DE4425631A1 - Steuerlamelle zur Steuerung der Strömungsverhältnisse im Preßkopf einer Strangpresse zur Herstellung keramischer Artikel bei deren gleichzeitiger Entwässerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung von Strangpressen, wie sie zur Herstellung stranggepreßter, keramischer Artikel verwendet werden.

Zum Beispiel bei der Herstellung von dickwandigen (über 6 mm), großformatigen Platten entstehen Fehler im gepreßten Produkt nach dem Trocknen durch inhomogene Wasser­ verteilungen.

Isostatische Pressen, bei denen mittels Hydraulik ein hoher Druck aufgebaut wird, er­ möglichen die Produktion einwandfreier, maßhaltiger Platten; allerdings haben isostatische Presse einen hohen Maschinenaufwand zur Folge.

Entwässerungsmundstücke ermöglichen nur die Entwässerung dünnwandiger Platten (bis ca. 6 mm), da die Entwässerung an den der Oberfläche am nächsten liegenden Bereichen am größten ist und zum Kern des Scherbens hin abnimmt.

Eine Steuerung der Strömungsverhältnisse im Preßkopf und damit eine individuelle Mini­ mierung der Fehler, die durch unterschiedliche Materialgeschwindigkeiten im Preßkopf entstehen, ist nicht möglich.

Die Aufgabe der Steuerlamelle ist es, die Fehler im Produkt, die durch unerwünschte Strömungsverhältnisse im Preßkopf, wie zum Beispiel ungleichmäßiger Materialvortrieb und damit inhomogene Wasserverteilungen, entstehen, durch individuelle Einstellung eliminieren zu können.

Der Einsatz von Steuerlamellen soll es unter anderem ermöglichen, dickwandige, großformatige Platten herzustellen, die nach dem Verlassen der Formgebungsmaschine relativ unempfindlich gegenüber den mechanischen Beanspruchungen durch Transport-, Stapeleinrichtungen etc. sind, eine geringe Trockenzeit, sowie eine hohe Maßhaltigkeit nach dem Trocknen und Brennen aufweisen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Weiter­ bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Fließt in einem Preßkopf aufgrund seiner Geometrie das zu verpressende Material mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, so haben Tonmischungen die Eigenschaft, daß sich das in der Mischung befindliche Wasser aus den Bereichen geringer Bewegung in die Bereiche größerer Bewegung zieht. Pflanzen sich die Bewegungsunterschiede bis zum Mundstück fort, so entsteht ein ungleichmäßiger Materialvorschub im Strang, der sich selbst nach einem absolut winkligen Ausstanzen einer frisch gepreßten Platte nach deren Trocknen durch Maßungenauigkeiten bemerkbar macht, da die einzelnen Bereiche der Platte aufgrund der inhomogenen Wasserverteilung im Strang eine unterschiedliche Trocken­ schwindung aufweisen.

Die Aufgabe der Steuerlamelle ist es nun, durch eine gezielte Ent- bzw. Bewässerung von Teilsträngen deren Wassergehalt derart zu variieren, daß ungleichmäßige Materialge­ schwindigkeiten nach dem Passieren der Steuerlamellen verhindert werden.

Einen Bereich mit größerem Materialvortrieb würde man also entwässern, während man die anderen Bereiche unter Umständen bewässert.

Um hohe Trockenzeiten und hohe Trockenschwindungen sowie ein gegen mechanische Beanspruchung empfindliches frisch gepreßtes Produkt zu vermeiden, ist eine Entwässer­ ung und keine Bewässerung anzustreben.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß im Preßkopfbereich den Erfordernissen ent­ sprechend Steuerlamellen angeordnet werden, die den Massenstrom im Preßkopf teilen und jedem einzelnen Teilstrom Wasser entziehen oder Wasser zufügen.

Dieses geschieht dadurch, daß im Bereich der Steuerlamellen geeignete poröse Werkstoffe derart angeordnet werden, daß die Oberfläche jedes einzelnen Teilstroms unter Druck an den porös ausgeführten Bereichen zur Entwässerung und unter Druckabnahme zur Be­ wässerung vorbeigleitet.

