PL222322B1 - Sposób wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych - Google Patents

Description

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 27.06.2012 (19) PL (11) 222322 (13) B1 (51) Int.Cl.

B28B 3/00 (2006.01) B28B 13/02 (2006.01) B28B 21/00 (2006.01) C04B 35/111 (2006.01) C04B 35/18 (2006.01) (54)

Sposób wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	INDUSTRY TECHNOLOGIES SPÓŁKA AKCYJNA, Lubsko, PL
07.01.2014 BUP 01/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	ARTUR SŁAWIŃSKI, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	JOACHIM SUMMERER, Selb, DE
29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Adam Pawłowski

PL 222 322 B1

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych.

Zgłoszenie międzynarodowe nr WO 2011106232 przedstawia typowy sposób wytwarzania elementu ceramicznego, który obejmuje zmieszanie premiksu z innymi składnikami w celu uzyskania mieszaniny wsadowej, która zawiera składnik celulozowy oraz składnik aluminiowy; dodanie cieczy do mieszaniny wsadowej w celu utworzenia wsadu; uformowanie wsadu do postaci korpusu; wygrzewanie ukształtowanego korpusu w celu uformowania elementu ceramicznego. Ten typowy sposób ma pewne wady, przykładowo niedokładności wynikające z kształtowania korpusu pod względnie niskim ciśnieniem i względnie duże wymiary ukształtowanego elementu w celu zapewnienia odpowiednich właściwości elektroizolacyjnych.

Opracowano niedawno technologię prasowania izostatycznego, która umożliwia skuteczne kształtowanie elementów ceramicznych. Polega ona na poddaniu mieszaniny ceramicznej izostatycznemu ciśnieniu płynu w komorze pod wysokim ciśnieniem. Ciśnienie jest wywierane na materiał ze wszystkich kierunków.

Patent amerykański nr US 4938673 opisuje sposób prasowania izostatycznego na gorąco, w którym przygotowuje się element z mieszaniny zawierającej sproszkowany łącznik i pierwszy sproszkowany izolator, po czym zanurza się element w drugim sproszkowanym izolatorze w ściśliwym pojemniku, a następnie element umieszcza się w ciśnieniowym naczyniu, do którego doprowadza się energię mikrofalową, aby podnieść temperaturę elementu, a następnie zagęszcza się element za pomocą płynnego czynnika dostarczanego pod ciśnieniem.

Technologia prasowania izostatycznego elementów ceramicznych była dotychczas stosowana dla względnie dużych elementów, takich jak kominy ceramiczne, które wymagają umiarkowanej dokładności wymiarowej.

Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie, w sposób alternatywny, formowania ceramicznych rur elektroizolacyjnych, w celu uzyskania jeszcze większej dokładności wymiarowej i lepszych właściwości elektroizolacyjnych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych o zewnętrznej średnicy pomiędzy 30 mm a 100 mm, grubości ścianek pomiędzy 5 mm a 10 mm i długości pomiędzy 15 cm a 150 cm, obejmujący formowanie, w formie, element z proszku ceramicznego, zagęszczanie elementu w prasie, szkliwienie, wypalanie szkliwionego elementu w piecu i kształtowanie wypalonego komponentu w celu uformowania ceramicznej rury izolacyjnej, charakteryzujący się tym, że element formuje się w formie z proszku ceramicznego składającego się z od 40% do 75% wagowo AI₂O₃, od 5% do 25% SiO₂, od 5% do 20% kaolinu (glinki białej) oraz od 5% do 20% glinki garncarskiej, przy czym forma ma sztywny cylindryczny stempel dolny i elastyczną cylindryczną membranę zewnętrzną umieszczoną wokół stempla dolnego tak, że pomiędzy nimi tworzy się cylindryczna szczelina do napełniania proszkiem ceramicznym, przy czym podczas napełniania szczeliny proszkiem ceramicznym odkształca się zewnętrzną membranę z przekroju poprzecznego okrągłego do przekroju owalnego przez co najmniej jedną parę wibratorów (211-212; 213-214) umieszczonych po przeciwnych stronach membrany i pracujących w co najmniej trzech etapach, w których częstotliwość wibracji rośnie, a amplituda wibracji maleje pomiędzy kolejnymi etapami, przy czym najniższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 50 Hz a 70 Hz, a najwyższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 90 Hz a 110 Hz, a amplituda wibracji powoduje zmniejszenie średnicy membrany pomiędzy wibratorami od najniższej wartości około 0,5% do najwyższej wartości około 2%, po czym wypełnioną formę umieszcza się w prasie izostatycznej w celu zagęszczenia elementu, przy czym membranę formy prasuje się izostatycznie w pierwszym cyklu trwającym od 15 s do 25 s, w którym zwiększa się ciśnienie liniowo od 1bar do wartości pomiędzy 300 bar a 800 bar, drugim cyklu trwającym około 1 s, w którym utrzymuje się ciśnienie na osiągniętym poziomie i w trzecim cyklu trwającym od 25 s do 35 s, w którym zmniejsza się ciśnienie liniowo do 1 bar.

