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Überwachung und Kontrolle der Glasuraufschlämmung zur Vermeidung von Beschichtungsfehlern

Defekte in der Glasurbeschichtung werden durch Variationen in der Glasur verursacht, die Farbunterschiede, Variationen der Beschichtungsdicke und Risse verursachen. Die Überwachung und Steuerung der Viskosität führt zu einem dramatischen Rückgang der Defekte. Hauptvorteile der Automatisierung des Glasurdichte-/Viskositätsmanagements:

  • Vollständige Automatisierung der Glasurvorbereitung
  • Vollständige Automatisierung der Glasurzuführung
  • Produktivitätssteigerung durch Automatisierung
  • Vermeiden Sie Verschwendung von Glasuren und Tonabweichungen
  • Beseitigung von menschlichen Fehlern
  • Qualitätsverbesserungen im Endprodukt
  • Gewährleistung des Auftragens einer konstanten Glasurmenge und Reduzierung der mit Viskositätsschwankungen verbundenen Mängel

Einführung

In den letzten Jahren hat sich die Keramikfliesenindustrie erheblich verändert. Für diese Materialien sind die Herstellungsprozesse hochinnovativ, mit einem vollautomatisierten Herstellungsprozess, der eine hohe Qualität und Produktivität liefert.

Quelle: ENTWICKLUNG EINES VERGLASUNGSSYSTEMS, DAS GEGEN VERÄNDERUNGEN DER VISKOSITÄT DER GLASUR UNEMPFINDLICH IST, G. Mallol et. Al.

 

Hersteller von Keramikfliesen haben einen häufigen Fehler in ihrem Herstellungsprozess, der die Qualität ihres Endprodukts beeinträchtigt, nämlich die mangelnde Farbgleichmäßigkeit zwischen Fliesen des gleichen Modells. Nach mehreren Studien wird dieser Mangel auf zwei Arten verursacht: Erstens durch eine Inkonsistenz in der Art der Dekorationsmaterialien (Masse, Engoben, Glasuren, Tinten usw.) und zweitens durch unsachgemäße Verarbeitung, hauptsächlich in der Anwendung von Engoben und Glasuren sowie beim Dekorieren und Brennen.

 

Anwendung

Die meisten aktuellen Glockenglasur-Zuführsysteme verwenden ein Metallrohr, in das die Glasur unter Verwendung eines Pumpsystems von oben zugeführt wird und eine konstante Höhe durch ein Überlaufsystem erreicht. Das Überlaufsystem kann je nach Hersteller unterschiedliche Formen haben. Ein kegelstumpfförmiges Mundstück am unteren Ende dieser Pfeife ist mit einem Ventil ausgestattet, das eine manuelle Kontrolle darüber ermöglicht, wie viel Glasur auf die Glocke gelangt, wodurch die auf die Fliesen aufgetragene Glasurmenge angepasst wird. In unmittelbarer Nähe des Ventils befindet sich ein gerader Rohrabschnitt, dessen Durchmesser dem Austrittsdurchmesser des Ventils entspricht, und am anderen Ende dieses Rohrs befindet sich eine Düse mit konstantem Durchmesser, durch die die Glasursuspension auf die Glocke strömt.

 

Quelle: Maincer

 

Quelle: SMAC

 

Viskosität bei Glasiervorgängen

In der Keramik wird typischerweise verstanden, dass sich Viskosität auf den Grad der Fließfähigkeit einer Aufschlämmung, Suspension oder Verdünnung bezieht (z. B. wird „Scheren“ verwendet, wenn es um Viskosität geht, während Ingenieure Viskosität als Schichten von Molekülen oder Partikeln verstehen, die aneinander reiben ). Das entgegengesetzte Konzept der Fluidität ist die Viskosität. Aufschlämmungen, die viskos sind, besitzen keine Fließfähigkeit und sind daher dickflüssig. Die Viskosität wird mit Laborinstrumenten gemessen, die als Viskosimeter bezeichnet werden und das Ergebnis in einer Einheit namens Poise liefern. Je höher die Poise-Zahl, desto viskoser ist die Aufschlämmung.

