DE19952137A1

DE19952137A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer Massen

Info

Publication number: DE19952137A1
Application number: DE19952137A
Authority: DE
Inventors: Philipp Haendle; M K Chatterjee
Original assignee: PETERSEN SERVICE GmbH
Current assignee: PETERSEN SERVICE GmbH
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: DE19952137C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen. Dabei wird eine Masse durch zwei hintereinander abstandsveränderlich anordenbare Lochplatten (3, 5) mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenverhältnis hindurchgepreßt. Durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit wird bei deren Durchströmung die Kornstruktur der Masse verändert. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine entsprechend ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Delaminierung von Kaolin wird die Masse un ter Druck durch eine Vielzahl kleiner Kanäle einer Lochplatte hindurchgepreßt. Wesentliche Betriebsparameter sind dabei einerseits der aufzubringende Preß druck, das Durchmesser/Längen-Verhältnis der Kanäle sowie das Verhältnis von Energieaufwand und dem erzielbaren Durchsatz der zu prozessierenden Masse, sowie andererseits die dynamische Zähigkeit des hochviskosen Gutes. Die rheo logischen Eigenschaften der hochviskosen Masse ergeben beim Hindurchpressen durch die Kanäle druckabhängige Geschwindigkeitsanstiege, die in der Masse infolge innerer Reibung Scherspannungen verursachen und Wärme erzeugen. Dabei werden die prozessierten Massen in ihrer Kornstruktur und Verteilung im Sinne einer Homogenisierung verändert und vergleichmäßigt.

Mit dem bekannten Verfahren wird jedoch in ökonomischer Hinsicht nur ein oft mals unbefriedigendes Ergebnis mit einem ungünstigen Verhältnis einerseits von Energieaufwand und Durchsatz, und andererseits mit unzureichender Qualität der Homogenisierung erreicht, wäs zu Fertigprodukten minderer Güte und damit zu wirtschaftlichen Verlusten führt. Selbst eine Optimierung der Homogenisierungs- Ergebnisse ist - wenn überhaupt - nur in vergleichsweise engen Grenzen mög lich.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen signifikant zu verbessern, um ein günstigeres Verhältnis von Energieaufwand und Materialdurchsatz, und ein Produkt von höherer Qualität zu erzielen, und zugleich Mittel und Maßnahmen zur bestmöglichen Steuerung des Prozesses der Delaminierung zu erhalten.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von An spruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Masse durch zwei hintereinander abstandsveränderlich anordenbaren Lochplatten mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser-/Längenverhältnis hin durchgepreßt und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie in folge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durchströmung die Kornstruktur der Masse verändert wird.

Hierbei wirkt sich die aus der Reibung entstehende Wärme zusätzlich positiv auf den Aufbereitungsvorgang aus. Dieser ergibt im wesentlichen eine Vergleichmä ßigung der Kornstruktur durch deren Homogenisierung, was sich außerordentlich vorteilhaft auf die Weiterverarbeitung der delaminierten Massen, bspw. bei der Herstellung von keramischen Artikeln auswirkt. Mit Vorteil wird dabei auch die Zä higkeit der Masse herabgesetzt, so daß sie leichter zu verarbeiten ist.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß die Durch laßquerschnitte der Kanäle der ersten Lochplatte durch an der zweiten Lochplatte angeordnete und mit ihr von rückwärts durch die Kanalauslässe der ersten Platte annäherbare Verdrängungskörper veränderlich eingestellt werden.

Infolge der mit Hilfe der Verdrängungskörper veränderlich einstellbaren Druckzu stände kann eine Kornzerkleinerung bzw. auch Kornbildung druckabhängig beein flußt werden. Indem die Verdrängungskörper in die Löcher der ersten Lochplatte mehr oder weniger hineinragen, wird eine Druckeinstellung durch Verschieben der zweiten Lochplatte infolge Veränderung der Austrittsquerschnitte an der ersten Lochplatte erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Möglichkeit einer Einstellung des Arbeitsdruckes beim Durchtritt der Masse durch die Kanäle der ersten und zweiten Lochplatte kann ein optimales Delaminierungsverfahren bspw. auch bei wech selnden Betriebsparametern der Masse wie bspw. unterschiedliche Feuchtigkeit erzielt werden und ein kontinuierlich-gleichmäßiges Produkt erzeugt werden.

Hierfür sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung weiter vor, daß der Abstand zwischen erster und zweiter Lochplatte unter Verwendung eines Kniehebelsystems vor oder auch während des Preßvorganges eingestellt wird. Die Veränderung des Abstandes kann auch mit hydraulischen Mitteln oder elektrome chanischen Mitteln vorgenommen werden.

Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Pro duktqualität der prozessierten Masse, insbesondere nach Maßgabe der Fließei genschaft bzw. kinetischen Zähigkeit und/oder Homogenisierung des Korngefüges fortlaufend kontrolliert und die Einstellung der Arbeitsparameter Förderdruck, Ein stellung der Durchlaßquerschnitte an den Kanälen der ersten Lochplatte, nach Maßgabe des Kontroll-Ergebnisses online vorgenommen wird. Hierbei kann so vorgegangen werden, daß für die Einhaltung der Fließeigenschaft bzw. kineti schen Zähigkeit der prozessierten Masse ein Soll-Wert vorgegeben und als Re gelgröße verwendet wird.

Hierfür erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Masse unter Aufbringung von Extrusionsdruck durch die Lochplatten hindurchgedrückt wird. Es kann von der Maßnahme Gebrauch gemacht werden, daß die Masse mittels einer helixför migen Schneckenwendel unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten extru diert wird, und das Ende der helixförmigen Schneckenwendel im Abstand sowie im spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte geführt wird und dabei infolge seiner Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatte quetscht, was dadurch erreicht wird, daß erfindungsgemäß ein definierbarer Abstand zwischen dem Ende der Schneckenwendel und der Lochplatte eingestellt wird.

Mit großem Vorteil wird durch den Extrusionsvorgang und insbesondere bei ex akter Einstellung des Abstandes zwischen Ende der Schneckenwendel und Loch platte ein absolut gleichmäßiger Durchtritt der Masse mit nur unwesentlicher Ab hängigkeit von deren physikalischem Zustand erreicht, wodurch eine sehr gleich mäßige Delaminierung der Masse stattfindet.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton oder Aluminiumoxid etc., ist durch die im Kennzeichnungsteil von Anspruch 8 genannten und miteinander zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammenwirkbaren Kon struktionselemente gekennzeichnet.

Das Grundprinzip der Erfindung beruht darauf, daß eine plastische keramische Masse durch zwei hintereinander angeordnete Siebplatten mit definierter Loch größe und Anordnung gepreßt wird. Dabei erfolgt die Delaminierung durch Scher kräfte an den Lochkanten und Scherspannungen infolge Änderung der Strö mungsgeschwindigkeit, insbesondere Geschwindigkeitserhöhung der Masse in den Lochkanälen. Dabei wird die Kornstruktur und -verteilung der Masse verän dert und insbesondere die kinetische Zähigkeit herabgesetzt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit nur einer Siebplatte lassen im Vergleich zum erfindungsgemäßen System nur eine wesentlich schlechtere Delaminierung der Masse mit ungleicher Kornverteilung zu.

Nach der Erfindung erfolgt durch das Hindurchpressen durch die erste Lochplatte zunächst ein erster Aufbereitungsschritt. Dabei wird die Masse in die Kammer zwischen den Lochplatten gepreßt und strömt von dort durch die zweite Lochplat te, die durch das vorgenannte Kniehebelsystem im Abstand zur ersten Platte ver schoben werden kann. Der Druckabfall und somit das Strömungsverhalten der Masse in der Kammer wird durch den Abstand der Platten wesentlich beeinflußt, insbesondere deshalb, weil die Fließeigenschaften der keramischen Massen stark druckabhängig sind und infolgedessen die Kornzerkleinerung bzw. Kornbildung durch Plattenabstandsveränderung erheblich beeinflußt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 die Delaminierungs-Vorrichtung in Seitenansicht, und teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung.

Die aus Fig. 1 erkennbare Bauart der Vorrichtung besitzt einen Preßzylinder 1 zur Aufnahme und Förderung von Rohmasse wie Kaolin oder Ton unter Druck. In die sem Preßzylinder 12 befindet sich eine umlaufbar angeordnete und Rohmasse fördernde, von einem nicht gezeigten Antrieb in Rotation versetzbare Extrusions schnecke 2.

Den druckseitigen Abschluß des Preßzylinders 1 bildet eine erste Lochplatte 3, welche eine Vielzahl von Durchtrittskanälen für die unter Druck geförderte Masse besitzt. Dieser ist unter Ausbildung einer Kammer 4 eine mit Mitteln 7 bis 10 zur Abstandsveränderung und Führung ausgebildete zweite Lochplatte 5 nachgeord net. Zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte 5 ist ein Kniehebelsystem 8 mit einem zugeordneten Spindeltrieb 9 vorgesehen. Ein das Kniehebelsystem 8 mit seinen Kräften aufnehmender sowie abstützender Rahmen 10 schließt die Vorrichtung an der Vorderseite ab. Das Kniehebelsystem ist ein Dreifachkniehe belsystem in 120°-Anordnung. Durch das Kniehebelsystem ist es möglich, auch bei großen Preßkräften mit einer relativ kleinen Eingangskraft, noch Bewegungen auszuführen. Von Vorteil ist dabei die Eigenschaft, daß je weiter der Kniehebel gestreckt wird, d. h. die Preßkräfte infolge kleinerer Querschnitte immer größer werden, auch das Kraftübersetzungsverhältnis immer größer wird. Die Wegüber setzung wird dagegen immer kleiner, wodurch ein besonders feinfühliges Beein flussen der Strömungsverhältnisse möglich ist. Das Kniehebelsystem wird vor zugsweise über einen Spindeltrieb 9 betätigt. Ebenfalls denkbar sind hydraulische oder pneumatische Betätigung.

