DE3202716C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Brennen von grünen Keramikartikeln, insbesondere monolithischen Kondensatoren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Brennen grüner Keramikartikel, wie beispielsweise Kondensatoren. Erfindungsgemäß wird ein Gemisch aus zu brennenden Artikeln und wärmebeständigem, partikelförmigem Material in einem bestimmten Verhältnis durch ein beheiztes Rohr nach unten geleitet, das einen Ofen bildet. Artikel und partikelförmiges Material, wie z.B. Sand, werden am oberen Ende des Ofens kontinuierlich zugeführt und nach einer vorbestimmten Verweilzeit innerhalb des Ofens zum Zwecke des Brennens am unteren Ende abgezogen. Der Abzug erfolgt durch progressiven Vorschub eines Förderers, der das untere Ende des Ofens teilweise blockiert, wobei das Gemisch aus Sand und gebrannten Keramikartikeln mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Förderers abgezogen wird, wodurch die Verweilzeit im Ofen genau kontrolliert wird.

Description

a) ein längliches vertikal angeordnetes rohrförmiges Ofenelement (13) au? einem feuerfestem Material, das ein oberes Eintrittsende (17), ein unteres Austrittsende (18) sowie eine Heizvorrichtung zur Erhitzung wenigstens eines Teiles des Ofenelementes umfaßt,

b) eine Zuführfördereinrichtung zum Einsetzen der grünen Keramikartikel und eine Zuführeinrichtung für pulverförmiges Material in das Eintrittsende (17),

c) einen horizontal angeordneten Austragsförderer (21) der so angeordnet ist, daß die Oberseite (20) des Austragförderers (21) vom Austrittsende (18) abgesetzt ist um einen Abstand, der geringfügig größer ist als die kleinste Abmessung der Keramikartikel,

d) eine Antriebsvorrichtung zur Bewegung des Austragsförderers (21) mit einer Einrichtung (c) zur Regelung der Geschwindigkeit des Förderers und somit zur Regelung der Verweilzeit des Gemisches im Ofenelement (13) und durch eine Sichteranordnung zur Abscheidung der gesinterten Keramikartikel vom pulverförmigen Material.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragsförderer (21) ein perforiertes Band aufweist, durch welches das pulverförmige Material hindurchfällt, während die Keramikartikel zurückgehalten werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auffangblech unter dem Band vorgesehen ist, und das Auffangblech das Austritisende (18) überdeckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

zeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung innerhalb des Ofenelementes (13) vorgesehen ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühlereinrichtung (42) am Eintrittsende (17) zur Regelung der Zufuhrgeschwindigkeit des pulverförmigen Materials vorgesehen ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühlereinrichtung (42) eine Photozelle vorgesehen ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sintern von grünen Keramikartikeln, insbesondere monolithischer Kondensatoren, eingebettet in einem pulverförmigen, temperaturbeständigen Material, insbesondere Sand.

Verfahren dieser Art sind bekannt geworden durch die US-PS 32 35 939. Sei derzeitigen Verfahren zur Herstellung monolithischer Keramikkondensatoren ist in der Regel die Anfertigung keramischer Trägerschichter. aus Feinpartikeln der gewünschten dielektrischen Zusammensetzung in einem Binder aus organischem PoIymermaterial erforderlich. Die Trägerschichten können z. B. durch Siebdruck mit einer Farbe aus einem Bindemittel und fein verteilten Metallpartikeln, die bei Sintertemperaturen oxydationsbeständig sind, bedruckt werden, um eine Elektrodenfläche zu bilden. Eine Vielzahl von Elektrodenträgerschichten aus grünem Keramikmaterial wird sorgfältig ausgerichtet übereinander angeordnet so daß die Elektroden in aufeinanderfolgenden Schichten sich teilweise überdecken und dann zusammengepreßt werden.

Normalerweise ist der Hauptkörperteil der Elektroden in benachbarten Schichten zum größten Teil überlappt wobei die Elektrodenränder in abwechselnden Schichten versetzt angeordnet sind.
Sodann werden die übereinander ausgebildeten Trägerschichten entlang Schnitti-nien i.. Weine Inkremente unterteilt, um die Kanten der Elektroden abwechselnder Schichten an gegenüberliegenden Seiten der Inkremente freizulegen.
Die Inkremente werden auf Brenntemperatur erhitzt, um das Bindemittel zu entfernen und das dielektrische Material zu sintern und so das grüne Keramikmaterial in ein dichtes, monolithisches Material mit einer hohen dielektrischen Konstanten umzuwandeln.

