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Die
Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug zur Herstellung eines
Wabenkörpers umfassend einen Werkzeugkörper mit
einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite für ein zu
extrudierendes Material.
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Ein
derartiges Extrusionswerkzeug wird zur Herstellung von als Wabenkörper
ausgebildeten Filtern oder Katalysatoren eingesetzt. Unter Wabenkörper
werden hierbei monolithische Strömungskörper verstanden,
bei denen eine Vielzahl von von einem Fluid, beispielsweise einem
Abgas durchströmbare Strömungskanälen
ausgebildet sind, die durch Stege voneinander getrennt nebeneinander
angeordnet sind. Derartige Wabenkörper werden beispielsweise als
Partikelfilter oder als Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge
eingesetzt. Daneben finden sie auch zur Rauchgasreinigung bei industriellen
Anlagen Einsatz. Die Materialwahl für den Wabenkörper
richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzzweck. Häufig besteht
der Wabenkörper aus Keramik. Zur Herstellung wird eine
keramische Masse bei einem Extrusionsvorgang durch das Extrusionswerkzeug
gepresst. Der dabei entstehende monolithische Körper wird auch
als Grünkörper bezeichnet, der anschließend noch
gesintert wird, um das Endprodukt zu erhalten.
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Aus
der
EP 1 787 778 A2 ist
ein Extrusionswerkzeug zur Herstellung von Filterelementen zu entnehmen,
welches mehrteilig aufgebaut ist und einen Grundkörper
mit mehreren parallelen Kanälen sowie zumindest eine am
Grundkörper befestigte Profilplatte umfasst. An der Eintrittsseite
sind die Kanäle nach Art von zylindrischen Bohrungen ausgestaltet.
Da beim Positionieren und Befestigen der Profilplatten auf dem Grundkörper
Ungenauigkeiten auftreten können, ist vorgesehen, die Profilplatten
als Rohlinge auf dem Grundkörper aufzulöten und
erst anschließend die Außenkontur mittels einer
Erodiermaschine fertig zu bearbeiten. Dadurch ist die Anfertigung
des Extrusionswerkzeugs aufwändig und nimmt viel Zeit in
Anspruch. Weiterhin sind die Öffnungen des Grundkörpers
zur Profilplatte hin größer als die Öffnungen
der Profilplatte, um zu gewährleisten, dass die Form des
extrudierten Körpers allein durch die Profilplatte definiert
ist. Hierdurch sind Kanten in den einzelnen Kanälen des
Werkzeugs im Übergangsbereich zwischen dem Grundkörper
und der Profilplatte ausgebildet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Extrusionswerkzeug anzugeben,
welches einfach zum Herstellen ist und gute Strömungseigenschaften aufweist
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Extrusionswerkzeug zur Herstellung eines Wabenkörpers,
beispielsweise eines Katalysators oder eines Abgas-Filters, umfassend
einen Werkzeugkörper mit einer Eintrittsseite und einer
Austrittsseite für ein zu extrudierendes Material, wobei
- – im Werkzeugkörper (5)
mehrere durchgehende Kanäle (18) ausgebildet sind,
die sich von einer eintrittsseitigen Eintrittsöffnung (8)
bis zu einer austrittsseitigen Austrittsöffnung (20)
erstrecken,
- – die Eintrittsöffnungen (8) diskret
und durch Stege (10) voneinander getrennt sind,
- – die Austrittsöffnungen (20) durch
diskrete Dome (14) ausgebildet und an der Austrittsseite
(2) miteinander verbunden sind, wobei
- – die Kanäle (18) sich im Hinblick
auf ihre Querschnittsgeometrie kontinuierlich von den Eintrittsöffnungen
(8) zu den Austrittsöffnungen (10) verändern
und kantenfrei ausgebildet sind.
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Zur
Ausbildung des extrudierten Wabenkörpers sind daher eintrittsseitig
für das zu extrudierende Material, nämlich die
keramische Masse, einzelne, diskrete Öffnungen vorgesehen.
