DE2101104A1

DE2101104A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen keramischer Massen

Info

Publication number: DE2101104A1
Application number: DE19712101104
Authority: DE
Inventors: Michel Henri Chchy sous Bois; Halber Bernard Lucien Desire La Varenne; Guerga (Frankreich)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1971-01-12
Publication date: 1971-07-22
Also published as: GB1339644A; US3704523A; FR2076405A5; ES387205A1

Description

Patentanwalt

Dipl.-Phys. Leo Thul

7 Stuttgart 2101104

-M.H. Guerga 1-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen keramischer Massen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Gegenständen aus keramischer Masse, die auf oder in Formen liegen.

Früher war es allgemein üblich, Gegenstände aus keramischer Masse an der freien Luft zu trocknen. Dabei wurde den Gegenständen sowohl durch langsames Verdampfen als auch durch Absorption durch die Form Wasser entzogen. Dieser Trcknungsvorgang war dann beendet, wenn die zu trocknenden Gegenstände so fest waren, daß man sie einfach und ohne sie zu beschädigen aus ihren Formen entnehmen konnte. Dieses Verfahren fordBrte sehr viel Zeit, sehr große Lagerflächen und sehr viele Formen, die schnell verschmutzten und sich unter dem Einfluß des absorbierten Wassers zersetzten, so daß sie bald durch neue ersetzt werden mußten.

Es ist bekannt, zur Verkürzung der erforderlichen Trockenzeit die zu trocknenden Gegenstände infraroter Strahlung auszu3etz en und zusätzlich heiße, trockene Luft über sie strömen zu lassen. Bei diesem Verfahren bildet sich jedoch

an der Oberfläche eine Kruste, die den weiteren Wasseraustritt an dieser Stelle verhindert, so daß die Gegenstände ungleichmäßig schrumpfen und an ihrer Oberfläche Risse und Verwerfungen entstehen.

Aufgabe der Erfindung 1st es, ein Verfahren zum Trocknen von Gegenständen aus keramischer Masse zu schaffen, das

Sr/Mir

23.12.1970 -/-

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die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zu trocknenden Gegenstände während einer ersten Periode in einer ersten, abgeschlossenen Kammer durch Mikrowellenstrahlung schnell auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden und dabei durch einen pulsierenden Luftstrom leicht belüftet werden, daß sie während einer zweiten Periode durch Mikrowellenstrahlung auf der bestimmten Temperatur gehalten werden und durch einen zweiten pulsierenden Luftstrom stark belüftet werden, der die für die Verdampfung des Wassers notwendige Wärme liefert, wobei die bestimmte Temperatur so gewählt wird, daß die Flüssigkeit gleichmäßig und mit der Geschwindigtet aus dem Inneren der Masse an die Oberfläche strömt, mit der sie dort verdampft.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch ein metallenes Mikrogehäuse, das zwei Kammern umfaßt, die durch eine metallene Trennwand voneinander getrennt sind und deren lineare Abmessungen größer als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist, durch eine hydraulische Hubeinrichtung, die das Mikrowellengehäuse aus seiner Arbeitsstellung, in der es auf einer metallenen Ebene aufliegt, die dann die Unterseite der Kammern bildet,angehoben werder kann, durch Magnetrons auf der Decke der Kammern, mit denen sie durch Koppelschlitze verbunden sind, und durch Luftzufuhrrohre und Luftabs&grohre, durch die über kleine Löcher, deren Durchmesser im Vergleich zur Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung klein ist, die Luft pulsierend durch die Kammern gepumpt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weitfblldung der Erfindung besteht

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die metallene Ebene aus einem Förderband, auf dem die zu trocknenden Hassen jedesmal dann, wenn das Mikrowellengehäuse zwischen zwei Arbeitsperioden von der Hubeinrichtung angehoben wird, von außen in die erste Kammer, bzw. von dieser in die zweite Kammer bzw. von dieser wieder nach außen auf die andere Seite des Mikrowellengehäuses transportiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Kammern die Form eines Parallelepipeds und jeweils die gleichen Abmessungen. Die Seitenwände und die Trennwand weisen an der dem Metallband zugewandten Seite einen Flanach auf, der einen guten elektrischen Kontakt des Mikrowellengehäuses mit dem Metallband ermöglicht. Die Magnetrons sind voneinander unabhängig steuerbar. Die Gegenstände aus keramischer Masse liegen über dem Metallband auf einer Unterlage, die aus einem Material besteht, das niedrige elektrische Verluste aufweist.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist an den Koppelschlitzen eine Ble.ndenvorrichtung vorgesehen, die aus drehbaren Scheiben bestehen, mit denen die Lage der stehenden Wellen i-n den Kammern verändert werden kann.

Die metallene Ebene kann aus einer festen Platte bestehen, auf der zwei parallel·^ dünne, endlose Metallbänder bewegbar angeordnet sind, welche die Unterlagen, auf denen die Gegenstände aus keramischer Masse liegen, tragen und transportieren.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist darin zu ersehen, daß sie es ermöglicht, Gegenstände aus keramischer Masse schnell und gleichmäßig zu trocknen. Damit verbunden ist der Vorteil, daß weniger Formen gebracht werden, da sie schneller wieder frei werden. Hinzu kommt der Vorteil, daß die Formen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren länger

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halten, da sie weniger Wasser aufnehmen, als bei den bekannten Verfahren.

