DE3805569A1 - Verfahren und vorrichtung zum strangpressen von keramikmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strang­ pressen eines Keramikmaterials, das für das Strangpreßfor­ men von keramischen Körpern, insbesondere von keramischen Wabenstrukturen, geeignet ist, und auf eine Vorrichtung zur Verwendung bei diesem Verfahren.

Um keramische Körper durch Strangpressen zu formen, wurde bisher ein Keramikmaterial mit Hilfe einer Vakuum-Schnecken­ presse zu kreisförmigen Zylindern oder säulenförmigen Kör­ pern geformt, die dann einer Extrudiermaschine, z.B. einer Spritzpreßmaschine, zugeführt wurden, um zu einer vorbe­ stimmten Gestalt geformte Keramikkörper zu erhalten. Die Vakuum-Schneckenpresse weist eine Vakuum-Knetsektion zum Kneten des Keramikmaterials, um Keramikchargen zur Formung von keramischen Körpern zu erlangen, eine Säulen- oder Stab­ körper-Formsektion zur Ausbildung von säulen- bzw. stabförmi­ gen Körpern und eine Chargenüberführsektion, die die in der Vakuum-Knetsektion erhaltenen keramischen Chargen mit Hilfe von Schnecken zur Säulenkörper-Formsektion überführt, auf.

Bei den bisher zur Anwendung gelangenden Strangpreß-Formver­ fahren werden von der Vakuum-Schneckenpresse erhaltene Ke­ ramikchargen unmittelbar extrudiert und durch die Strang­ preß-Formmaschine zu gewünschten Gestalten ausgebildet. Das bedeutet, daß selbst dann, wenn Schichten in den Keramikchar­ gen, die von den Schnecken überführt werden, auftreten, diese die Schichten enthaltenden Keramikchargen extrudiert und ausgeformt werden, ohne als Ausschuß verworfen zu werden. Wenn die geformten stabförmigen Körper der Keramikchargen, die solche Schichten enthalten, unmittelbar durch die Spritz­ preßmaschine extrudiert werden, um geformte Körper von ge­ wünschten Ausgestaltungen zu erhalten, so treten als Ergeb­ nis dessen örtliche Verformungen als Fehler in den Körpern nach ihrer Formung durch die Spritzpreßmaschine oder nach dem Brennen der geformten Körper auf. Diese Fehler sind ins­ besondere schwerwiegend, wenn es sich um das Formen von kera­ mischen Wabenstrukturen handelt, deren Gitter örtlich ver­ formt werden, beispielsweise in Längsrichtungen von Durch­ gangsöffnungen gewellt oder als von beispielsweise quadrati­ schen Zellen abweichende trapezförmige Zellen geformt wer­ den. Als Ergebnis dessen werden, wenn ein Katalysator von einer solchen Wabenstruktur, die Fehler aufweist, getragen wird, die Durchgangsöffnungen der Struktur im Gebrauch oftmals verstopft.

Die US-PS 38 88 963 offenbart eine Chargenfluß-Vereinheit­ lichungseinrichtung, die unmittelbar vor einem Formwerk­ zeug einer Strangpreßmaschine angeordnet ist, um Ungleichmä­ ßigkeiten in den Zentren und den Außenumfängen von dem Form­ werkzeug zuzuführenden Chargen zu vergleichmäßigen, so daß gleichförmig ausgestaltete Körper erhalten werden. Jedoch dient diese Einrichtung lediglich dazu, Ungleichmäßigkeiten in den Chargen in einem Zylinder zu beseitigen und löst nicht das Problem der oben erwähnten Schichten.