Schließlich werden dann die auf diese Weise hergestellten Kondensatoren fertigbearbeitet, d. h. mit Zuleitungen versehen und in der Regel danach in einer Isolierummantelung eingekapselt.

Das Verfahren des Vorbrennens der grünen Keramikartikel zum Abbrennen organischer Stoffe und des anschließenden Brennens war bisher zeitraubend, energieintensiv und kostspielig und erforderte eine mannigfache Handhabung der zerbrechlichen und oftmals kleinen, vorgebrannten Artikel. Insbesondere werden die Artikel nach den herkömmlichen Verfahren vorsichtig auf einzelne Schlitten im Abstand voneinander aufgesetzt. Die Schlitten, die sich auf Förderern befinden, laufen hiernach mit kontrollierter Geschwindigkeit durch horizontale öfen.

Häufig sind für das Brennen und Abkühlen ungefähr

17 Stunden erforderlich. Die öfen sind in der Regel teuer und im Hinblick auf den Energieverbrauch äußerst unwirtschaftlich.

Nach einem verbesserten Verfahren ist vorgesehen.

die grünen Keramikvorformen auf ein Aluminiumbrett aufzusetzen und zu erhitzen, um die organischen Stoffe zu entfernen, wobei dann die Artikel nach dem Ausbrand lose in Schüsseln eingesetzt, mit Zirkonoxydsand abgedeckt und dann gebrannt werden. Diese Verbesserung hat zu einer wesentlichen Erhöhung der Brenngeschwindigkeit geführt, bedingt aber dennoch weiterhin den Einsatz unwirtschaftlicher Brennöfen und dergleichen.

Die vorbeschriebene Verfahrensweise ist, soweit sie nicht aus der US-PS 32 35 939 bekannt ist, aus der Praxis bekannt

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Sintern von Keramikartikeln eingebettet in einem pulverförmigen Material vorzuschlagen, bei dem ein kontinuierliches Arbeiten ermöglicht wird.

Die gestellte Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Ausbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

In Anspruch 5 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 argegeben. Die Ansprüche 6 bis 10 beinhalten vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 5.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Verarbeitung grüner Keramikartikel betrifft, wobei eine konstante Menge dieser Artikel nacheinander zugeführt und eine konstante Menge gebrannter Keramikchips nacheinander abgezogen wird. Insbesondere hat die Erfindung eine Brennvorrichtung mit einem senkrecht verlaufenden Rohr zum Gegens;and, das zumindest teilweise beheizt ist. Das Rohr wird zunächst mit Sand oder einem ähnlichen wärmebeständigen Material in Partikeltorm gefüllt Das horizontal angeordnete Austrittsende des Rohres wird durch einen Förderer wie zum Beispiel einen perforierten Gurt oder eine Scheibe verschlossen, dessen bzw. deren Oberfläche vom unteren Ende des Rohres etwas abgesetzt ist, wobei der Abstand zwischen dem Förderer und dem Rohr klein genug ist, um den freien Durchfluß des Materials zu verhindern, gleichzeitig aber auch so groß ist, daß zwischen dem Förderer und dem Rohraustritt ein Keramikartikel eingesetzt werden kann.

Nachdem das Rohr zum Anfahren zunächst mit Sand gefüllt wurde, wird am oberen Ende des Rohres nacheinander eine Anzahl grüner Keramikartikel zusammen mit einer vorbestimmten Menge Sand eingesetzt, wobei gleichzeitig der Förderer in horizontaler Richtung schrittweise bewegt wird, um Sandinkremente vom unteren Ende bzw. Austrittsende des Rohres abzuziehen.

Es liegt a!so auf der Hand, daß letztlich eine Mischung aus Artikeln und Sand durch das Rohr und insbesondere durch die darin vorgesehene Heizzone mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach unten gleitet, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit der Sand und Artikel am unteren Ende abgezogen werden.

Wahlweise kann ein inertes, oxydierendes oder reduzierendes Gas in einer gewünschten Strömungsrichtung durch das Rohr geleitet werden.

Das Material wird durch den Förderer mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Rohr abgezogen. Nachdem die für das Anfahren vorgesehene Sandmenge entfernt ist. besteht das nach unten auf den Förderer gelangende Material aus einem Gemisch von Sand und gebrannten Keramikkondensatoren. Die Artikel werden vom Sand getrennt, wobei der Sand 4ann wieder an der Oberseite des Rohres zusammen mit einer neuen Ladung grüner Keramikartikel zurückgeführt wird. Nach dem ersten Anfahren, wie vorstehend beschrieben, ist das Verfahren kontinuierlich.

Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Artikels und die Anwendung des vorbeschriebenen Verfahrens haben zu beträchtlichen Energieeinsparungen geführt den Einsatz von Ofenvorrichtungen wie beispielsweise Schiffchen oder Schlitten erübrigt wegen des kleinen Rohrquerschnitts eine bessere Temperaturregelung ermöglicht und Konvektionsströmungen ausgeschaltet den für die Brennvorrichtung erforderlichen Flächenbedarf um einen Faktor von 10 oder mehr verringert gegenüber herkömmlichen öfen die Wartungsprobleme wesentlich reduziert zu einer besseren Oberwachung der Atmosphäre geführt Beschädigungen der Artikel während der Verarbeitung verringert und die Verarbeitungszeit auf etwa ein Drittel der bisher erforderlichen Zeit verkürzt

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen nähsir erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Endaii.icht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei einzejie Teile weggebrochen gezeichnet sind, um Einzelheiten der Innenkonstruktion zu zeigen; und

F i g. 2 den im größeren Maßstab gezeichneten Ab-Schnitt ,r-.itlang der Achse 2-2 in F i g. 1.

Gemäß den Zeichnungen ist in halbschematischer ' Form eine Verarbeitungsvorrichtung zum Brennen von Keramikartikeln dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt eine Rahmenkonstruktion 10 mit einer Vielzahl stehend angeordneter Stützen 11 zur Aufnahme eines Grundrahmens oder Betts 12, auf dem die Verarbeitungsvorrichtung angeordnet ist

Ein vertikal verlaufendes Ofenelement 13, das aus einem Feuerfestmaterial wie beispielsweise Tonerde, Keramik oder dergleichen besteht ist auf einer Tragunterkonsstruktion 14 angeordnet.

Das Ofenelement 13 umfaßt entlang seiner Länge eine Heizzone wie zum Beispiel die Zone 15, die sich innerhalb einer Isolierkammer 16 befindet. Es gilt als vorausgesetzt, daß sich die Heizzone weitgehend über die gesamte Höhe der Isolierkammer 16 oder nur über einen kurzen Abschnitt derselben erstrecken kann.

Das Ofenelement 13 ist oben mit einem Eintrittsende 17 und unten mit einem Austrittsende 1? versehen. Das Austrittsende 18 umfaßt ein vertikal verstellbares Endstück 19, wie im Detail in F i g. 2 dargestellt.

Das Endstück 19 ist im Verhältnis zur Oberseite 20 eines Bandförderers 21 etwas abgesetzt. Das Endstück 19 ist zum Beispiel über eine Gewindeverbindung 19' zur Oberseite (20) hii?und von dieser weg verstellbar, so daß das unterste Ende 22 des Endstückes von der Ober seite 20 unterschiedlich abgesetzt werden kann.

Dei Bandförderer 21 besteht bevorzugt aus drehbar miteinander verbundenen Gliedern, die sich zumindest voll in Querrichtung unter das Endstück 19 e/strecken. Der Bandförderer 21 kann eine offene Maschenausführung sein, in welchem Falle unter dem Band ein Unterlegblech 23 vorgesehen wird, um zu verhindern, daß der Sand durch die Öffnungen im Band nach unten strömt Der Bandförderer 21 läuft um Antriebs· und Schlepprollen 24,25.

Unterhalb des Abwurfbereiches 26 des Bandförderers 21 befindet sich ein Sammeltrichter 27 mit einem zugehörigen Rohr 28 das zu einem Abscheidemechanismus 29 führt. Der Abscheidemechanismus 29 umfaßt ein Sieb (nicht dargestellt), durch das der Sand in das unterste Ende bzw. Speicherende 30 des Sandzuführmecha*

nismus 39 gelangen kann, wobei es gleichzeitig möglich ist, die abgeschiedenen und gebrannten Keramikartikel A abzuziehen.

Der Bandförderer 21 wird durch einen Motor 31 über eine Getriebeuntersetzung 32 angetrieben, die ihrerseits die Scheibe 33 antreibt, welche über den Riemen 34 mit der Antriebsscheibe 35 auf der Welle 36 verbunden ist, auf der sich die Antriebsrolle 24 befindet. Der Motor bzw. die Getriebeuntersetzung umfaßt eine Vorrichtung dargestellt als Regelung C, zur Veränderung der Antriebsgeschwindigkeit und somit zur Regelung der Laufgeschwindigkeit des Bandförderers 21.

