DE2254563A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von wabenkoerpern - Google Patents

Description

Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. Y., USA

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Wabenkörpern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wabenformkörpern aus extrudierbarem Material, sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung, die besonders günstig für die Herstellung dünnwandiger Wabenkörper ist.

Wabenformkörper finden beispielsweise als Wärmeaustauscher, Regeneratoren., Radiatoren, Katalysatorträger, Filter und dergleichen Verwendung. Die Herstellung erfolgt meist durch Überziehen eines Trägers mit einer keramischen Aufschlämmung und einem Bindemittel und Zusammenfügen gewellter und glattßr Bahnen zu einem Wabenkörper,■ s. US Patent 3»H2,184. Das Verfahren ist aufwendig, die möglichen Zellenformen sind begrenzt und die Wandstärken ungleichmässig.

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Umständlich ist auch die Herstellung mit einer an einem Querträger aufgehängten grösseren Zahl von Formstäben für die einzelnen Wabenzellen gem. dem US Patent 1,849,431ο Eine gewisse Verbesserung wird mit der Vorrichtung gemäss US Patent 3,406,435 erzielt, mit der das Wabenmaterial nach aussen durch Öffnungen in Verlängerungsstücken einer Vielzahl langgestreckter dünnwandiger Manschettenformen extrudiert wird. Jedoch ist diese Vorrichtung infolge ihrer Aufwendigkeit ungünstig oder sogar ungeeignet zum Extrudieren vielzelliger Wabenkörper. Auch besteht die Gefahr der Verbiegung der Verlängerungsstücke bei grösserem Extrusionsdruck, der bei vielzelligen Wabenkörpern die Regel ist. Auch ist die Fertigung dünnwandiger Wabenformen nicht möglich. Schliesslich führen Abstandsänderungen zwischen den Verlängerungsstücken zur Verbiegung oder Aufrauhung des Extrusionskörpers, da ein dickeres Wandstück rascher extrudiert als dünnere Abschnitte.

Die Erfindung hat daher ein Verfahren sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zum Extrudieren von gleichmassigen Wabenkörpern zur Aufgabe.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren der Erfindung in der Weise gelöst, dass das Material längs durch eine Vielzahl von Speiseleitungen oder -kanälen geleitet, auf ein Gitter aus untereinander verbundenen Auslasschlitzen gegeben und dabei ein Teil seitlich geleitet wird, sodass eine einheitliche,

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gitterartige Masse entsteht, die in Längsrichtung abgegeben wird. "".-■"■ '■-.-■

Die Auslaßschlitze reichen von der Auslassfläche um eine derart ausreichende Strecke nach innen, dass alle Auslassenden der Schlitze mit Extrudiermaterial gefüllt werden, bevor es aus der Form gepresst wird, so dass in dem von den Schlitzen ge-'· bildeten Gitter eine zusammenhängende Masse entsteht. Dieser seitliche Materialfluss kann auch durch Einstellen des Stromungswiderstands in den Schlitzen gefördert werden, vorzugsweise, nach günstiger weiterer Ausgestaltung auf einen höheren Wert als der Strömungswiderstand, in den'Speiseleitungen. Zur Erleichterung des,seitlichen Flusses können auch die Ansätze der Auslaßschlitze entsprechend profiliert werden. '

In den Zeichnungen zeigen:

die Figur 1 die Formvorrichtung von oben gesehen;

die Figur 2 diese im Schnitt'entlang der Schnittlinie 2-2 der Figur 1; . '

die Figur 3 diese von unten gesehen;

die Figuren ^. ? und 6 stark vergrösserte Teilansiehten von oben gesehen verschiedener Ausbildungen der Zuleitungs- und Ableitöffnungen; ■

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die Figuren 7, 8 und 9 zeigen verschiedene Ausbildungen der Ableitöffnungen im Längsschnitt.

