DE19952137C2

DE19952137C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer Massen

Info

Publication number: DE19952137C2
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: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: DE19952137A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wie Koalin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, wobei die Masse durch hintereinander angeordneten Lochplatten (3, 5) mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenverhältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durchströmung der Kornstruktur der Masse verändert wird. Dies Verfahren wird dadurch verbessert, dass die Durchlassquerschnitte der Kanäle einer ersten Lochplatte (3) durch an einer zweiten Lochplatte (5) angeordnete und mit ihr von rückwärts an die Kanalauslässe der ersten Platte (3) annäherbare Verdrängungskörper veränderlich eingestellt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere keramischer bzw. erdiger Massen wir Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, wobei die Masse durch hintereinander angeordnete Lochplatten mit jeweils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenver hältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei deren Durch strömung die Kornstruktur der Masse verändert wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Delaminierung von Kaolin wird die Masse unter Druck durch eine Vielzahl kleiner Kanäle einer Lochplatte hindurchgepresst. Wesentliche Betriebsparameter sind dabei einerseits der aufzubringende Press druck, das Durchmesser/Längenverhältnis 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 die Wärme erzeugen.

Dabei werden die prozessierten Massen in ihrer Kornstruktur und Verteilung im Sinne einer Homogenisierung verändert und vergleichmäßigt.

Mit den bekannten Vorrichtungen und entsprechenden Verfahren wird jedoch in ökonomischer Hinsicht nur ein oftmals unbefriedigendes Ergebnis mit einem un günstigen Verhältnis einerseits von. Energieaufwand und Durchsatz, und anderer seits mit unzureichender Qualität der Homogenisierung erreicht, was zu Fertigpro dukten minderer Güte und damit zu wirtschaftlichen Verlusten führt. Selbst eine Optimierung der Homogenisierungsergebnisse ist - wenn überhaupt - nur in ver gleichsweise engen Grenzen möglich.

Das Dokument AT 1590 beschreibt einen sogenannten Tonschneider, bestehend aus einer an oder nahe dem Austrittsende eines Zylinders rotierenden, mit Löchern oder Schlitzen versehenen Scheibe, ggf. auch mit mehreren solchen im Zylinder angeordneten rotierenden Scheiben, welche infolge ihrer Drehung außer einer Teilung der vorgedrückten Tonmasse in der Längsrichtung auch noch eine Teilung in der Querrichtung bewirken. Dadurch soll eine innige Mischung und zugleich Reinigung der Materialien, sowie deren Homogenität und Plastizität herbeigeführt werden. Zwecks Erhöhung der letzteren wird der Vorschub und die Verdichtung der Tonmasse lediglich durch Transporteure bewirkt, welche so weit voneinander im Zylinder angeordnet sind, dass die ganze Tonsäule im Zylinder möglichst wenig unterbrochen wird.

Das Dokument US 3,574,345 beschreibt ein Verfahren zum Prozessieren partiku lierten Materials wie Ton und Kreidemergel, bevorzugt mit Partikeln kleiner als 75 Mikrometer im sphärischen Durchmesser, wobei ein Filterkuchen des Materials durch eine Knetmühle hindurchpassiert wird, welche ein Längen/Durchmesser- Verhältnis im Bereich von 4 : 1 bis 10 : 1 besitzt, und zwar unter solchen Bedingun gen, dass die vom Material absorbierte Energie größer ist als 40 PS-Stunden pro Tonne.

Das Dokument EP 0 865 889 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Prozessierung keramischer Massen, umfassend zumindest einen Schraubenkneter, gefolgt von einer Entgasungseinheit, mit einer Station zur Unterdruckerzeugung und Zerklei nerung, die ihrerseits von einem Extruder mit Vakuum gefolgt ist, der das Material zu einer Düse fördert.

Der Entgasungsraum der Einheit umfasst eine Schneckenwendel, zugeordnet ei ner gemeinsamen Achse mit Knetwendeln des Kneters und des Extruders, wobei diese Achse mit einer einzigen und gleichen Welle ausgebildet ist, die an einer Auskragung hinter einer Motorantriebseinheit anmontiert ist.

Das Dokument DD 18 260 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinaufbereitung plastischer Massen, insbesondere keramischer Mischungen, wobei die feuchte Masse mittels einer Schnecke, eines Kolbens oder dergleichen durch Längsschlitze eines stillstehenden konischen Mantels oder Korbes hin durchgedrückt wird und durch schnelllaufende Leisten mit hoher Geschwindigkeit nahezu senkrecht gegen eine ebenfalls schnell-umlaufende, harte Prallwand ge schleudert wird. Hierzu ist ein am Kopfende eines Zubringers angeordneter, mit Längsschlitzen versehener Korb von einem drehbar gelagerten Prallring größeren Durchmessers umgeben, in dessen Innern Schlagleisten in Abständen befestigt sind, die nahe bis an den Korb heranreichen.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen signifikant zu verbessern, um ein günsti geres Verhältnis von Energieaufwand und Materialdurchsatz, und ein Produkt von höherer Qualität zu erzielen, und zugleich Mittel und Maßnahmen zur bestmögli chen 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 die Durchlassquerschnitte der Kanäle einer ersten Lochplatte durch an einer zweiten Lochplatte an geordnete und mit ihr von rückwärts durch die Kanalauslässe der ersten Platte annäherbare Verdrängungskörper veränderlich eingestellt werden.