 

Farbvariationen, Variationen der Beschichtungsdicke und Risse werden alle durch Variationen in der Verglasung verursacht. Die Überwachung und Steuerung der Viskosität reduziert Defekte drastisch. Der Mangel an Farbgleichmäßigkeit zwischen den Fliesen ist oft auf Schwankungen in der Austragsströmungsrate herkömmlicher Glasur-Zufuhrsysteme für Glockenaufbringung aufgrund von Schwankungen in der Viskosität der Glasur zurückzuführen, die in den Rühr- und Pumptanks enthalten ist. Diese Viskositätsschwankungen, die hauptsächlich durch Temperaturänderungen in der Glasur verursacht werden, verursachen erhebliche Schwankungen in der Menge der auf Keramikfliesen aufgetragenen Glasur, was zu Farbunterschieden führen kann. Wie unten gezeigt, erzeugen Schwankungen in der Viskosität der Glasur Schwankungen in der Austragsströmungsrate aufgrund von Schwankungen der mechanischen Energieverluste, die sie erfährt, wenn sie durch die Zuführvorrichtung strömt.

Quelle: https://www.lifeofanarchitect.com/how-ceramic-tile-is-made/

 

Blasen und Nadelstiche

Während und nach dem Brennen sind in einer Glasur immer Blasen vorhanden. Wenn die Blasen jedoch zu groß sind und beim Brennen nicht ausgehärtet werden, erscheinen sie als Defekte auf der Glasuroberfläche.

Umgekehrt werden Nadelstiche durch Gase aus dem Körper verursacht, die größere Löcher bilden, wenn die Glasur nicht flüssig genug ist, um zu „heilen“.

Eine geeignete Dicke der Überzugsschicht kann die Größe der Blasen reduzieren, die durch die Glasurschicht wandern. Dann kann die Anpassung der Viskosität der geschmolzenen Glasur auf eine der beiden folgenden Arten helfen:

  • höhere Viskosität: Blasen bleiben unter der Glasuroberfläche
  • sehr niedrige Viskosität: Blasen wandern schnell durch die Glasur

Dimples

Der Orangenhautfehler tritt auf, wenn Blasen aufgrund hoher Oberflächenspannung und Viskosität nicht aus einer Glasur entweichen können und unter der Glasuroberfläche verbleiben. Durch das Abkühlen schrumpfen die Blasen und hinterlassen eine Vertiefung auf der Glasuroberfläche.

Welligkeit

Eine Glasuroberfläche mit Wellen wird normalerweise durch eine hohe Viskosität der geschmolzenen Glasur verursacht, die sich beim Brennen nicht ausdehnen kann. Normalerweise besteht die erste Lösung darin, die Temperatur oder die Einweichzeit im Ofen zu erhöhen, aber auch Kaolin ist wichtig. Je feiner das Kaolin, desto besser die Oberflächenglätte.

 

Aktuelle Verfahren zur Viskositätskontrolle

Die Kontrollmethode zur Korrektur der Schwankungen in der Fließgeschwindigkeit der Glasur besteht aus regelmäßigen manuellen Messungen (im besten Fall alle halbe Stunde) des Flächengewichts, das auf eine metallische Kontrollplatte aufgetragen wird, die den von ihr erzeugten Glasurvorhang kreuzt die Glocke, so dass, wenn die gemessene Glasurmenge von den voreingestellten Werten abweicht, der Bediener das Ventil so einstellt, dass die Glasurflussrate erhöht oder verringert wird.

Diese Arbeitsweise gewährleistet aufgrund ihrer Periodizität nicht das Auftragen einer gleichbleibenden Glasurmenge und führt zu Mängeln, die mit einem Mangel an Farbgleichmäßigkeit im Endprodukt verbunden sind.

 

Ein Beispiel: Wie Viskosität und Dichte in einer typischen Lasurauftragsmaschine gehandhabt werden

Die Mischmaschine beginnt mit einem hochdichten Vorläufer, der häufig eine hohe Dichte von 1.9–2.1 g/cc aufweist. Dieser verfügt über Mischer und Ventile zur Steuerung verschiedener Futtermittel. Oft wird die Dichte manuell oder mit einem Inline-Sensor gemessen, aber die Viskosität wird fast immer mit einem Becher gemessen, da bisher kein zuverlässiger Sensor mit wiederholbaren Messungen verfügbar war.

Die Mischmaschine fügt dann Additive, Wasser und Mineralien hinzu, um die richtige Dichte und Viskosität zu erreichen. Die allgemeine Auftragsdichte beträgt etwa 1.3 bis 1.6 g/cc. Die Viskosität ist die, die die Bediener bisher mit einem 4-mm-Becher von Ford verwenden.