Es ist insofern die primäre Aufgabe der Erfindung, ein Ver­ fahren zum Strangpressen von Keramikmaterial anzugeben und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzu­ zeigen, wodurch die Nachteile des Standes der Technik, die oben herausgestellt wurden, beseitigt und jegliche Schich­ tenbildungen in zu formenden Keramikchargen sowie folglich Verformungen von geformten Körpern, insbesondere von Verfor­ mungen von Zellen von keramischen Wabenstrukturen, verhin­ dert werden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe umfaßt das Verfahren zum Strangpressen einer von einer Vakuum-Schneckenpresse zuge­ führten keramischen Charge zu einem Formkörper mittels einer Spritzpreßmaschine die Schritte des Auflockerns sowie Zer­ kleinerns einer zugeführten keramischen Charge in der Vakuum- Schneckenpresse, des Extrudierens der aufgelockerten sowie zerkleinerten keramischen Charge von der Vakuum-Schnecken­ presse in einen säulenförmigen Formkörper von einer zu einem Einführen in einen Zylinder der Spritzpreßmaschine geeigne­ ten Größe und des Extrudierens des säulenförmigen Formkör­ pers aus der Spritzpreßmaschine zur Ausbildung eines Form­ körpers von vorbestimmter Gestalt.

Die Vorrichtung zum Strangpressen einer keramischen Charge mit einer Vakuum-Schneckenpresse, wobei die Vorrichtung eine Vakuum-Knetsektion zum Kneten eines keramischen Mate­ rials zur Erzeugung einer keramischen Charge, eine Säulenkör­ per-Formsektion zur Formung des gekneteten Keramikmaterials zu einem Säulenkörper und eine Chargenüberführsektion zur Überführung der keramischen Charge zu der Säulenkörper-Form­ sektion umfaßt, zeichnet sich durch eine mit einem Gitter versehene, an der Austrittsseite der Chargenüberführsektion angeordnete Gittertrommel oder -scheibe, die die in der Vakuum-Knetsektion geknetete keramische Charge vor deren Überführen in die Säulenkörper-Formsektion auflockert und zerkleinert, aus.

Mit der obigen Anordnung wird eine von der Knetsektion der Vakuum-Schneckenpresse zugeführte Keramikcharge durch die Gittertrommel aufgelockert und zerkleinert und dann mittels einer Spritzpreßmaschine extrudiert, um einen geformten Körper von vorbestimmter Gestalt auszubilden. Dadurch ist es möglich, Schichten, die in einem in die Spritzpreßma­ schine einzubringenden, säulenförmig ausgebildeten Körper auftreten können, zu verhindern und insofern Verformungen des Formkörpers von der vorbestimmten Gestalt zu unterbinden.

Das Gitter der Gittertrommel ist vorzugsweise wabenförmig oder aus konzentrischen Kreisen oder aus einer Kombination dieser beiden Ausbildungen ausgestaltet. Derartige Ausbil­ dungen des Gitters sind in bezug auf das Auflockern und Zer­ kleinern oder Aufbrechen der Keramikchargen von Vorteil. Da Schichten dazu neigen, in den Zentren der Keramikchar­ gen aufzutreten, ist ein Gitter, das in der Mitte dichter ausgestaltet ist, vorzuziehen. Darüber hinaus wird ein Gitter mit einem stromlinienförmigen Querschnitt bevorzugt, um den Widerstand gegenüber den durch das Gitter fließenden Keramik­ chargen zu vermindern.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zum großen Teil geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Strangpreß­ verfahrens von Keramikmaterial gemäß der Erfindung;

Fig. 2a und 2b eine Frontansicht bzw. einen Schnitt einer Gittertrommel in einer bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Ausführungsform;

Fig. 3a und 3b zu Fig. 2a und 2b gleichartige Darstellun­ gen einer abgewandelten Ausführungsform der Git­ tertrommel.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Vakuum- Knetsektion, die aus einer Schrauben- oder Schneckenmühle 1 und einer Vakuumkammer 2 besteht, um ein Keramikmaterial zu kneten, so daß eine Keramikcharge zum Formen eines kera­ mischen Körpers erhalten wird, und eine Säulenkörper-Formsek­ tion, die aus einer Chargenüberführsektion mit einer Schnec­ ke 3 zur Überführung der in der Vakuumkammer 2 befindlichen Keramikcharge und aus einem Stab- oder Säulenformring 4 zur Ausbildung der von der Schnecke in einen kreisförmigen Zy­ linder oder Säulenkörper überführten Keramikcharge besteht. Die Vakuum-Knetsektion und die Säulenkörper-Formsektion sind auf einem Maschinengestell 5 angeordnet.