Die Vorrichtung betrifft Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende 11 der Schneckenwendel 2 und der Vorderseite der Lochplatte 3. Die zweite Lochplatte 5 weist an ihrer Vorderseite vorstehende Verdrängungskörper 6 in paßgenauer Anordnung mit den Kanälen der ersten Lochplatte 3 auf.

Weiterhin sieht die Vorrichtung vor, daß der Preßzylinder 1 mit einem endständi gen Flansch einen Innenflansch des Rahmens 10 hintergreifbar in diesen einge fügt ist. Dadurch ergibt sich eine außerordentlich kompakte und unkomplizierte Ausbildung der Vorrichtung. Und schließlich ist zwischen der zweiten Lochplatte 5 und der Kniehebelkinematik 8 eine geschlossene Druckübertragungsplatte 7 an geordnet und über randständige Abstandshalter dieser zugeordnet.

Bezugszeichenliste

1

Preßzylinder

2

Schneckenwendel

3

erste Lochplatte

4

Kammer

5

zweite Lochplatte

6

Kerne/Verdrängungskörper

7

Druckplatte

8

Kniehebelsystem

9

Spindeltrieb

10

Rahmen

11

Ende der Schneckenwendel

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse durch zwei hintereinander abstandsveränderlich anorden bare Lochplatten (3, 5) mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definier tem Durchmesser/Längenverhältnis hindurchgepreßt und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtli chen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durchströmung die Kornstruktur der Masse verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßquerschnitte der Kanäle der ersten Lochplatte (3) durch an der zweiten Lochplatte (5) angeordnete und mit ihr von rückwärts an die Kanalauslässe der ersten Platte (3) annäherbare Verdrängungskörper ver änderlich eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen erster (3) und zweiter Lochplatte (5) vor oder während des Preßvorganges eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktqualität der prozessierten Masse, insbesondere nach Maß gabe der Fließeigenschaft bzw. kinetischen Zähigkeit und/oder Homogeni sierung des Korngefüges fortlaufend kontrolliert und die Einstellung der Ar beitsparameter wie Förderdruck, Einstellung der Durchlaßquerschnitte an den Kanälen der ersten Lochplatte (3) etc. nach Maßgabe des Kontroll- Ergebnisses online vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fließeigenschaft bzw. kinetische Zähigkeit der prozessierten Masse ein Sollwert vorgegeben und als Regelgröße verwendet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Masse unter Aufbringung von Extrusionsdruck durch die Lochplatten (3, 5) hindurchgedrückt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu prozessierende Masse mittels einer helixförmigen Schnecken wendel (2) unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten (3, 5) extrudiert wird und das Ende (11) der helixförmigen Schneckenwendel (2) im Abstand sowie im spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte (3) geführt wird und da bei infolge seiner Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatten (3) quetscht, und daß ein definierbarer Abstand zwischen dem Ende (11) der Schnecken wendel (2) und der Lochplatte (3) eingestellt wird.

8. Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten, miteinander zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens zusammenwirkbaren Konstruktionselemente:

- ein Preßzylinder (1) zur Aufnahme und Förderung von Rohmasse unter Druck,
- eine im Preßzylinder umlaufbar angeordnete und Rohmasse fördernde Extrusionsschnecke (2),
- eine den druckseitigen Abschluß des Preßzylinders (1) bildende erste Lochplatte (3),
- eine unter Ausbildung einer Kammer (4) mit der ersten Lochplatte (3) mit Mitteln (7-10) zur Abstandsveränderung und Führung versehene zweite Lochplatte (5),
- eine zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) ausgebildete mechanische, hydraulische oder elektrische Kinematik,
- einen das Abstandsveränderungs-System mit seinen Kräften aufneh menden sowie abstützenden Rahmen (10).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende (11) der Schneckenwendel (2) und der Vorderseite der Lochplatte (3) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsveränderungs-System mit einem Kniehebelsystem (8) und einem zugeordneten Spindeltrieb (9) ausgestattet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lochplatte (5) an ihrer Vorderseite vorstehende Ver drängngskörper (6) in paßgenauer Anordnung mit den Kanälen der ersten Lochplatte (3) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßzylinder (1) mit einem endständigen Flansch einen Innen flansch des Rahmens (10) hintergreifbar in diesen eingefügt ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Lochplatte (5) und der Kniehebel-Kinematik (8) eine geschlossene Druckübertragungsplatte (7) angeordnet und über rand ständige Abstandshalter dieser zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) mindestens eine Austragsöffnung für die fertigpro zessierte Masse aufweist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) periphere, dem Abstand zwischen den Lochplatten (3, 5) anpaßbare Dichtelemente (11) aufweist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kniehebelsystem ein Dreifachkniehebelsystem in 120° Anordnung ist.