Glasur ist eine sehr komplexe Flüssigkeit, bei der die verwendeten Viskositätsmodifikatoren oft ein gewisses Alter haben. Sie können ihre Viskosität innerhalb weniger Stunden dramatisch ändern, während die Dichte immer noch gleich ist. Dies bedeutet, dass eine Glasur von vollkommen gebrauchsfähig bis unbrauchbar werden kann. Dies bedeutet, dass die Notwendigkeit einer ordnungsgemäßen Viskositätskontrolle/-überwachung noch kritischer ist. Einer der Bestandteile der Glasur ist Klebstoff, der große Viskositätsänderungen verursacht.

 

 

 

Quelle: ENTWICKLUNG EINES VERGLASUNGSSYSTEMS, DAS GEGEN VERÄNDERUNGEN DER VISKOSITÄT DER GLASUR UNEMPFINDLICH IST, G. Mallol et. Al.

 

Ein Inline-Sensor zur einfachen Integration in Glasurvorbereitungs- und Beschichtungssysteme

 

Rheonics-Sensoren sind Plug-and-Play-Automatisierung. Das Inline-Viskosimeter kann mit einer einfachen Halterung in jedem Tank oder Rohr installiert werden. Der gesamte Vorgang der Installation des Sensors und des Beginns der Echtzeitmessung der Viskosität dauert weniger als 30 Minuten. Rheonics-Sensoren verfügen über eine integrierte Temperaturmessung, die es ermöglicht, sowohl die Viskosität als auch die Temperatur der Aufschlämmungsmischung in allen Phasen zu überwachen – vom Mischen bis zum Beschichten. Viskositätsmesswerte können temperaturkompensiert werden, was für die Sicherstellung einer konsistenten Produktion bei typischen täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen unerlässlich ist.

Einbau in Tanks

 

Einbau in Rohrleitungen

Das Viskosimeter ist hermetisch gekapselt und unempfindlich gegenüber externen Maschinengeräuschen – daher wird die Leistung nicht durch Turbulenzen und Flüssigkeitsinhomogenität beeinträchtigt. Die automatisierte Online-Viskositätsmessung über SRV oder SRD eliminiert die Unterschiede bei der Probenentnahme und den Labortechniken. Der Sensor wird im Misch-/Beschichtungstank installiert und misst kontinuierlich die Viskosität des formulierten Systems (und die Dichte im Falle von SRD). Die Konsistenz der keramischen Glasurflüssigkeit wird durch die Automatisierung des Dosiersystems durch eine Prozesssteuerung erreicht, die auf Echtzeit-Viskositäts- und Temperaturmessungen basiert.

Während des Herstellungsprozesses der Aufschlämmung vor dem Beschichten (und sogar während des Beschichtens durch Eintauchen) kann der Mischprozess mit Rheonics-Sensoren überwacht werden, die überprüfen können, ob Feststoffgehalt und Homogenität (Stabilität) optimal sind, ohne sich Gedanken über eine Vielzahl von Faktoren machen zu müssen, die sich auswirken könnten Sie. Das Inline-Viskositätsmanagement mit den Rheonics-Sensoren kann dazu beitragen, die häufigsten Probleme wie Farbunterschiede, Schwankungen der Beschichtungsdicke und Risse zu lindern, die sich negativ auf die Qualität der Endprodukte auswirken können.

 

SRV - 3/4 "NPT - Inline-Prozessviskositätssensor für Druck-, Beschichtungs-, Lebensmittel-, Misch- und Schleifanwendungen

Rheonics SRV – 3/4 ” NPT – Inline-Prozessviskositätssensor

 

gleichzeitige Dichteviskositätsmessungen - Dichtemessgerät und Viskosimeter - SRD

Rheonics SRD – 3/4 ” NPT – Inline-Prozessdichte- (und Viskositäts-) Sensor

 

Rheonics bietet ein integriertes eigenständiges Viskositäts-, Dichte- und pH-Überwachungs- und Kontrollsystem. Das Rheonics Slurry Monitoring and Control System verwendet Inline-Viskosimeter und Inline-pH-Sonden, um die Viskosität, Temperatur und den pH-Wert der Aufschlämmung in Echtzeit zu überwachen. Korrekturventile werden betätigt, um die richtige Dosis hinzuzufügen, um eine absolute Kontrolle der Aufschlämmungseigenschaften während des gesamten Misch- und Beschichtungsprozesses zu gewährleisten.

