DE4203418B4

DE4203418B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Formung einer äußeren Schicht bei Honigwabenstrukturen

Info

Publication number: DE4203418B4
Application number: DE4203418A
Authority: DE
Inventors: Harry Arthur Kragle
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2012-02-07
Also published as: JPH04344217A; JP3508936B2; BE1005016A3; DE4203418A1; US5089203A; KR100192749B1; KR920016216A

Abstract

Verfahren zur Formung einer Honigwabenstruktur mit einer äußeren integralen Schicht mittels eines Extrusionswerkzeuges (10) mit folgenden Schritten:
Fließenlassen eines Teils des Schichtmaterials durch einen zentralen Bereich des Extrusionswerkzeuges (10) mittels innerer Fließkanäle (24) zum Bilden von inneren Wabenbereichen einer Honigwabenstruktur;
Fließenlassen eines Teils des Schichtmaterials durch Umfangsbereiche des Extrusionswerkzeuges (10) mittels äußerer Fließkanäle (22) zur Bildung einer äußeren integralen Schicht;
wobei der durch die äußeren Fließkanäle (22) fließende Teil in einem Materialreservoir (36) gesammelt wird;
vom Materialreservoir (36) durch den ringförmigen Fließkanal (38) fließt und dabei der Volumenfluss durch Steuern der Breite des ringförmigen Fließkanals (38) eingestellt wird;
vom Fließkanal (38) durch einen die äußere Schicht formenden Fließkanal (40) zur Austrittsöffnung des Extrusionswerkzeuges fließt;
sich mit Material aus inneren Fließkanälen im schichtformenden Fließkanal (40) vermischt, und
wobei durch Einsetzen eines Distanzmittels (20) die Schlitzbreite des Kanals (40) und damit die Dicke der...

Description

Aus der DE 35 10 182 A1 ist es bekannt, bei einer Extrusionsvorrichtung zum Herstellen von Wabenkörpern einen Steuerschlitz einstellbar bzw. justierbar auszubilden.

Die DE 35 21 883 A1 beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen von wabenförmigen Presslingen mit einem Rahmen und Stiftteilen zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit von zugeführtem Material.

