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"FILIERE D'EXTRUSION POUR STRUCTURES CERAMIQUES EN NID
D'ABEILLE"
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
1. Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à une filière pour l'extrusion de corps céramiques à structure en nid d'abeille présentant une multiplicité de trous définis par des parois de séparation.
2. Description de la technique connexe
On utilise généralement, comme support de catalyseur et filtre d'épuration particulaire, tous deux utilisés pour l'épuration de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, ou, comme filtre utilisé pour épurer/désoxyder un gaz de combustion de pétrole ou divers gaz, des structures céramiques en nid d'abeille. En particulier, lorsqu'on utilise une structure céramique en nid d'abeille utilisée comme support du catalyseur d'épuration de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, pour réaliser une amélioration du rendement d'épuration des gaz d'échappement et une diminution de la perte de charge et permettre l'utilisation à des températures supérieures, il est nécessaire d'amincir les parois de séparation ou parois d'alvéoles et d'augmenter le nombre de trous (alvéoles).
Pour satisfaire aux impératifs mentionnés ci-dessus, lorsque les structures céramiques en nid d'abeille à parois d'alvéoles plus minces doivent être formées par un procédé de formage par extrusion, il faut réduire les dimensions des largeurs de fentes des fentes de décharge de matériau céramique, ainsi que les calibres des diamètres
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des trous d'amenée de matériau céramique afin d'obtenir des parois plus minces. Dans ce cas, l'inconvénient réside dans le fait que la fabrication des filières devient extrêmement difficile et requiert dès lors des étapes de fabrication plus importantes. En outre, d'autres désavantages se situent au niveau de la précision du travail, du coût et des délais de livraison.
Pour éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus, la demanderesse propose une filière pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille décrite dans USP4 687 433 (Publication de brevet japonais 64 7843 ;JP-B-64 La Fig. 5 est une représentation schématique montrant une réalisation de la filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille décrite dans USP4 687 433. A la Fig. 5, une filière connue 51 pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille comporte une multiplicité de fentes 54 de décharge d'une fournée de matériau céramique et une multiplicité d'orifices 52 d'amenée de matériau céramique. Dans la filière 51, une multiplicité de tubes 53 sont reliés à au moins certains des orifices 52 d'amenée de matériau céramique.
La filière 51 de la construction ci-dessus présente l'avantage qu'une filière d'extrusion pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille présentant des parois minces peut être aisément fabriquée sans matériel spécial. Toutefois, dans la filière 51 de la construction ci-dessus et comme le montre la Fig. 5, une partie 53a de la tête du tuyau 53 est insérée dans l'orifice 52 d'amenée de matériau céramique vers sa partie de fond 52a.
En conséquence, la partie de tête 53a du tube 53 entoure une partie d de la fente 54 de décharge de matériau céramique dans sa partie de tête 54. Il s'ensuit qu'un matériau céramique à extruder, amené via l'orifice 52 d'amenée de céramique, n'est introduit dans la fente 54 de décharge de matériau céramique que par une partie e de la partie de
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tête 54a de la fente 54 de décharge de matériau céramique. Dans ce cas, si la fente 54 de décharge de matériau céramique est ménagée par coupe profonde, l'inconvénient réside dans le fait que seule une partie de la fente profonde 54 de décharge de matériau céramique est utilisée pour la décharge du matériau céramique.
En outre, si une partie seulement de la fente de décharge de matériau céramique 54 est utilisée pour la décharge de céramique, il est difficile de réaliser une décharge uniforme d'un matériau céramique par la fente 54 de décharge de matériau céramique. Dans ce cas, l'épaisseur de paroi après extrusion n'est pas uniforme, la structure céramique en nid d'abeille après extrusion est déformée et, dans le cas extrême, la structure céramique en nid d'abeille ne peut être extrudée.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-avant et de procurer une filière pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille, capable d'éliminer les inconvénients des tubes lorsque les orifices d'amenée de matériau céramique sont formés par l'utilisation des tubes, et d'extruder des structures céramiques en nid d'abeille dotées d'excellentes propriétés.
Selon l'invention, une filière pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille comporte une multiplicité de fentes de décharge de matériau céramique, une multiplicité d'orifices d'amenée de matériau céramique communiquant avec lesdites fentes de décharge de matériau céramique, et une multiplicité de tubes reliés à au moins certains desdits orifices d'amenée de matériau céramique, lesdits tuyaux étant insérés dans lesdits orifices d'amenée de matériau céramique de manière que les têtes desdits tuyaux soient distantes des fonds desdits orifices d'amenée de matériau céramique.
