DE19952137C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer Massen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer MassenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Koalin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, wobei die Masse durch hintereinander angeordneten Lochplatten (3, 5) mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenverhältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durchströmung der Kornstruktur der Masse verändert wird. Dies Verfahren wird dadurch verbessert, dass die Durchlassquerschnitte der Kanäle einer ersten Lochplatte (3) durch an einer zweiten Lochplatte (5) angeordnete und mit ihr von rückwärts an die Kanalauslässe der ersten Platte (3) annäherbare Verdrängungskörper veränderlich eingestellt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer,
insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wir Kaolin, Ton, Aluminiumoxid
oder dergleichen, wobei die Masse durch hintereinander angeordnete Lochplatten
mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenver
hältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle
sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durch
strömung die Kornstruktur der Masse verändert wird.
Die Erfindung betrifft auch
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einer bekannten Vorrichtung zur Delaminierung von Kaolin wird die Masse
unter Druck durch eine Vielzahl kleiner Kanäle einer Lochplatte hindurchgepresst.
Wesentliche Betriebsparameter sind dabei einerseits der aufzubringende Press
druck, das Durchmesser/Längenverhältnis der Kanäle sowie das Verhältnis von
Energieaufwand und dem erzielbaren Durchsatz der zu prozessierenden Masse,
sowie andererseits die dynamische Zähigkeit des hochviskosen Gutes. Die rheo
logischen Eigenschaften der hochviskosen Masse ergeben beim Hindurchpressen
durch die Kanäle druckabhängige Geschwindigkeitsanstiege, die in der Masse
infolge innerer Reibung Scherspannungen verursachen und die Wärme erzeugen.
Dabei werden die prozessierten Massen in ihrer Kornstruktur und Verteilung im
Sinne einer Homogenisierung verändert und vergleichmäßigt.
Mit den bekannten Vorrichtungen und entsprechenden Verfahren wird jedoch in
ökonomischer Hinsicht nur ein oftmals unbefriedigendes Ergebnis mit einem un
günstigen Verhältnis einerseits von. Energieaufwand und Durchsatz, und anderer
seits mit unzureichender Qualität der Homogenisierung erreicht, was zu Fertigpro
dukten minderer Güte und damit zu wirtschaftlichen Verlusten führt. Selbst eine
Optimierung der Homogenisierungsergebnisse ist - wenn überhaupt - nur in ver
gleichsweise engen Grenzen möglich.
Das Dokument AT 1590 beschreibt einen sogenannten Tonschneider, bestehend
aus einer an oder nahe dem Austrittsende eines Zylinders rotierenden, mit Löchern
oder Schlitzen versehenen Scheibe, ggf. auch mit mehreren solchen im Zylinder
angeordneten rotierenden Scheiben, welche infolge ihrer Drehung außer einer
Teilung der vorgedrückten Tonmasse in der Längsrichtung auch noch eine Teilung
in der Querrichtung bewirken. Dadurch soll eine innige Mischung und zugleich
Reinigung der Materialien, sowie deren Homogenität und Plastizität herbeigeführt
werden. Zwecks Erhöhung der letzteren wird der Vorschub und die Verdichtung
der Tonmasse lediglich durch Transporteure bewirkt, welche so weit voneinander
im Zylinder angeordnet sind, dass die ganze Tonsäule im Zylinder möglichst wenig
unterbrochen wird.
Das Dokument US 3,574,345 beschreibt ein Verfahren zum Prozessieren partiku
lierten Materials wie Ton und Kreidemergel, bevorzugt mit Partikeln kleiner als 75
Mikrometer im sphärischen Durchmesser, wobei ein Filterkuchen des Materials
durch eine Knetmühle hindurchpassiert wird, welche ein Längen/Durchmesser-
Verhältnis im Bereich von 4 : 1 bis 10 : 1 besitzt, und zwar unter solchen Bedingun
gen, dass die vom Material absorbierte Energie größer ist als 40 PS-Stunden pro Tonne.
Das Dokument EP 0 865 889 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Prozessierung
keramischer Massen, umfassend zumindest einen Schraubenkneter, gefolgt von
einer Entgasungseinheit, mit einer Station zur Unterdruckerzeugung und Zerklei
nerung, die ihrerseits von einem Extruder mit Vakuum gefolgt ist, der das Material
zu einer Düse fördert.
Der Entgasungsraum der Einheit umfasst eine Schneckenwendel, zugeordnet ei
ner gemeinsamen Achse mit Knetwendeln des Kneters und des Extruders, wobei
diese Achse mit einer einzigen und gleichen Welle ausgebildet ist, die an einer
Auskragung hinter einer Motorantriebseinheit anmontiert ist.
Das Dokument DD 18 260 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Feinaufbereitung plastischer Massen, insbesondere keramischer Mischungen,
wobei die feuchte Masse mittels einer Schnecke, eines Kolbens oder dergleichen
durch Längsschlitze eines stillstehenden konischen Mantels oder Korbes hin
durchgedrückt wird und durch schnelllaufende Leisten mit hoher Geschwindigkeit
nahezu senkrecht gegen eine ebenfalls schnell-umlaufende, harte Prallwand ge
schleudert wird. Hierzu ist ein am Kopfende eines Zubringers angeordneter, mit
Längsschlitzen versehener Korb von einem drehbar gelagerten Prallring größeren
Durchmessers umgeben, in dessen Innern Schlagleisten in Abständen befestigt
sind, die nahe bis an den Korb heranreichen.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die bekannten Vorrichtungen signifikant zu verbessern, um ein günsti
geres Verhältnis von Energieaufwand und Materialdurchsatz, und ein Produkt von
höherer Qualität zu erzielen, und zugleich Mittel und Maßnahmen zur bestmögli
chen Steuerung des Prozesses der Delaminierung zu erhalten.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An
spruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Durchlassquerschnitte
der Kanäle einer ersten Lochplatte durch an einer zweiten Lochplatte an
geordnete und mit ihr von rückwärts durch die Kanalauslässe der ersten Platte
annäherbare Verdrängungskörper veränderlich eingestellt werden.
Hierbei wirkt sich die aus der Reibung entstehende Wärme zusätzlich positiv auf
den Aufbereitungsvorgang aus. Dieser ergibt im Wesentlichen eine Vergleichmä
ßigung der Kornstruktur durch deren Homogenisierung, was sich außerordentlich
vorteilhaft auf die Weiterverarbeitung der delaminierten Massen, bspw. bei der
Herstellung von keramischen Artikeln auswirkt. Mit Vorteil wird dabei auch die Zä
higkeit der Masse herabgesetzt, so dass sie leichter zu verarbeiten ist.
Infolge der mit Hilfe der Verdrängungskörper veränderlich einstellbaren Druckzu
stände kann eine Kornzerkleinerung bzw. auch Kornbildung druckabhängig beeinflußt
werden. Indem die Verdrängungskörper in die Löcher der ersten Lochplatte
mehr oder weniger hineinragen, wird eine Druckeinstellung durch Verschieben der
zweiten Lochplatte infolge Veränderung der Austrittsquerschnitte an der ersten
Lochplatte erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Möglichkeit einer Einstellung des
Arbeitsdruckes beim Durchtritt der Masse durch die Kanäle der ersten und zweiten
Lochplatte kann ein optimales Delaminierungsverfahren bspw. auch bei wech
selnden Betriebsparametern der Masse wie bspw. unterschiedliche Feuchtigkeit
erzielt werden und ein kontinuierlich-gleichmäßiges Produkt erzeugt werden.
Hierfür sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung weiter vor,
daß der Abstand zwischen erster und zweiter Lochplatte unter Verwendung eines
Kniehebelsystems vor oder auch während des Preßvorganges eingestellt wird. Die
Veränderung des Abstandes kann auch mit hydraulischen Mitteln oder elektrome
chanischen Mitteln vorgenommen werden.
Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Pro
duktqualität der prozessierten Masse, insbesondere nach Maßgabe der Fließei
genschaft bzw. kinetischen Zähigkeit und/oder Homogenisierung des Korngefüges,
fortlaufend kontrolliert und die Einstellung der Arbeitsparameter Förderdruck, Ein
stellung der Durchlaßquerschnitte an den Kanälen der ersten Lochplatte, nach
Maßgabe des Kontroll-Ergebnisses online vorgenommen wird. Hierbei kann so
vorgegangen werden, daß für die Einhaltung der Fließeigenschaft bzw. kineti
schen Zähigkeit der prozessierten Masse ein Soll-Wert vorgegeben und als Re
gelgröße verwendet wird.
Hierfür erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Masse unter Aufbringung
von Extrusionsdruck durch die Lochplatten hindurchgedrückt wird. Es kann von
der Maßnahme Gebrauch gemacht werden, daß die Masse mittels einer helixför
migen Schneckenwendel unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten extru
diert wird, und das Ende der helixförmigen Schneckenwendel im Abstand sowie im
spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte geführt wird und dabei infolge seiner
Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatte quetscht, was
dadurch erreicht wird, daß erfindungsgemäß ein definierbarer Abstand zwischen
dem Ende der Schneckenwendel und der Lochplatte eingestellt wird.
Mit großem Vorteil wird durch den Extrusionsvorgang und insbesondere bei ex
akter Einstellung des Abstandes zwischen Ende der Schneckenwendel und Loch
platte ein absolut gleichmäßiger Durchtritt der Masse mit nur unwesentlicher Ab
hängigkeit von deren physikalischem Zustand erreicht, wodurch eine sehr gleich
mäßige Delaminierung der Masse stattfindet.
Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere
keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton oder Aluminiumoxid etc., ist
durch die im Kennzeichnungsteil von Anspruch 7 genannten und miteinander zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammenwirkbaren Kon
struktionselemente gekennzeichnet.
Das Grundprinzip der Erfindung beruht darauf, daß eine plastische keramische
Masse durch zwei hintereinander angeordnete Siebplatten mit definierter Loch
größe und Anordnung gepreßt wird. Dabei erfolgt die Delaminierung durch Scher
kräfte an den Lochkanten und Scherspannungen infolge Änderung der Strö
mungsgeschwindigkeit, insbesondere Geschwindigkeitserhöhung der Masse in
den Lochkanälen. Dabei wird die Kornstruktur und -verteilung der Masse verän
dert und insbesondere die kinetische Zähigkeit herabgesetzt. Die aus dem Stand
der Technik bekannten Verfahren mit nur einer Siebplatte lassen im Vergleich zum
erfindungsgemäßen System nur eine wesentlich schlechtere Delaminierung der
Masse mit ungleicher Kornverteilung zu.
Nach der Erfindung erfolgt durch das Hindurchpressen durch die erste Lochplatte
zunächst ein erster Aufbereitungsschritt. Dabei wird die Masse in die Kammer
zwischen den Lochplatten gepreßt und strömt von dort durch die zweite Lochplat
te, die durch das vorgenannte Kniehebelsystem im Abstand zur ersten Platte verschoben
werden kann. Der Druckabfall und somit das Strömungsverhalten der
Masse in der Kammer wird durch den Abstand der Platten wesentlich beeinflußt,
insbesondere deshalb, weil die Fließeigenschaften der keramischen Massen stark
druckabhängig sind und infolgedessen die Kornzerkleinerung bzw. Kornbildung
durch Plattenabstandsveränderung erheblich beeinflußt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
Fig. 1 die Delaminierungs-Vorrichtung in Seitenansicht, und teilweise im
Schnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung.
Die aus Fig. 1 erkennbare Bauart der Vorrichtung besitzt einen Preßzylinder 1 zur
Aufnahme und Förderung von Rohmasse wie Kaolin oder Ton unter Druck. In die
sem Preßzylinder 1 befindet sich eine umlaufbar angeordnete und Rohmasse
fördernde, von einem nicht gezeigten Antrieb in Rotation versetzbare Extrusions
schnecke 2.
