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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum stabilen Herstellen einer Keramikstruktur mit hoher Maßgenauigkeit.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmlicherweise fanden Keramikstrukturen zum Beispiel in Autoabgasreinigungskatalysator-Trägern, Dieselpartikelfiltern und Wärmespeichern für Verbrennungsvorrichtungen breite Verwendung. Viele Keramikstrukturen verwenden eine Wabenstruktur mit einer Wabenform, welche zum Beispiel in einem Gitterquerschnitt angeordnete Trennwände enthält, um eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite erstreckender Waben, welche als Durchgangskanäle für ein Fluid dienen sollen, zu definieren. Eine solche Wabenstruktur wird durch Strangpressen eines Formwerkstoffs (Knetwerkstoffs) durch eine Düse (Strangpressdüse) einer Strangpressmaschine zum Bilden eines Keramik-Formkörpers mit einer gewünschten Form und durch Behandeln des Keramik-Formkörpers in einem Trocknungsschritt und einem Brennschritt hergestellt.
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Der Formwerkstoff, welcher durch die Düse stranggepresst wird, um den Keramik-Formkörper zu bilden, wird durch Mischen von aus Keramikpartikeln, einem Bindemittel und dergleichen bestehenden Rohmaterialien in einem vordefinierten Mischungsverhältnis und anschließendes Durchkneten, um ihn auf eine zum Strangpressen geeignete Viskosität einzustellen, hergestellt. Zum Einstellen der Viskosität wird eine mindestens eines von zum Beispiel Wasser, Netzmittel, Gleitmittel und Plastifiziermittel enthaltende Flüssigkeit dem Formwerkstoff zugesetzt.
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Spezieller wird zuerst eine Chargenmischvorrichtung (ein Chargenmischer) verwendet, welche (welcher) ein Trockenmischen (erstes Mischen) der anorganischen Rohmaterialien und des Bindemittels durchführt, um ein gleichmäßig gemischtes Trockengemisch zu bilden, und dann ein Nassmischen (zweites Mischen) durchführt, um die zugesetzte Flüssigkeit wie Wasser und das Trockengemisch zu mischen, um ein Nassgemisch zu bilden. Das Nassgemisch wird dann in eine Knetmaschine geladen und zu einem Knetwerkstoff durchgeknetet und wird schließlich ein Formwerkstoff mit einer eingestellten, zum Strangpressen geeigneten Viskosität.
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Der Herstellungsprozess enthält einen Schritt zum Ermitteln der Menge der beim Nassmischen zugesetzten Flüssigkeit wie Wasser (oder des Betrags des Wassergehalts in dem Chargenmaterial), einen Schritt zum Messen jeder Temperatur eines Zylinders und einer Schnecke der Strangpressmaschine, einen Schritt zum Messen der Drehzahl der Schnecke und einen Schritt zum Vermessen der stranggepressten Form des stranggepressten Körpers (welcher dem Keramik-Formkörper entspricht) gleich nach dem Strangpressen durch die Strangpressdüse. Der stranggepresste Körper wird auf eine Weise hergestellt, welche die stranggepresste Form des stranggepressten Körpers stabil aufrechterhält, indem das Chargenmaterial, die Zylindertemperatur, die Schneckentemperatur, die Schneckendrehzahl und dergleichen eingestellt werden, um die stranggepresste Form des stranggepressten Körper in einem akzeptablen Bereich zu halten und die Maßgenauigkeit des stranggepressten Körpers aufrechtzuerhalten (siehe Patentdokument 1).
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten beschrieben:
JP 2013 -
545 641 A ,
WO 2012/ 074 946 A1 und
US 2006/ 0 257 620 A1 .
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[Patentdokument 1]
JP-A-2013-545641 -
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Viskosität eines Formwerkstoffs hängt in hohem Maße von der Menge einer während des Nassmischens zugesetzten Flüssigkeit wie Wasser ab. Überdies wirkt sich die Viskositätsdifferenz beträchtlich auf die mechanische Last (das Drehmoment) der Strangpressmaschine während des Strangpressens, das Formmaß des Keramik-Formkörpers nach dem Strangpressen und die Formfestigkeit des Formkörpers zum Beibehalten seines Formmaßes aus. In einigen Fällen sind auch das aus dem Trocknen des Keramik-Formkörpers resultierende Trockenmaß des Keramik-Trockenkörpers und das Maß der Keramikstruktur als Endprodukt (Produktmaß) betroffen.