Es dürfte offensichtlich sein, daß die Verweilzeit der Materialien innerhalb des Ofenelementes 13 abhängig ist von der Geschwindigkeit, mit welcher der Bandförderer 21 Material aus dem Rohr 13 abzieht, und da es wünschenswert ist, diese Verweilzeit entsprechend den Erfordernissen der jeweils zu verarbeitenden Artikel zu variieren, ist eine Geschwindigkeitsregelung für den Bandförderer 2ί äußerst erwünscht.

Das Ofenelement 13 ist an seinem oberen Eintrittsende 17 mit einer Artikelzuführstation 37 zur Zuführung der zu verarbeitenden grünen Keramikartikel und mit einer Sandzuführstation 38 zur Zuführung von Sand versehen.

Der Sandzuführmechanismus 39, bei dem es sich wie dargestellt um einen Schneckenförderer handeln kann, verläuft aus dem Speicherende 30 nach oben und umfaßt eine Zuführung 40, um Sand aus dem Sandzuführmechanismus 39 in das Ofenelement 13 zu verbringen.

Ein Antriebsmechanismus 41 ist unterhalb des Sandzuführmechanismus 39 angeordnet. Die Betätigung des Antriebsmechanismus 41 wird bevorzugt durch einen optischen Fühler bzw. eine Fotozelle 42 geregelt, die neben dem obersten Ende des Ofenelementes 13 vorgesehen sind. Die Fotozelle 42 hat die Aufgabe, den Antriebsmechanismus 41 zu betätigen, um die Vorrichtung mit zusätzlicher?· Sand zu versorgen sobald im Bereich neben der Fotozelle 42 Sandmangel festgestellt wird.

Die in die Verarbeitungsvorrichtung einzusetzenden Artikel A sind bevorzugt in einem Vibrationszuführmechanismus 43 der allgemein als »Syntron« bezeichneten Ar; angeordnet. Der Zuführmechanismus umfaßt einen Trichter 44 und ein Austragrohr 45, dessen unteres Ende 46 mit einem Kappenteil 47 am oberen Ende des Ofenelementes 13 verbunden ist. Wird der Vibrationszuführmechanismus 43 betätigt, welche Funktion ebenfalls durch die Fotozelle 42 gesteuert werden kann, so gelangen die im Trichter befindlichen Artikel mit kontrollierter Geschwindigkeit durch das Austragrohr 45 in das Ofenelement 13.

Durch entsprechende Betätigung des Vibrationszuführmechanismus 43 und des Sandzuführmechanismus 39 werden in einem vorbestimmten Verhältnis kontinuierlich Artikel und Sand in das Eintrittsende 17 des Ofenelementes 13 eingeführt

Wie bereits im Vorstehenden erwähnt, ist die Verweilzeit der Artikel innerhalb des Ofenelementes 13 abhängig von der Betriebsgeschwindigkeit des Bandförderers 21.

Bevorzugt sind Vorrichtungen vorgesehen, um in einer gewählten Richtung und in verschiedenen Ebenen Gase durch das Ofenelement 13 umzuwälzen. Wie dargestellt sind in einem oberen bzw. unteren Abschnitt des Ofenelementes 13 Leitungen 48 und 49 angeordnet, die wahlweise an ein gasförmiges Reagenz wie beispielsweise ein Oxydationsgas, ein Reduktionsgas usw. angeschlossen werden können.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich.

Zum Anfahren wird der Sandzuführmechanismus 39 ohne Einschaltung des Vibrationszuführmechanismus 43 betätigt, bis das Ofenelement 13 vollständig mit Sand gefüllt ist. Die Vorschubgeschwindigkeit des Bandförderers 21 und der Abstand des Endstückes 19 von der Oberseite des Bandförderers 21 werden entsprechend der Größe, Lage und gewünschten Verweilzeit der Artikel im Ofenelement 13 eingestellt.

Die Heizzone 15 wird zusammen mit dem Vibrationszuführmechanismus 43 und dem Bandförderer 21 eingeschaltet. Der verwendete Sand muß ein Material, das bei Sinterungstemperatur der Keramik schmelzfest ist und zum Beispiel Silikonsand oder Zirkondioxydsand oder entsprechende Mischungen enthalten kann, sein.

Das Ofenelement 13 kann aus jedem geeigneten Feuerfestmaterial wie beispielsweise Zirkondioxyd hergestellt sein.

Für eiiic Spezielle Einrichtung würde ein Zirkoüdioxydrohr von 4 Fuß Höhe mit einem Innendurchmesser von 2,5 Zoll verwendet.

Die Heizzone 15 war etwa 36 Zoll hoch und wurde auf eine ausgewogene Temperatur von 1120°C erhitzt.