Austrittsseitig gehen diese Öffnungen in eine gitternetzartige
Struktur über, also in Austrittsöffnungen, die
untereinander verbunden sind. Die gitternetzartige Struktur definiert beim
Wabenkörper die einzelnen Stege. Die sich im Wabenkörper
ausbildenden Strömungskanäle werden auf Seiten
des Werkzeugkörpers durch einzelne diskrete zylinderartige
Dome ausgebildet, wobei die Querschnittsgeometrie der Dome die Querschnittsgeometrie
der Strömungskanäle des Wabenkörpers definiert.
Die gitternetzartige Struktur wird bei bisherigen Werkzeugen beispielsweise
dadurch eingebracht, dass an dem Werkzeugkörper austrittsseitig gitterartige
Nuten eingefräst werden, in denen sich während
des Extrusionsvorgangs die über die üblicherweise
als Bohrungen ausgeführten Kanäle zugeführte
keramische Masse verteilen kann.
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Von
besonderem Vorteil ist der kontinuierliche, stetige Übergang
von der Geometrie der Eintrittsöffnungen zu der Geometrie
der Austrittsöffnungen derart, dass im Verlauf des Strömungswegs
in Strömungsrichtung keine Kanten, abrupten Formänderungen
etc. vorliegen. Strömungshindernisse in Form von in den
Strömungsweg hineinreichende Kanten oder Wandungsbereiche
sind daher vermieden. Vielmehr verändert sich die Geometrie
des jeweiligen Kanals, durch das die keramische Masse durchtritt, gleichmäßig
und kontinuierlich. Die gleichmäßige Änderung
erstreckt sich hierbei über die gesamte Länge des
Kanals. Durch diese Maßnahme haben die einzelnen Kanäle
jeweils eine stetige, gleichmäßige Innenwandung
ohne Erhebungen, Vertiefungen, Kanten oder dergleichen. Dadurch
lässt sich ein homogener Massefluss ohne störende
Ecken erreichen. Insgesamt ist dabei ein möglichst geringer
Strömungswiderstand ausgebildet, wodurch ein im Vergleich
zu bisherigen Werkzeugen geringerer Extrusionsdruck eingestellt
werden. Zudem ergibt sich durch den verbesserten Strömungswiderstand
eine geringere Belastung des Werkzeugs, so dass höhere
Werkzeugstandzeiten erreicht werden.
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Zweckdienlicherweise
ist vorgesehen, dass die Kanäle durch ein Erodieren, insbesondere
mit Hilfe eines Drahterosionsverfahrens hergestellt sind. Dieses
Verfahren erlaubt in einfacher und kostengünstiger Weise
die Herstellung des beschriebenen Werkzeugkörpers. Hierbei
ist vorgesehen, dass zunächst für jeden Kanal
eine Durchgangsbohrung in den Werkzeugkörper eingebracht
wird, durch die dann der für das Drahterosionsverfahren
vorgesehene Draht geführt wird. Die Geometrie der Kanäle
wird dann durch Verfahren des jeweiligen Drahtendes entlang einer
vorgegebenen Linie erzielt. Da die Geometrie der Eintrittsöffnungen sich
von denen der Austrittsöffnungen unterscheidet, werden
die Drahtenden entlang unterschiedlicher Verfahrwege geführt.
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Das
Drahterosionsverfahren kann ein- oder auch mehrstufig erfolgen.
Beim einstufigen Verfahren wird in nur einem Verfahrensschritt sowohl
die Geometrie der Austrittsseite als auch der Eintrittsseite festgelegt.
In diesem Fall verläuft die durch das Erodieren gebildete
Innenwandung der Kanäle geradlinig, also knickfrei, von
der Eintrittsöffnung zu der Austrittsöffnung.
Hierdurch ist gewährleistet, dass sich die Querschnittsgeometrie
der Kanäle über die gesamte Länge des
Werkzeugkörpers gleichmäßig und kontinuierlich ändert,
so dass sich möglichst gute Strömungsverhältnisse
ausbilden können.
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Vorzugsweise
werden die Kanäle in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen
Verfahren ausgebildet. Bei diesem wird zumindest auf einer der beiden
Seiten, insbesondere auf der Austrittsseite, die Geometrie erst
in einem zweiten-Schritt ausgebildet. Zuvor wird im ersten Schritt
auf der Austrittsseite lediglich eine Grundöffnung mit
beispielsweise runder Geometrie ausgebildet. Hierdurch bestehen
größere Gestaltungsspielräume insbesondere
beim Verlauf der Innenwandung der Kanäle. Vorzugsweise wird
die Innenwandung nicht geradlinig ausgebildet. Vielmehr weist sie
Wandungsbereiche auf, die beispielsweise unter einem kleinen Winkel
zueinander orientiert sind oder einen gekrümmten Verlauf
haben. Das Verfahren wird dabei vorzugsweise derart ausgeführt,
dass auf der Eintrittsseite über einen möglichst
langen Bereich möglichst viel Material zwischen den einzelnen
Kanälen stehen bleibt, da dieser eintrittsseitige Bereich
die Festigkeit des Werkzeuges definiert. Die später mit
dem Werkzeug erzeugten Wabenkörper weisen üblicherweise
im Querschnitt eine Ausdehnung von mehreren 10 cm auf, die insbesondere
keramische Masse wird bei der Herstellung mit einem Druck von beispielsweise
50 bar durch das Werkzeug gepresst, so dass dieses erheblichen Kräften
standhalten muss. In der Regel weist das Werkzeug an seiner Eintrittsseite
dickere Wandungsbereiche zwischen den Kanälen als auf seiner
Austrittsseite auf.
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Das
Drahterosionsverfahren bietet den besonderen Vorteil, dass eine
große Designfreiheit bei der Festlegung des Verlaufs der
Kanäle sowie der Geometrie der Ein- und Austrittsöffnungen
möglich ist. Damit kann das Werkzeug möglichst
optimal an die Anforderungen einerseits an das spätere
Endprodukt, nämlich der Wabenkörper, und andererseits
an das Extrusionswerkzeugs selbst ausgelegt werden. Dabei können
gleichartige oder auch verschiedene Geometrien der Ein- und Austrittsöffnungen
festgelegt werden.
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Ein
weiterer Vorteil dieses neuartigen Herstellungsverfahrens mittels
der Drahterosion ist darin zu sehen, dass neben den verbesserten
Strömungsbedingungen nunmehr auch im Hinblick auf ihre
Verschleißfestigkeit verbesserte Werkstoffe ausgewählt werden
können, so dass sich hierdurch die Standzeit des Werkzeugkörpers
weiter erhöht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung sind die Eintrittsöffnungen im
Hinblick auf ihre Querschnittsgeometrie gleichartig und insbesondere
identisch zu der Geometrie der Dome an der Austrittsseite. Die Geometrie
der Dome ist durch deren austrittsseitige Oberseite definiert. Unter
gleichartiger Geometrie wird hierbei verstanden, dass die Eintrittsöffnungen
und die Oberseiten zwar die gleiche Grundgeometrie, beispielsweise
Viereck, Sechseck etc. aufweisen, jedoch unterschiedlich groß ausgebildet sind.
Durch die gleichartige Ausgestaltung ergibt sich eine Symmetrie
zwischen Eintrittsseite und Austrittsseite, die die Strömungsverhältnisse
günstig beeinflusst.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen zumindest die Öffnungen
an einer der beiden Seiten des Werkzeugkörpers, insbesondere
die Öffnungen an beiden Seiten, ein eckiges Profil mit
mehreren Eckbereichen auf. Da die Eintritts- und/oder die Austrittsöffnungen
nach Art eines Vielecks mit mehreren Seiten und Ecken ausgebildet sind,
weisen diese Vielecke aufgrund eines im Vergleich zu einem kreisrunden
Querschnitt vergrößerten Querschnitts eine höhere
Speisekapazität auf.
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Um
die gewünschte Wabenstruktur bei guten Strömungsbedingungen
zu erzielen, überdecken vorzugsweise die Eckbereiche an
der einen Seite die Öffnungen an der gegenüberliegenden
Seite. Die Austrittsöffnungen sind daher gegenüber
den Eintrittsöffnungen räumlich versetzt.
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Vorzugsweise
sind die Eckbereiche zumindest der Austrittsöffnungen abgerundet,
so dass im Querschnitt betrachtet keine Störecken vorhanden sind.
Hierdurch wird beim fertigen Wabenkörper eine hohe Festigkeit
erreicht, da Ecken vermieden werden, die eine unerwünscht
hohe Kerbwirkung erzeugen.
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Alternativ
zu den abgerundeten Ecken oder in Kombination mit diesen wird das
Fließverhalten des zu extrudierenden Materials verbessert,
indem bevorzugt in den Eckbereichen zumindest der Austrittsöffnungen
ein stumpfer Winkel gebildet ist. Bei dieser Variante sind insbesondere
sowohl die Austrittsöffnungen als auch die Eintrittsöffnungen
nach Art eines Vielecks ausgebildet, beispielsweise nach Art eines
Sechsecks oder eines Achtecks, dessen Seiten untereinander einen
Winkel > 90° einschließen.
Ein solches Vieleck weist den Vorteil auf, dass eine Bildung von
Strömungstotzonen in den Ecken vermieden ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Eintrittsöffnungen
und/oder die Oberseiten der Dome an der Austrittsseite nach Art
eines Quadrats ausgebildet. Sowohl quadratische Öffnungen als
auch Säulen oder Dome mit einem quadratischen Durchmesser
lassen sich aufgrund ihrer einfachen Geometrie besonders leicht
und schnell ausbilden. Zudem ist bei einer quadratischen Öffnung
im Vergleich zu einer kreisrunden Öffnung mit einem Durchmesser,
der der Quadratseite entspricht, eine größere
Durchflussrate des zu extrudierenden Materials möglich.
Das derart gestaltete Extrusionswerkzeug weist somit an der Eintrittsseite
quadratische Eintrittsöffnungen auf, welche insbesondere
symmetrisch verteilt sind und mittels kreuzförmiger Stege
voneinander getrennt sind. Die Kreuzungspunkte der Stege bilden
den Grund oder Fuß der Dome, welche ebenfalls einen quadratischen
Querschnitt aufweisen und dessen Umfang in Richtung zur Austrittsseite
hin kontinuierlich zunimmt. Somit weist die Austrittsseite die umgekehrte Struktur
auf – die Austrittsöffnungen sind Kreuze, die
miteinander verbunden sind und zwischen denen die quadratischen
Oberseiten der Dome angeordnet sind.
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Nach
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform sind die
Eintrittsöffnungen und/oder die Oberseiten der Dome an
der Austrittsseite nach Art eines mehr als viereckigen Polygons,
insbesondere Sechskants oder Hexagons ausgebildet. Sechskantige Öffnungen
und Querschnitte der Dome wirken sich positiv auf die Stabilität
und Festigkeit bei geringem Materialeinsatz aus. Hierbei sind die
sechseckigen Eintrittsöffnungen ebenfalls durch Stege getrennt,
welche ein wabenförmiges Gitter bilden. An den Kreuzungspunkten
dieser Stege beginnen die Dome, die im Querschnitt gesehen auch
sechseckig sind. Die Dome erstrecken sich in Richtung der Austrittsseite,
wobei ihre Durchmesser kontinuierlich und stetig größer
werden. An der Austrittsseite weisen die Dome insbesondere eine
sechseckige Oberseite auf, welche der Größe der
Eintrittsöffnungen entspricht. Gleichzeig bilden die Austrittsöffnungen
einen wabenförmigen Umriss um die Oberseiten der Dome.
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Alternativ
hierzu weisen die Dome an der Austrittsseite einen kreisrunden Querschnitt
auf, so dass beim Wabenkörper kreisförmige Fluidkanäle entstehen.
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Die
Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Extrusionswerkzeugs,
wobei die Kanäle mittels eines Erosionsverfahrens, insbesondere
mittels Drahterosion ausgebildet sind. Die Drahterosion beginnt
entweder an einem Startpunkt am Werkstückrand oder in einer
Startlochbohrung, durch welche der Draht eingefädelt wird.
Der Draht ist zwischen zwei Drahtführungen ober- und unterhalb
des zu bearbeitenden Werkstücks eingespannt. Die Drahtführungen
führen und stützen den Draht, unterdrücken Schwingungen
und ermöglichen den geraden Schnitt der durchgehenden Kanäle.
Neben der Bildung eines geradlinigen Verlaufs der Kanalwandung zeichnet sich
Drahterosion durch eine hohe Flexibilität bzw. große
Vielfalt an Formen, die erzeugt werden können, aus. Dies
wird insbesondere erreicht, indem die untere und die obere Drahtführung
entlang unterschiedlicher Bahnen geführt werden. Im konkreten Fall
bedeutet dies, dass die eintrittsseitige Drahtführung bei
der Ausgestaltung der Eintrittsöffnungen einem quadratischen
oder wabenartigen Verlauf folgt. Gleichzeitig führt die
austrittsseitige Drahtführung eine Bewegung aus, so dass
sie die kreuzförmigen bzw. sechseckförmigen Austrittsöffnungen
ausbildet. Eine kontinuierliche, stetige Vergrößerung
des Durchmessers der Dome ausgehend von der Eintrittsseite wird
hierbei durch eine geneigte Stellung der austrittsseitigen gegenüber
der eintrittsseitigen Drahtführung erreicht. Durch eine
einfach realisierbare Führung des Drahts kann somit problemlos
die komplexe Geometrie des Extrusionswerkzeugs ausgebildet werden,
ohne dass zusätzliche Verfahrensschritte zur Ergänzung
des Werkzeugkörpers durch weitere Elemente vorgesehen oder
erforderlich sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Hierin zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Extrusionswerkzeugs,
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2 eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Eintrittsseite eines Extrusionswerkzeugs
mit quadratischen Eintrittsöffnungen,
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3 eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Austrittsseite des Extrusionswerkzeugs
gemäß 2,
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4 eine
perspektivische Darstellung der Austrittsseite des Extrusionswerkzeugs
gemäß 2,
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5 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt einer Eintrittsseite
eines Extrusionswerkzeugs mit sechseckigen Eintrittsöffnungen,
und
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6 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt einer Austrittsseite
des Extrusionswerkzeugs gemäß 5.
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Gleiche
Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1 ist
eine Draufsicht auf eine Austrittsseite 2 eines Extrusionswerkzeugs 4 gezeigt,
welches in diesem Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines
nicht ge zeigten wabenartigen und damit porösen Abgas-Katalysators
oder Filters für einen Diesel-Motor eines Kraftfahrzeugs
eingesetzt wird. In einem mittleren Bereich des Werkzeugs 4 ist
ein komplexer Werkzeugkörper 5 gebildet, welcher
sich zwischen der Austrittsseite 2 und einer in 2 gezeigten
Eintrittsseite 6 erstreckt und zur Formgebung des Katalysators
dient.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist die Eintrittsseite 6 mit
einer Vielzahl von Eintrittsöffnungen 8 versehen.
Die Eintrittsöffnungen 8 weisen alle die gleiche
Größe auf und sind in diesem Ausführungsbeispiel
quadratisch ausgebildet. Die Eintrittsöffnungen 8 sind
durch Stege 10 getrennt, welche stets die gleiche Form
und Breite aufweisen. Somit ist an der Eintrittsseite 6 ein
symmetrisches, sich immer wieder widerholendes Muster aus quadratischen Öffnungen 8 geschaffen.
Die Eckbereiche 12 der Eintrittsöffnungen 8 sind
abgerundet ausgebildet.
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Beim
Durchblick durch die Eintrittsöffnungen 8 sind
in den Eckenbereichen 12 weitere abgerundete Strukturen
zu erkennen, welche teilweise die Eintrittsöffnungen 8 überdecken.