Nachdem das zu verpressende Material die Steuerlamellen passiert hat, werden die einzelnen entwässerten Teilströme durch den von der Strangpresse aufgebauten Druck wieder zusammengepreßt.

Die Steuerlamellen sind, von der Nachpresse zugewandten Seite betrachtet, zunächst derart ausgeführt, daß der von der Nachpresse aufgebaute Druck mit dem das formbare Material an den porösen Stellen der Steuerlamellen vorbeigleitet zur Entwässer­ ung genutzt werden kann.

Während des kontinuierlichen Herstellungsprozesses gleiten die Oberflächen der Teil­ massenströme mit einem zur definierten Entwässerung geeigneten Mindestdruck mit den entsprechenden Kraftkomponenten über den porösen Bereich der jeweiligen Lamelle.

Zur Gewährleistung der gewünschten Entwässerungsfunktion ist die Lamelle zunächst langgestreckt und mit einem kontinuierlichen Krümmungsverlauf ausgeführt; wodurch ein Druckaufbau zwischen den Lamellen und ein langer Kontaktweg gegeben ist.

Nachdem das Material den Entwässerungsbereich der Lamellen durchquert hat, gelangt es in den Bewässerungsbereich.

Der Bewässerungsbereich ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß das Material nach einer vorhergegangenen Querschnittsminderung (Entwässerung) eine Querschnitts­ vergrößerung, die mit einer Druckabnahme verbunden ist, erfährt. Während das Material diesen Bereich durchquert, kann Wasser zugesetzt werden.

Im Extremfall sind die Lamellen so ausgeführt, daß sie ausschließlich für eine Ent­ wässerung bzw. Bewässerung verwendet werden können.

Jede einzelne Lamelle besitzt mehrere Kammern gleicher oder ungleicher Größe, die individuell ent- bzw. bewässert werden können.

Eine Steuerung der Entwässerungsfunktion ist dadurch möglich, daß man jeder Kammer über eine geeignete Ventilanordnung Wasser bzw. Wasserdampf zufügt oder ein bestimmte Wassermenge aus der jeweiligen Kammer entweichen läßt.

Um die Menge des den Teilströmen entzogenen bzw. zugeführten Wassers bezogen auf das vorherige Gewicht konstant zu halten, ist es ratsam, die momentane Stranggeschwin­ digkeit zu messen, und über eine Regeleinrichtung eine exakte Ent- bzw. Bewässerung durchzuführen.

Die Steuerungslamellen befinden sich in spezieller Anordnung im Inneren des Preßkopfes und werden vorzugsweise am Mantel des Preßkopfes befestigt. Der Mantel des Preßkopfes besitzt Durchbrüche zur Ableitung des Wassers aus den Kammern der Steuerlamellen bzw. zur Einleitung von Wasser oder Wasserdampf in die jeweiligen Kammern der Steuer­ lamellen.

Grundsätzlich besitzt jede Steuerungslamelle mindestens eine Kammer im Inneren. Die Innenfläche der Kammer ist zumindest zum Teil porös.

Für die Ausführung der einzelnen Steuerlamellen gibt es mehrere Varianten. Einmal besteht die Steuerlamelle aus einem hohlen metallischen Stützkörper in den Durchbrüche zur Ableitung von extrahiertem Wasser bzw. zur Zuleitung von Wasser oder Wasserdampf eingelassen sind. Über diese Durchbrüche wird ein- oder mehrseitig als Gleit- und Kontaktfläche zum zu verpressenden Material ein poröser Werkstoff aufgebracht.

Bei einer anderen Ausführungsvariante ist die Steuerungslamelle durchgängig aus einem ausreichend elastischen und dabei porösem Werkstoff aufgebaut, welcher im Inneren mindestens eine Kammer aufweist.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist die Steuerungslamelle matrixartig mit einer metallischen und einer porösen Komponente ausgebildet. Die metallische Komponente besteht dabei aus einem Metallgrundkörper, der in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung Durchbrüche aufweist. In diese Durchbrüche ist zur Gewährleistung der Durchlassfähigkeit von Wasser bzw. Wasserdampf ein poröses Material eingelagert.