Der Bandförderer 21 wurde so eingestellt, daß das Gemisch mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Zoll pro Stunde durch das Ofenelement 13 transportiert wurde, sodaß das Gemisch aus Sand und Artikeln bei dem vorgegebenen Füllstand ungefähr 4 Stunden brauchte, um die volle Länge des Ofenelementes 13 zu passieren.

Bevorzugt kann ein Bandförderer 21 auf eine Durchlaufzeit zwischen 3 und 5 Stunden eingestellt sein.

Die Vorrichtung erwies sich als ideal für den Ausbrand und das Brennen von Keramikartikeln, da der Ausbrand im Bereich oberhalb der Heizzone 15 und die Sinterung im Bereich dieser Zone erfolgte, wobei die Vorrichtung ebenfalls eine »Haltezeit« der gesinterten Artikel im Bereich unterhalb der Heizzone 15 gestattete.

Nach der Erstfüllung arbeitet die Vorrichtung kontinuierlich, wobei das am Austrittsende oder Endstück 19 austretende Gemisch aus Sand und gesinterten Artikeln A auf der Oberseite 20 des Förderers transportiert und in den Sammeltrichter 27 verbracht wird, von wo aus das Gemisch wie bereits erwähnt dem Abscheidemechanismus 29 zugeführt wird.

Der noch heiße oder warme Sand wird wieder in den Sandzuführmechanismus 39 zurückgeführt, während die verarbeiteten Artikel A zur weiteren Bearbeitung abgezogen werden.

Wahlweise und bevorzugt kann die Atmosphäre in den verschiedenen Ebenen innerhalb des Ofens beispielsweise durch die Einleitung geeigneter Gase in verschiedenen Ebenen kontrolliert und geregelt werden. So ist es zum Beispiel möglich, in der oder den Ebenen eine oxydierende Atmosphäre im Ofenelement 13 zu schaffen, in der bzw. denen der Ausbrand erfolgt usw.

Der Abstand zwischen dem Endstück 19 und der Oberseite 20 des Bandförderers 21 muß natürlich größer sein als die kleinste Abmessung der Artikel A. Es ist jedoch wünschenswert, diesen Abstand entsprechend der vorstehenden Einschränkungen so klein wie möglich zu halten, um zu verhindern, daß der Sand frei strömen und sich seitlich ausbreiten kann.

Obwohl die Vorrichtung in Verbindung mit einem Schneckenförderer dargestellt ist, dürfte es ohne weiteres klar sein, daß alternative Einrichtungen verwendet werden können, um das Gemisch aus Sand und verar-

beiteten Artikeln abzuziehen und gleichzeitig einen freien und unkontrollierten Durchlauf des Gemisches durch das Rohr nach unten zu verhindern. So kann der Förderer zum Beispiel eine um eine vertikale Achse drehbare Scheibe umfassen, deren Oberfläche sich unmittelbar unter dem Austrittsende des Rohres befindet und von diesem abgesetzt ist. Nur ein Teil der Scheibe deckt sich mit dem Austrittsende des Rohres, wodurch ein inkrementdier Abzug des Materials aus dem Rohr mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die von der Umdrehungsgesijhwindigkeit der Scheibe abhängig ist.

Für den Fachmann dürfte anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein, daß verschiedene Abwandlungen der dargesteüten Ausführungsformen möglich sind, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. So können zum Beispiel alternative Ausführungen von Sandzuführungsförderern, Artikelzuführförderern, Siebvorrichtungen und dergleichen zweckmäßigerweise eingesetzt werden. Demgemäß ist die Erfindung im weitesten Rahmen entsprechend den beigefügten Patentansprüchen auszulegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

25

30

40

45

55

60

65

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zum Sintern von grünen Keramikartikeln, insbesondere monolithischen Kondensatoren, eingebettet in einem pulverförmigen temperaturbeständigen Material, insbesondere Sand, dadurch gekennzeichnet, daß die grünen Keramikteile und das pulverförmige Material im vorbestimmten Verhältnis dem oberen Ende einer vertikal angeordneten Heizzone zugeführt werden, daß das Gemisch nach dem Prinzip der Schwerkraft mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch die Heizzone geführt wird, daß an dem unteren Ende der Heizzone kontinuierlich das Gemisch abgezogen wird und anschließend die gesinterten Keramikteile von dem abgezogenen Gemisch getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Heizzone sich nach unten bewegend? Gemisch aus Keramikteilen und pulverförmigem Material von einem Gas durchströmi wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den gesinterten Keramikteilen abgetrennte pulverförmige Material in teilweise erwärmtem Zustand dem oberen Ende der Heizzone zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch