DE2617998C2 - Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Herstellung von plattenförmigem Material, insbesondere aus Kunststoffteilchen, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Herstellung von plattenförmigem Material, insbesondere aus Kunststoffteilchen oder Tonerde, insbesondere für die Weilerverarbeitung zu keramischen Gegenständen, und sie betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Kunststoff- bzw. Festkörperteilchen des plattenförmigen Materials stammen aus einer Suspension in einer Flüssigkeit miteinander agglomerierten Teilchen.

Dabei sind bereits zahlreiche Verfahren bekannt, bei denen Platten, die aus ursprünglich in einer Flüssigkeit suspendierten Kunststoffteilchen bestehen, hergestellt werden. Dies betrifft insbesondere die Verlahren zur Herstellung von Keramiken aus einer Suspension von Tonerde in Wasser, die als Schlicker bekannt ist Die genannten Verfahren werden auch zur Herstellung von Papier, Pappen, Platten aus agglomerierten Fasern usw. eingesetzt Um die Kunststoffteilchen, die aus dem Lösungsmedium agglomeriert werden sollen, abzuscheiden, werden bei einigen bekannten Verfahren Filtrierungs-, Preßfiltrierungs- und Elektrophoreseverfahren angewendet

Aus der DE-AS 12 79 155 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung folien- bzw. bandförmiger Isolierschichten durch elektrophoretische Abscheidung bekannt. Diese Abscheidung erfolgt aus einem Elektrophoresebad, welches eine Suspension von Teilchen des isolierenden Materials enthält. Diese Abscheidung erfolgt an einem Unterlageband und einer mit diesem mitlaufenden Verstärkungsglasgewebebahn, die nach der Abscheidung außerhalb des Bads von dem Unterlageband abgetrennt wird. Auf diese Weise kann man z. B. ein Glimmerband aus Glimmerplättchen herstellen, wobei die Verstärkungsglasgewebebahn in die Glimmerplättchen eingebettet wird. Nach dem Trocknen dieser Bahn wird hingegen das Unterlageband abgetrennt Mit Nachteil erlaubt das bekannte Verfahren nicht die Herstellung eines plattenförmigen Materials ohne innere Spannungen und damit ohne die Gefahr von Verwindungen. Vielmehr entsteht durch das einseitige Unterstützen des plattenförmigen Materials nach dem bekannten Verfahren dann durch das einseitige Abtrennen des Unterlagebandes und insbesondere durch das Umlenken des Fertigproduktes zumindest die Gefahr der Beschädigung.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens der eingangs bezeichneten Art sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit denen es möglich ist, plattenförmiges Material kontinuierlich und letztlich ohne innere Spannungen und damit ohne Deformierung oder Verwindung herzustellen.

Bei dem Verfahren gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß die Teilchensuspension in den die Gegenelektrode enthaltenden Raum zwischen zwei bewegten Elektroden gleicher Polarität eingeführt wird und die beiden abgeschiedenen Schichten nach dem Verlassen des elektrophoretischen Feldes zu einer Platte zusammengefügt werden.

Mit diesem Verfahren kann man ein plattenförmiges Material, welches aus von ihrem Suspensionsmediuni durch Elektrophorese automatisch abgeschiedenen Teilchen besteht, in sehr einfacher Weise ohne großen Kosten- und Arbeitskräfteaufwand kontinuierlich herstellen. Außerdem ist die Elektrophorese wegen der Größe der ionisierten, suspendierten und durch das Elektrophorese-Feld bewegten Teilchen bekanntlich ein hinsichtlich des Verbrauchs an elektrischer Energie sehr wirtschaftliches Verfahren.

