DE19516497A1 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischer Masse nach einem Walzpreßverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischer Masse nach einem Walzpreßverfahren.

Seit einigen Jahren ist es bekannt, Formkörper aus keramischer Masse herzustellen, indem die Roh- und Zuschlagstoffe für die keramische Masse angefeuchtet und gemischt und anschließend durch Walzen zu einem Grünkörper geformt werden. Dieser läßt sich dann zerteilen, wickeln, falten und dergleichen, so daß entsprechende Formkörper herstellbar sind. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der EP 0 497 151 A1 beschrieben. Zur Herstellung eines aus mindestens zwei Schichten bestehenden entsprechenden Formkörpers als Verbundwerkstoff ist in der DE-PS 41 33 712 ein entsprechendes Verfahren beschrieben. Dieses läuft darauf hinaus, daß mehrere Grünkörper schichtenartig übereinander gelegt und ggf. mit anderen Schichten gemischt einem weiteren Walzvorgang unterzogen werden. Um die Anwendungsbreite entsprechender Formkörper vergrößern zu können, ist es wünschenswert, diese mit innenliegenden Hohlstrukturen zu versehen, also innerhalb des Grünkörpers Kanäle, Kammern und dergleichen herzustellen, die möglichst eine wunschgemäße Geometrie hinsichtlich Querschnitt und Lage aufweisen. Aus dem Stand der Technik sind hierzu nur einige aufwendige Herstellungsweisen bekannt, wonach plattenförmige Bauteile durch mehrere kombinierte Verfahrensschritte herstellbar sind. Entweder werden Hohlstrukturen ausgebohrt, ausgefräst, ausgebrannt oder beim Zusammensetzen von Einzelplatten gebildet oder die Bauteile durch aufwendige Gieß- und Extrusionsverfahren realisiert. Bei der Herstellung von Formkörpern nach dem Walzpreßverfahren besteht nur die Möglichkeit, Einzelplatten mit entsprechend profilierten Oberflächen herzustellen und anschließend zusammenzusetzen, was den Nachteil von Grenzflächen, unnötig engen Fertigungstoleranzen und dergleichen mit sich bringt. Auch besteht die Möglichkeit, Ausbrennstoffe in das Innere der Platten einzupressen, um durch einen anschließenden Ausbrand, der allerdings nicht immer rückstandsfrei durchgeführt werden kann, die Hohlstrukturen zu erzeugen. Bei allen vorbekannten Verfahren sind der fertigungstechnische Aufwand und die Kosten ebenso wie die Umweltbelastungen hoch.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischer Masse nach einem Walzpreßverfahren anzugeben, mit welchem sich im Inneren der Formkörper Hohlstrukturen definierten Verlaufs und mit einer definierten Geometrie ausbilden lassen.

Zur technischen Lösung wird das gattungsgemäße Verfahren dadurch verbessert, daß im Walzenspalt wenigstens zeitweise wenigstens ein Profilkörper angeordnet ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ermöglicht, daß sich durch die Verdrängung des Profilkörpers im Walzspalt in dem Grünkörper eine Hohlstruktur ausbildet, deren Querschnittsgeometrie dem Querschnitt des Profilkörpers im wesentlichen entspricht.

Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, daß die gebildeten Hohlstrukturen sehr exakt herstellbar sind, wobei der technische und verfahrensseitige Aufwand gering sind.

Gemäß einem Vorschlag der Erfindung ist der wenigstens eine Profilkörper ein Dorn. Dieser kann mit einer an sich bekannten Vorrichtung in den Walzenspalt ragend angeordnet werden. Verfahrenstechnisch können auch eine Vielzahl von Profilkörpern eingesetzt werden. Die Profilkörper können mehrteilig ausgebildet sein. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung wird der Profilkörper düsenförmig ausgebildet und zur Zuführung von Zusatzstoffen verwendet. Durch diese Maßnahme können in den Hohlstrukturen entsprechende Einlagerungen erfolgen. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Profilkörper mit Additiven versehen werden. Dabei kann es sich um Schmiermittel handeln, um Zusatzstoffe, um den Grünkörper im Bereich der Hohlstruktur entsprechend auszustatten und dergleichen.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß die Profilkörper bewegt werden. Hieraus ergeben sich eine große Anzahl verfahrens- und fertigungstechnischer Vorteile. Beispielsweise können die Profilkörper in den Walzenspalt hinein- und wieder herausbewegt werden, wodurch Beginn und Ende von Hohlstrukturen definiert werden. Weiterhin können Profilkörper bis an Walzenscheitel herangeführt werden, wodurch die Lage der Hohlstrukturen und ggf. deren Öffnung an einer der Oberflächen definiert wird. Profilkörper können mit Kröpfungen versehen und gekippt werden, so daß entweder breite Kanäle oder Oberflächenöffnungen mit dem gleichen Profilkörper herstellbar sind. Die Profilkörper können auch einfach in der Walzenspaltquerrichtung hin und her bewegt werden, so daß sich in Kombination mit der Vorschubgeschwindigkeit des Grünkörpers mäanderförmige Hohlstrukturen ausbilden lassen.

In vorteilhafter Weise werden Profilkörper aus Metall verwendet.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Walzenspalt durch eine Vielzahl von Walzen gebildet wird.