Bei einer vierten Ausführungsvariante ist die nicht-poröse metallische Oberfläche mit einem Polyurethan, zur Minderung des Gleitreibungskoeffizienten zwischen Steuerungs­ lamelle und dem zu verpressenden Material, verkleidet.

Bei einer fünften Ausführungsvariante besteht die Steuerlamelle aus einem Material mit relativ grober Porosität, auf welches ein Material mit der erforderlichen Porosität aufgebracht wird.

Es kann zum Beispiel auf ein Hohlkörper aus Sintermetall eine poröse, verschleißfeste Keramik mit relativ geringer Oberflächenstärke (ca. 0,1 bis 5 mm) durch Spritzen oder ähnliches aufgebracht werden.

Die Materialdicke des auf den Stützkörper aufgebrachten bzw. in den Grundkörper gleicher Stärke eingelagerten porösen Materials beträgt etwa 1 bis 40 mm. Bei durchgängiger Aus­ führung der Steuerlamelle aus porösem Material beträgt die Wandstärke etwa 1 bis 40 mm. Bei der Auswahl der in die Steuerlamelle integrierten porösen Materialien mit Entwässer­ ungsfunktion ist, als besonderes Kriterium die ausreichende Verschleißfestigkeit zu beachten. Vorzugsweise werden Sintermetalle, Keramiken, poröse Kunststoffe sowie Gläser eingesetzt.

Bei der Entwässerung des zu verpressenden Materials ist darauf zu achten, daß die für eine Formgebung des zu verpressenden Materials nötige Plastizität nicht unterschritten wird.

Die für die Einhaltung dieser Bedingung entscheidenden Parameter, wie Krümmungsver­ hältnisse der Steuerlamellen sowie der von der Nachpresse aufgebrachte Druck, sind darauf abzustimmen.

Die Parameter, wie Krümmungsverhältnisse der Steuerlamellen sowie der von der Nach­ presse aufgebrachte Druck, können frei variiert werden, wenn das extrahierte Wasser über entsprechende Ventile aus den Kammern der Steuerlamelle geleitet wird.

Durch die Steuerlamellen in Verbindung mit entsprechenden Meßvorrichtungen zum Messen der Strömungsverhältnisse im Preßkopf, mit Proportional- oder Regelventilen, mit Vorrichtungen zum Messen der Stranggeschwindigkeiten und mit elektronischen Regel­ einrichtungen ist es möglich, die Strömungsverhältnisse im Preßkopf zu regeln.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen. Einzel­ heiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Nachpresse mit erfindungsgemäßer Weiter­ entwicklung des Preßkopfes.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Steuerlamelle, die insgesamt aus 16 Kammern besteht.

Die Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 zeigen in verschiedenen Ausführungsformen die Wände der Steuerlamellen, an denen das Material vorbeigleitet.

Fig. 8 zeigt eine weitere Einbauvariante der Steuerlamellen im Preßkopf.

Fig. 1 zeigt einen Teil der Nachpresse (1, 2), die das zu verpressende Material (3) an den im Preßkopf (5) angebrachten Steuerlamellen (4) vorbeidrückt.

Fig. 2 zeigt den möglichen Aufbau einer Steuerlamelle (4). Auf Grund der Anordnung der Steuerlamellen (4) gleitet das zu verpressenden Material (3) im Bereich a zunächst unter Querschnittsabnahme unter Druck an der porös ausgeführten Wand (6) der Steuerlamellen (4) vorbei. Dieser von der Nachpresse (1, 2) aufgebrachte Druck wird zur Entwässerung des Materials (3) genutzt.