Selon l'invention, les tubes sont insérés de manière que les têtes de tuyaux soient distantes des fonds des orifices d'amenée de
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matériau céramique et, de préférence, que les emplacements des têtes des tubes correspondent aux têtes des fentes de décharge de matériau céramique. Il est donc possible de réaliser une construction telle que les têtes des tubes soient absentes sur une partie au moins ou à toutes les têtes des fentes de décharge de matériau céramique, et que l'on puisse réaliser une alimentation régulière de matériau céramique par les orifices d'amenée de matériau céramique aux fentes de décharge de matériau céramique, ce qui élimine les inconvénients des tubes.
Dans le cas, en outre, où les tubes sont logés dans des logements ménagés aux orifices d'amenée de matériau céramique, ou lorsque les tubes sont ajustés aux surfaces intérieures des orifices d'amenée de matériau céramique et que des brides sont prévues intégralement sur les extrémités en saillie des tubes, ou lorsque les tubes sont fixés aux orifices d'amenée de matériau céramique au moyen d'au moins un élément de support, il est possible de prévenir tout mouvement des tubes vers les fonds ou les extrémités ouvertes des orifices d'amenée de matériau céramique, et ces cas représentent dès lors des réalisations préférentielles.
En outre, il est préférable d'agencer des parties à revêtement de surface aux fentes de décharge de matériau céramique et aux orifices d'amenée de matériau céramique, de telle manière que les tubes soient insérés dans les orifices d'amenée de matériau céramique, et il est également préférable de réaliser les parties à revêtement de surface aux fentes de décharge de matériau céramique o et aux orifices d'amenée de matériau céramique avant l'insertion des tubes dans les orifices d'amenée de matériau céramique. Lors de la réalisation des parties à revêtement de surface, il est possible de former une partie R (ronde) aux fentes de décharge de matériau céramique, et ceci représente donc une réalisation préférentielle pour l'extrusion des structures céramiques en nid d'abeille.
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Selon l'invention, la phrase "une multiplicité de tubes sont reliés à au moins certains des orifices d'amenée de matériau céramique" vise non seulement le cas où les tubes sont insérés dans certains d'une multiplicité d'orifices d'amenée de matériau céramique, mais aussi le cas où les tubes sont insérés dans chacun d'une multiplicité d'orifices d'amenée de matériau céramique.
BREVE DESCRIPTION DES CROQUIS
Les Fig. 1a et 1 b sont des vues schématiques montrant respectivement une réalisation de filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention;
Les Fig. 2a et 2b sont des vues schématiques qui illustrent respectivement une autre réalisation d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention;
Les Fig. 3a et 3b sont des vues schématiques qui montrent respectivement une autre réalisation d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention;
Les Fig. 4a et 4b sont des vues schématiques qui illustrent respectivement une autre réalisation encore d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention;
La Fig. 5 est une vue schématique qui illustre une réalisation d'une filière connue pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille.
DESCRIPTION DE LA REALISATION PREFERENTIELLE
Les Fig. 1a et 1 b sont des vues schématiques qui illustrent respectivement une autre réalisation d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention. Dans la réalisation selon la Fig. 1a, une filière 1 pour l'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention comporte une multiplicité de fentes 4 de décharge de matériau céramique, une multiplicité d'orifices 2 d'amenée de matériau céramique et une multiplicité de tubes 3 insérés
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dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique. Les tubes 3 peuvent être associés à tous les orifices 2 d'amenée de matériau céramique et peuvent être associés à une partie des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
L'invention se caractérise par le fait que les tubes 3 sont insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique de manière que les têtes insérées 3a des tubes 3 soient distantes des fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
Dans la réalisation illustrée à la Fig. 1 a, et à titre de réalisation préférentielle, les emplacements des têtes d'insertion 3a des tubes 3 correspondent aux emplacements des têtes d'insertion 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique. Selon l'invention, si seuls les tubes 3 sont insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique de manière que les têtes d'insertion 3a des tubes 3 soient distantes des fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, il est possible d'éliminer le problème lié au fait que les têtes d'insertion 3a des tubes 3 recouvrent les têtes d'insertion 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique et que ces fentes 4 de décharge de matériau céramique ne participent pas à l'extrusion du matériau céramique.
Toutefois, dans le cas où les têtes d'insertion 3a des tubes 3 sont distantes des fonds 2a, mais proches des fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique et que les têtes d'insertion 3a recouvrent une partie des têtes d'insertion 4a, l'effet susmentionné de l'invention est réduit. D'autre part, dans le cas où les têtes d'insertion 3a des tubes 3 sont placées loin des fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, le matériau céramique est directement mis en contact avec les surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique. Généralement, les surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique ne sont pas usinées avec grande précision, car les tubes 3 peuvent uniquement y être insérés, et ce cas n'est donc pas préférentiel.
C'est pourquoi, comme le montre la Fig. 1a, il
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est particulièrement préférentiel que les emplacements des têtes d'insertion 3a des tubes 3 correspondent aux têtes d'insertion 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique.