Weder die DE 35 10 182 A1 noch die DE 35 21 883 A1 zeigen Bauteile für eine unabhängige Steuerung bzw. Einstellung der Breite der schichtformenden Spalte sowie der Menge des schichtbildenden Materials, welches an die schichtbildende Spalte bzw. Fliesskanäle geliefert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Formung einer äußeren Schicht auf einer Honigwabenstruktur mittels eines Extrusionswerkzeuges zu schaffen und ein Extrusionswerkzeug hierfür, mittels welchem dünnwandige zellulare Substrate mit einer integralen äußeren Schicht mit größerer Dicke als die Waben des Substrats geliefert werden können, um einen Bruch einer oder mehrerer Reihen von Zellen im Umfangsbereich der Waben oder eine Deformation der Zellenwände zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 und bei einem Extrusionswerkzeug durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Schichtmaterialfluss sowie die Dicke der äußeren Materialschicht derart eingestellt werden, dass die äußere Schicht mit einer größeren Dicke als die Waben des Substrats ausgebildet sind. Hierdurch wird sowohl die Nasssteifigkeit als auch die strukturelle Unversehrtheit der thermisch behandelten Struktur verbessert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben: Es zeigen:
1 eine Teildraufsicht auf ein Extrusionswerkzeug
2 eine Teilschnittansicht durch das Extrusionswerkzeug gemäß 1 entlang der Linie II-I in 1.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Extrusionswerkzeuges 10 beschrieben, das eine Matrize mit einem Ziehkörper 12, einem Ring 14, ein Flusssteuermittel in Form einer Platte 16, eine Maske 18 und ein Distanzmittel 20 aufweist. Der Ziehkörper 12 kann typischerweise vom Typ eines katalytischen Konverters für ein Automobil, bzw. Katalysator-Extrusionsmatrize sein, mit peripheren Fliesskanälen 22, zentralen Fliesskanälen 24, die an einem Ende kommunizieren mit einer Eintrittsfläche und an dem anderen Ende mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Auslassschlitzen 26, welche Stifte 28 in einer Austrittsfläche 29 bilden, wobei die Matrize in ihrem Außenumfangsbereich modifiziert wurde durch die Entfernung der peripheren Elemente und eines Be reichs der äußeren Fliesskanäle 22. Die maschinelle Bearbeitung zur Herstellung der Matrize mit Aussparungen ergeben die Form einer konisch zulaufenden oder kegelstumpfartigen Oberfläche 30, einer peripheren zylindrischen Oberfläche 32, welche im wesentlichen konzentrisch zu einer Längsachse A des Matrizenkörpers liegt und eine ringförmige planare Oberfläche 34, die sich transversal zur Achse A erstreckt und die äußeren Ziehkanäle 22 schneidet.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Materialreservoir 36 zwischen ausgesparten Bereichen des Rings 14 und der an dem Steuermittel 16 angrenzenden planaren Fläche 34 ausgeformt, ein justierbarer Fliesskanal 38 ist zwischen komplementären Oberflächen des Rings 14 und dem Steuermittel 16 angeordnet und ein schichtformender Fliesskanal 40, welcher die Dicke des Schichtmaterials bestimmt, ist zwischen komplementären Oberflächen des Ziehkörpers 12 und des Rings 14 mit der Maske 18 ausgebildet. Wie in 1 dargestellt, legt die maschinelle Bearbeitung zur Modifizierung des peripheren Bereichs des Ziehkörpers 12 teilweise Öffnungen 22a um den Ziehkörper herum frei, welche mit der zylindrischen vertikalen Fläche 32 kommunizieren. Im Hinblick auf die Tatsache, dass diese Teilöffnungen 22a unerwünschte Fliesskanäle ausbilden können, welche den erwünschten Fliesskanal 38 umgehen, ist der Ring 14 um die periphere zylindrische Oberfläche 32 des Ziehkörpers 12 angeordnet und dichtet solche Teilöffnungen ab.
Der Ring 14 ist ein zylindrisches Element, vorzugsweise aus einem härtbaren Material, aufgeschrumpft oder in anderer Weise an seinem Platz gehalten, wie z.B. durch Schweißen oder Löten auf den Ziehkörper 12 um die periphere zylindrische Oberfläche 32. Der Punkt 14a des Rings 14 muss außerhalb der äußersten Abmessung der Zuführöffnungen 24 liegen, um eine komplette Trennung zwischen der den Zuführöffnungen 24 benachbarten zylindrischen Oberfläche 32 zu erhalten und eine komplette Ab blockung eines möglichen Flusses von Schichtmaterial von den Teilöffnungen 22a in den schichtformenden Fliesskanal 40 sicherzustellen.
Der Ring 14 wird auf seine endgültigen Abmessungen bearbeitet, nachdem der Ring an seinem Platz auf dem Ziehkörper 12 installiert ist, um eine korrekte Konzentrizität der befestigten peripheren Fläche 42, welche eine Seite des Fliesskanals 38 bildet, mit der Mittellinie der longitudinalen Achse A des Ziehkörpers 12 sicherzustellen. Diese Bearbeitung nach der Installierung garantiert auch eine einheitliche Glattheit und eine angrenzende Erstreckung der konisch zulaufenden oder kegelstumpfförmigen Fläche 30 des Ziehkörpers 12 und der konisch zulaufenden, kegelstumpfförmigen Fläche 44 des Ringes, welche zusammen eine fortlaufende schichtformende Oberfläche auf einer Seite des Fliesskanals 40 ergeben. Weiterhin ist ein innerer Bereich 46 des Rings so ausgebildet, dass eine Seite des Reservoirs 36 gebildet wird.