Bevorzugt ist es, wenn erfindungsgemäß bei Verwendung von zwei Elektroden kreisförmigen Querschnitts, die einander entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen, eine im wesentlichen gleiche Tangentialgeschwindigkeit eingestellt wird. Hierdurch und durch die kennzeichnenden Merkmale der Vorrichtungsansprüche, von denen die dem ersten Vorrichtungsanspruch nachgeschalteten Vorrichtungsunteransprüche lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrei-

ben, erreicht man gleichzeitig die Erstellung von zwei elektrophoretisch abgelagerten Schichten auf den zwei erwähnten Elektroden, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Schichten bei ihrem kontinuierlichen Fortschreiten zusammenwachsen und beim Verlassen des elektrophoretischen Feldes zu einem plattenförmigen Material zusammengeschweißt sind. Die zunächst zwei separaten abgelagerten Schichten verlassen den ersten prismatischen Raum bereits fest aneinander haftend und treten zusammeiige- ι ο schweißt in den zweiten prismatischen Raum ein. Die zwei Außenflächen der Zylinder stellen normalerweise zwei einander gegenüber angeordnete Anoden dar. während die Gegenelektrode eine prismatische Kathode mit krummlinigem, V-förmigem Querschnitt bildet, !5 die sich auf einer Höhe, die etwas weniger als ein Viertel des Zylinderumfanges beträgt, erstreckt, im wesentlichen der Form der Zylinderaußenflächen anschmiegt und dabei zwischen den Elektroden und sich den zur Bildung der Ablagerungen notwendigen Abstand freiläßt. Auf diese Weise erzielt man in einfacher Weise die kontinuierliche Vorbeibewegung der Anode zur Bildung einer kontinuierlichen plattenförmigen Materialbahn, deren Stärke und Struktur durch Änderung der Parameter des Elektrophorese-Vorganges zum Beispiel :> der Vorbeibewegungsgeschwindigkeit der Anoden, der Stromdichte, der Elektrodenspannung usw. beliebig eingestellt werden können. Die Spannungen, die auf die ursprüngliche Krümmung der durch Elektrophorese gebildeten, nachträglich gemäß einer Ebene ausgerich- 3ü teten Ablagerungen zurückzuführen sind, sind wegen des verhältnismäßig großen Durchmessers der Zylinder, z.B. in der Größenordnung von 1,50 Metern im Vergleich zu der Stärke der Ablagerungen, die zum Beispiel einige Millimeter betragen, in der gebildeten )5 Zwischenplatte nicht zu groß und heben sich insbesondere in der Platte, die aus zwei aneinander geschweißten, entgegengesetzt gerichtete Krümmungsradien aufweisenden Ablagerungsschichten besteht, auf. Auf diese Weise sind keine spürbare, auf die inneren Spannungen der Platte zurückzuführende Deformierung und Verwindung für die späteren Verarbeitungsvorgänge und insbesondere beim Brennen von Keramikstücken, die aus erfindungsgemäßen Platten aus agglomerierter Tonerde hergestellt werden, zu befürchten.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher an Hand der Zeichnungen verschiedene Ausiührungsarlen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

— F i g. 1 eine schematische Darstellung teilweise im senkrechten Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

— F i g. 2 eine Draufsicht der auf F i g 1 dargestellten Vorrichtung;

— F i g. 3 eine vergrößerte abgebrochene Darstellung im Schnitt gemäß der Ebene III-II1 der Fig. 2 einer Einzelheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

— F i g. 4 im vergrößerten Maßstab den auf F i g. 1 in IVlV bezeichneten Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

— Fig.5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante für ein erfindungsgemäß einsetzbares Verfahren.

In F i g. 1 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen e^ri Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung einer Platte aus agglomerierten Tonerdeteilcheii zur Erzeugung von Keramikstücken gezeigt.

Die in dem Trichter 11 enthaltenen Tonerden werden durch eine Dosiervorrichtung 12 und einen Förderer 13 in einen ersten Behälter 14 geleitet, in welchem sie mit Hilfe eines Rühres 15, 16 mit Wasser durchgerührt werden. In 17 ist eine ergänzende Wasserzapfstelle und in 18 eine ergänzende Elektrolytzapfstelle schematisch gezeigt, die jeweils zur Bildung der gewünschten Schlickersuspension dienen. Nach Durchseihen durch das vibrierende Sieb 19 gelangt der dosierte Schlicker 20 in einen Behälter 21, in welchem er mit Hilfe des Rührers 22, 23 in Suspension gehalten ist. Das vibrierende Sieb 19, welches zum Beispiel mit Hilfe eines Exzenters 24 und eines Motors 25 abgetrieben wird, dient zur Entfernung der Steine und anderer Verunreinigungen.