Die Geschwindigkeit, mit der das Wasser aus dem Inneren der Gegenstände zu der Oberfläche gelangt, hängt von den Dimensionen der Kapillaren und von der Viskosität des Wassers ab, die mit zunehmender Temperatur schnell abnimmt. Es muß auch vermerkt werden, daß die Oberflächenspannung_; die die Bewegung des Wassers im Innern der Kapillaren verursacht, mit zunehmender Temperatur ebenfalls abnimmt] dieser Effekt ist jedoch weniger wichtig als die Verringerung der Vis α kosität. Durch die Erwärmung der Masse wird also die Bewegung des Wassers in den Kapillaren vom Inneren zu der Oberfläche erleichtert.

Durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung zur Erwärmung der Gegenstände erreicht man, daß ihre Oberfläche fortwährend befeuchtet wird. Das Trocknungsproblem ist damit auf das Problem der Verdampfung an der Oberfläche reduziert. Diese Verdampfung an der Oberfläche geschieht um so schneller, je schneller diese von trockener Luft überstfömt wird, und je trockener diese Luft ist.

a
Die Gesetze, die die Verdmpfung an Oberflächen bei Luftzufuhr beschreiben, sind gründlich untersuchtj eine einfache, halb empirische Formel ermöglicht die Berechnung der Menge Q des zu verdampfenden Wassers und der Kalorien Q, die zu diesem Zweck von dem Luftstrom geliefert werden muß. Diese beiden Größen sind . eine Punktion von:

der ventilierten Oberfläche S,

einem Diffusionskoeffizienten k, der mit der Geschwindigkeit des Luftstroms wächst,

dem Sättigungsdampfdruck P₁ bei der Temperatur ^₁ des Wassers an der Oberfläche,

des Partialdruckes p_p des Wasserdampfes bei einer Tem-

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peratur Q^ in der Luft in einem Abstand' von der Oberfläche des Luftdruckes ρ

der latenten Verdampfungswärme r des Wassers und

•eines Konvektionskoeffizienten e, der ebenfalls mit der Geschwindigkeit des Luftstroms wächst.

Diese Formeln lauten ausgeschrieben:

(D

σ =	Pl-P₂	P₁-P₂
	Po	^po
= Sk	= rSk ■
= rU =

Q, = Sl (O₂-O₁) (113)

Aus diesen Formeln ergibt sich die Zweckmäßigkeit trockene Luft zu verwenden, damit p~ möglichst klein ist, und die Oberfläche stark zu ventilieren, da die Koeffizienten k und 1 mit der Geschwindigkeit des Luftstromes wachsen.

Aus der Formel I ergibt sich, daß es zweckmäßig sein kann, den Sättigungsdampfdruck p, des Wassers zu erhöhen, um da-

duipch U zu erhöhen. Der Sättigungsdampfdruck p- ist durch mt

die Temperatur Θ.. bestimmt und wächst sehr äark mit dieser.

Aus den Formeln II und III sieht man, daß Q proportional zu U ist, daß es also notwendig ist, heiße Luft zu verwenden.

Bei dem erfindungsgernäßen Verfahren, bei dem die Gegenstände aus keramischer Masse auch in ihrem Innern erwärmt werden, ist die Bewegung des Wassers zur Oberfläche sichergestellt, wenn die Oberflächenspannung P₁ des Wassers an der Oberfläche niedrig ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, Luft mit einer Temperatur Q₂ zu verwenden, die nicht zu hoch liegt.

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Falls die Temperatur θ^ des Wassers an der Oberfläche niedriger ist als die im Innern der Gegenstände, so wird die Anordnung durch Leitung abgekühlt. Deshalb ist es bei der Verdampfung notwendig der keramischen Masse Wärme zuzuführen, so daß ihre Temperatur im wesentlichen konstant bleibt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.

Im einzelnen zeigen:

Pig.l eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trockenvorrichtung,

Fig.2 ein Gehäuse mit zwei Kammern, in denen die Gegenstände aus keramischer Masse getrocknet werden, und Magnetrons, die die Mikrowellenstrahlung liefern,

Fig.5 die Ankopplung eines Magnetrons an eine Kammer,

Flg.4 Zuführungen und Absaugvorrichtungen für den pulsierenden Luftstrom,

Fig.5 eine Kurve, welche die Temperatur der keramischen Masse beim Trocknungsvorgang in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,

Fig.6 eine abgewandelte Form eines Teils der in Fig.4

gezeigten Einrichtung,
Fig.7,8 und 9 Einrichtungen, die die Formen tragen und

Fig.10 einen Teil einer Vorrichtung mit der die getrockneten Gegenstände entnommen werden.

Eine erfindungsgemäße Trockeneinrichtung, die Mikrowellen verwendet, ist in der Fig.l dargestellt. Sie wird hauptsächlich bei der Herstellung von Platten oder Tellern aus harter keramischer Masse am Fließband verwendet.