Die Steuerlamellen in Fig. 2 besitzen je 8 Entwässerungs- (7) und 8 Bewässerungs­ kammern (8). Das aus dem zu verpressenden Material (3) extrahierte Wasser gelangt durch die poröse Wand (6) der Steuerlamelle (4) (die Wände 10 der Kammern (7, 8) sind nicht porös) in eine der Entwässerungskammern (7). Von dort aus wird es durch einen der gebohrten Kanäle (9), die nicht miteinander verbunden sind, nach außen geleitet. Durch den Einsatz entsprechender Ventile kann die Wassermenge, die über die Kanäle (9) aus den Entwässerungskammern (7) abgelassen wird, gesteuert werden.

Nachdem das Material den Entwässerungsbereich a durchquert hat, gelangt es in den Bewässerungsbereich b. Die Querschnittszunahme des Materials ist mit einer Druck­ minderung im Material verbunden, die eine Bewässerung des Materials (3) begünstigt.

Das Wasser bzw. der Wasserdampf wird dem Material durch die porösen Wände (6) der Bewässerungskammern (8) dem zu verpressenden Material (3) zugeführt. Auch die Bewässerungskammern (8) können durch die nicht miteinander verbundenen Kanäle (9) über entsprechende Ventile unabhängig angesteuert werden.

Die Ventile ermöglichen außerdem, daß dem Material immer eine bestimmte Wasser­ menge zugeführt wird.

Da die Wassermengen, die dem Material (3) zugeführt oder entzogen werden sollen, von der jeweiligen Durchsatzleistung der Nachpresse (1, 2) abhängen, empfiehlt es sich, die Durchsatzleistung der Nachpresse zum Beispiel indirekt über die Stranggeschwindigkeit zu messen, und die dem Material (3) zu entziehende oder zuzuführende Wassermenge darauf abzustimmen.

Durch eine gezielte Ent- bzw. Bewässerung der Teilströme des Materials (3) kann die Plastizität des Materials (3) in bestimmten Teilbereichen geändert werden, wodurch die Strömungsverhältnisse im Preßkopf (5) und damit die Qualität des Produktes gesteuert werden können, da die Bereiche geringerer Plastizität schlechter fließen als die Bereiche höherer Plastizität.

Um die Trockenzeiten, Fehler durch Trockenschwindungsprozesse und Empfindlichkeit des frisch gepreßten Produktes zu minimieren, ist eine Bewässerung in dem Bereich b möglichst zu vermeiden, und eine Steuerung der Strömungsverhältnisse im Preßkopf (5) über eine Entwässerung in dem Bereich a anzustreben.

Fig. 3 zeigt den Aufbau der porösen Wand (6) der Steuerlamelle (4) nach einer ersten Ausführungsvariante. Die metallische Wand (11) der Steuerlamelle besitzt in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung Durchbrüche, in die zur Gewährleistung der Be- und Entwässerungsfunktion verschleißfeste, poröse Werkstoffe eingelagert sind.

Die Wandstärke (11) beträgt ca. 1 bis 40 mm, wobei die Durchbrüche einen Durchmesser von ca. 1 bis 40 mm aufweisen.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der porösen Wand (6) der Steuerlamelle (4) nach einer zweiten Ausführungsvariante. Die das zu verpressende Material kontaktierende metallische, nicht-poröse Oberfläche der Wand (6) wird zur Minderung des Gleitreibungskoeffizienten mit einem Polyurethan (13) beschichtet.

Fig. 5 zeigt den Aufbau der porösen Wand (6) der Steuerlamelle (4) nach einer dritten Ausführungsvariante. Die das zu verpressende Material kontaktierende, poröse Oberfläche (14) wird auf einen metallischen Stützkörper (11) aufgebracht, der in regel­ mäßiger oder unregelmäßiger Anordnung Durchbrüche (15) zur Ab- und Zuleitung des Wassers aufweist.

Fig. 6 zeigt den Aufbau der porösen Wand (6) der Steuerlamelle (4) nach einer vierten Ausführungsvariante. Die gesamte Wand (6) besteht aus einem genügend elastischen, porösen Werkstoff.