Den druckseitigen Abschluß des Preßzylinders 1 bildet eine erste Lochplatte 3,
welche eine Vielzahl von Durchtrittskanälen für die unter Druck geförderte Masse
besitzt. Dieser ist unter Ausbildung einer Kammer 4 eine mit Mitteln 7 bis 10 zur
Abstandsveränderung und Führung ausgebildete zweite Lochplatte 5 nachgeord
net. Zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte 5 ist ein Kniehebelsystem 8
mit einem zugeordneten Spindeltrieb 9 vorgesehen. Ein das Kniehebelsystem 8
mit seinen Kräften aufnehmender sowie abstützender Rahmen 10 schließt die
Vorrichtung an der Vorderseite ab. Das Kniehebelsystem ist ein Dreifachkniehe
belsystem in 120°-Anordnung. Durch das Kniehebelsystem ist es möglich, auch
bei großen Preßkräften mit einer relativ kleinen Eingangskraft, noch Bewegungen
auszuführen. Von Vorteil ist dabei die Eigenschaft, daß je weiter der Kniehebel
gestreckt wird, d. h. die Preßkräfte infolge kleinerer Querschnitte immer größer
werden, auch das Kraftübersetzungsverhältnis immer größer wird. Die Wegüber
setzung wird dagegen immer kleiner, wodurch ein besonders feinfühliges Beein
flussen der Strömungsverhältnisse möglich ist. Das Kniehebelsystem wird vor
zugsweise über einen Spindeltrieb 9 betätigt. Ebenfalls denkbar sind hydraulische
oder pneumatische Betätigung.
Die Vorrichtung betrifft Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende
12 der Schneckenwendel 2 und der Vorderseite der Lochplatte 3. Die zweite
Lochplatte 5 weist an ihrer Vorderseite vorstehende Verdrängungskörper 6 in
paßgenauer Anordnung mit den Kanälen der ersten Lochplatte 3 auf.
Weiterhin sieht die Vorrichtung vor, daß der Preßzylinder 1 mit einem endständi
gen Flansch, Innenflansch des Rahmens 10 hintergreifbar in diesen einge
fügt ist. Dadurch ergibt sich eine außerordentlich kompakte und unkomplizierte
Ausbildung der Vorrichtung. Und schließlich ist zwischen der zweiten Lochplatte 5
und der Kniehebelkinematik 8 eine geschlossene Druckübertragungsplatte 7 an
geordnet und über randständige Abstandshalter dieser zugeordnet.
1
Presszylinder
2
Schneckenwendel
3
erste Lochplatte
4
Kammer
5
zweite Lochplatte
6
Kerne/Verdrängungskörper
7
Druckplatte
8
Kniehebelsystem
9
Spindeltrieb
10
Rahmen
11
Dichtelement
12
Ende der Schneckenwendel
Claims (14)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere kera
mischer bzw. erdiger Massen wir Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen,
wobei die Masse durch hintereinander angeordnete Lochplatten (3, 5) mit je
weils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenver
hältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der
Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei de
ren Durchströmung die Kornstruktur der Masse verändert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchlassquerschnitte der Kanäle einer ersten Lochplatte (3) durch
an einer zweiten Lochplatte (5) angeordnete und mit ihr von rückwärts an die
Kanalauslässe der ersten Platte (3) annäherbare Verdrängungskörper verän
derlich eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen erster (3) und zweiter Lochplatte (5) vor oder wäh
rend des Pressvorgangs eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Produktqualität der prozessierten Masse, insbesondere nach Maßga
be der Fließeigenschaft bzw. kinetischer Zähigkeit und/oder Homogenisierung
des Korngefüges, fortlaufend kontrolliert und die Einstellung der Arbeitspara
meter wie Förderdruck, Einstellung der Durchlassquerschnitte an den Kanälen
der ersten Lochplatte (3) etc. nach Maßgabe des Kontroll-Ergebnisses online
vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Fließeigenschaft bzw. kinetische Zähigkeit der prozessierten Mas
se ein Sollwert vorgegeben und als Regelgröße verwendet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Masse unter Aufbringung von Extrusionsdruck durch die Lochplatten
(3, 5) hindurchgedrückt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zu prozessierende Masse mittels einer helixförmigen Schneckenwen del (2) unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten (3, 5) extrudiert wird und das Ende (12) der helixförmigen Schneckenwendel (2) im Abstand sowie im spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte (3) geführt wird und dabei infolge seiner Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatten (3) quetscht, und
dass ein definierbarer Abstand zwischen dem Ende (12) der Schneckenwendel (2) und der Lochplatte (3) eingestellt wird.