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Die mechanische Anordnung besteht aus einem Metallohassis Dieses enthält in seinem unteren Teil la eine Transporteinrichtung, die aus einem Motor 2 beäteht, der eine Antriebseinrichtung j5 steuert, und aus einem Transportband k aus rostfreiem Stahl, welches über die Scheiben%nd 5¹ läuft.

Das Metallchassis 1 trägt in seinem oberen Teil Ib eine hydraulische Hubeinrichtung 6a, die einstückig mit einer Anordnung von Trägern 6b ausgebildet ist, die eine gleichmäßige Verteilung der Druckkräfte ermöglicht. Die Hubeinrichtung 6a wird von einem hydraulischen Getriebe 7 gesteuert.

Der obere Teil Ib enthält auch eine Energieversorgung 8 für die Magnetrons, eine.⁴ Einrichtung 9, die einen pulsierenden Luftstrom erzeugen kann, einen Abzug 9' und einen Steuerkasten 10, in dem alle Steuerbefehle für die verschiedenen Einheiten der Einrichtung gespeichert sind.

Im Inneren des oberen Teils Ib befindet sich, getragen von der Trägeranordnung 6b, ein umaDlödijHiener Mikrowellenhohlraum 11, der die Form eines Parallelepipeds hat. Er besteht im allgemeinen aus Duralumin oder aus einem anderen gut leitendem Material; er hat etwa die dreifache bis die sechs- jjt fache Höhe der Produkte, die in ihm in Formen liegend ge- ™ trocknet werden sollenj die anderen Abmessungen hängen von der Menge der Produkte ab, die jeweils als ein Satz von Tellern oder Platten getrocknet werden sollen. Der Hohlraum ist durch eine metallene Trennwand 13 in zwei gleiche Kammern 14 und 15 unterteilt. Auf dem Dach der Kammern sind Mikrowellenquellen 12 und 12' angeordnet, die jeweils aus einem Magnetron bestehen, das einer Mikrowellenschaltung zugeordnet ist, die durch Koppelschlitze mit der entsprechenden Kammer verbunden sind. Der Mikrowellenhohlraum und die Einheiten, die ihn tragen, können durch die hydraulische

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Hubeinrichtung 6a und durch die Anordnung der Scheiben 6b angehoben werden.

Jede Energiequelle 8 ist durch flexible Kabel 16 mit dem entsprechenden Magnetron 12 bzw. 12' verbunden. Die Decke des Hohlraums 11 trägt auch Röhren, welche den Luftstrom zu den Gegenständen führen,die getrocknet werden sollen; diese Röhren sind in der Figur 1 nicht dargestellt, sie werden aber weiter unten im Zusammenhang mit der Fig.4 beschrieben.

Die Röhren sind durch Bälgt bei der Einrichtung, die einen pulsierenden Luftstrom erzeugt, miteinander verbunden.

Der untere Teil des Metallchassis ist durch ein Schutzgitter, nicht dargestellt, umgeben; es sind Türen 17 und 17' vorgesehen, die es erlauben, die zu trocknenden Gegenstände in den Ofen einzubringen und sie nach dem Trocknen wieder zu entfernen, wenn die Abdeckung 11 angehoben ist.

Während der Perioden der Mikrowellenstfahlung wird die Abdeckung 11 gesenkt, und ihr Metallfinsch 18, der an den Kanten der offenen Seite der Kammern 14 und 15 angelötet ist, kommt mit dem Metallband 4 in Berührung. Der Druck der Abdeckung 11 wirdjauf das Band 4 durch die hydraulische Hubeinrichtung 6a gesteuert und mit Hilfe eines nicht(gezelgten Dynamometers gemessen.

Die Figur 2 zeigt die Abdeckung 11, die die Form eines Parallelepipeds hat und die durch eine Trennwand IJ in zwei Kammern 14 und 15 gleicher Abmessung unterteilt ist. Auf dem Dach der Kammer 14 sind 4 Mikrowellenquellen 12 angebracht, die jeweils aus einem Magnetron bestehen,

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das mit einer Mikrowellenschaltung verbunden ist, die aus einem Hohlleiter besteht, der durch Koppelschlitze mit der Kammer 14 verbunden ist. Der Einfachheit wegen ist jede Quelle 14 lediglich als ein Kasten in Form eines Parallelepipeds dargestellt, der einen Zylinder trägt, welcher die jewetLge Mikrowellenschaltung und das Magnetron darstellt.

Pig.3 zeigt in eire m auseinandergezogenen Schnitt ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer Quelle 12. Das Magnetron 12a umfaßt einen Magnet 12b und weist an seinem Ende eine Antenne 12c au?, welche das Magnetron mit der Mikrowellen- * schaltung 12d verbindet, die aus einem an beiden Enden ™

abgeschlossenen Hohlleiter besteht. Der Hohlleiter 12d ist über 4 Koppelschlitze 12e mit der Kammer 14 verbunden. Die Röhren 12f dienen zur Zirkulation des Kühlwassers für das Magnetron 12a.

Jeder Quelle 12 ist eine bekannte Blendeneinrichtung (nicht dargestellt) zugeordnet, die im englischen "stirrer" heißt.