Zastosowanie sposobu według wynalazku umożliwia wytwarzanie ceramicznych rur izolacyjnych o wysokiej jakości, wynikającej głównie z wysokiej dokładności wymiarowej. Dokładność wymiarowa zmniejsza ilość wybrakowanych elementów do poziomu poniżej 4% całkowitej produkcji. Wysoki poziom zagęszczenia masy w procesie prasowania izostatycznego umożliwia zmniejszenie grubości ścianek rury o około 10-15% w porównaniu ze standardowymi elementami. Rury ceramiczne wytworzone sposobem według wynalazku charakteryzują się również około 10% większą wytrzymałością mierzoną jako siła kruszenia poprzecznego, w porównaniu do standardowo wytwarzanych elementów,

PL 222 322 B1 ze względu na większą gęstość i mniejszą grubość ścianki. Zmniejszona grubość ścianki powoduje również około 10-15% redukcję ciężaru elementu. Ponadto, sposób według wynalazku eliminuje konieczność suszenia uformowanych elementów, ponieważ elementy prasowane izostatycznie mają określoną wilgotność, co zwiększa sprawność energetyczną całego procesu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

- Fig. 1 przedstawia schemat linii technologicznej do wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych sposobem według wynalazku,

- Fig. 2 przedstawia formę z wibratorami,

- Fig. 3 przedstawia wykres działania wibratorów, uwzględniający amplitudę i częstotliwość wibracji podczas procesu napełniania formy.

Jak przedstawiono na Fig. 1, proszek ceramiczny z pojemnika 101 podaje się w sposób kontrolowany do formy 102 z układem wibracyjnym 103, jak omówiono szczegółowo w nawiązaniu do Fig. 2 i 3. Wypełniona forma 102 jest wprowadzana do prasy izostatycznej, w której element jest formowany pod wysokim ciśnieniem około 300-800 bar. Następnie, uformowany element jest przenoszony przez ramiona zautomatyzowanego robota do stanowiska szkliwienia 105, na którym jest szkliwiony w technologii szkliwienia natryskowego, zanurzeniowego lub strumieniowego. Po szkliwieniu rury przemieszcza się na wózkach do pieca 106 w celu ich wypalenia. Po wypaleniu, rury są usuwane z wózków za pomocą zautomatyzowanego systemu przenoszącego i przemieszczone do stanowiska obróbki mechanicznej 107, na którym mogą być kształtowane przez frezowanie, toczenie, cięcie itp. Następnie, ukształtowane elementy są transportowane do magazynu wyrobów gotowych 108.

Proszek ceramiczny stosowany do wytwarzania elementów jest porcelaną glinową o wysokiej wytrzymałości typu C-130 według standardu ENV12212 „Zaawansowane tworzywa ceramiczne. Jednolity sposób klasyfikacji” („Advanced technical ceramics. Unified method for classification” (ISBN 0580254925)). Składa się on z od 40% do 75% wagowo AI₂O₃, od 5% do 25% SiO₂, od 5% do 20% kaolinu (glinki białej) oraz od 5% do 20% glinki garncarskiej.

Forma prasy izostatycznej 102 została przedstawiona szczegółowo na Fig. 2. Zawiera ona podstawę 201, na której zamontowany jest cylindryczny stempel dolny 202. Na stemplu dolnym 202 umieszczona jest cylindryczna elastyczna membrana poliuretanowa 203, tak, że pomiędzy nimi tworzy się cylindryczna szczelina 204 do napełniania. Niniejszy wynalazek dotyczy wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych o zewnętrznej średnicy pomiędzy 30 mm a 100 mm, grubości ścianek pomiędzy 5 mm a 10 mm i długości pomiędzy 15 cm a 150 cm. Przy zwiększaniu długości rury, stopień smukłości (tj. długość względem grubości ścianki) szczeliny do napełniania zwiększa się, a tym samym szczelina 204 musi być napełniana precyzyjnie proszkiem ceramicznym. Co najmniej jedna para wibratorów 211-212; 213-214 jest rozmieszczona z boku membrany 203, przy czym wibratory w parze są rozmieszczone naprzeciwko siebie. Wibratory 211-212; 213-214 działają w ten sposób, że dociskają membranę tak, że jej przekrój poprzeczny podlega nieznacznej deformacji z okrągłego na owalny, tym samym ułatwiając zagęszczenie proszku ceramicznego podawanego do szczeliny 204. Praca wibratorów podzielona jest na etapy, przykładowo tak jak przedstawiono na przykładzie Fig. 3. Po całkowitym zapełnieniu szczeliny 204 wibratory 211-212; 213-214 zostają zatrzymane, a formę zamyka się od góry stalowym stemplem górnym 205.