Die Schraubenmühle 1 dient der Überführung eines durch eine Materialzuführöffnung 6 eingebrachten keramischen Materials in die Vakuumkammer 2, wobei das Material geknetet wird. Luftblasen in der gekneteten und in die Vakuumkammer einge­ führten Keramikcharge werden in der Vakuumkammer 2 entfernt. Die Keramikcharge fällt in der Vakuumkammer unter der Schwerkraft auf den Boden eines Schachts am Einlauf der Schnecke, um aufgelockert und in die Chargenüberführsek­ tion eingebracht zu werden.

Die in die Chargenüberführsektion eingebrachte Keramikchar­ ge wird durch die Schnecke 3 weitertransportiert, wobei sie komprimiert wird. Dann tritt die Charge durch eine Gitter­ trommel oder -scheibe 7, die an der Austrittsseite der Über­ führsektion angeordnet ist, wodurch die Charge fein aufge­ lockert sowie aufgebrochen wird und jegliche Schichtungen beseitigt werden. Anschließend wird die von Schichten freie Keramikcharge im Säulenformring 4 in einen zylindrischen oder säulenförmigen Körper von kreisförmiger Gestalt geformt. Mit Hilfe einer an der Ausstrittsseite des Säulenförmrings 4 angeordneten Schneid- oder Trennvorrichtung 8 wird der erhaltene säulenförmige Körper in Stücke von vorbestimmter Länge geschnitten. Der abgeschnittene, säulenförmige Körper wird in eine (nicht gezeigte) Spritzpreßmaschine für einen nächsten Verfahrensschritt eingebracht. In diesem Fall ist es nötig, daß der säulenförmige Körper einen Durchmesser und eine Länge hat, die es ermöglichen, ihn in den Zylinder der Spritzpreßmaschine einzuführen. Irgendeine allgemein bekannte Spritzpreßmaschine kann für diesen Verfahrensschritt zur Anwendung kommen.

Bei der in den Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsform einer Gittertrommel ist das Gitter 9 der Gittertrommel 7 wabenartig ausgestaltet. Die Gitterstege des Gitters 9 wei­ sen im Querschnitt eine Stromlinienform von der Seite des Säulenrings 4 zur Seite der Schnecke 3 hin auf. Die Gitter­ trommel in dieser Ausführungsform läßt eine leichte Herstel­ lung des Gitters 9 zu und hat eine hohe Wirkung in bezug auf die Beseitigung von Schichten in den Chargen. Da der Querschnitt der Gitterstege stromlinienförmig ist, wird der Widerstand der durch das Gitter tretenden Charge in hohem Maß vermindert. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3a und 3b besteht das Gitter 9 der Gittertrommel 7 aus konzen­ trischen kreisförmigen und aus radialen Gitterstegen, wobei diese Stege im Zentrum des Gitters 9 mit größerer Dichte als im Außenumfangsbereich angeordnet sind. Auch hier ist der Querschnitt der Gitterstege vom Säulenformring 4 zur Seite der Schnecke hin stromlinienförmig ausgebildet. Durch diese Ausführungsform mit der dichteren Anordnung der Gitter­ stege im Zentrum werden Schichten, die vor allem im Zentrum einer Keramikcharge auftreten, wirksam beseitigt.

