DE4403745C1 - Mundstück zum Strangpressen keramischer Erzeugnisse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Extrudertechnik mit dem Ziel der Herstellung aller solcher keramischen Artikel, die bisher durch Anwendung des Strangpressens erzeugt wurden.

Beim Strangpressen treten von Zeit zu Zeit durch inhomo­ gene Wasserverteilungen im frisch gepreßten Produkt nach dem Trocknen Maßungenauigkeiten auf. Außerdem sind frisch gepreßte Produkte relativ empfindlich gegen mechanische Beanspruchungen.

Angestrebt wird die Minimierung der beim Trocknen auftre­ tenden Fehler und eine höhere Festigkeit des frisch ge­ preßten Produktes.

Zum Stand der Technik gehören Vorrichtungen mit einem Mundstück zum Strangpressen keramischer Erzeugnisse, wobei das Mundstück eine äußere Formgebungsfläche und einen Mundstückkern aufweist. So wird in DE-PS 29 25 125 C3 eine Schneckenpresse für die Herstellung von keramischen Rohren beschrieben, die aufgebaut ist aus einem an einem Pressenständer gehaltenen Preßzylinder, einer darin gehaltenen Förder- und Preßschnecke und einem an dem Preßzylinder befestigten Mundstück, das aus einer Glocke, einem Mundstückflansch und einem in die Öffnung dieses Flansches ragenden Kern besteht.

Die zur Zeit eingesetzten Techniken zur Herstellung von Rohren aus keramischer Masse führen zu Wandstärken von ca. 12 bis 30 mm und im Normalfall zu Stücklängen von 300 bis 1000 mm. Angestrebt aber wird die Produktion von dünnwan­ digen Rohren mit größeren Stücklängen.

Isostatische Pressen, bei denen mittels Hydraulik hohe Drücke aufgebaut werden, haben einen zu großen Maschinen­ aufwand zur Folge, so daß die damit hergestellten Produkte zwar einwandfreie Maßgenauigkeit vorweisen, jedoch relativ teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung von Strang­ pressen frisch gepreßte Produkte mit geringem Feuchtig­ keitsgehalt herzustellen.

Die Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes soll es unter anderem ermöglichen, mit Strangpressen dünnwandige Rohre mit Wandstärken im Bereich von 5 bis 10 mm bei Längen von 1500 bis 2000 mm herzustellen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß im Mundstück­ bereich eine definierte Entwässerung der keramischen Masse stattfindet. Dazu werden im Mundstückbereich geeignete poröse Materialien so angeordnet, daß die formbare kerami­ sche Masse, also der entstehende Formkörper, sowohl mit seiner inneren (falls vorhanden) als auch mit seiner äuße­ ren Oberfläche unter Druck an dem porös ausgeführten Mund­ stückbereich vorbeigleitet. Dabei ist zumindest ein Teil der äußeren Formgebungsfläche des Mundstücks und ggf. des Mundstückkerns wasserdurchlässig porös ausgebildet.

Der von der Stangpresse aufgebaute Druck, mit dem das formbare Material an den porösen Stellen im Mundstück vorbeigleitet, wird zur Entwässerung genutzt. Während des kontinuierlichen Herstellungsprozesses gleiten die Oberflächen des aus der keramischen Masse entstehenden Formkörpers mit einem zur definierten Entwässerung geeig­ neten Mindestdruck mit den entsprechenden Kraftkomponenten über den porösen Bereich im Mundstück.

Beispielsweise mit einer Vakuumpumpe wird das extrahierte Wasser aus dem porösen Material im Mundstück abgesaugt, wenn das nötig sein sollte.

Zur Gewährleistung der gewünschten Entwässerungsfunktion ist das Mundstück langgestreckt und mit einem kontinuier­ lichen Krümmungsverlauf ausgeführt. Dadurch sind ein Druckaufbau im Mundstück und ein langer Kontaktweg ge­ geben.

Für die Ausführung des porösen Mundstückbereiches gibt es mehrere Varianten. Einmal ist das Mundstück mit einem metallischen Stützkörper ausgeführt, in den Durchbrüche zur Ableitung des extrahierten Wassers eingelassen sind. Auf diesen Stützkörper wird einseitig als Gleit- und Kontaktfläche zur keramischen Masse ein poröses Material aufgebracht.

Bei einer anderen Ausführungsform ist das Mundstück durch­ gängig aus einem ausreichend festen, elastischen und dabei porösen Material aufgebaut.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist das Mundstück matrixartig mit einer metallischen und einer porösen Kom­ ponente ausgebildet. Die metallische Komponente besteht dabei aus einem Metallgrundkörper, der in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung Durchbrüche aufweist. In diese Durchbrüche ist zur Gewährleistung der Durchlaß­ fähigkeit von Wasser ein poröses Material eingelagert.