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.

Infolge der mit Hilfe der Verdrängungskörper veränderlich einstellbaren Druckzu stände kann eine Kornzerkleinerung bzw. auch Kornbildung druckabhängig beeinflußt 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 7 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 verschoben 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 1 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 12 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, 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

Dichtelement

12

Ende der Schneckenwendel

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere kera mischer bzw. erdiger Massen wir Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder dergleichen, wobei die Masse durch hintereinander angeordnete Lochplatten (3, 5) mit je weils einer Vielzahl von Kanälen mit definiertem Durchmesser/Längenver hältnis hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung an den Kanten der Kanäle sowie infolge Erhöhung der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit bei de ren Durchströmung die Kornstruktur der Masse verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassquerschnitte der Kanäle einer ersten Lochplatte (3) durch an einer zweiten Lochplatte (5) angeordnete und mit ihr von rückwärts an die Kanalauslässe der ersten Platte (3) annäherbare Verdrängungskörper verän derlich eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen erster (3) und zweiter Lochplatte (5) vor oder wäh rend des Pressvorgangs eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktqualität der prozessierten Masse, insbesondere nach Maßga be der Fließeigenschaft bzw. kinetischer Zähigkeit und/oder Homogenisierung des Korngefüges, fortlaufend kontrolliert und die Einstellung der Arbeitspara meter wie Förderdruck, Einstellung der Durchlassquerschnitte an den Kanälen der ersten Lochplatte (3) etc. nach Maßgabe des Kontroll-Ergebnisses online vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fließeigenschaft bzw. kinetische Zähigkeit der prozessierten Mas se ein Sollwert vorgegeben und als Regelgröße verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse unter Aufbringung von Extrusionsdruck durch die Lochplatten (3, 5) hindurchgedrückt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die zu prozessierende Masse mittels einer helixförmigen Schneckenwen del (2) unter einstellbarem Druck durch die Lochplatten (3, 5) extrudiert wird und das Ende (12) der helixförmigen Schneckenwendel (2) im Abstand sowie im spitzen Winkel zur Fläche der Lochplatte (3) geführt wird und dabei infolge seiner Rotation nacheinander Masseteile durch die Kanäle der Lochplatten (3) quetscht, und
dass ein definierbarer Abstand zwischen dem Ende (12) der Schneckenwendel (2) und der Lochplatte (3) eingestellt wird.

7. Vorrichtung zur kontinuierlichen Delaminierung plastischer, insbesondere ke ramischer bzw. erdiger Massen wie Kaolin, Ton, Aluminiumoxid oder derglei chen, wobei diese durch wenigstens eine Lochplatte (3) hindurchgepresst und dabei durch Scherwirkung die Kornstruktur der Masse verändert wird, umfassend einen Presszylinder (1) zur Aufnahme und Förderung der Masse unter Druck, eine im Presszylinder (1) umlaufende Extrusionsschnecke (2) für die Masse sowie wenigstens eine den druckseitigen Abschluss des Presszylinders (1) bildende Lochplatte, gekennzeichnet durch
eine unter Ausbildung einer Kammer (4) mit der Lochplatte (3) und mit Mit teln (7-10) zur Abstandsveränderung und Führung versehene zweite Loch platte (5),
eine zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) ausgebildete me chanische, hydraulische oder elektrische Kinematik (8),
einen die Kinematik (8) zur Abstandsveränderung mit ihren Kräften auf nehmenden sowie abstützenden Rahmen (10),
eine Ausbildung der zweiten Lochplatte (5) mit an ihrer Vorderseite vorste henden Verdrängungskörpern (6) in passgenauer Anordnung mit den Ka nälen der Lochplatte (3).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik zur Abstandsveränderung der zweiten Lochplatte (5) mit einem Kniehebelsystem (8) und einem zugeordneten Spindeltrieb (9) ausge stattet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kniehebelsystem (8) ein Dreifachkniehebelsystem in 120°-Anordnung ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Lochplatte (5) und dem Kniehebelsystem (8) eine geschlossene Druckübertragungsplatte (7) angeordnet ist und über randstän dige Abstandshalter dieser zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Presszylinder (1) mit einem endständigen Flansch, einem Innen flansch des Rahmens (10) hintergreifbar, in diesen eingefügt ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (10) mindestens eine Austragungsöffnung für fertigprozes sierte Masse aufweist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) periphere, dem Abstand zwischen den Lochplatten (3, 5) anpassbare Dichtungselemente (11) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende (12) der Schneckenwendel der Extrusionsschnecke (2) und der Vorderseite der Loch platte (3) besitzt.