Die so zubereitete Schlickerlösung wird durch eine Pumpe 26 in eine Leitung 27 gepumpt, welche den Schlicker zu einem mit Löchern versehenen Rohr (Zulauf) 28 leitet, das in einen prismatischen Raum 29 mit dreieckförmigem krummlinigen Querschnitt zwischen zwei Zylindern 30, 31 einmündet, weiche nebeneinander angeordnet sind, gleichlaufende Achsen 32, 33 aufweisen und zu den Ebenen 71, Ti tangential verlaufen. Die Außenfläche 34, 35 eines jeden Zylinders 30, 31. die auf Fig. 2 ersichtlich ist, besieht aus einem zur Bildung von Elektroden geeigneten Material, wie zum Beispiel aus Zinkblech. Über den beiden Zylindern ist eine prismatische Gegenelektrode 36 mit krummlinigem V-förmigen Querschnitt angeordnet, die sich nicht ganz über ein Viertel des Umfanges der jeweiligen Zylinder an deren Außenflächen im wesentlichen anschmiegt und dabei zwischen ihren die Gegenelektrode bildenden Flächen 37, 38, die gegenüber den die Elektroden bildenden Flächen der Zylinder 30, 31 gerichtet sind, einen Zwischenraum 39, 40 überläßt. Durch das Vorhandensein von Abdichtungsmitteln, die in F i g. 3 dargestellt sind und aus einem Anschlag 41 der Gegenelektrode 36 bestehen, die sich gegen eine Schulter 42 der Elektrode 30 abstützt, ist der Zwischenraum 39, 40 auf den Zylindersei'.en dicht geschlossen und bildet dabei einen Behälter, dei den Schlicker enthält, welcher durch die Zuleitung 28 in den Zwischenraum 39, 40, in welchem der Elektrophorese-Vorgang erfolgt, eingeleitet wird.

Sobald die Vorrichtung in Gang gesetzt wird und der Betrieb beginnt, wie es insbesondere die F i g. 4 zeigt und wie das noch bei der Erklärung der Arbeitsweise der Vorrichtung erläutert wird, wird die kontinuierliche Platte 43 aus agglomeriertem Material, die die Vorrichtung verläßt, durch Schweißung bzw. Aneinanderhaften von zwei Schichten 44, 45 von durch Elektrophorese erhaltener Ablagerung gebildet, welche auf den Flächen 34,35 der Zylinder 30 und 31 abgelagert worden sind und auf diese Weise an ihrer Verbindungsstelle den genannten Raum, der den in 28 eingeleiteten Schlicker enthält, dicht verschlossen.

Die durch die Pumpe 26 gepumpte Schlickerlösung steigt dann in den Zwischenraum 39, 40 wieder auf. wie das durch die Pfeile angedeutet ist, und läuft dabei über den oberen Bereich der hohl ausgebildeten Gegenelektrode 36, wobei der Überschuß an Lösung durch eine Öffnung 46 durch eine Rückflußleitung 47 zu dem Behälter 14(F ig. 1) abgeführt wird.

Hie Fig. 1 i:eigt ebenfalls einen schcmatisch dargestellten Bandförderer 50, der die aus der Vorrichtung austretende Materialplatte 43 aufnimmt und sie in waagerechter Richtung unter die Vorrichtung bringt.

Die Pfeile 51 und 52 zeigen jeweils die Drehrichtung

der Zylinder 30, 31. Die in den Zylindern angegebenen Pluszeichen bedeuten, daß in dem vorliegenden Beispiel die Flächen 34, 35 Anoden sind, während das auf der Gegenelektrode angebrachte Minuszeichen zeigt, daß letztere eine Kathode ist. wobei man in diesem Fall auf den beiden zylinderförmigen Anoden eine anodische Ablagerung durch Elektrophorese erzielt.

In 53 ist ein Kolbenzylinderantrieb schematisch dargestellt, der als Stoßdämpfer wirkt und zur Kompensierung des Abstandes zwischen den Achsen 32, 33 in Abhängigkeit von der Stärke der gebildeten Platte 43 dient. Das Gestell der Vorrichtung ist in den Zeichnungen nicht gezeigt.