Es handelt sich um einen beweglichen Reflektor , der aus Drehscheiben besteht, die sich vor die Koppelschlitze 12e bewegen können. Diese Blendenvorrichtung bewirkt, daß die Lage der stehenden Wellen in der Kammer, in der sich das zu erwärmende Material befindet, sich mit der Zeit ändert. Jk Auf diese Weise v/erden schädliche Einflüsse reduziert, die von einer ungleichmäßigen Verteilung der Mikrowellenenergie herrühren.

In der Fig.2 sind die vier Quellen 12 paarweise auf den Diagonalen der Decken des Hohlraums 14 angeordnet; der Mittelpunkt eines jeden Kastens, der eine Mikrowellenschaltung der Quelle darstellt, befindet sind ungefähr in der Mitte zwischen Zentrum und einem Eckpunkt der

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Decke der Kanuner 14.

Auf der Decke der Kammer 15 sind drei Mikrowellenquellen 12' angeordnet, die von gleicher Art wie die Quellen 12 sein können. Die drei Quellen 12' sind auf der Diagonalen der Decke der Kammer 15 angeordnet.

Die mittlere Quelle befindet sich genau in der Mitte der Decke; der Mittelpunkt der beiden anderen Mikrowellenschaltungen befindet sich jeweils etwa in einem Abstand von zwei Drittel der halben Diagonalen von dem Mittelpunkt der Decke entfernt, zwischen dieser und dem Eckpunkt .

Die Begründung für die Anordnung der Mikrowellenquellen, die in die Kammern 14 und 15 strahlen, und Veränderungen dieser Anordnungen werden weiter unten begründet.

Die Pig.4 zeigt den Mikrowellenhohlraum, der nit einem erfindungsgemäßen Ventilationssystem ausgerüstet ist. Auf der Oberseite der Kammer befinden sich 4 Lufteinlässe 19 großer Abmessung, von denen nur drei dargestellt sind; die vier Einlasse überdecken die verfügbare Oberfläche auf der Decke der Kammer 14. Vier Adaptionskegel 20, die den Luftstrom zwischen dem Einlaß 19 und der Kammer 14 ermöglichen, können die gesamte Oberfläche der Decke der Kammer 14 überdecken, wie es in der Fig.4 angezeigt ist; in anderen Einrichtungen überdecken die vier Adaptionskegel lediglich den Teil der Oberfläche, de'r nicht von den Quellen 12 bedeckt ist. Der Luftstrom gelangt von den Adaptionskegeln .20 durch kleine Löcher 21 in die Kammer 14. Diese Löcher 21 heißen "Abschluß-Löcher" ("cut-off" holes) , da ihre kleinen linearen Abmessungen, die klein sind im Vergleich

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zur Wellenlänge, eine parasitäre Streuung außerhalb der Kammer verhindern.

Die Dimensionen der Löcher 21 und die Verteilung dieser Löcher ist so bemessen, daß ein möglichst gleichmäßiger Luftstrom in den Hohlraum gelangt. Die vier Luftzufuhrleitungen 19 zweigen von einer größeren Röhre 22 ab, die durch einen Balg 2j5 mit der in Pig.l gezeigten Einrichtung 9 verbunden ist, die einen pulsierenden Luftstrom erzeugt. Diese Einrichtung 9 weist z.B. einen Saugventilator auf.

In jeder Luftzufuhreinrichtung 19 ist ein Schieber 24 vor- ^w gesehen, mit dessen Hilfe die einem jeden Adaptionskegel zugeführte Luftmenge eingestellt werden kann. Luft, die die Kammer 14 durchdringt, wird durch Adaptionskegel 25 wieder abgesaugt, die um den Boden der Kammer 14 verteilt sind, d.h. an den drei zugänglichen vertikalen Wenden.

Jeder Konus 25 ist durch eine Vielfalt kleiner "Abschnür"-Löcher 26 aerodynamisch mit der Kammer verbunden.

Leitungen 27 verbinden die Konusse 26 mit einer größeren Leitung, die nicht dargestellt ist, und die über Bälge mit der Luftabsaugeinrichtung 9' der Pig.l verbunden ist; diese m Einrichtung besteht z.B. aus einem Absaugventilator. Schieber 28 ermöglichen es, die abgesaugte Luftmenge in jedem Konus 25 einzustellen.

An der Kammer 15 sind die gleichen Vorrichtungen vorgesehen, d.h. es gibt Luftzufuhrleitungen I9', Adaptionskegel 20', "Abschnür"-Löcher 21' und Schieber 24'; die Luftzufuhrlei- · tungen I9'zweigen von einer größeren Leitung 22 ab. In gleicher Weise sind für die Extraktion der Luft von der Kammer 15 Adaptionskegel 25' vorgesehen, die über Löcher 26' erodynamisch mit der Kammer 15 verbunden sind. Röhren ' 27^f verbinden einen jeden Konus 26' mit einer: größeren Röhre, die mit der Luftabsaugvorrichtung 9' der Fig.l ver-

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bunden ist, wie es oben beschrieben worden ist. Schieber 28' erlauben es, die Menge der in jedem Konus 25' abgesaugten Luft einzustellen.