Die Schlüsselrolle des Steuermittels 16 besteht darin, die gegenüberliegende Fläche 48 des Fliesskanals 38 zu bilden, welche den Fluss des Schichtmaterials in dem äußeren Fliesskanal 40 bemisst. Die Dimension der inneren peripheren Fläche 48 des plattenförmigen Fliesssteuermittels 16 kann durch eine Reihenfolge von Fliesssteuermitteln 16 variiert werden, um einen Bereich von Einstellungsmöglichkeiten für den justierbaren Fliesskanal 38 bereitzustellen durch bloßes Ersetzen eines entfernbaren plattenförmigen Fliesssteuermittels gegenüber einem anderen mit einem unterschiedlichen inneren peripheren Durchmesser. Eine stromaufwärts gelegene oder innere Fläche 50 des Fliesssteuermittels 16 bildet eine gegenüberliegende Seite zu der Fläche 46 des Materialreservoirs 36. Obwohl dies kein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist, kann, wegen verbleibender Speichereigenschaften in einem Schichtmaterial, der Fliesskanal 38 in der Form eines Ringes mit eng beabstandeten Dosie rungsöffnungen ausgebildet sein, die in dem Steuermittel 16 vorgesehen sind.
Die Maske 18 ist analog zu einer traditionellen Maske und hat eine konisch zulaufende oder kegelstumpfförmige Fläche 52, welche die äußere eingrenzende Oberfläche des Fliesskanals 40 festlegt, während die fortlaufenden konisch zulaufenden oder kegelstumpfförmigen Flächenbereiche 30 der Matrize und des Körpers des Rings die innere begrenzende Oberfläche des Fliesskanals 40 definieren. Beim Extrudieren einer Honigwabenstruktur durch den Ziehkörper 12, beginnen die inneren, durch die miteinander verbundenen Austrittsschlitze 26 geformten Waben, sich mit der in dem Fliesskanal 40 geformten Schicht zu vermischen, an dem äußersten Punkt 14a des Rings 14 und die inneren Waben vermischen sich weiter mit der Schicht zwischen dem Punkt 14a und dem Ausgang des Ziehkörpers.
Die Dicke des Distanzkörpers 20 bestimmt die Weite des Fliesskanals 40. Mit anderen Worten, eine Vielzahl von Distanzscheiben verschiedener Dicke kann wie erwünscht vorgesehen sein, um die Dicke des Fliesskanals 40 einzustellen. Im wesentlichen ist das Volumen des Flusses durch den justierbaren Fliesskanal 38 stromaufwärts des Fliesskanals 40 gesteuert, wobei die Schichtdicke, per se, durch die Dicke der in dem Matrizenaufbau verwendeten Zwischenkörper 20 bestimmt ist. Beide Elemente der Fliesssteuerung und Schichtdicke müssen zusammenarbeiten, um die feine Balance zwischen korrekter volumenmäßiger Bemessung des Materials und der Schichtdicke und Geschwindigkeit zu erreichen. Das Schichtmaterial, welches endgültig zur Schicht wird, erreicht den Ziehkörper durch äußere Fliesskanäle 22 und wird in dem Reservoir 36 gesammelt und als erstes formenden Einflüssen und Druckwerten der Fliesssteuerzone 38 zwischen dem Ring 14 und dem Steuermittel 16 ausgesetzt. Der Druck wird aufrechterhalten, wenn das nun grob konfigurierte Stück des Schichtmaterials den Fliesskanal 40 zwischen der Maske 18 und dem Ziehkörper 12 betritt und zunehmenden schmäleren ringförmigen Raum innerhalb dieses Fliesskanals durchtritt. Der Druck innerhalb des Fliesskanals 40 gegen den Druck innerhalb der Schlitze 26 wirkend, ist nötig für den Erfolg der sehr wichtigen waben-zur-schichtvermischenden Funktion, welche zwischen dem Punkt 14a und dem Austritt des Materials aus den Kanälen 40 in der Austrittsfläche 29 voranschreitet.
Das Reservoir 36 ist derart konstruiert, dass ein Reservoir gebildet wird, in welches Schichtmaterial in großem Überfluss einfließen kann. Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Fliesskanäle 22 unterhalb des Reservoirs 36 viel kürzer als die inneren Fliesskanäle 24 sind, ist der Widerstand in den äußeren Fliesskanälen 22 deutlich niedriger, und somit wird eine reichliche Zuführung zu dem Reservoir sichergestellt. Die Weite der das Reservoir schneidenden planaren Fläche 34 des Ziehkörpers 12 sollte wenigstens 2 ½ bis 3 Zuführöffnungsmittelpunkte, wie dargestellt durch die Phantomlinie 54 in 1 überspannen, um die diskreten Fliesseffekte der einzelnen Zuführöffnungen zu dämpfen.
Eine Vielzahl von gleitpassenden Stiften 56 kann verwendet werden, um den Schichtformer, die justierbare Distanzscheibe und die entfernbare Fliesssteuerscheibe mit dem Matrizenkörper 12 zu justieren bzw. auszurichten, um den Extrusionsmatrizenaufbau der vorliegenden Erfindung auszubilden. Weiterhin können, obwohl es vorgezogen wird, dass die Wände 52, 30 und 44 des Fliesskanals 40 parallel sind, falls erwünscht diese Oberflächen leicht zueinander geneigt sein, während sie sich auswärts des Ziehkörpers erstrecken, um zunehmende Schereffekte zu erzeugen.

