Längsrichtung der keramischen Körper zu messen.