Die jeweiligen öffnungen der Schieber 24, 24', 28 und 28' ermöglichen die Einstellung verschieden starker Luftströmungen in den beiden Kammern 14 und I5. Die Magnetrons der Mikrowellenquellen 12 und 12' sollten durch ein zirkulierendes Strömungsmittel gekühlt werden, das von dem getrennt ist, welches die Verdampfung des Wassers sicherstelltj so sind z.B. an der Quelle 12' rechte in der Fig.4 zwei Röhren 29 gezeigt, die von Wasser durchströmt werden, das zur Kühlung des Magnetrons 12' dient.

Falls die Magnetrons durch Luft gekühlt werden, ist es möglich, die Ventilation für die Verdampfung mit der Ventilation für die Kühlung des Magnetrons zu vereinigen. Die Figur 6 zeigt schematisch ein Ausführungftoeispiel einer solchen solchen doppelten VertLlation.

Es werden jetzt die Trageinheiten für die zu trocknenden keramischen Stücke beschrieben. Diese Stücke gelangen durch die in Fig.1 gezeigte Tür 17 in das Innere der Einrichtung und durch die Tür 17' wieder nach außen.

Zu Beginn des Verfahrens werden die Stücke, die aus der Formungsmaechine kommen und auf Gipsformen Segen, in Sätzen auf einem Metallband 4 zur Linken des Trockners gesammelt.

Gemäß einem ersten Ausführungebeispiels, das in Fig.7 gezeigt ist, tragen die Formen 351 Platten oder Teller 32, die auf einer Plattform 33 aus einem plastischen Material mit niedrigen dielektrischen Verluste,z.B. aus Polypropylen, angeordnet, die Stützkörper aus gleichem Material enthält. Die Plattform 33 wird durch die Stützkörper getragen, die auf dem Metallband aufliegen.

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-Die Fig.8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der das Matallband Stützkörper 35 aufweist, wefche die Plattform 33 tragen, wobei die Plattform 33 und die Stützkörper 35 wiederum aus einem plastischen Material bestehen.

Die Fig.9 zeigt eine veränderte Stützvorrichtung für die Formen, die mit keramischer Masse beladen sind. Das Band 4 ist durch eine feststehende Metallplatte 36 ersetzt, auf die der Mikrowellenhohlraum 11 hsrabgesenlct werden kann, wobei dieser über den Metallflanseh l8 mit ihr in Berührung kommt. Zwei Metallbänder 37 und 37' , Jk

die auf der Platte 36 verschoben werden können, weisen Stützkörper 38 und 38' auf. Die Plattformen 33 der Fig.7 und 8, die aus plastischem Material bestehen, werden durch die Stützkörper 38 und 38' gehalten. Die geringe Dicke der Bänder 37 und 37' erlaubt einen guten Kontakt der Anordnung 11 mit der Platte 36, wenn die Anordnung 11 auf diese herabgesenkt wird.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Trockenverfahren beschrieben, bei dem die in den Fig.l, 2, 4,7*8 und 9 dargestellte Einrichtung verwendet wird.

Dabei wird davon ausgegangen, daß ungefähr 6OO Teller pro φ

Stunde getrocknet werden sollen.

Diese Teller, die aus einer keramischen Masse bestehen und von der Formungsmaschine kommen ,haben ungefähr eine Masse von 800 Gramm, von denen 6OO Gramm Kaolin oder Ton und 200 Gramm Wasser sind.

Die Vortrocknung wird beendet, wenn das keramische Stück so stark ist, daß es aus der Tragformentnommen werden kann:' das entspricht etwa der Evakuierung ί von 80 Gramm Wasser pro Stück. Die Gipsform wiegt ungefähr 2 kg.

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Palls man davon ausgeht, daß es zur sicheren Evakuierung des Wasserdampfes unbedingt notwendig ist, die Temperatur des in den Zwischenräumen entahltenen Wassers von 25°C auf beispielsweise 65 C zu erhöhen, so ist unabhängig von dem Vortrooknungsverfahren für jede Platte mindestens soviel Energie notwendig, wie man braucht um die Temperatur von 200 Gramm Wasser um 40 C zu erhöhen, und zusätzlich die Verdampfungswärme von 80 Gramm Wasser, das sind etwa 228 Kilojoules.

Zum Vortrocknen von 600 Platten braucht man somit mindestens 1^2 Kilojoules, das entspricht pro Stunde etwa einer Energie von 37 kWh. Tatsächlich wird in den bisher bekannten Verfahren die Gipsform ebenfalls. erwärm.t, sowie auch die festen Komponenten (Kaolin, Ton) der keramischen Masse. Der Gips hat, wie auch die anderen festen Komponenten, eine spezifische Wärme, die ungefähr zwei Zehntel von der des Wassers beträgt; falls die Gipsformen ebenfalls um 40 C erwärmt werden sollen, wird die zusätzliche Energie, die pro Teller zugeführt werden muß, auf 90 kJ erhöht, das macht für 600 Teller 54 000 kJ (15 kWh) aus.

Bei dem bekannten Verfahren wird somit die notwendige Leistung ungefähifauf 50 kW erhöht.