dass die zu prozessierende Masse mittels einer helixförmigen Schneckenwen del (2) unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten (3, 5) extrudiert wird und das Ende (12) der helixförmigen Schneckenwendel (2) im Abstand sowie im spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte (3) geführt wird und dabei infolge seiner Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatten (3) quetscht, und
dass ein definierbarer Abstand zwischen dem Ende (12) der Schneckenwendel (2) und der Lochplatte (3) eingestellt wird.
7. Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere ke
ramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder derglei
chen, wobei diese durch wenigstens eine Lochplatte (3) hindurchgepresst und
dabei durch Scherwirkung die Kornstruktur der Masse verändert wird, umfassend
einen Presszylinder (1) zur Aufnahme und Förderung der Masse unter
Druck, eine im Presszylinder (1) umlaufende Extrusionsschnecke (2) für die
Masse sowie wenigstens eine den druckseitigen Abschluss des Presszylinders
(1) bildende Lochplatte,
gekennzeichnet durch
eine unter Ausbildung einer Kammer (4) mit der Lochplatte (3) und mit Mit teln (7-10) zur Abstandsveränderung und Führung versehene zweite Loch platte (5),
eine zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) ausgebildete me chanische, hydraulische oder elektrische Kinematik (8),
einen die Kinematik (8) zur Abstandsveränderung mit ihren Kräften auf nehmenden sowie abstützenden Rahmen (10),
eine Ausbildung der zweiten Lochplatte (5) mit an ihrer Vorderseite vorste henden Verdrängungskörpern (6) in passgenauer Anordnung mit den Ka nälen der Lochplatte (3).
eine unter Ausbildung einer Kammer (4) mit der Lochplatte (3) und mit Mit teln (7-10) zur Abstandsveränderung und Führung versehene zweite Loch platte (5),
eine zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) ausgebildete me chanische, hydraulische oder elektrische Kinematik (8),
einen die Kinematik (8) zur Abstandsveränderung mit ihren Kräften auf nehmenden sowie abstützenden Rahmen (10),
eine Ausbildung der zweiten Lochplatte (5) mit an ihrer Vorderseite vorste henden Verdrängungskörpern (6) in passgenauer Anordnung mit den Ka nälen der Lochplatte (3).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kinematik zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) mit
einem Kniehebelsystem (8) und einem zugeordneten Spindeltrieb (9) ausge
stattet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kniehebelsystem (8) ein Dreifachkniehebelsystem in 120°-Anordnung
ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der zweiten Lochplatte (5) und dem Kniehebelsystem (8) eine
geschlossene Druckübertragungsplatte (7) angeordnet ist und über randstän
dige Abstandshalter dieser zugeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Presszylinder (1) mit einem endständigen Flansch, einem Innen
flansch des Rahmens (10) hintergreifbar, in diesen eingefügt ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rahmen (10) mindestens eine Austragungsöffnung für fertigprozes
sierte Masse aufweist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammer (4) periphere, dem Abstand zwischen den Lochplatten (3, 5)
anpassbare Dichtungselemente (11) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende (12) der
Schneckenwendel der Extrusionsschnecke (2) und der Vorderseite der Loch
platte (3) besitzt.
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EP0865889A1 (de) * | 1997-03-12 | 1998-09-23 | Bernard Mary | Vorrichtung zum Herstellen keramischer Gegenstände |
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1999
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