Bei der Durchführung des Keramik-Strangpreßverfahrens unter Verwendung der Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau wird zuerst ein vorbereitetes Keramikmaterial in die Material­ zuführöffnung 6 eingebracht. Dieses Material wird in der aus der Schraubenmühle 1 und der Vakuumkammer 2 bestehenden Vakuum-Knetsektion geknetet. Hierauf wird das geknetete Keramikmaterial durch die Schnecke 3 in die Gittertrommel 7 überführt, in welcher das Material aufgelockert und zer­ kleinert wird. Das aufgelockerte und aufgebrochene oder zer­ kleinerte Keramikmaterial wird durch den Säulenformring 4 zu einem geformten kreisförmigen Zylinder- oder Säulenkörper ausgebildet und durch die Schneidvorrichtung 8 auf eine vor­ bestimmte Länge gebracht, wobei der Körper einen Durchmes­ ser und eine Länge hat, die sein Einführen in den Zylinder der Spritzpreßmaschine ermöglichen. Schließlich wird der säulenförmige Körper durch die herkömmliche Spritzpreßma­ schine zur Ausbildung eines Formkörpers mit einer vorbe­ stimmten Gestalt extrudiert.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, werden gemäß der Erfindung geknetete und zugeführte Keramikchargen zur Ausbildung eines keramischen Körpers mittels einer Git­ tertrommel oder -scheibe aufgelockert sowie aufgebrochen und dann mittels einer Spritzpreßmaschine extrudiert, um einen Formkörper von vorbestimmter Gestalt auszubilden. Es ist dadurch möglich, im kreisförmig ausgebildeten, säu­ lenartigen Körper, der der Spritzpreßmaschine zugeführt werden soll, Schichten zu verhindern, wodurch Verformungen des geformten Körpers von vorbestimmter Gestalt unterbun­ den werden.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen wörtlich und bildlich erläutert wurde, so ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre Abänderungen und Abwandlungen an die Hand gegeben sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Strangpressen einer von einer Vakuum- Schneckenpresse zugeführten keramischen Charge zu einem Formkörper mittels einer Spritzpreßmaschine, gekennzeichnet durch die Schritte des Auflockerns sowie Zerkleinerns einer zugeführten keramischen Charge in der Vakuum-Schneckenpresse, des Extrudierens der aufgeloc­ kerten sowie zerkleinerten keramischen Charge von der Vakuum-Schneckenpresse in einen säulenförmigen Formkör­ per von einer zu einem Einführen in einen Zylinder der Spritzpreßmaschine geeigneten Größe und des Extrudie­ rens des säulenförmigen Formkörpers aus der Spritzpreß­ maschine zur Ausbildung eines Formkörpers von vorbe­ stimmter Gestalt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper von vorbestimmter Gestalt eine Keramik- Wabenstruktur aufweist.

3. Vorrichtung zum Strangpressen einer keramischen Charge mit einer Vakuum-Schneckenpresse, wobei die Vorrichtung eine Vakuum-Knetsektion zum Kneten eines keramischen Ma­ terials zur Erzeugung einer keramischen Charge, eine Säu­ lenkörper-Formsektion zur Formung des gekneteten Keramik­ materials zu einem Säulenkörper und eine Chargenüberführ­ sektion zur Überführung der keramischen Charge zu der Säulenkörper-Formsektion umfaßt, gekennzeichnet durch eine mit einem Gitter (9) versehene, an der Austritts­ seite der Chargenüberführsektion angeordnete Gitterkam­ mer (7), die die in der Vakuum-Knetsektion geknetete kera­ mische Charge vor deren Überführen in die Säulenkörper- Formsektion auflockert und zerkleinert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (9) ein wabenartiges Gitter ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (9) konzentrische kreisförmige und radiale Gitterstege umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (9) in seiner Mitte eine engere Ausbildung als im Randbereich aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der das Gitter (9) bildenden Gitterstege in einer zur Fließrichtung des keramischen Materials im wesentlichen rechtwinkligen Schnittebene stromlinienförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromlinienform ihre Spitze an der Anlauf­ seite des Materials hat und sich zur stromabwärtigen Seite hin verbreitert.