Man erkennt an dieser Stelle bereits die Vorteile von Trockenvorrichtungen, die Mikrowellenenergie zur Erwärmung verwenden; je weniger Wasser die Formen absorbieren, um so geringer sind die elektrischen Verluste in ihnen, da die elektrischen Verluste in trockenem Gips sehr gering sind. Bei der Trocknung von 600 Platten spart man etwa eine Energie von jj8 ^J (10 kWh).

ffclls Mikrowellenerwärmung versendet wird, wird zum Trocknen von 600 Tellern pro Stunde eine Energie von 42 kWh gebraucht,

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von der 9 kWh zur Erwärmung der Masse und 33 kWh für die Verdampfung von 80 Gramm Wasser pro Teller verwendet werden, das entspricht einer zu verdampfenden Wasser-'menge von 50 kg bei 600 Platten.

Das Verfahren wäre Ideal, wenn die Mikrowellenquelle 9 kWh zur notwendigen Erwärmung der keramischen Masse liefern würde und wenn 33 kWh dem pulsierenden Luftstrom als Verdampfungsenergie zugeführt würden.

Im fönenden wird das Verfahren mit der erfindungsgemäßen j^ Vorrichtung betrachtet, bei dem diese ideale Energiever- W teilung angenähert erreicht wird. Es wird wieder angenommen, daß in einer Stunde 600 Teller vorgetrocknet werden sollen.

Die Formen, welche die Platten tragen, die getrocknet werden sollen, kommen von einer besonderen Formungsmaschine. Sie werden von Hand oder automatisch auf die Platte 33 aufgebracht (Fig.7 Und 8), Die Platte 33 befindet sich auf der linken Seite des Metallbandes 4. Nach einer vorbestimmten Zeit, die ausreicht, um die Platte 33 zu bestücken, wird die Hohlraumeinrichtung 11 angehoben, das Band 4 wird nach rechts bewegt, und wenn die Platte 33 sich unter der Kammer ' Jk 14 befindet, wird das Band angehalten. Die Hohlraumeinrichtung 11 wird wieder gesenkt und kommt über ihren Metallflansch 18 mit dem Band 4 in Berührung. Eine Sicherheitsvorrichtung sorgt dafür, daß der Betrieb erst dann wieder aufgenommen werden kann, wenn der Druck der Hohlraumeinrichtung auf das Metallband 4 groß genug ist.

Wenn der Druck groß genug ist, werden die vier Magnetrons über der Kammer 14 gleichzeitig in Betrieb gesetzt. Möglicherweise werden gleichzeitig die drei Magnetrons über der Kammer 15 in Betrieb gesetzt. Nach einer vorbestimmten

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Zeit t wird der Betrieb der Magnetrons unterbrochen und die Hohlraumeinrichtung 11 wird angehoben. Wenn diese ihre höchste Stellung erreicht hat, wird das Band 4 wieder in Betrieb gesetzt und ein neuer Satz von Tellern wird von einer anderen Platte 33 getragen, unter die Kammer 14 geführt, während der erste Satz unter die Kammer 15 gelangt .

Der Betrieb besteht aus drei Verfahrensstufen. Wenn der Satz η unter die Kammer 14 gelangt, gelangt der Satz (n-1) unter die Kammer 15 während der Satz (n-2 ) in die Entnahmeposition auf der rechten Seite des Bandes 4 gelangt. Die jetzt hinreichend harten Platten 32 werden dann durch Druck von ihren entsprechenden Formen 31 getrennt. Dies geschieht durch einen Unterdruck in den Röhren 39j die über den Tellern angeordnet sind, wie die Fig.10 es zeigt. Die Platte 33 trägt dann die Formen wieder zu der Formungsmaschine zurück.

Während dieser gesamten Verfahrensdauer wird der pulsierende Luftstrom aufrecht erhalten, auch während die Hohlraumeinrichtung 11 angeohoben ist und die Magnetrons au^sr Betrieb gesetzt sind. Der Luftstrom durch die Luftzuführleitung (Fig.4) kann von dem durch die Luftzuführleitung 19' verschieden sein; die Teller, die sichuiter dem Hohlraum 15 befinden, in dem die Verdampfung prinzipiell schon durchgeführt ist, werden im allgemeinen stärker ventiliert als diejenigen, die unter der Kammer 14 bestehen, in der die Stücke hauptsächlich in ihrer gesamten Masse schnell erwärmt werden sollen. Der Abzug des Luftstromes ist etwas schwächer eingestellt als der Zustrom. Wenn die Hohlraumeinrichtung 11 herabgesenkt ist, entsteht ein leichter Überdruck, der sicherstellt, daß der Luftstrom homogen über alle zu trocknenden Stücke gelangt. Bei dem gewählten

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Ausführungsbeispiel umfaßt jeder Satz 30 Teller auf einer Platte. Jeder Satz befindet sich etwa 150 Sekunden lang sowohl unter der Kammer 14 als auch unter der Kammer 15 und die Zeit t_Q für das Anheben der Hohlraumeinrichtung 11 für die Verschiebung des Bandes, für das Herabsenken der Hohlraumeinrichtung 11 und für das erneute Anstellen der Magnetrons beträgt βθ Sekunden.