Fig. 7 zeigt den Aufbau der porösen Wand (6) der Steuerlamelle (4) nach einer fünften Ausführungsvariante. Auf einen Stützkörper (16) mit einer relativ groben Porosität wird ein Material mit der erforderlichen Porosität (17) aufgebracht. Die Wandstärke des grob-porösen Materials (16) beträgt zum Beispiel 1 bis 40 mm, während die Materialstärke der Beschichtung (17) zum Beispiel 0,1 bis 2 mm beträgt.

Fig. 8 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der Steuerlamellen (4) im Preßkopf (5). Die Steuerlamellen (4) sind, in einer für die gewünschte Entwässerungsfunktion günstigen Anordnung im Preßkopf (5) zu positionieren.

In einem Preßkopf (5) ist mindestens eine Steuerlamelle (4) angeordnet, die wiederum mindestens eine Kammer (7 oder 8) besitzt.

Claims (11)

1. Steuerlamelle (4), die im Preßkopf (5) einer Nachpresse (1, 2) zur Herstellung keramischer Erzeugnisse angebracht ist, die den Massenstrom (3) in verschiedene Teilmassenströme aufteilt, die dem jeweiligen Teilmassenstrom über ihre zumindest teilweise porös ausgeführte Wand (6) Wasser entzieht oder zuführt und die mindestens eine Kammer (7 oder 8) besitzt.

2. Steuerlamelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kammer (8) der Steuerlamelle (4) durch eine entsprechende Ventilanordnung individuell eine definierte Wassermenge durch die nicht miteinander verbundenen Kanäle (9) zugeführt bzw. durch eine entsprechende Ventil­ anordnung individuell eine definierte Wassermenge aus jeder Kammer (7) durch die nicht miteinander verbundenden Kanäle (9) abgeführt wird, wobei die jeweilige Wassermenge von der Durchsatzleistung der Nachpresse (1, 2), die zum Beispiel über die Strangge­ schwindigkeit gemessen wird, abhängt.

3. Steuerlamellen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form bzw. Anordnung der jeweiligen Steuerlamellen (4) im Preßkopf (5) die gewünschte Be- und (oder) Entwässerungsfunktion des Materials (3) unterstützt.

4. Steuerlamelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Speziellen jede Kammer zur Ent- bzw. Bewässerung genutzt werden kann.

5. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Wand (6) der Steuerlamelle (4) mit Ent- bzw. Bewässerungsfunktion porös ausgeführt ist.

6. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (6) der Steuerlamelle aus einem metallischen Stützkörper (11) besteht, in dessen Durchbrüche zur Gewährleistung der Entwässerungs­ funktion poröse Werkstoffe (12) eingelagert sind, wobei der Stützkörper (11) eine Wand­ stärke von ca. 5 bis 40 mm aufweist und die eingelagerten porösen Werkstoffe einen Durchmesser von ca. 1 bis 40 mm besitzen.

7. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-poröse Oberfläche der Wand (6) der Steuerlamelle (4) zur Senkung des Gleitreibungskoeffizienten mit einem Polyurethan (13) beschichtet ist.

8. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen metallischen Stützkörper (11), der in regel- oder unregelmäßiger Anordnung Durchbrüche (15) aufweist, ein poröses Material (14) auf­ gebracht wird, wobei die Wandstärke des Stützkörpers (11) eine Wandstärke von 1 bis 40 mm aufweist und das poröse Material eine Wandstärke von 1 bis 10 mm besitzt.

9. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (6) der Steuerlamelle (4) porös ausgeführt ist, wobei die Wandstärke ca. 1 bis 40 mm beträgt.

10. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Stützkörper mit relativ grober Porosität (16) ein poröses Material mit geeigneter Porosität aufgebracht ist, wobei die Wandstärke des grob-porösen Materials ca. 1 bis 40 mm und die des aufgebrachten Materials mit ge­ eigneter Porosität ca. 0,5 bis 2 mm beträgt.

11. Steuerlamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Entwässerungsfunktion alle porösen Materialien mit ausreichender Verschleißfestigkeit einsetzbar sind, wobei vorzugsweise Sintermetalle, Keramiken, poröse Kunststoffe sowie Gläser zum Einsatz kommen.