Die Materialdicke des auf einen Stützkörper aufgebrachten bzw. in den Grundkörper gleicher Stärke eingelagerten porösen Materials beträgt etwa 2 bis 40 mm. Bei durch­ gängiger Ausführung des Mundstückes aus porösem Material beträgt die Dicke etwa 5 bis 40 mm.

Bei der Auswahl der in das Mundstück integrierten porösen Materialien mit Entwässerungsfunktion ist als besonderes Kriterium die ausreichende Verschleißfestigkeit zu beach­ ten. Vorzugsweise werden Sintermetalle, Keramiken, poröse Kunststoffe sowie Gläser eingesetzt.

Die Entwässerungsfunktion und der Wasseraustritt aus dem Mundstück kann durch den Einsatz von Vakuumpumpen unter­ stützt werden.

Im normalen Extruderbetrieb hat die formbare Masse einen Feuchtigkeitsanteil von 14 bis 16% bezogen auf das Trockengewicht. Mit Anwendung des erfindungsgemäßen Mund­ stückaufbaus und der dadurch stattfindenden Entwässerung im kontinuierlichen Extruderbetrieb konnte der Feuchtig­ keitsanteil eines Formkörpers um etwa 1 bis 2% reduziert werden.

Wenn man davon ausgeht, daß die Plastizität des Formkör­ pers schon bei einer Verringerung des Feuchtigkeitsanteils um 1% wesentlich abnimmt, kann im Ergebnis der erfin­ dungsgemäßen Weiterentwicklung der Extrudertechnik eine wesentlich verbesserte Weiterbehandlung der Keramiker­ zeugnisse nach Verlassen der Formanlage erreicht werden.

Eine Trockenschwindung, die gewöhnlich bei etwa 4% lag, konnte auf diese Weise auf etwa 2% abgesenkt werden mit der Konsequenz der Halbierung des Fehlers aus den Trocken­ schwindungsprozessen.

Andererseits darf die Mindestplastizität, die für eine störungsfreie Formgebung benötigt wird, im Verlauf der Entwässerung, d. h. im Bereich der Anordnung und durch die Anordnung der porösen Materialien, nicht unterschritten werden. Die für die Einhaltung dieser Bedingung entschei­ denden Parameter, wie Krümmungsverhältnisse im Mundstück sowie der von der Nachpresse aufgebrachte Druck, sind darauf abzustimmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen. Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der zugehörigen Zeichnung zeigen für das gewählte Produktbei­ spiel eines Keramikhohlkörpers:

Fig. 1 Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Nach­ presse mit erfindungsgemäßer Weiterentwicklung des Mundstückbereichs nach einer ersten Ausfüh­ rungsform.

Fig. 2 den Mundstückaufbau im Schnitt nach einer zweiten Ausführungsform in halbierter symmetrischer Dar­ stellung.

Fig. 3 den Mundstückaufbau im Schnitt nach einer dritten Ausführungsform ebenfalls in halbierter symmetrischer Darstellung.

Den prinzipiellen Nachpressenaufbau mit der erfindungs­ gemäßen Weiterentwicklung des Mundstückbereichs zeigt Fig. 1. In der dargestellten Nachpresse wird die keramische Masse 7 mittels einer Druckschnecke 8 durch eine Preßglocke 10 dem Mundstückbereich zugeführt.

Das Mundstück besteht aus dem an der Aufhängung 11 be­ festigten Mundstückkern 1 als der inneren Formgebungs­ fläche und der äußeren Formgebungsfläche 2.

Zur Gewährleistung der erfindungsgemäßen Entwässerungs­ funktion bestehen Mundstückkern 1 und äußere Formgebungs­ fläche 2 durchgängig aus porösem Material. Als poröses Material wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Sinter­ metall in einer Materialstärke von 20 mm eingesetzt.

Zur Unterstützung des Entwässerungsprozesses und zur Ab­ führung des Abwassers aus dem Hohlraum 13 des Mundstück­ kerns 1 und dem Außenraum der äußeren Formgebungsfläche 2 ist eine Vakuumpumpe 12 vorgesehen. Die Absaugleitungen zum Mundstückkern sind in die ohnehin vorhandene Aufhän­ gung 11 integriert.

Beim Mundstückaufbau nach Fig. 2 besteht der poröse Be­ reich des Mundstückkerns 1 und der äußeren Formgebungsflä­ che 2 aus jeweils einem metallischen Stützkörper 5, in den Durchbrüche 6 zur Ableitung des Abwassers eingebracht sind, und aus einem einseitig auf den Stützkörper aufgebrachten porösen Material 4. Das poröse Material 4 bildet dabei die Gleit- und Kontaktfläche zur keramischen Masse 7.