En outre, dans la réalisation illustrée à la Fig. 1 a, lorsque les tubes 3 sont insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique, les logements de tubes 11 présentant un diamètre supérieur à ceux des orifices 2 d'amenée de matériau céramique sont ajustés sur les surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, et les tubes 3 sont logés dans les logements de tubes 11. Selon la construction susmentionnée, étant donné que les surfaces intérieures des tubes 3 et les surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique où les tubes 3 sont absents sont les mêmes surfaces, l'écoulement du matériau céramique devient uniforme.
En outre, les têtes d'insertion 3a des tubes 3 sont en contact avec les têtes d'insertion des logements de tubes 11, ce qui permet de prévenir des mouvements des tubes 3 vers les fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
On pourra utiliser, comme matériau pour les tubes 3, et comme il est en soi connu, des métaux tels que l'acier inoxydable, le nickel, l'acier au chrome etc.; des aciers revêtus de nickel, de chrome, de Teflon etc.; des alliages de cuivre ; métaux durs comme l'alumine etc.; et des plastiques. Le choix des matériaux sera déterminé sur base de facteurs tels que le matériau des structures céramiques en nid d'abeille, le matériau céramique, la pression d'extrusion, la distribution de résistance du matériau céramique etc., et généralement la résistance à l'usure et des coefficients de résistance du matériau céramique sont à prendre en considération.
Dans la réalisation illustrée à la Fig. 1 b, tout comme dans la réalisation illustrée à la Fig. 1a, les emplacements des têtes d'insertion 3a des tubes 3 correspondent aux emplacements des têtes d'insertion 4a
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des fentes 4 de décharge de matériau céramique, et les tubes 3 sont logés dans les logements de tubes 11ajustés sur les surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
La réalisation illustrée à la Fig. 1b diffère de celle de la Fig. 1a en ce que des têtes d'insertion faisant face aux têtes d'insertion 3a des tubes 3 sont prolongées en direction des extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, sans être les mêmes emplacements que ceux des extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique comme illustré à la Fig. 1a, de manière à former les parties en saillie 3b. Ces parties en saillie 3b. Ces parties saillantes 3b permettent la désohdarisation des tubes 3 vis-à-vis des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
Les Fig. 2a et 2b sont des vues schématiques qui montrent respectivement une autre réalisation d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention. Dans les réalisations illustrées aux Fig. 2a et 2b, tout comme dans les réalisations illustrées aux Fig. 1a et 1 b, les emplacements des têtes d'insertion 3a des tubes 3 correspondent aux emplacements des têtes d'insertion 4a des fentes 4 de décharge du matériau céramique. La réalisation illustrée aux Fig. 2a et 2b diffère de celle des Fig. 1a et 1b en ce que les tubes 3 sont directement aboutés aux surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
Dans le cas où les tubes 3 sont directement aboutés aux surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, étant donné que les têtes d'insertion 3a des tubes 3 sont exposées aux fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique et forment des étages, lorsque l'on compare au cas où les tubes 3 sont logés dans les logements de tubes 11comme illustré aux Fig. 1a et 1 b, l'écoulement du matériau céramique est peu influencé.
Etant donné toutefois qu'il n'est pas nécessaire de former les logements de tubes 11, il est possible de produire aisément la filière 1.
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En outre, les réalisations illustrées aux Fig. 2a et 2b se caractérisent par le fait que les brides 12 sont ajustées sur les parties saillantes 3b des tubes 3, et que les brides 12 sont fixées sur le corps principal 5 de la filière de manière à fixer les tubes 3 aux orifices 2 d'amenée de matériau céramique, ce qui empêche tout déplacement des tubes 3 vers les fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique. La différence entre la réalisation illustrée à la Fig. 2a et celle illustrée à la Fig. 2b est la suivante. Dans la réalisation illustrée à la Fig.
2a, les parties saillantes 3b des tubes 3 sont prolongées à partir des emplacements des brides 12. D'autre part, dans la réalisation illustrée à la Fig. 2b, les parties saillantes 3b des tubes 3 ne sont pas prolongées au-delà des brides 12 et sont dès lors au même niveau.
Les Fig. 3a et 3b sont des vues schématiques qui illustrent respectivement une autre réalisation encore d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention. Dans les réalisations illustrées aux Fig. 3a et 3b également, tout comme pour les réalisations illustrées aux Fig. 1a et 1 b, les emplacements des têtes d'insertion 3a des tubes 3 correspondent aux emplacements des têtes 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique, et les tubes 3 sont logés dans les logements 11 aux surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique. Les réalisations illustrées aux Fig. 3a et 3b diffèrent des réalisations illustrées aux Fig. 1a et 1 b en ce que les premiers éléments de support 21 sont placés aux parties saillantes 3b des tubes 3, de manière à porter les parties saillantes 3b des tubes 3 à un niveau plane.