Während aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt sind, wonach im wesentlichen dünne Streifen flächigen Grünkörpers hergestellt werden, können durch eine Vielzahl von Walzen auch beliebige Grünkörperprofile hergestellt werden, die zudem noch erfindungsgemäß mit beliebigen Hohlstrukturen versehen werden können.

Mit der Erfindung wird ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren zur Herstellung von Hohlstrukturen in Formkörpern aus keramischer Masse angegeben.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erläuterung des Verfahrens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Walzenspaltes mit unterschiedlichen Profilkörperquerschnitten;

Fig. 3 eine Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels mit drei Walzen und

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit sechs Walzen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei parallel zueinander angeordnete Walzen 1, 2 gezeigt, denen eine keramische Mischung über einen Trichter 4, in welchem ein Rührwerk 5 arbeitet, und eine Schnecke 6 zugeführt wird. Im Walzenspalt 3 wird die keramische Masse zu einem Grünkörper 7 gepreßt und über ein Rollenband 8 der weiteren Verarbeitung zugeführt. In den Walzenspalt 3 ragt ein Profilkörper 9 hinein, der als Dorn gezeigt ist, und in dem Grünkörper 7 eine kanalartige Hohlstruktur 10 ausbildet.

Als keramische Masse kommt beispielsweise eine Pulvermischung in Frage, bestehend aus den Rohstoffkomponenten Al₂O₃ und SiO₂ mit einer Korngrößenverteilung im Bereich zwischen 0,01 und 1 ,5 mm. Homogenisiert wird diese Pulvermischung mit Binde- und Plastifizierungsmitteln auf der Basis beispielsweise von Polysacchariden, Cellulosederivaten, Polyvinylalkohol usw., sowie durch die Zugabe von Wasser. Die Gesamtzusatzmenge aller Additive einschließlich Feuchte liegt für die nicht plastischen Rohstoffe je nach spezifizierter Oberfläche im Bereich von 3 bis 20%.

Alternativ kommt in Frage eine Pulvermischung bestehend aus Tonmehl, beispielsweise Steinzeugton, und dem Zusatz der oben angeführten Additive oder die Zugabe von 3 bis 25% Wasser.

Der Profilkörper 9 bewirkt, daß in dem Grünkörper 7 ein Kanal 10 ausgebildet wird. In Fig. 2 sind unterschiedliche Profilkörper 9 im Querschnitt gezeigt, und es ist offensichtlich, daß die Größe der Hohlstrukturen und deren Verteilung und Anzahl von den Dimensionen des Grünkörpers abhängen.

Werden der oder die Profilkörper beweglich angeordnet, lassen sich die unterschiedlichsten Effekte erzielen. Ein in einem Walzenspalt quer hin und her bewirkter Profilkörper erzeugt eine mäanderförmig geschwungene Kanalstruktur infolge der Vorschubgeschwindigkeit des Keramikmaterials. Wird ein Profilkörper in Richtung eines der Walzenscheitel bewegt, so wird der Hohlkanal bis zu einer Oberfläche des Grünkörpers geführt, wo beispielsweise ein Kanalzugang erzeugt wird. Wird ein Profilkörper aus dem Walzenspalt zurückgezogen, wird die Hohlstruktur an dieser Stelle geschlossen.

In den Fig. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele für entsprechende Keramikkörperquerschnitte gezeigt. Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein dreieckiger Profilkörper durch die drei Walzen 1, 2 und 11 gebildet, der im Inneren einen dreieckigen Kanal aufweist, erzeugt durch den Profilkern 12. In Fig. 4 ist ein entsprechendes, sechseckiges Beispiel ausgeführt, gebildet durch die Walzen 2, 11, 13, 14, 15 und 16 im Zusammenwirken mit dem Profilkörper 17.

Selbstverständlich sind beliebige Kombinationen von Walzen und Profilkörpern und Profilkörperbewegungen im Rahmen der Erfindung möglich.

Die Anwendungsbereiche der vorbeschriebenen Technologie sind vielfältig. Entsprechend hergestellte Keramikbauteile eignen sich zum Aufbau von Wärmetauschern, Strömungsbauteilen für flüssige und/oder gasförmige Stoffe, Spüler, Füllkörper, Verkleidungselemente, Filter, Rohre usw..

Bezugszeichenliste

1 Walze
2 Walze
3 Walzenspalt
4 Trichter
5 Rührwerk
6 Schnecke
7 Grundkörper
8 Rollenstand
9 Profilkörper
10 Hohlstruktur
11 Walze
12 Profilkörper
13 Walze
14 Walze
15 Walze
16 Walze
17 Profilkörper

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischer Masse nach einem Walzpreßverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß im Walzenspalt wenigstens zeitweise wenigstens ein Profilkörper angeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Profilkörper ein Dorn verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein düsenförmiger Profilkörper zur Zuführung von Zusatzstoffen verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Profilkörper mit Additiven versehen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Profilkörper bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Profilkörper an einen Walzenscheitel herangeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Profilkörper gekippt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Profilkörper im Walzenspalt hin und her bewegt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Profilkörper aus Metall verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenspalt durch eine Vielzahl von Walzen gebildet wird.