Diese Strukturen stellen die Projektion von Domen 14, 14a dar,
deren Füße im Bereich der Kreuzungspunkte 16 der
Stege 10 liegen und welche sich hin zur Austrittsseite 2 erstrecken,
wobei ihr Querschnitt stetig zunimmt. Am Rand des Werkzeugkörpers 5 sind
im Ausführungsbeispiel die Dome 14a der äußeren
Reihen etwas kleiner ausgestaltet, damit ein massiver Randbereich des
mittels des Extrusionswerkzeuges 4 hergestellten Katalysators
ausgebildet werden kann.
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Zwischen
den Domen 14, 14a sind durchgehende Kanäle 18 gebildet,
welche sich von der Eintrittsseite 6 bis zur Austrittsseite 2 erstrecken
und austrittsseitig miteinander verbunden sind. Der Querschnitt
der Kanäle 18 ist aufgrund der Geometrie der Dome 14 und
der Geometrie der Eintrittsöffnungen 8 variabel.
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Eine
Draufsicht auf die Austrittsseite 2, in der eine Oberseite 19 der
Dome 14, 14a dargestellt ist, ist aus 3 zu
entnehmen. Der Querschnitt der Dome 14 an der Austrittsseite 2 entspricht
hierbei bezüglich seiner Form und Größe
dem Quer schnitt der Eintrittsöffnungen 8. Die
Dome 14 sind durch Austrittsöffnungen 20 getrennt,
welche nach Art von Kreuzen ausgebildet sind und ineinander übergehen.
Die Ecken 22 der Dome 14 sind ebenfalls wie die
Eckbereiche 12 der Eintrittsöffnungen 8 abgerundet.
In 3 sind außerdem die Stege 10 gezeigt,
welche in einer Ebene liegen, die tiefer ist als die Ebene der Austrittsseite 2.
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Wie
aus der dreidimensionalen Darstellung gemäß 4 erkennbar
ist, weisen die durchgehenden Kanäle 18 ausgehend
von der Eintrittsseite 6 einen jeweils sich kontinuierlich
und stetig verjüngenden Querschnitt auf. Komplementär
dazu nimmt der Querschnitt der Dome 14, 14a kontinuierlich
zu, bis er in der Ebene der Austrittsseite 2 die Größe
der Eintrittsöffnungen 8 erreicht hat. Die Wandungen 24 der Kanäle 18 bzw.
der Dome 14 verlaufen hierbei geradlinig und kantenfrei,
so dass sie in Längsrichtung zwischen der Eintrittsseite 6 und
der Austrittsseite 2 des Werkzeugkörpers 5 keine
Vertiefungen, Erhebungen oder Ränder aufweisen. In Umfangsrichtung
sind die Dome 14 ebenfalls so ausgebildet, dass sie keine Kanten
und Ecken aufweisen, welche das Fließen des zu extrudierenden
Materials stören könnten. Die Ecken 22 der
Dome 14, 14a sind entlang ihrer gesamten Länge
vom Fuß bis zur Oberseite 19 abgerundet.
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Die
Struktur des Werkzeugkörpers 5 wird bei diesem
Ausführungsbeispiel mittels Drahterosion ausgebildet, d.
h. die unterschiedlichen Bereiche werden nicht separat geformt und
zusammengefügt, sondern der Werkzeugkörper 5 stellt
eine einzige monolithische Baueinheit dar. Das Drahterosionsverfahren
kann ein- oder auch mehrstufig ausgeführt werden. Die in
den Figuren dargestellten Ausführungbeispiele sind mit
einem einstufigen Verfahren mit geradlinig verlaufenden Wandungen 24 gebildet.
Zur Gestaltung der durchgehenden Kanäle 18 werden Startbohrungen
ausgebildet, durch die der Draht, der zwischen zwei Drahtführungen
beidseitig des Werkzeugkörpers 5 eingespannt ist,
geführt wird. Die spezifische Form der Kanäle 18 wird
hierbei erreicht, indem die Drahtführungen entlang verschiedener
Bahnen geführt werden. Zur Gestaltung der Eintrittsöffnungen 8 wird
im Ausführungsbeispiel die eintrittsseitige Drahtführung
zur Ausbildung eines Quadrats geführt, wobei die Ecken 12 des
Quadrats abgerundet ausgebildet werden.