C'est-à-dire que, dans la réalisation selon la Fig. 3a, aux extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, les premiers éléments de support 21 sont cordonnés aux corps principaux de filière 5, qui sont extérieurs aux parties saillantes 3b des tubes 3, et les parties saillantes des 3b des tubes 3 sont au même
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niveau vis-à-vis des extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
De plus, dans la réalisation illustrée à la Fig. 3b, outre la planéité d'extrémité réalisée par l'utilisation des premiers éléments de support 21, les parties saillantes 3b des tubes 3 et les premiers éléments de support 21 sont fixées par les deuxièmes éléments de support 22 afin d'éviter toute chute des tubes 3 et des premiers éléments de support 21.
Il est ainsi possible de réaliser une fixation plus solide des tubes 3 aux orifices 2 d'amenée de matériau céramique. Ceci signifie que les parties saillantes 3b des tubes 3 sont mises à niveau tout comme les extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique par les premiers éléments de support 21, et que tout déplacement des tubes 3 vis-à-vis des extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique peut être empêché par l'utilisation des deuxièmes éléments de support 22.
Dans les réalisations mentionnées ci-avant, on utilise deux types d'éléments de support, à savoir le premier élément de support 21 et le deuxième élément de support 22, mais il va de soi que l'on peut utiliser des éléments de support dans lesquels les premiers éléments de support 21 et les deuxièmes éléments de support 22 sont façonnés de manière intégrée. En ce qui concerne le deuxième élément de support 22, dans le cas également où les têtes des tubes 3 ne font pas saillie aux extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique et sont au même niveau que les extrémités ouvertes des orifices 2 d'amenée de matériau céramique, si les têtes des tubes 3 sont fixées comme mentionné ci-dessus, il va de soi que l'on peut obtenir les mêmes effets que ceux des deuxièmes éléments de support 22.
Les Fig. 4a et 4b sont des vues schématiques qui illustrent respectivement une autre réalisation d'une filière d'extrusion de structures céramiques en nid d'abeille selon l'invention. Dans les
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réalisations illustrées aux Fig. 4a et 4b également, tout comme dans les réalisations illustrées aux Fig. 1a et 1 b, les emplacements des têtes 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique correspondent aux emplacements des têtes 4a des fentes 4 de décharge de matériau céramique, et les tubes 3 sont logés dans les logements 11aux surfaces intérieures des orifices 2 d'amenée de matériau céramique. En outre, dans la réalisation selon la Fig. 4b, et comme illustré à la Fig. 3a, les tubes 3 sont fixés aux orifices 2 d'amenée de matériau céramique par les éléments de support 21.
Les réalisations illustrées aux Fig. 4a et 4b diffèrent des réalisations illustrées aux Fig. 1a ou 3a en ce que les parties à revêtement de surface 31 sont coordonnées aux fentes 4 de décharge de matériau céramique et aux orifices 2 d'amenée de matériau céramique de telle manière que les tubes 3 soient insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique. Si les parties à revêtement de surface 31 sont formées comme mentionné ci-dessus, il est possible de former une partir R aux fentes 4 de décharge de matériau céramique.
Les parties à revêtement de surface 31 peuvent être formées par combinaison de techniques telles que le procédé CVD, le dépôt électrolytique, le dépôt autocatalytique etc.
Selon une autre méthode de production de la filière 1 avec parties à revêtement de surface 31, les parties à revêtement de surface 31 sont réalisées sur des parties exposées des fentes 4 de décharge de matériau céramique et des orifices 2 d'amenée de matériau céramique avant que les tubes 3 soient insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique, après quoi les tubes sont insérés dans les orifices 2 d'amenée de matériau céramique de manière que les têtes 3a des tubes 3 soient distantes des fonds 2a des orifices 2 d'amenée de matériau céramique.
Comme il ressort clairement des explications qui précèdent, selon l'invention, les tubes sont insérés de manière que les têtes des
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tubes soient distantes des fonds des orifices d'amenée de matériau céramique et, de préférence, que les emplacements des têtes des tubes correspondent aux têtes des fentes de décharge de matériau céramique.
On peut ainsi réaliser une construction telle que les têtes des tubes ne soient pas présentes autour d'une partie au moins ou de toutes les têtes des fentes de décharge de matériau céramique, ce qui permet d'obtenir une alimentation uniforme de matériau céramique par les orifices d'amenée de matériau céramique dans les fentes de décharge de matériau céramique, ce qui élimine les inconvénients des tubes. En outre, du point de vue de l'amélioration de la qualité de la filière, ceci permet de modifier les diamètres intérieurs des tubes si nécessaire.