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In dem Trocknungsschritt, in welchem der Keramik-Formkörper getrocknet wird, um in den Keramik-Trockenkörper umgewandelt zu werden, tritt ein Trocknungsschwinden durch Verdampfung oder Transpiration der in dem Formwerkstoff enthaltenen Flüssigkeit auf. Infolgedessen wird die Größe des Keramik-Trockenkörpers (zum Beispiel ein Waben-Durchmesser und eine Waben-Länge) nach dem Trocknen kleiner als diejenige des Keramik-Formkörpers vor dem Trocknen, und zwar wird der Waben-Durchmesser verringert. Überdies kann während des Brennens auch ein Brennschwinden auftreten.
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Deshalb sollten, um das Produktmaß der Keramikstruktur (Wabenstruktur) als Endprodukt stabil aufrechtzuerhalten, das Trocknungsschwinden und das Brennschwinden in Betracht gezogen werden, um die Größe des Keramik-Formkörpers und des Keramik-Trockenkörpers zu ermitteln, und sollten insbesondere die Menge der dem Formwerkstoff zuzusetzenden Flüssigkeit wie Wasser und das Flüssigkeitsgehalt-Verhältnis (oder Wassergehalt-Verhältnis) des Formwerkstoffs berücksichtigt werden.
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Bei der herkömmlichen Herstellung der Keramikstruktur ist jedoch das Zusetzen einer Flüssigkeit wie Wasser während des Nassmischens häufig eingeschränkt und verdampft ein Teil der Flüssigkeit wie Wasser während des Nassmischens, Knetens und Strangpressens in die Umgebungsluft, was einen Rückgang des Flüssigkeitsgehalt-Verhältnisses des Formwerkstoffs zur Folge haben kann. Dies hat eine hoch eingestellte Viskosität zur Folge und könnte Probleme wie einen Anstieg des Drehmoments während des Strangpressens verursachen.
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Wie in Patentdokument 1 offenbart, wurde eine Einstellung der Strangpressbedingung wie des Wassergehalts in dem Chargenmaterial auf der Grundlage des stranggepressten Maßes des stranggepressten Körpers gleich nach dem Strangpressen versucht, wohingegen eine zweistufige Einstellung der Menge zuzusetzender Flüssigkeit beim Nassmischen und beim Kneten, das heißt, Zusetzen der Flüssigkeit, die in dem Formwerkstoff enthalten sein soll, zum Knetwerkstoff kurz vor dem Strangpressen auf der Grundlage des Trockenmaßes des Keramik-Trockenkörpers nach dem Trocknungsschritt, nicht durchgeführt wurde.
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Überdies sollte bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, wenn das Formmaß des Keramik-Formkörpers oder das Trockenmaß des Keramik-Trockenkörpers von einem vorgegebenen Standardmaß abweicht, die Strangpressmaschine vorübergehend angehalten werden, um ein in der Strangpressmaschine vorgesehenes Düsenwerkzeug zu ersetzen oder die Durchlässigkeit des Formwerkstoffs, welcher die Düse durchdringt, zu verbessern, um die Strangpressgeschwindigkeit einzustellen. Dies könnte eine lange Stillstandszeit der Strangpressmaschine zur Folge haben, was die Fertigungseffizienz der Keramikstruktur verschlechtert.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Umstände gemacht. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur bereit, welches die Menge dem Knetwerkstoff zuzusetzender Flüssigkeit auf der Grundlage des Trockenmaßes des Keramik-Trockenkörpers einstellt, um die Maßgenauigkeit des Keramik-Formkörpers und des Keramik-Trockenkörpers zu stabilisieren, und die Viskosität des zum Strangpressen geeigneten Formwerkstoffs einstellen kann, ohne die Strangpressmaschine anzuhalten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein im Folgenden beschriebenes Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur bereitgestellt.