Claims

Verfahren zur Formung einer Honigwabenstruktur mit einer äußeren integralen Schicht mittels eines Extrusionswerkzeuges (10) mit folgenden Schritten: Fließenlassen eines Teils des Schichtmaterials durch einen zentralen Bereich des Extrusionswerkzeuges (10) mittels innerer Fließkanäle (24) zum Bilden von inneren Wabenbereichen einer Honigwabenstruktur; Fließenlassen eines Teils des Schichtmaterials durch Umfangsbereiche des Extrusionswerkzeuges (10) mittels äußerer Fließkanäle (22) zur Bildung einer äußeren integralen Schicht; wobei der durch die äußeren Fließkanäle (22) fließende Teil in einem Materialreservoir (36) gesammelt wird; vom Materialreservoir (36) durch den ringförmigen Fließkanal (38) fließt und dabei der Volumenfluss durch Steuern der Breite des ringförmigen Fließkanals (38) eingestellt wird; vom Fließkanal (38) durch einen die äußere Schicht formenden Fließkanal (40) zur Austrittsöffnung des Extrusionswerkzeuges fließt; sich mit Material aus inneren Fließkanälen im schichtformenden Fließkanal (40) vermischt, und wobei durch Einsetzen eines Distanzmittels (20) die Schlitzbreite des Kanals (40) und damit die Dicke der äußeren integralen Schicht eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Schichtmaterials, der durch den zentralen Bereich des Extrusionswerkzeuges (10) fließt, daran gehindert wird, das die äußere integrale Schicht bildende Schichtmaterial innerhalb der äußeren Fließkanäle (22) zu kontaktieren bis die Wabenabschnitte in dem Extrusionswerkzeug gebildet werden.
Extrusionswerkzeug (10) zur Formung einer Honigwabenstruktur mit einer integralen äußeren Schicht mit: einem Werkzeugkörper (12), welcher eine Einlassseite und eine Auslassseite (29), die durch innere Fließkanäle (24) miteinander verbunden sind; eine sich an den Aussendurchmesser der Auslassseite (29) anschließende konische Mantelfläche (30); eine sich an die konische Mantelfläche (30) anschließende zylindrische Aussenfläche (32); und eine sich an die zylindrische Aussenfläche (32) anschließende Absatzfläche (34), in die äußere Fließkanäle (22) münden, aufweist; einem Ringmittel (14), welches einen Innendurchmesser, der an der zylindrischen Aussenfläche (32) des Werkzeugkörpers (12) anliegt, und eine konische Stirnfläche (44) aufweist, die an der konischen Mantelfläche (30) des Werkzeugkörpers (12) anliegt; einem Flusssteuermittel (16) mit einer inneren Umfangsfläche (48), welche konzentrisch zu der äußeren Umfangsfläche (42) des Ringmittels (14) und beabstandet von dieser zum Bilden eines ringförmigen Fließkanals (38) angeordnet ist, wobei das Flusssteuermittel (16) mit der Absatzfläche (34) und dem Ringmittel (14) ein Materialreservoir (36) für die die äußere Schicht bildende Masse bildet; einer Maske (18), welche eine konische Innenfläche aufweist, die gemeinsam mit der konischen Mantelfläche (30) des Werkzeugkörpers (12) und der konischen Stirnfläche (44) des Ringmittels (14) einen Fließkanal (40) zum Bilden eines Austrittsschlitzes für die äußere Schicht bildet; und mit einem Distanzmittel (20), das zwischen der Maske (18) und dem Flusssteuermittel (16) für eine Einstellung der Breite des Fließkanals (40) angeordnet ist.
Extrusionswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialreservoir (36) mit einer Mehrzahl der äußeren Fließkanäle (22) in Verbindung steht.
Extrusionswerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseite (29) eine Vielzahl von miteinander verbundenen Auslasskanälen (26) aufweist, und dass das Ringmittel (14) eine Fläche (44) beinhaltet, die im Bereich des die äußere integrale Schicht bildenden Schlitzes (40) ausgangsseitig des Extrusionswerkzeuges (10) innerhalb desselben und außerhalb der Auslassseite (29) des Endes der inneren Fliesskanäle (22) festgelegt ist.
Extrusionswerkzeug nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringmittel (14) eine Außenfläche (42) mit einem festen Durchmesser aufweist, dass das Flusssteuermittel (16) entfernbar ist und auf der ringförmigen Absatzfläche (34) angeordnet ist, wobei die Breite des Flusskanals (38) durch den Austausch des Flusssteuermittels (16) einstellbar ist.