Jede Kammer ist ungefähr 3 m lang, 1 m breit und 0,6 m hoch. Pro Stunde wird dabei eine Luftmenge von 2 000 rrr umgewälzt.

Die vier Magnetrons, die ihre Energie der Kammer 14 zu- äjk

führen, haben eine nominelle Leistung von 2,5 kW, das entspricht bei der Annahme eines Wirkungsgrades von 80$ einer Leistungsabstrahlung von 10 kW in die Kammer l4.

Die drei Magnetrons, die der Kammer 15 Mikrowellenenergie zuführen, haben eine nominelle Leistung von 2,5 kW.

Wenn man bedenkt, daß die Mikrowellenerwärmung in der Kammer 15 dazu dient, die Tellermasse auf ihrer Temperatur zu halten, so erkennt man, daß die Quellen 12' im allgemeinen weniger Energie liefern müssen als die Quellen 12. Um

teuere Energie zu sparen können die Quellen 12' bei jeder ^

elementaren Arbeitsstufe eine kürzere Zeit lang betrieben φ

werden als die Quellen 12. Z.B. kann das Magnetron über dem Zentrum der Kammer 15 mit einsr Energie betrieben werden, die um eine Größenordnung kleiner ist als die, mit der die beiden anderen betrieben werden. Durch diesen Betrieb erhält man eine bessere Verteilung der Mikrowellenenergie auf und in die Teller, die sich in der Kammer 15 befinden.

Wenn man davon ausgeht, daß die sieben Magnetrons während der Betriebsperioden,die fünf Sechstel der gesamten Zeit ausmachen ,jeweils die gleiche Energie liefern, erhöht sich

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der Verbrauch der Mikrowellenenergie auf 2 χ 7 χ g = 12 kWh.

Wenn man dieses Ergebnis mit den abgeschätzten Idealwerten vergleicht (9 kWh zur Erwärmung der Masse und 33 kWh für die Verdampfung von 50 kg Wasser), so bemerkt man, daß bei dem erfindungsgemäßen System de Energie sehr gut verteilt ist. Die Differenz von 3 kWh kann durch Verluste in den Grenzschichten der Kammern und in den Gipsformen erklärt werden und auch durch eine geringe Verdampfungsenergie, die dem Wasser im Inneren zugeführt wird, wobei diese Verdampfung die" Wanderung des flüssigen Wassers zur Oberfläche begünstigt.

Zum besseren Verständnis des Betriebs ist es von Interesse, die Entwicklung der Temperatur im Innern der Masse der Teller während der Erwärmungsperiode, die sechs Minuten lang dauert zu untersuchen.

Dieser Temperaturverlauf ist in der Fig.5 darbestellt, in der auf der x-Achse die Zeit, die Minuten und auf der y-Achse die Temperatur θ in Grad C dargestellt ist.

Während der Periode, während der Mikrowellenstrahlung in die Kammer 14 gelangt, steigt die Temperatur regelmäßig von 25 C auf 65⁰C an, wobei die Steigung der Kurve durch eine geeignete Verteilung zwischen der Mikrowellenenergie und der Verdampfungsenergie, die von der ventilierten Luft herangeführt wird, bestimmt wird.

Während der einen Minute, während der die Hohlraum einrichtung angehoben wird, findet lediglich eine Kühlung durch den Luftstrom statt,und die Temperatur der Masse nimmt geringfügig ab.

Schließlich steigt die Temperatur während der Zeit, während

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die Teller der Kikrowellenstrahlung in der Kammer 15 ausgesetzt sind wieder an und wird bis zum Ende des Verfahrens auf einem konstanten Wert gehalten: auch die Steigung dieser Kurve wird durch eine geeignete Verteilung der beiden Energieformen bestimmt.

Man versteht leicht, daß die Kennlinien von erfindungsgemäßen Trockensystemen, die zum Trocknen anderer keramischer Teller, als .sie hier vorgeschlagen worden sind, in erster Näherung durch einfache empirische Gesetze festgelegt werden können. Wenn die Menge des Wassers, das während einer Zeiteinheit verdampft werden soll, festgelegt ist, ist es möglich, den pulsierenden Luftstrom zu berechnen, wenn die Oberfläche der zu trocknenden Elemente und die Temperatur der Luft bekannt sind; diese Berechnung geschieht unter Verwendiuj d-;r Formel I ·

Die Menge der Masse, die während einer Zeiteinheit auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden soll,und der Rhythmus, in dem die Hohlraumeinriehtung angehoben und wieder gesenkt werden soll, erlauben die Bestimmung eines Näherungswertes für die notwendige Energie; in der Praxis wird 50$ mehr Energie verwendet als man für die Einrichtung berechnet hat.

Die Mikrowellenenergie wird dann so zwischen den beiden Kammern verteilt, daß die erste Kammer 14, in der die Temperatur der Masse schnell erhöht werden soll, mehr Energie erhält.

Einer der größten Vorteile, der sich aus der Verwendung von Mikrowellen zur Erwärmung ergibt, ist eine geeignete Energieverteilung 1» den zu erwärmenden Elementen.