Zwischen den zylinderförmigen Anoden 34, 35 und der Kathode 36 besteht ein Potentialunterschied von zum Beispiel 10 bis 30 Voll, der ausreicht, um die gewünschten anodischen Ablagerungen durch Elektrophorese zu erhalten. Der Schlicker wird durch die Inbetriebsetzung der Pumpe 26 in die Zwischenräume 39, 40 eingeführt, wobei dafür von Anfang an der Abstand e, der die Zylinder 30, 31 im wesentlichen gemäß ihrer Axialebene x'-x voneinander trennt, zum Beispiel mit Hilfe einer Gummidichtung verschlossen wird. Die Elektrophorese-Reaktion setzt dann ein und die Tonerdenablagerungen setzen sich auf den Flächen 34, 35 der Zylinder ab. Die Zylinder werden dann in Gang gesetzt und drehen jeweils in den durch die Pfeile 51, 52 angegebenen Drehrichtungen. Die Drehgeschwindigkeit der Zylinder hängt von den Eigenschaften der in den Zwischenraum 39, 40 eingeleiteten Suspension, von der Stärke der herzustellenden Platte, die außerdem den Abstand zwischen den Achsen 32, 33 bestimmt, von der Dichte des eingesetzten Elektrophoresenstroms, von der für die Platte gewünschten endgültigen Dichte usw. ab. Beim Einsatz eines Schlickers zur Herstellung von keramischen Fußbodenplatten bzw. Fliesen, wenn die Platte eine Stärke von 6 bis 7 mm aufweist, können Stromintensitäten von 1 bis 10 mA/cm² und Drehgeschwindigkeiten für die Zylinder in der Größenordnung von einer Umdrehung innerhalb von zwei bis fünf Minuten angewandt werden. Selbstverständlich kann man mit höheren Spannungen und Intensitäten sowie mit höheren Drehgeschwindigkeiten vorgehen.

Die durch Elektrophorese erzielten Ablagerungen setzen sich im wesentlichen, wie das auf Fig.4 gezeigt ist. ab, d. h„ daß man an der Fläche 34 oder 35 der jeweiligen Zylinder 30, 31 Ablagerungen 44, 45 erhält, deren Stärke von oben nach unten zunimmt und die zur Bildung der Platte 43 an ihren unteren Enden im wesentlichen in der Höhe des Abstandes e aneinander

gcSCiiWciui '

Der in 28 in den Raum 39, 40 eingeleitete Schlicker, der dem Elektrophoresenvorgang ausgesetzt wurde, steigt wieder auf und, wie es die Pfeile zeigen, fließt als Überlauf, um dann durch die Öffnung 46 mit Hilfe der Rückflußleitung 47 wieder im Umlauf gebracht zu werden. Im Laufe dieser Förderung erfährt der Schlicker einen wachsenden Tonerdenkonzentrationsverlust wie das in den Zeichnungen durch die von unten nach oben abnehmende Dichte der eingezeichneten Punkte ersichtlich ist

Bei dem dargestellten Beispiel ist die Platte 43 entlang der Zylinderwandung gebogen und verläuft weiter in horizontaler Richtung, indem sie dabei auf dem Band 50 eines unter der Vorrichtung angeordneten Bandförders abgestützt ist. Wie das in 53 angedeutet ist, kann die ■■> Platte die Vorrichtung ebenfalls in senkrechter Richtung verlassen.

Neben dem geringeren Arbeitskräfteaufwand und der kontinuierlichen Arbeitsweise der Vorrichtung, die in einfacher Weise die vollkommene Automatisierung der

in Erfindung ermöglicht, (und zwar nach Inbetriebsetzung und Verdrängung der beim Starten der Maschine eingesetzten Dichtung durch die Platte 43) besteht ein besonders wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß in der Platte 43 die inneren Spannungen zwischen den beiden aneinander fest anhaftenden Schichten 44, 45 einwandfrei aufgehoben sind, so daß die Platte 43 nachträglich jeder gewünschten Behandlung ausgesetzt werden kann, ohne Verbiegungen bzw. Formänderungen oder Verziehungen zu erfahren.

Daraus ergibt sich daß die gute Qualität der Fertigprodukte, die von einer derartigen Platte gefertigt werden, wesentlich verbessert ist, da diese Platte im Vergleich zu den anderen, durch den Einsatz von bekannten Verfahren hergestellten plattenförmigen Ausgangsmaterialien wesentlich weniger dazu neigt, sich im Laufe der nachträglichen Verarbeitungsvorgänge zu verformen.