Die in den Figuren 1-4 gezeigte Form IO besteht aus dem Formkörper 12 und einer Manschette 14. Eine Einlasefläche 16 des Formkörpers ist mit einer Vielzahl von Öffnungen, Speiseleitungen oder -kanälen 18 für die Zufuhr von Material für die Matrize eines Wabenkörpers sowie mit einer Vielzahl von öffnungen, Speiseleitungen oder -kanälen 20 in ringförmiger Anordnung für die Zufuhr von Material für einen Mantel oder eine Hülse des zu formenden Wabenkörpers versehen. Die Speisekanäle 20 können auch durch einen ringförmigen Zufuhrschlitz ersetzt werden, wobei der mittlere Formteil dann durch geeignete Stifte oder dergleichen in Lage gehalten wird.

Gegenüber der Einlassfläche 16 befindet sich eine Auslassfläche 22 des Formkörpers, mit einer Vielzahl untereinander verbundener Auslaßschlitze 24. Wie die Figur 5 zeigt, bilden diese Schlitze 24 ein Gitter, durch das das Formmaterial als zusammenhängende Matrize eines Wabenkörpers extrudiert wird. Jeder Auslaßschlitz enthält am innersten Ende einen Ansatz 26, mit dem die Speiseleitungen 18 an bestimmten Stellen in Verbindung stehen. Wie die Figur 4 zeigt, können die Speiseleitungen, oder -kanäle 18 aus Löchern oder Bohrungen bestehen, die mit abwechselnd einander kreuzenden Schlitzen des Auslassgitters in Verbindung stehen, so dass sie diagonal gegenüberliegende Ecken der von den sich kreuzenden Schlitzen gebildeten Kernstifte 28 schneiden.

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Wie aus der Figur 2 besonders deutlich hervorgeht, sind die Bohrungen 18 an ihren unteren Enden verjüngt und schneiden die Ansätze 26 der Schlitze 24. Die aus der Figur 4 deutlich hervorgehende vergleichsweise grosse Schnittfläche ermöglicht in den Schlitzen zwischen ihren Schnittpunkten mit benachbarten Bohrungen 18 einen seitlichen Materialfluss, so dass die Schlitze vor der Abgabe aus den Schlitzen seitlich ganz mit Material gefüllt werden, obwohl ein Teil des Materials direkt unter den Speisekanälen oder -bohrungen in Längsrichtung direkt durch die Auslaßschlitze 24 fliesst. Die Auslaßschlitze 24 reichen soweit nach innen, dass der seitliche Matefialfluss vor dem Materia,l-austritt aus dem Schlitzgitter wenigstens die Auslassenden der Schlitze füllt. Der zur Förderung des seitlichen Materialflusses erforderliche Strömungswiderstand hängt dabei nicht nur von der Materialviskosität ab, sondern auch von der Schlitztiefe, die vom Material durchflossen werden muss. Vorzugsweise soll der Strömungswiderstand in den Schlitzen wenigstens gleich dem Strömungswiderstand in den Speisekanälen sein. Gute Ergebnisse wurden aber auch z. B. bei einem 0,8 - 6-fachen Strömungswiderstand in den Schlitzen im "Vergleich zum Strömungswiderstand in den Speisekanälen erzielt.

Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, kann an der Manschette ein Einsatz 32 mit einem Schraubgewinde befestigt sein, dessen unterer Innenumfang mit dem Aussenumfang der Auslassfläche 22 eine Ringöffnung 34 bildet. Durch die Speiseleitungen 20 ge-

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langt Material in diese Ringöffnung und bildet um die Wabenform einen zusammenhängenden Mantel oder eine Hülse. Die obere, verjüngte Fläche 36 des einstellbaren Einsatzes 34 ermöglicht im Zusammenwirken mit der Schrägfläche 38 des Formkörpers 12 die Änderung des Strömungswiderstandes für das in die Hingöffnung 34- tretende Material. Die beiden Schrägflächen 36, 38 machen es auch möglich, die Speiseleitungen 18 radial nach aussen zu versetzen, so dass das gesamte Gitter der verbundenen Schlitze 24 mit Extrudiermaterial von den Speisekanälen 18 versorgt werden kann.