Das unter dem von der Nachpresse, d. h. von der Druck­ schnecke 8, erzeugten Druck aus der keramischen Masse 7 austretende Abwasser wird jeweils durch das den Formkörper kontaktierende poröse Material 4 und den mit Öffnungen 6 versehenen Stützkörper 5 des Mundstückkerns 1 bzw. der äuße­ ren Formgebungsfläche 2 geleitet und danach, unterstützt durch eine Vakuumpumpe 12, abgesaugt.

Die Öffnungen 6 haben beispielsweise einen Durchmesser von 1 mm und sind etwa 3 mm voneinander beabstandet. Als porö­ ses Material 4 wird eine verschleißfeste Keramik einge­ setzt, die eine Dicke von 15 mm aufweist.

Kennzeichen des Mundstückaufbaus nach Fig. 3 ist eine matrixartige Anordnung von metallischer und poröser Kompo­ nente im "porösen Bereich" 3 des Mundstückkerns 1 und der äußeren Formgebungsfläche 2.

Diese matrixartige Anordnung entsteht dadurch, daß zum Beispiel in die in den metallischen Grundkörper 5 in regelmäßigem Abstand eingebrachten Bohrungen 6 gleichen Durchmessers ein poröses Material 4, beispielsweise eine Keramik, eingebracht wird.

Durch diese Bohrungen 6 und das eingebettete poröse Mate­ rial 4 erfolgt - unterstützt durch eine Vakuumpumpe, falls nötig - der Entwässerungsprozeß.

Die gewählte Materialdicke von Grundkörper 5 und porösen Einlagerungen 4 in den Bohrungen 6 beträgt 20 mm; die Boh­ rungen weisen einen Durchmesser von ca. 10 mm auf.

Claims (9)

1. Mundstück zum Strangpressen keramischer Erzeugnisse mit einer äußeren Formgebungsfläche und gegebenenfalls einem Mundstückkern dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der äußeren Formgebungsfläche (2) und gegebenenfalls des Mundstück­ kerns (1) wasserdurchlässig porös ausgeführt ist und Mittel zur Abführung des Abwassers vorgesehen sind.

2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Krümmungsverhältnis von Mundstückkern (1) und äußerer Formgebungsfläche (2) so ausgebildet ist, daß die Mindestplastizität der kerami­ schen Masse (7), die für die Formgebung benötigt wird, im Verlauf der Entwässerung, d. h. im Bereich der porösen Ausführung (3) von Mundstückkern (1) und äußerer Form­ gebungsfläche (2), in Wechselwirkung mit dem von der Nach­ presse aufgebauten Druck nicht unterschritten wird.

3. Mundstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Bereiche (3) des Mundstücks aus einem metallischen Stützkörper (5) mit eingebrachten Durchbrüchen (6) aufgebaut sind und die Stützkörper für Mundstückkern (1) und äußere Formgebungs­ fläche (2) als Grundkörper für das einseitig aufzubringen­ de poröse Material (4) fungieren, wobei die Gleit- und Kontaktflächen zwischen Mundstück und keramischer Masse (7) mit porösem Material (4) überzogen bzw. beschichtet sind.

4. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mundstückkern (1) und äußere Formgebungsfläche (2) durchgängig aus einem porösem Mate­ rial (4) aufgebaut sind.

5. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mundstückkern (1) und äußere Formgebungsfläche (2) matrixartig aus einer metallischen und einer porösen Komponente aufgebaut sind, wobei die metallische Komponente in Form eines Metallgrundkörpers (5) ausgeführt ist, der in regelmäßiger oder unregelmäßi­ ger Anordnung Durchbrüche (6) aufweist, in die ein poröses Material (4) eingelagert ist.

6. Mundstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des auf den Stütz­ körper bzw. Grundkörper (5) aufgebrachten bzw. in den Grundkörper (5) gleicher Stärke matrixartig eingebetteten porösen Materials (4) etwa 2 bis 40 mm beträgt.

7. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke des durch­ gängig aus porösem Material ausgeführten funktionellen Mundstückbereichs ca. 5 bis 40 mm beträgt.

8. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Entwäs­ serungsfunktion alle porösen Materialien mit ausreichender Verschleißfestigkeit einsetzbar sind, vorzugsweise Sinter­ metalle, Keramiken, poröse Kunststoffe sowie Gläser.

9. Verfahren zum Strangpressen keramischer Erzeugnisse mit einem Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseraustritt aus dem Mundstückkern (1) und aus der äußeren Formgebungsfläche (2) durch Einsatz von Vakuumpumpen (12) unterstützt wird.