Zahlreiche Varianten können zu der ertindungsgemäßen Vorrichtung sowie zu dem beschriebenen Verfah-

jo ren herbeigeführt werden. So könnte zum Beispiel die Speisung des Schlickers in dem unteren prismatischen krummlinigen Raum 54 zwischen den Zylindern 30, und 31 und ihrer Tangentialebene T2 vorgesehen werden, wobei dann die gebildete Platte an der Oberseite der Vorrichtung austreten würde und die Zylinder selbstverständlich in der entgegengesetzten Richtung drehen würden.

Bei der dargestellten Vorrichtung dienen zur Absetzung der anodischen Ablagerungen zwei Zylinder gleichen Durchmessers, die mit gleicher Geschwindigkeit drehen. Gegebenenfalls können Zylinder mit verschiedenen Durchmessern eingesetzt werden, soweit die Drehgeschwindigkeiten so eingestellt sind, daß die jeweilige Tangentialgeschwindigkeit der Zylinder im

wesentlichen gleich ist. In diesem Fall erhält man eine Verbundplatte mit einer restlichen Spannung, die in einer bestimmten Richtung orientiert ist, wie das zum Beispiel zur Herstellung von ringförmigen Erzeugnissen von Vorteil ist.

Bei der auf F i g. 5 schematisch dargestellten Ausführungsvariante dienen als anodische Flächen nicht mehr die Außenflächen der Zylinder kreisförmiger. Querschnitts sondern die zueinander laufenden Rächen von zwei endlosen Bandförderern 55, 56, die in dieser konvergierenden Anordnung gegenüber einer V-förmigen Gegenelektrode 57 ablaufen. Für das Übrige kann diese Vorrichtung ähnlich wie die oben beschriebene Vorrichtung arbeiten. Selbstverständlich soll in diesem Fall die Oberfläche der Bandförderer 55, 56 so ausgebildet werden, daß sie als Elektrode zur Aufnahme der durch Elektrophorese entstandenen Ablagerung dient und gleichzeitig einen Bandförderer bildet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Herstellung von plattenförmigem Material, insbes. aus Kunststoffteilchen oder Tonerde, insbes. für die Weiterverarbeitung zu keramischen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchensuspension in den die Gegenelektrode enthaltenden Raum zwischen zwei bewegten Elektroden gleicher Polarität eingeführt wird und die to beiden abgeschiedenen Schichten nach dem Verlassen des elektrophoretischen Feldes zu einer Platte zusammengefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Elektroden kreisförmigen Querschnitts, die einander entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen, eine im wesentlichen gleiche Tangentialgeschwindigkeit eingestellt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei in geringem Abstand voneinander angeordneten Elektroden in Form von rotierenden Zylindern (30, 31) kreisförmigen Querschnitts, deren Außenfläche insbes. aus Zink besteht; eine Gegenelektrode (36), die gegenüber den Zylinderflächen (34,35) in einem (29) von zwei prismatischen Räumen (29, 54), gebildet durch die beiden Zylinder (30,31) und deren zur Achsenebene (x, x') parallelen Tangentialebenen (T\, T2) angeordnet ist, einen Zulauf (28) für die im Kreislauf über eine Regenerieranlage geführte Suspension bzw. den Schlicker in den ersten prismatischen Raum (29) in der Nähe der Achsenebene (x, x')\ einen durch die Elektroden (30,31) und die Gegenelektrode (36) gebildeten Raum (39,40) durch den die Suspension nach oben bewegt und über einen Überlauf mit einer Öffnung (46) abgezogen wird; unterhalb des zweiten prismatischen Raumes (54) angeordnete Austragsmittel (50) für die in Höhe der Achsenebene (x, .v'^aus den beiden abgeschiedenen Schichten zusammengefügte Platte.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine kathodisch geschaltete prismatische Gegenelektrode (36) mit der Kreiszylinderform der Elektroden (30, 31) angepaßtem V-förmigen Querschnitt, die sich nicht ganz über ein Viertel des Zylinderumfanges erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine hohle als Überlauf ausgebildete Kathode (36) und einen Suspensionszulauf (28) in der Nähe der Spitze des V.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der rotierenden Zylinderelektroden zwei endlose Bandelektroden (55, 56) angebracht sind.