Die zwischen den Schlitzen 24 gebildeten rechteckigen Kernstifte 28 der Figur 3 und 4 können z. B. auch quadratisch ausgebildet sein, s. die Fig. 5· Auch kann die Zahl der Speisekanäle 18 vermehrt werden, so dass z. B. für jede Schlitzkreuzung eine Speiseleitung vorgesehen ist, s. ebenfalls Fig. 5. Die Gitterform der sich kreuzenden Schlitze ist im übrigen beliebig, kann also z. B. rund, dreieckig, sechseckig, langgestreckt, quadratisch usw. sein. Wabenkörper zur Verwendung als Wärmeaustauscher können z. B. aus langen, engen Kanälen mit dünnen parallelen und nur durch einzelne senkrechte, abstandhaltende Wandstücke im Abstand gehaltenen Wänden aufgebaut sein.

In der Ausbildung der Fig. 6 bestehen die Speiseleitungen 18 aus länglichen Schlitzen. Dabei sind die Schlitze in der Einlassfläche zweckmässig gegenüber den Auslaßschlitzen 24 ver-

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setzt angeordnet, -um die Basis der Kernstifte 28 nicht zu sehr zu schwächen. Bohrungen können daher vorteilhafter als Schlitze sein, wenn die mechanische Festigkeit gross sein soll. Für die Anordnung der Speiseleitungen gilt im übrigen nur das Erfordernis einer gleichmässigen Materialzufuhr, da das Extrudiermaterial ja vor Austritt aus der'Auslassfläche seitlich aus den Speiseöffnungen fliessen und die Schlitze in der Form ganz füllen soll.

Die Fig. 7-9 zeigen als Beispiel verschiedene Schlitzaxtsbildtingen... Sie können aus einem Formblock herausgearbeitet werden oder, wie gezeigt, aus einzelnen Platten mit entsprechenden Ausnehmungen zusammengebaut und durch Klammern, Löten, Schweissen, Diffusionsbindung und dergleichen befestigt werden. Auch die Speiseöffnungen können vor oder nach der Befestigung eingearbeitet werden.-

Als Beispiel zeigt die Figur 7 einen Schlitz 24a, der in zwei gegenüberliegenden Platten gleich eingeformt ij3t, wobei der Ansatzteil 26 einen grösseren Querschnitt besitzt, als der entsprechende Querschnitt der Auslassöffnung in der Auslassfläche 22 und die gegenüberliegenden Seitenwände vom Ansatz zur Auslassflache allmählich nach innen zulaufen.

Ähnlich ist auch der Schlitz 24b der Fig. 8 ausgebildet,: nur dass er einen Knick aufweist. Der Schlitz. 24c der Fig» 9

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eine gerade Seitenwand, d. h. eine Platte 40 ist ohne Ausnehmung, während in die anderen Platten eine verjüngte Ausnehmung eingearbeitet ist, die auch eine Knickung wie im Schlitz 24b aufweisen kann, so dass ein Teil parallel zur gegenüberliegenden geraden Wand verläuft,und zwar nahe der Auslassfläche 22* Pie Schlitze können auch aus einem massiven oder gestapelten Körper chemisch herausgearbeitet werden, z. B. gemäss den Verfahren der US Patente 2,628,160, 2,684,911 und 2,971,853. Auch runde, einander kreuzende Auslaßschlitze sind auf diese Weise herstellbar·

Das zur Fertigung der Form verwendete Material hingt von der Art des Extrudiermaterials ab. Geeignet sind beispielsweise alle maschinell bearbeitbaren Metalle wie Alumimium, kaltgewalzter Stahl, Glas, Keramik, Glaskeramik, Wolframkarbid, Aluminiumoxid usw. Statt der gezeigten, den seitlichen Materialfluss fördernden Profilansätze der Schlitze sind z· B, zum Extrudieren von Keramiken auch Schlitze mit geraden Seiten entsprechend der Fig. 2 geeignet.