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Parallel
dazu folgt die zweite, austrittsseitige Drahtführung dem
Verlauf eines Kreuzes, um eine Austrittsöffnung 20 zu
formen. Die Kontur, entlang derer der Draht jeweils geführt
ist, ist in den 2 und 3 jeweils
beispielhaft an einem Kanal 18 durch eine gestrichelte
Linie dargestellt. Durch die zueinander versetzen Stellungen beider
Drahtführungen aufgrund der unterschiedlichen Bahnen, denen sie
folgen, ist der Draht während des Erodiervorganges geneigt
gegenüber der Eintrittsseite 6 und der Austrittsseite 2.
Somit lassen sich die geradlinigen, an ihren Längskanten
abgerundeten Wandungen 24 mit einem in Längsrichtung
variierenden Umfang auf einfache Weise gestalten.
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Mittels
Drahterosion lassen sich weitere Formen der Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen 8, 20 gestalten,
welche ebenfalls zur Ausbildung eines Abgas-Katalysators geeignet
sind. Eine solche regelmäßige geometrische Struktur
ist in den 5 und 6 dargestellt.
Die Eintrittsseite 6 des Werkzeugkörpers 5 gemäß 5 ist
mit Eintrittsöffnungen 8 versehen, welche nach
Art eines Sechsecks ausgebildet sind. Die Stege 10 bilden
somit ein hexagonales Wabengitter, welches sich über die
Eintrittsseite 6 erstreckt. Bei der Draufsicht auf die
Eintrittsseite 6 gemäß 5 sind
außerdem die Projektionen von sechseckigen Domen 14 dargestellt,
welche sich von den Kreuzungspunkten 16 der Stege 10 in
Richtung zur Austrittsseite 2 erstrecken.
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Der
genaue Aufbau der Austrittseite 2 ist in 6 gezeigt.
In dieser Figur ist insbesondere die sechseckige Geometrie der Oberseite 19 der
Dome 14 gut erkennbar. Zwischen den Domen 14 befinden sich
die Austrittsöffnungen 20, welche einzeln die Form
eines dreiarmigen Sterns aufweisen. Die Austrittsöffnungen 20 sind
untereinander verbunden und bilden somit eine wabenartige Kanalstruktur.
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Die
Seiten der Eintrittsöffnungen 8 schließen miteinander
einen Winkel vom 120° ein, so dass die Gefahr der Bildung
von Strömungstotzonen in den Eckenbereichen 12 relativ
gering ist (siehe 5). Gleichzeitig schließen
die Ecken 22 der Wandungen der Dome 14 je einen
Winkel von 240° ein (siehe 6), so dass
der Massenfluss in diesem Bereich nicht beeinträchtigt
ist. Vor diesem Hintergrund können die Eckbereiche 12 der
sechseckigen Eintrittsöffnungen 8 und die Ecken 22 der
Dome 14 auch ohne Abrunden ausgebildet sein.
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Der
besondere Vorteil des ein- und vorzugsweise mehrstufigen Erodierverfahrens
zur Erzeugung der Kanäle 18 ist in dessen hohen
Variabilität zu sehen. Es können beliebige Geometrien
jeweils für die Eintritts- sowie für die Austrittsöffnungen
sowie beliebige Kombinationen gewählt werden. Insbesondere
ist die Geometrie der Austrittsöffnungen in Abhängigkeit
der Anforderungen für den Wabenkörper frei wählbar.
Durch ein mehrstufiges Erodierverfahren wird vorzugsweise die Festigkeit
des Werkzeugs 2 verbessert.
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- 2
- Austrittsseite
- 4
- Extrusionswerkzeug
- 5
- Werkzeugkörper
- 6
- Eintrittsseite
- 8
- Eintrittsöffnung
- 10
- Stege
- 12
- Eckebereich
der Eintrittsöffnung
- 14,
14a
- Dom
- 16
- Kreuzungspunkt
- 18
- Kanal
- 19
- Oberseite
des Doms
- 20
- Austrittsöffnung
- 22
- Ecke
des Doms
- 24
- Wandung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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