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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung teigiger Stoffe, insbesondere
keramischer Massen Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung
teigiger Stoffe, insbesondere keramischer Massen.
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Bei der Verarbeitung teigigen Gutes, insbesondere beim Durchkneten,
Pressen und Transportieren mittels Schnecken, bilden sich an denjenigen Stellen,
an welchen der Teig mit den Teilen der Verarbeitungsmaschine in Berührung gekommen
ist. Grenzflächen aus, die bei der Verformung des Teiges und im Innern des Endproduktes
als Risse und Spalten, sogenannte Strukturen, wiederzufinden sind, weil das Material
längs dieser Grenzflächen nicht mehr in sich bildet. Bei der industriellen Aufbereitung
der Steine und Erden, beispielsweise in der Porzellanindustrie, machen sich diese
Strukturen besonders unangenehm bemerkbar, weil sie die Homogenität der Masse stören
und die Güte des gebrannten Produktes beeinträchtigen.
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Zähflüssige Massen zwecks Verdichtung oder zur Erhöhung ihrer Fließfähigkeit
durch Schwingungseinwirkung zu behandeln, ist bekannt. Man hat auch schon vorgeschlagen,
Strukturen in keramischen Massesträngen durch Beschallung des Massestranges während
des Preßvorganges oder nachher mittels Schallschwingungen mit radialer Komponente
in der Größenordnung 5o bis 2o 000 Hz zu beseitigen.
Gemäß
Erfindung werden die Stoffe im Anschluß an strukturbildende Verarbeitungsvorgänge
Ultraschallschwingungen mit einer Frequenz über 2o lcHz ausgesetzt. Zweckmäßig ist
die Frequenz der Ultraschallschwingungen veränderlich, und zwar wird sie mit Vorteil
auf die mittlere Eigenfrequenz des zu behandelnden Stoffes abgestimmt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung solcher Verfahren ist gekennzeichnet
durch ein dem strukturbildenden Organ nachgeschaltetes, vom Massestrang durchlaufenes,
radial bewegliches Organ, das von Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird. Ein
solches bewegliches Organ kann zwischen strukturbildendem Organ und Austrittsmundstück
angeordnet sein, es kann aber auch das Austrittsmundstück selbst als schwingungsbeeinflußtes,
radial bewegliches Organ ausgebildet. sein. Gemäß besonderer Ausführungsform der
Erfindung kann das schwingungsbeeinflußte bewegliche Organ mindestens teilweise
elastisch ausgebildet sein.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens
einen Ultraschallgenerator, der, hinter dem strukturbildenden Organ angeordnet,
auf den Umfang des austretenden Massestranges einwirkt. Zweckmäßig wird die Schwingungsvorrichtung
in ihrer Schwingungsform und Eigenfrequenz auf den jeweiligen Querschnitt des Massestranges
bzw. Förderrohres abgestimmt. Das Rohr kann auch federnd ausgebildet sein und als
Halterung für die Schwingungsvorrichtung dienen. Durch wahlweises Anbringen oder
Entfernen zusätzlicher Massen kann die Eigenfrequenz des Rohres beeinflußt werden.
Der Schwingungserzeuger kann des weiteren aus polarisierten Kristallen, vorzugsweise
Bariumtitanat, bestehen. Der polarisierte Kristall kann als Rohr ausgebildet sein
und zu Durchmesserschwingungen angeregt werden. Schließlich kann das Rohr auch mit
einer verschleißmindernden Innenpanzerung ausgestattet sein. Weitere Merkmale und
Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in welcher die Erfindung
an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert ist. In der Zeichnung
ist Fig. i ein schematischer Längsschnitt durch eine Strangpresse mit Preßschnecke,
welche die prinzipielle Anordnung einer Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht,
Fig. 2 ein schematischer Längsschnitt durch den schwingenden Teil einer Verarbeitun"smasch.in
e ähnlich Fig. i mit Ultraschallschwinger, Fig.3 ein Längsschnitt ähnlich 3 mit
magnetostriktivem Schwinger, Fig. .4 ein Längsschnitt ähnlich Fig. 3 mit einem Schwinger
aus polarisierten Kristallen.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche Teile.
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Wie eingangs ausgeführt, entstehen beim Verarbeiten teigiger oder
halbteigiger bzw. halbtrockener Massen beim Durchkneten, Pressen und Transportieren
mittels Schnecken in der Masse Grenzflächen, die in der Fachsprache als sogenannte
Strukturen bekannt sind. Bei einer Strangpresse nach Fig. i würden sich derartige
Grenzflächen in der Masse beim Verlassen der Schneckengänge i, 2 -
ausbilden,
die auch beim nachfolgenden Strangpressen bis zur Austrittsmündung 3 nicht verschwinden,
sofern die Masse auf ihrem Weg von der Schnecke q. bis zur Austrittsmündung 3 nicht
gemäß Erfindung behandelt wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die von der Vorbereitungsvorrichtung,
beispielsweise der Schnecke d., erzeugte Struktur durch ein gegenseitiges Verreiben
von Masse gegen Masse zerstört werden muß, um schließlich aus dem Mundstück 3 als
homogener Strang auszutreten. Aus diesem Grund werden auf die aus dem knetenden
oder fördernden Organ q. (das bei anderen als der beispielsweise erwähnten Strangpresse
natürlich auch andere Gestalt haben kann), welches für die Strukturbildung verantwortlich
ist, austretende Masse Ultraschallschwingungen über 2o kHz ausgeübt, die das gewünschte
Ergebnis zur Folge haben.