Wie die Figur 3 zeigt, haben einige der Kernstifte 28 um den Umfang der Auslassfläche 22 infolge der kreisförmigen Eingöffnung 54 eine kleinere Abmessung. Gleiche Grossen er-hält man durch Ausbildung des durch Ringöffnung 54 geformten Mantels mit parallelen Wandteilen zu den Schlitzen in der Auslassfläche z. B. durch Ausbildung der Eingöffnung 34 mit einer quadrati-

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sehen Öffnung und der Auslassfläche mit einer quadratischen Schlitzanordnung oder "bei hexagonaler Ringöffnung 34 und dreieckiger Schiitζanordnung. ■

Anstelle gleichmässiger Speiseleitungen können diese auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass je nach den Erfordernissen des zu extrudierenden Körpers an bestimmten Stellen eine verschiedene Materialzufuhr benötigt wird..

Die Auslaßschlitze können in gleichem Abstand zueinander oder auch in verschiedenen Abständen angeordnet sein.

Obwohl langgestreckte Speiseleitungen bevorzugt werden, können diese im Bereich der Manschette auch geneigt werden, um im Bereich des Mantels eine vollständige Materialbeschickung zu gewährleisten.

Obwohl die Erfindung besonders günstig zum Herstellen dünnwandiger Nabenkörper, insbesondere mit etwa 60 - 600 Öffnungen pro Inch und Wandstärken zwischen den öffnungen von etwa 0,002 - 0,05" sowie einer offenen Gesamtstirnfläche von etwa 75% oder mehr ist, können auch dickwandigere Wabenkörper vorteilhaft hergestellt werden. Es ist grundsätzüeh jedes extrudierbare Material geeignet, wie Keramikansätze, Glasschmelzen, Kunststoffe, Metallschmelzen und andere Stoffe, die bei. der Extrusion fliessen oder plastisch verformbar sind,.und gleich danach unter Beibehaltung des Zusammenhalts erstarren.

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Claims (1)

1. 22545G3

   Patentansprüche

   1. Verfahren zum Herstellen einer Wabenform aus extrudierbarem Material, dadurch gekennzeichnet, dass das Material längs durch eine Vielzahl von Speiseleitungen oder -kanälen geleitet, auf ein Gitter aus untereinander verbundenen Auslafischlitzen gegeben und dabei ein Teil seitlich geleitet wird, so dass eine einheitliche, gitterartige Masse entsteht, die in Längsrichtung abgegeben wird.

   2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialströmung in den Auslaßschlitzen stärker gehemmt wird, als in den Speiseleitungen.

   3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des extrudierbaren Materials direkt durch die Auslaßschlitze geleitet wird.

   M-. Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass extrudierbares Material auch durch eine die gitterartige Masse umgebende Öffnung unter Änderung des Strömungswiderstands geleitet wird, so dass ein die gitterartige Masse umgebender Mantel entsteht.

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   I2S4SS3

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Ansprüchen 1 oder 2-4-, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Einlassfläche (16) des I^rmkörpers (12) der Extru:sionsform (10) eine Vielzähi- von Speiseleitungen oderr-ka&stleii (18) und von einer Auslassflache (22) desserben e_tine VieJ&aJil von untereinander verbundene Äuslaßschlitze (24·) in den IPorAörper reichen, wobei die Speiseleitungen oder -kanäle an ihren, innere st en Enden mit wenigstens einigen der an den innersten Enden der Auslaßschlitze vorgesehenen Ansatzteile (26) in VerTDindttng stehen,, so dass das extrudierbare Material durch die Speise^ kanäle in die Auslaßschlitze gedrückt wird uiid: durch entspr-echen4 au;sgelegten Widerstand der Auslaßschlitze ±& daesjexk seitlich zusammenfliesst. ·

   6. Verrichtung'gemäss Anspruch 5> dB.durch gekennzeichniet, die Speisekanäle aus längs von der Einlassf;lache: zu Satzteilen durch den Formkörper verlausfendieii Bohrungen hen,_; und der Strömungswiderstand in den

   d in den Speisekanälen oder* grosser

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   7. Vorrichtung gemäss Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass um den Formkörper eine mit dem Umfang der Auslassfläche eine öffnung (34) bildende Manschette (14) gelegt ist, die durch die ßpeiseleifcungen oder -kanäle (20) mit Exfcrudiermaterial versorgt wird.

   8. Vorrichtung gemäss Anspruch 5» 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Ansatzteile im Querschnitt grosser sind, als die entsprechenden Auslaßschlitze an der Auslassfläche.

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