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Zur Lösung der vorhergenannten Problems wird ein Verfahren zum herstellen einer Keramikstruktur mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Gemäß einem Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage des Trockenmaßes eines Keramik-Trockenkörpers eine Flüssigkeit zugesetzt, um eine Keramikstruktur mit stabiler Maßgenauigkeit herzustellen. Insbesondere wird die Viskosität des Formwerkstoffs eingestellt, um das Trockenmaß des Keramik-Trockenkörpers ohne Arbeiten wie eine Einstellung oder einen Austausch der Düse zu steuern, so dass das Strangpressen des Keramik-Formkörpers während des Einstellens fortgesetzt werden kann. Infolgedessen kann man eine Keramikstruktur mit hoher Maßgenauigkeit erhalten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Beispiel eines Ablaufs eines Verfahrens zum Herstellen einer Keramikstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer bei dem Verfahren verwendeten Strukturherstellungsvorrichtung schematisch veranschaulicht;
- 2 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen beispielhaften Bilderfassungsschritt, in welchem ein Bild einer Trockenkörper-Stirnseite eines Keramik-Trockenkörpers erfasst wird, schematisch veranschaulicht;
- 3 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein in dem Bilderfassungsschritt erfasstes Stirnseitenbild einer Trockenkörper-Stirnseite veranschaulicht;
- 4 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen an einem Keramik-Trockenkörperdurchgeführten beispielhaften Maßdaten-Gewinnungsschritt unter Verwendung eines Laser-Durchmessermessgeräts schematisch veranschaulicht;
- 5 ist ein Schaubild, welches eine durch Zusetzen einer Flüssigkeit verursachte Veränderung des Düsen-Gegendrucks veranschaulicht; und
- 6 ist ein Schaubild, welches eine durch Zusetzen einer Flüssigkeit verursachte Veränderung der Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die im Folgenden beschriebene Ausführungsform beschränkt. Veränderungen, Abwandlungen, Verbesserungen und dergleichen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Folgenden einfach als „Herstellungsverfahren 1“ bezeichnet) dient zum Herstellen einer Wabenstruktur (entspricht einer Keramikstruktur der vorliegenden Erfindung) mit hoher Maßgenauigkeit. Das Herstellungsverfahren 1 betrifft insbesondere einen Strangpressprozess zum Bilden eines Waben-Formkörpers 2 (entspricht einem Keramik-Formkörper der vorliegenden Erfindung) und überdies einen Trocknungsprozess und einen Maßmessprozess, welche nach dem Strangpressprozess durchgeführt werden.
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Wie in den Zeichnungen wie 1 gezeigt, enthält das Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform hauptsächlich einen Mischschritt S1, einen Knetschritt S2, einen Flüssigkeitszusetzschritt S3, einen Formschritt S4, einen Trocknungsschritt S5 und einen Maßmessschritt S6. Bei dem Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform enthält der durch Strangpressen eines Formwerkstoffs 8 gebildete Waben-Formkörper 2 zwischen einer Stirnseite und der anderen Stirnseite des Waben-Formkörpers 2 in einem Gitterquerschnitt angeordnete Trennwände, um eine Vielzahl als Durchgangskanäle für ein Fluid dienender Waben zu definieren. Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform sind der Keramik-Formkörper und die Keramikstruktur nicht auf den Waben-Formkörper 2 und die aus dem Waben-Formkörper 2 gebildete Wabenstruktur wie oben beschrieben beschränkt.
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Nun wird jeder Schritt spezieller beschrieben. In dem Mischschritt S1 werden verschiedene Arten von Rohmaterial 3 zum Bilden des Waben-Formkörpers 2 mittels eines diskontinuierlichen Prozesses trocken gemischt und wird eine Flüssigkeit 6 wie Wasser einem durch das Trockenmischen erhaltenen Trockengemisch zugesetzt und durch Nassmischen gemischt (der Schritt entspricht einem Trockenmischschritt und einem Nassmischschritt der vorliegenden Erfindung).
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Unterdessen wird in dem Knetschritt S2 ein durch den Mischschritt S1 erhaltenes, die Flüssigkeit 6 enthaltendes Nassgemisch 5 durchgeknetet, um einen Knetwerkstoff 7 zu bilden. Der Flüssigkeitszusetzschritt S3 wird in dem Knetschritt S2 durchgeführt, um die Flüssigkeit 6 dem durch Durchkneten des Nassgemischs 5 erhaltenen Knetwerkstoff 7 weiter zuzusetzen. In dem Formschritt S4 wird die Flüssigkeit 6 weiter dem Knetwerkstoff 7 zugesetzt und wird der Formwerkstoff 8, dessen Viskosität eingestellt ist, unter Verwendung einer Strangpressmaschine durch eine Düse 10 stranggepresst, um den Waben-Formkörper 2 zu bilden. Der Trocknungsschritt S5 wird durchgeführt, um den stranggepressten Waben-Formkörper 2 unter einer Trocknungsbedingung zu trocknen. In dem Maßmessschritt S6 wird das Trockenmaß eines durch Trocknen erhaltenen Waben-Trockenkörpers 11 gemessen.
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Das Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform enthält außerdem zwischen dem Formschritt S4 und dem Trocknungsschritt S5 einen Schneideschritt S9, in welchem der stranggepresste Waben-Formkörper 2, welcher noch nicht getrocknet ist, in eine vorher vorgegebene Länge geschnitten wird, und zwischen dem Trocknungsschritt S5 und dem Maßmessschritt S6 einen Stirnseiten-Beschneideschritt S10, in welchem eine Trockenkörper-Stirnseite 13 des getrockneten Waben-Trockenkörpers 11 beschnitten wird.
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Der Maßmessschritt S6 enthält einen Bilderfassungsschritt S7a, in welchem ein Stirnseitenbild 14 einer (oder der anderen) der Trockenkörperstirnseiten 13 des Waben-Trockenkörpers 11 erfasst wird, und einen Bildanalysierschritt S7b, in welchem das erfasste Stirnseitenbild 14 mit einem vorhervorgegebenen Standardbild (nicht gezeigt) einer vordefinierten Standard-Trockenkörper-Stirnseite eines Standard-Trockenkörpers verglichen wird und die Abweichung des Stirnseitenbilds 14 von dem Standardbild ermittelt und bildanalysiert wird. Eine erste Maßmessung wird in dem Maßmessschritt S6 durchgeführt, um die Menge der dem Knetwerkstoff 7 zuzusetzenden Flüssigkeit 6 auf der Grundlage des Ergebnisses der Bildanalyse einzustellen. Der Maßmessschritt S6 enthält außerdem einen Maßdaten-Gewinnungsschritt S8a, in welchem ein Laserstrahl L auf eine Vielzahl von Stellen auf der Trockenkörper-Oberfläche 15 des Waben-Trockenkörpers 11 ausgesendet wird, um mit dem Gesamtmaß des Keramik-Trockenkörpers 11 in Beziehung stehende Gesamtmaßdaten zu erhalten, und einen Maßanalysierschritt S8b, in welchem die erhaltenen Gesamtmaßdaten mit vorher vorgegebenen Standard-Gesamtmaßdaten (nicht gezeigt) verglichen werden und die Abweichung der Gesamtmaßdaten von den Standard-Gesamtmaßdaten ermittelt und analysiert wird. Eine zweite Maßmessung wird in dem Maßmessschritt S6 durchgeführt, um die Menge der dem Knetwerkstoff 7 zugesetzten Flüssigkeit 6 auf der Grundlage des Ergebnisses der Gesamtmaßanalyse einzustellen.
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Wie in 1 schematisch gezeigt, kann das Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform unter Verwendung einer Strukturherstellungsvorrichtung 20, welche die Schritte S1 bis S10 durchführen kann, durchgeführt werden. Die Strukturherstellungsvorrichtung 20 enthält hauptsächlich einen Trockenmischabschnitt 21a (welcher einem Trockenmischer entspricht) zum Trockenmischen des aus mehreren Arten von Keramikpartikeln 3a und einem Bindemittel 3b zusammengesetzten Rohmaterials 3 in einem vordefinierten Mischungsverhältnis mittels eines diskontinuierlichen Prozesses, einen Nassmischabschnitt 21b (welcher einem Nassmischer entspricht) zum Zusetzen der Flüssigkeit 6 zu einem erhaltenen Trockengemisch und Durchführen des Nassmischens, einen Knetabschnitt 24 (Kneter), welcher ein durch einen Mischabschnitt 22 gemischtes Nassgemisch 5 durchknetet und einem Strangpressabschnitt 23 der Strangpressmaschine zuführt, einen mit dem Knetabschnitt 24 (oder dem Strangpressabschnitt 23) verbundenen Flüssigkeitszusetzabschnitt 25, um die Flüssigkeit 6 dem Knetwerkstoff 7, welcher durchgeknetet wurde, weiter zuzusetzen, und den Strangpressabschnitt 23 zum Strangpressen des durch Zusetzen der Flüssigkeit 6 zu dem Knetwerkstoff 7 erhaltenen Formwerkstoffs 8 zu einem Waben-Formkörper 2.
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Zu weiteren Komponenten der Strukturherstellungsvorrichtung 20 zählen eine Nassschneidemaschine 26, welche den Schneideschritt S9 durchführt, in welchem ein aus dem Strangpressabschnitt 23 in einer horizontalen Strangpressrichtung A stranggepresster ebener, rundsäulenförmiger Waben-Formkörper 2 (siehe 1) in eine vordefinierte Länge geschnitten wird, ein Formkörper-Trockner27, welcher den Trocknungsschritt S5 durchführt, in welchem der geschnittene Waben-Formkörper2 unter einer vordefinierten Trocknungsbedingung getrocknet wird, eine Beschneidemaschine 28, welche den Stirnseiten-Beschneideschritt S10 durchführt, in welchem der Waben-Trockenkörper 11, welcher in dem Trocknungsschritt S5 behandelt wurde, in eine vordefinierte Länge geschnitten wird, ein Stirnseitenprüfer 29 (Stirnseitenprofilform-Messgerät) zum Durchführen der ersten Maßmessung, bei welcher zwei Maßmessschritte S6 an dem Waben-Trockenkörper 11 durchgeführt werden, und ein Laser-Durchmessermessgerät 30 zum Durchführen der zweiten Maßmessung. In dem Trocknungsschritt S5 kann dielektrisches Trocknen, Mikrowellen-Trocknen, Warmluft-Trocknen oder eine Kombination davon durchgeführt werden.
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In der Strukturherstellungsvorrichtung 20 können der Mischabschnitt 22, der Strangpressabschnitt 23, der Knetabschnitt 24, die Nassschneidemaschine 26, der Formkörper-Trockner 27, die Beschneidemaschine 28 und weitere Komponenten jeweils eine zum herkömmlichen Strangpressen eines Waben-Formkörpers oder dergleichen verwendete bekannte Konfiguration verwenden. Der Strangpressabschnitt 23 der Strukturherstellungsvorrichtung 20 entspricht der Strangpressmaschine.
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In der Strukturherstellungsvorrichtung 20 sind der Knetabschnitt 24 und der Strangpressabschnitt 23 (die Strangpressmaschine) kontinuierlich integriert. Somit steht ein Knetraum innerhalb des Knetabschnitts 24 mit einem Strangpressraum innerhalb des Strangpressabschnitts 23 in Verbindung.
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In dem Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform ist die in jedem des Nassmischabschnitts 21b des Mischabschnitts 22 und des Flüssigkeitszusetzabschnitts 25 zugesetzte Flüssigkeit 6 nicht besonders beschränkt. Mindestens eines von Wasser, Netzmittel, Gleitmittel und Plastifiziermittel kann als die zuzusetzende Flüssigkeit 6 verwendet werden. Durch Zusetzen der Flüssigkeit 6 zu dem Rohmaterial 3 und durch den anschließenden Mischprozess und Knetprozess kann man den Formwerkstoff 8 als einen durch die Düse 10 des Strangpressabschnitts 23 strangzupressenden gleichmäßigen, kontinuierlichen Werkstoff mit einer geeigneten Viskosität erhalten.
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Um die Schritte S1 bis S10 und die Konfiguration der Strukturherstellungsvorrichtung 20 ausführlicher zu beschreiben: der Mischschritt S1 enthält ein unter Verwendung des Trockenmischabschnitts 21a durchgeführtes Trockenmischen von einer diskontinuierlichen Art, bei welchem das aus den Keramikpartikeln 3a und dem Bindemittel 3b zusammengesetzte Rohmaterial 3 durchgeschüttelt und gemischt wird. Durch dieses Trockenmischen werden die Keramikpartikel 3a aus mehreren Arten von Pulvern oder Partikeln und dem Bindemittel 3b, welche in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis abgewogen sind, gleichmäßig zu einem Trockengemisch gemischt, in welchem mehrere Arten von Rohmaterial 3 gleichmäßig dispergiert sind.
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Das aus dem diskontinuierlichen Prozess resultierende Trockengemisch wird dann in den Nassmischabschnitt 21b befördert und mit einer zugesetzten Flüssigkeit 6 (zum Beispiel Wasser) gemischt. Der Nassmischabschnitt 21b kann von einer diskontinuierlichen Art oder einer kontinuierlichen Art sein. Durch dieses Mischen wird die Flüssigkeit 6 gleichmäßig in dem Trockengemisch dispergiert und erhält man das gemischte Nassgemisch 5.
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Um das durch den Mischschritt S1 (Nassmischabschnitt 21b) erhaltene Nassgemisch 5 weiter zu dem Formwerkstoff 8 mit einer zum Strangpressen geeigneten Viskosität zu bilden, wird der Knetschritt S2 in dem Knetabschnitt 24 durchgeführt. Wie oben beschrieben, werden der Knetschritt S2 und der anschließende Formschritt S4 in der Strukturherstellungsvorrichtung 20 für das Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform kontinuierlich und integriert durchgeführt. Somit sind der Knetabschnitt 24 und der Strangpressabschnitt 23, wie in 1 gezeigt, miteinander verbunden.
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Das Nassgemisch 5, welchem in dem Nassmischabschnitt 21b die Flüssigkeit 6 zugesetzt wird, wird durch einen an einem Ende des Knetabschnitts 24 vorgesehenen Gemischeinlass geladen und in den Knetraum innerhalb des Knetabschnitts 24 befördert. In dem Knetraum des Knetabschnitts 24 wird das Nassgemisch 5 (oder der Knetwerkstoff 7) nach und nach durchgeknetet, während das Nassgemisch 5 in der horizontalen Förderrichtung zum Strangpressabschnitt 23 hin befördert wird.
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Der Knetwerkstoff 7 wird in dem Knetabschnitt 24 durchgeknetet und zu einer Position nahe der Düse 10 des Strangpressabschnitt 23 befördert. Der zugeführte Knetwerkstoff 7 (Formwerkstoff 8) wird durch eine Vielzahl in der Düse 10 des Strangpressabschnitts 23 vorgesehener Schlitze (nicht gezeigt) in der Strangpressrichtung A (siehe 1) um ein vordefiniertes Strangpressausmaß und bei einem vordefinierten Strangpressdruck stranggepresst. Dadurch wird ein Waben-Formkörper 2 gebildet. Dann werden Schritte wie Nassschneiden, Trocknen und Brennen durchgeführt und wird die Herstellung der Keramikstruktur als Produkt abgeschlossen.
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Das Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform enthält den Flüssigkeitszusetzschritt S3, in welchem die Flüssigkeit 6 weiter aus dem Flüssigkeitszusetzabschnitt 25 dem durch Durchkneten des in den Knetabschnitt 24 geladenen Nassgemischs 5 in dem oben beschriebenen Knetschritt S2 erhaltenen Knetwerkstoff 7 zugesetzt wird. Somit besteht neben dem Zusetzen der Flüssigkeit 6 in dem Mischschritt S1 (Nassmischabschnitt 21b) kurz vor dem in dem Formschritt S4 (Strangpressabschnitt 23) durchgeführten Strangpressen eine Gelegenheit, die Flüssigkeit 6 weiter zuzusetzen. Das heißt, es gibt zwei Stufen zum Zusetzen der Flüssigkeit 6 während des Bildens des als der Waben-Formkörper 2 strangzupressenden Formwerkstoffs 8.
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Es dauert lang, das Rohmaterial 3 über die Zustände des Trockengemischs, des Nassgemischs 5 und des Knetwerkstoffs 7 schließlich in den Formwerkstoff 8 umzubilden (Knetschritt S2). Aus diesem Grund kann nach dem Zusetzen der Flüssigkeit 6 in dem Mischschritt S1 ein Teil der zugesetzten Flüssigkeit durch die Einwirkung der Umgebung nach und nach verlorengehen, und das Flüssigkeitsgehalt-Verhältnis ändert sich, während das Material in den Formwerkstoff 8 umgebildet wird. Bei dem Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform kann das Flüssigkeitsgehalt-Verhältnis des Formwerkstoffs 8 durch weiteres Zusetzen der Flüssigkeit 6 vor dem Formschritt S4 konstant gehalten werden.
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Die Menge der in dem Flüssigkeitszusetzschritt S3 zugesetzten Flüssigkeit 6 ist kleiner als die Menge der in dem Nassmischabschnitt 21b in dem Mischschritt S1 zugesetzten Flüssigkeit 6, speziell in dem Bereich von 1,5 Massen-% bis 4,5 Massen-% der Gesamtmenge der in dem Mischschritt S1 und dem Flüssigkeitszusetzschritt S3 zugesetzten Flüssigkeit 6, eingestellt.
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Ausführlicher gesagt, die Menge der in dem Flüssigkeitszusetzschritt S3 zugesetzten Flüssigkeit 6 wird auf der Grundlage des Ergebnisses des Maßmessschritts S6, in welchem das Trockenmaß des durch Trocknen des Waben-Formkörpers 2 erhaltenen Waben-Trockenkörpers 11 gemessen wird, innerhalb des oben erwähnten Wertebereichs bestimmt. Bei dem Herstellungsverfahren 1 gemäß der Ausführungsform wird das Trocknen mittels des Formkörper-Trockners 27 durchgeführt (Trocknungsschritt S5) und werden die erste Maßmessung, bei welcher das Trockenmaß für jeden Waben-Trockenkörper 11 nach der Stirnseiten-Beschneidung (Stirnseiten-Beschneideschritt S10) gemessen wird, und die zweite Maßmessung, bei welcher ein Teil der Waben-Trockenkörper 11 nach der Stirnseiten-Beschneidung herausgegriffen wird, durchgeführt und wird das Trockenmaß der entnommenen Waben-Trockenkörper 11 gemessen. Nun wird jeder der Maßmessschritte S6 ausführlich beschrieben.
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(1) Erste Maßmessung
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Bei senkrecht gestellter Axialrichtung des Waben-Trockenkörpers 11 (welche mit der Strangpressrichtung A identisch ist) wird eine Kamera 29a, welche einen Teil des Stirnseitenprüfers 29 bildet, so angeordnet, dass sie der nach oben weisenden Trockenkörper-Stirnseite 13 gegenübersteht (siehe 2). In diesem Zustand wird ein Stirnseitenbild 14 der Trockenkörper-Stirnseite 13 erfasst (siehe 3). Aus dem erhaltenen Stirnseitenbild 14 wird durch Bildanalyse ein Profil 12 des Waben-Trockenkörpers 11 ermittelt und wird der gemessene Waben-Durchmesser D des Waben-Trockenkörpers 11 berechnet. Dann wird die Differenz zwischen dem berechneten gemessenen Waben-Durchmesser D und dem Standard-Waben-Durchmesser des Standard-Waben-Trockenkörpers abgeleitet. Das Profil 12 wird durch Bildanalysieren eines Pixel mit hohem Kontrast enthaltenden Teils in dem erfassten Stirnseitenbild 14 identifiziert, um die Profilform der Trockenkörper-Stirnseite 13 zu ermitteln. Der gemessene Waben-Durchmesser D wird aus der erhaltenen Profilform abgeleitet. Das Erfassen und die anschließende Bildanalyse-Verarbeitung des Stirnseitenbilds 14 werden an jedem Waben-Trockenkörper 11, welcher den Trocknungsschritt S5 abgeschlossen hat, durchgeführt. Der Durchschnittswert (Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz) der Abweichung vom Standard-Waben-Durchmesser pro Zeiteinheit wird berechnet. Die Menge der zuzusetzenden Flüssigkeit 6 wird auf der Grundlage der Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz ermittelt und vorher vorgegeben, und der ermittelte Wert wird in den Flüssigkeitszusetzabschnitt 25 zurückgespeist (siehe den strich-doppelpunktierten Pfeil in 1).