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Wenn die lineare Abmessung der Kammer im Vergleich zur Welle'nlänge groß sind, und wenn die zu erwärmenden Gegenstände, die

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den Boden der Kammer bedecken, stark absorbieren und nur schwach reflektieren, dann strahlen die Mikrowellenauellen wie voneinander unabhängige Lichtquellen. Das Strahlungsdiagramm einer jeden Quelle, das von der Ausbildung der Koppelschlitze zwischen der Mikrowellenschaltung mit dem ihm zugeordneten Magnetron und der Kammer abhängt, ist gerichtet und die Gegenstände, die senkrecht vor einer Quelle angeordnet sind, empfangen mehr Energie als die anderen. Wenn z.B. vier Quellen verwendet werden wie die Fig.2 es zeigt, erreicht man die beste Energieverteilung.

Falls z.B. acht Mikrowellenquellen verwendet werden, werden sie gleichmäßig auf den beiden Diagonalen verteilt. Palis fünf MikrowellenquelLen verwendet werden, wird die Anordnung von drei Quellen, wie sie in P¹Ig.2 gezeigt ist, durch zwei weitere Quellen vervollständigt, die auf der anderen Diagonale. der Decke der Kammer angeordnet werden, wobei die zentrale Quelle vorzugsweise mit eim r Energie betrieben wird, die um eine Größenordnung kleirer ist als die Energie, mit der die anderen betrieben werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Trockensystems ergeben sich besonders deutlich aus der Angabe der Anzahl der Formen und der Grundfläche, die von der Einrichtung eingenommen wird, wenn 600 Teller pro Stunde getrocknet werden sollen. Bei dem vorgeschlagenen System werden dazu 120 Formen verwendet, und es wird eine Grundfläche

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vor 12 m benötigt.

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Claims

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Patentansprüche

Ij.Verfahren zum Trocknen von Gegenständen aus keramischer Masse, die auf oder in Formen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß sie während einer ersten Periode in einer ersten abgeschlossenen Kammer (14) durch Mikrowellenstrahlun^ schnell auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden und dabei durch einen pulsierenden Luftstrom leicht belüftet werden, daß sie während einer zweiten Periode durch Mikrowellenstrahlung auf der bestimmten Temperatur gehalten Zierden und durch einen zweiten pulsierenden Luftstrom stark belüftet werden, der die für die Verdampfung des !«assers notwendige Wärme liefert, wobei die bestimmte Temperatur so gewählt wird, daß die Flüssigkeit gleichmäßig und mit der Geschwindigkeit aus dem Innern der Masse an die Oberfläche strömt, mit der sie dort verdampft.

2.Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein metallenes Mikrowellengehäuse (11),das zwei Kammern (14 und 15) umfaßt, die durch eine metallene Trennwand (1?) voneinander getrennt sind unct deren linearen Abmessunger. gröi3er als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist, durch eine hydraulische Hubeinrichtung (6a), die das Mikrowellengehäuse (11) aus seiner Arbeitsstellung, in der es auf einer metallenen Ebe.ie (4) aufliegt, die dann die Unterseite der Kammern bildet (14,15)* angehoben werde ι kann, durch Magnetrons(12, 12') auf der Decke der Kammern (l4,15), mit denen sie durch Koppelschlitze (I2e) verbunden sind, und durch Luftzuführrohre (19 bzw. 19') und Luftabsaugrohre (27), durch die über kleine Löcher (21, 21' bzw.26), deren Durchmesser klein im Vergleich zur Wellenlänge der Mikrowellenstrahlun.g ist, die Luft pulsierend durch die Kammern gepumpt wird.

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J.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallene Ebene (4) ein Förderband ist,auf dem die zu trocknenden Massen, wenn das Mikrowellengehäuse (11) zwischen zwei Arbeitsperioden von der Hubeinrichtung (6a) angehoben wird, schrittweise von außen in die erste Kammer (l4), bzw. von dieser in die zweite Kammer (15) bzw. von dieser wieder nach außen auf die andeie Seite des Mikrowellengehäuses (11) transportiert werden.

4.Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (l4und 15) die Form eines Parallelepipeds und jeweils die gleichen Abmessunger, haben, daß die Seitenwände und die Trennwand (13) an der dem Metallband (4) zugewandten Seite einen Flansch (18) aufweisen, daß die Magnetrons (12, 12') voneinander unabhängig. ' sind und daß die Gegenstände aus keramischer Masse (32) über dem Metallband (4) auf einer Unterlage (33) liegen, die aus einem Material mit niedrigen dielektris-chenVerlusten besteht.

5.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Koppelschlitzen (I2e) eine Blendenvorrichtung vorgesehen ist, die aus drehbaren Scheiben bestehen, mit denen die Lage der stehenden Wellen in den Kammern (14,15) verändert werden kann.

6.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallene Ebene (4) eine feste Platte ist und auf ihr zwei parallele,dünne, endlose Metallbänder (37* 37') bewegbar angeordnet sind, welche die Unterlagen (33),auf denen die Gegenstände keramischen Massen (32) liegen, tragen und transportieren.

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