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Die Ultraschalldruckschwingungen können auf verschiedenem Weg mit
den bekannten Ultraschallgeneratoren erzeugt werden, beispielsweise durch einen
Magnetostriktivschwinger.
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Fig. i zeigt den schematischen Aufbau einer Strangpresse im Längsschnitt,
die so gestaltet ist, daß an ihr die verschiedensten Schwingungsvorrichtungen angebracht
werden können. Zwischen dem Förderrohr 5, in welchem die strukturbildende Preßschnecke
q. endigt, und dem Austrittsmundstück 3 befindet sich mindestens ein vorzugsweise
zylindrisches Rohr 23, das je nach Art des zu behandelnden Materials durch einen
geeigneten Ultraschallschwingungserzeuger derart in Schwingungen versetzt wird,
daß auf dem aus dem Rohr 5 austretenden Massestrang Druckschwingungen zwecks Zerstörung
der in ihm befindlichen Grenzflächen ausgeübt werden können.
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Das Rohr 23 kann von einem konischen Rohr 2.4 gefolgt sein, das gegebenenfalls
auch mit Schwingungserzeugern versehen sein kann.
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Die Fig. 2 bis q. veranschaulichen im einzelnen beispielsweise Ausführungsformen
für Schwingungserzeuger, wie sie an den Rohren 23 bzw. 2.4 vorgesehen sein können.
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In Fig. 2 dient als Schwingungserzeuger Quarzkristall 25, der Ultraschallschwingungen
hervorruft. Der Schwingungserzeuger 2$ kann so beschaffen sein, daß er auf den ganzen
Umfang des Rohres 23 seine Wirkung ausübt, d. h. es können mehrere Quarze 25 auf
den Umfang des Rohres 23 verteilt vorgesehen sein.
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Ähnliche Schwingungen lassen sich, wie Fig.3 veranschaulicht, auch
durch einen Magnetostriktionsschwinger 29 erzielen.
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In allen diesen Fällen kann zur Herabsetzung des Verschleißes beim
Durchtritt der keramischen :Masse der rohrförmige Schwinger mit einer den Verschleiß
mindernden Panzerung versehen sein, indem das Rohr 23 z. B. als Stahlrohr ausgebildet
ist, das mit den Schwingvorrichtungen fest oder lösbar
verbunden
ist. Seine Abmessungen sind vorzugsweise so beschaffen, daß die Schwingungsform
und die Eigenfrequenz auf diejenigen des Schwingers abgestimmt sind. Das kann beispielsweise
durch entsprechende Wahl des Durchmessers und der Wandstärken geschehen. Das Rohr
kann auch so ausgebildet sein, daß es gleichzeitig als federnde Halterung für den
Schwinger dient, wobei die Frequenzabstimmung ebenso durch entsprechende Wahl des
Durchmessers und der Wandstärke erfolgt. Die Ab- und Nachstimmung kann dadurch erreicht
werden. daß das Rohr mit Querschnittsveränderungen, wie z. B. durch die Eindrehungen
28 (Fig. 3), versehen ist, welche die federnden Eigenschaften des Rohres beeinflussen,
und an denen zusätzliche Massen (nicht dargestellt) angebracht werden können, welche
wahlweise abgenommen oder angesetzt werden können, um die Eigenfrequenz des Rohres
zu verändern.
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Natürlich ist es auch möglich, das Austrittsmundstück 3 selbst mit
einer Schwingungsvorrichtung zu versehen, ebenso wie Schwingungsvorrichtungen überall
da innerhalb einer Maschine vorgesehen werden können. wo die Neigung zur Bildung
von Grenzflächen (Strukturen) besteht.
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Fig. 4 zeigt einen rohrförmigen Kristallschwinger aus polarisierten
Kristallen 3o, beispielsweise Bariumtitanat, den die in Schwingung zu versetzende
Masse der Länge nach durchwandert, wobei sie dem Einfluß von Ultraschallwellen ausgesetzt
ist. Kristallschwinger dieser Art werden zweckmäßig zu sogenannten Durchmesserschwingungen
angeregt. Bei dieser Schwingungsform ändert sich in erster Linie der Durchmesser,
aber nicht die geometrische Form des Schwingers, eine Bewegung, die man als Atmen
des rohrförmigen Schwingers bezeichnen kann.
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Die Frequenz der Druckwellen ist abhängig von den physikalischen Kenngrößen
des zu behandelnden Stoffes, wie dessen Korngröße, spezifisches Gewicht, Feuchtigkeitsgehalt
u. dgl. Sie wird so abgestimmt, daß die einzelnen Teile des Massestranges in eine
heftige Bewegung geraten und dabei homogenisiert werden. Da sich während der Verarbeitung
die physikalischen Kenngrößen der Masse ändern können, kann man die Behandlung gegebenenfalls
mehrfach und mit jeweils veränderter Frequenz durchführen.
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Bei denjenigen Stoffen, welche in eine gewünschte Form gepreßt werden,
z. B. Porzellanmasse, ist die Behandlung der Masse nach Passieren des letzten Apparateteiles,
der eine Teilung der Masse vornimmt, bei Schneckenpressen also nach Passieren des
letzten Schneckenganges, besonders wirksam. Bei Strangpressen mit Preßschnecken
ist die Behandlungsvorrichtung, wie geschildert, zweckmäßig zwischen Preßschnecke
und dem die Masse formenden Mundstück anzubringen.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie läßt sich überall da anwenden, wo es gilt, im Zuge eines Ver- oder
Bearbeitungsvorganges entstehende Grenzflächen (Strukturen) in vorzugsweise teigigen
':l-assen zu beseitigen bzw. deren Ausbildung zu verhindern.