Das ab Werk installierte Rheonics Slurry Monitoring and Control System

Da Hersteller versuchen, bei der Anpassung an die Anforderungen der Industrie flexibler zu werden, verstehen sie die Notwendigkeit, in F&E-Aktivitäten und fortschrittliche Prozesssteuerungstechnologien zu investieren, um neue Formulierungen mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu entwickeln. Inline-Viskosimeter von Rheonics bieten Herstellern Möglichkeiten für Verglasungsvorgänge von höchster Qualität und einer großen Vielfalt bei geringster Beteiligung der Bediener in der Fabrikhalle – ein erheblicher Vorteil gegenüber anderen Messalternativen oder Prozesssteuerungslösungen. Die von Rheonics-Viskosimetern und integrierten Lösungen bereitgestellten Daten tragen dazu bei, Lernkurven zu beschleunigen und häufigere Wechsel der Aufschlämmungszusammensetzung zu ermöglichen, was zu einem ressourceneffizienteren, wirtschaftlicheren und umweltfreundlicheren Herstellungsprozess beiträgt. Das Inline-Mischen mit Lösungen zur kontinuierlichen Viskositätsüberwachung löst große Herausforderungen von Batch-Produktionsprozessen wie Verluste bei Produktwechseln und Ineffizienzen bei der Materialhandhabung in einem rezeptbasierten Ansatz. Es unterstützt die problemlose Skalierung des Betriebs.


Zu den einzigartigen Vorteilen des Inline-Online-Viskosimeters SRV und des Dichtemessgeräts SRD von Rheonics für Keramikglasur-Misch- und Beschichtungsanwendungen gehören:

  • Funktioniert genau in fast allen Beschichtungssystemen mit einem breiten Spektrum an Zusammensetzungen / Formulierungen
  • Behält die eingestellte Viskosität der Aufschlämmung in Mischtanks bei, unabhängig von Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, Zustand der Mischausrüstung, Substraten, Lösungsmitteln, Formulierungen oder dosierten Bestandteilen
  • Robuster, hermetisch abgedichteter Sensorkopf. Die Sensorsonde kann inline mit allen Standard-CIP / SIP-Prozessen oder manuell mit einem benetzten Lappen gereinigt werden, ohne dass eine Demontage oder Neukalibrierung erforderlich ist
  • Keine beweglichen Teile, die altern oder mit Sedimenten verschmutzen
  • Unempfindlich gegen Partikel; Keine engen Lücken, die mit Partikeln verschmutzen könnten
  • Alle benetzten Teile sind aus Edelstahl 316L - keine Korrosionsprobleme
  • Zertifiziert nach ATEX und IECEx als eigensicher für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen
  • Großer Einsatzbereich und einfache Integration – Sensorelektronik und Kommunikationsoptionen machen es extrem einfach, industrielle SPS- und Steuerungssysteme zu integrieren und einzufahren

Rheonics Instrumentenauswahl

Rheonics entwickelt, fertigt und vertreibt innovative Systeme zur Flüssigkeitsmessung und -überwachung. In der Schweiz gefertigte Präzisionsviskosimeter und Dichtemessgeräte von Rheonics zeichnen sich durch die von der Anwendung geforderte Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit aus, die erforderlich sind, um in rauen Betriebsumgebungen zu bestehen. Stabile Ergebnisse - auch unter ungünstigen Strömungsbedingungen. Keine Auswirkung von Druckabfall oder Durchfluss. Es ist gleichermaßen gut für Qualitätskontrollmessungen im Labor geeignet. Es müssen keine Komponenten oder Parameter geändert werden, um über den gesamten Bereich zu messen.

 

Vorgeschlagene Produkte für die Anwendung

  • Breiter Viskositätsbereich - Überwachen Sie den gesamten Prozess
  • Wiederholbare Messungen in Newtonschen und Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
  • Alle 316L-medienberührten Teile aus Edelstahl sind hermetisch abgedichtet
  • Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
  • Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Prozesslinien
  • Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
  • Einzelnes Instrument zur Messung von Prozessdichte, Viskosität und Temperatur
  • Wiederholbare Messungen in newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
  • Ganzmetallkonstruktion (316L Edelstahl)
  • Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
  • Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Rohre
  • Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
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