Następnie, wypełnioną formę 102 przenosi się do prasy izostatycznej 104, w której jest poddawana prasowaniu izostatycznemu, tj. na poliuretanową membranę 203 wywierane jest jednorodne ciśnienie. Cykl pracowania obejmuje pierwszą fazę, w której ciśnienie zwiększa się liniowo od zera do zakresu od 300 do 800 bar w czasie od 15 s do 20 s, następnie utrzymuje się ciśnienie na maksymalnym poziomie przez około 1 s, po czym redukuje się ciśnienie w czasie od 25 s do 35 s do zera.

Tak uformowany element ceramiczny jest szczególnie dobrze przygotowany na dalsze kroki procesu wytwarzania, które następnie wykonuje się w typowy sposób. Opisany powyżej szczególny proces formowania gwarantuje wysoką dokładność wymiarową i wysoką jakość uformowanych rur elektroizolacyjnych.

Fig. 3 przedstawia przykład pracy wibratorów. Proces napełniania trwa około 40 s do 50 s. Zasadniczo, praca wibratorów jest podzielona na co najmniej trzy etapy, w których częstotliwość wibracji zwiększa się, a amplituda wibracji zmniejsza się w kolejnych etapach. Najniższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 50 Hz a 70 Hz, a najwyższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 90 Hz a 110 Hz. Amplituda wibracji powoduje deformację średnicy elastycznej membrany pomiędzy wibratorami od najniższej wartości około 0,5% do najwyższej wartości około 2%.

PL 222 322 B1

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania ceramicznych rur elektroizolacyjnych o zewnętrznej średnicy pomiędzy 30 mm a 100 mm, grubości ścianek pomiędzy 5 mm a 10 mm i długości pomiędzy 15 cm a 150 cm, obejmujący formowanie, w formie, element z proszku ceramicznego, zagęszczanie elementu w prasie, szkliwienie, wypalanie szkliwionego elementu w piecu i kształtowanie wypalonego komponentu w celu uformowania ceramicznej rury izolacyjnej, znamienny tym, że element formuje się w formie (102) z proszku ceramicznego składającego się z od 40% do 75% wagowo AI₂O₃, od 5% do 25% SiO₂, od 5% do 20% kaolinu (glinki białej) oraz od 5% do 20% glinki garncarskiej, przy czym forma (102) ma sztywny cylindryczny stempel dolny (202) i elastyczną cylindryczną membranę zewnętrzną (203) umieszczoną wokół stempla dolnego (202) tak że pomiędzy nimi tworzy się cylindryczna szczelina (204) do napełniania proszkiem ceramicznym, przy czym podczas napełniania szczeliny (204) proszkiem ceramicznym odkształca się zewnętrzną membranę (203) z przekroju poprzecznego okrągłego do przekroju owalnego przez co najmniej jedną parę wibratorów (211-212; 213-214) umieszczonych po przeciwnych stronach membrany (203) i pracujących w co najmniej trzech etapach, w których częstotliwość wibracji rośnie, a amplituda wibracji maleje pomiędzy kolejnymi etapami, przy czym najniższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 50 Hz a 70 Hz, a najwyższa częstotliwość wibracji wynosi pomiędzy 90 Hz a 110 Hz, a amplituda wibracji powoduje zmniejszenie średnicy membrany pomiędzy wibratorami od najniższej wartości około 0,5% do najwyższej wartości około 2%, po czym wypełnioną formę (102) umieszcza się w prasie izostatycznej (104) w celu zagęszczenia elementu, przy czym membranę (203) formy prasuje się izostatycznie w pierwszym cyklu trwającym od 15 s do 25 s, w którym zwiększa się ciśnienie liniowo od 1 bar do wartości pomiędzy 300 bar a 800 bar, drugim cyklu trwającym około 1 s, w którym utrzymuje się ciśnienie na osiągniętym poziomie i w trzecim cyklu trwającym od 25 s do 35 s, w którym zmniejsza się ciśnienie liniowo do 1 bar.