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(2) Zweite Maßmessung
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Bei senkrecht gestellter Axialrichtung des Waben-Trockenkörpers 11 (welche mit der Strangpressrichtung A identisch ist) wird der Waben-Trockenkörper 11 auf einen Drehtisch 30b gesetzt, welcher ein Teil des Laser-Durchmessermessgeräts 30 ist, wobei die Trockenkörper-Stirnseite 13 nach oben weist. Ein Laserstrahl L wird aus einer das Laser-Durchmessermessgerät 30 bildenden Laser-Wegmessvorrichtung 30a, welche seitwärts der Umfangsseite des Waben-Trockenkörpers 11 angeordnet ist (so dass sie der Umfangsseite in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung gegenübersteht), ausgesendet (siehe 4). Der aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt) der Laser-Wegmessvorrichtung 30a ausgesendete Laserstrahl L erreicht die Umfangsseite (Trockenkörper-Oberfläche 15) des Waben-Trockenkörpers 11, welcher das zu vermessende Objekt ist, und wird reflektiert. Durch Erkennen des reflektierten Laserstrahls L mit der Lichtempfangsvorrichtung (nicht gezeigt) wird das Maß auf der Grundlage des Prinzips der Triangulation gemessen. Der auf den Drehtisch 30b gesetzte Waben-Trockenkörper 11 dreht sich in der Drehrichtung R, während er den Laserstrahl L empfängt. Das heißt, das Maß der Umfangsseite auf einer konstanten Höhe wird gemessen.
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Wie in 4 gezeigt, wird die Position (Höhe) der Laser-Wegmessvorrichtung 30a verändert, um die Gesamtmaßdaten der Trockenkörper-Oberfläche 15 bei einer Vielzahl von Positionen (Laserbestrahlungspunkten P1, P2 und P3) in der Axialrichtung des Waben-Trockenkörpers 11 zu erhalten. Dann wird auf eine ähnliche Weise die Differenz zwischen den erhaltenen Gesamtmaßdaten und den Gesamtmaßdaten des Standard-Waben-Trockenkörpers abgeleitet, um die Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz zu erhalten. Dies wird für herausgegriffene Waben-Trockenkörper 11 durchgeführt, und der Durchschnittswert der Abweichung von den Gesamtmaßdaten des Standard-Waben-Formkörpers pro Zeiteinheit wird berechnet. Die Menge der zuzusetzenden Flüssigkeit 6 wird auf der Grundlage der erhaltenen Differenz ermittelt und vorher vorgegeben, und der ermittelte Wert wird in den Flüssigkeitszusetzabschnitt 25 zurückgespeist (siehe den strich-doppelpunktierten Pfeil in 1).
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(Beispiel)
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Die Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt.
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(1) Bilden eines Waben-Trockenkörpers (Keramik-Trockenkörpers)
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Eine Wabenstruktur, welche von einer Art eines Keramik-Trockenkörpers ist, wurde mittels des Verfahrens zum Herstellen einer Keramikstruktur unter Verwendung einer Strukturherstellungsvorrichtung gebildet. Zum Trocknen eines Waben-Formkörpers wurde Hochfrequenztrocknung mit 10 MHz oder höher mittels eines dielektrisch erwärmten Trockners durchgeführt und wurde dann eine Gebläsetrocknung mit Warmluft von 150° C oder niedriger mittels eines Warmlufttrockners durchgeführt. Auf eine ausführliche Beschreibung weiterer Prozesse des Bildens der Wabenstruktur, die herkömmlicherweise bekannt sind, wird verzichtet.
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(2) Maßmessung des Waben-Trockenkörpers
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Die erste Maßmessung und die zweite Maßmessung, welche oben beschrieben wurden, wurden an einer Trockenkörper-Stirnseite und einer Trockenkörper-Oberfläche durchgeführt, um das Trockenmaß eines Waben-Trockenkörpers zu messen. Bei der ersten Maßmessung wurde ein Bild der Trockenkörper-Stirnseite auf der Oberseite durch eine Kamera erfasst und wurde das erfasste Bild bildanalysiert. Die Genauigkeit des durch die Kamera erfassten Stirnseitenbilds liegt innerhalb des Bereichs von ±0,06 mm, und die Wiederholgenauigkeit des Waben-Durchmessers beträgt ±0,04 mm.
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Bei der zweiten Maßmessung wurde ein Laserstrahl mittels einer Laser-Wegmessvorrichtung an einer Stelle 6 mm unterhalb der Oberseite des Waben-Trockenkörpers (einer der TrockenkörperStirnseiten) (Laserbestrahlungspunkt P1), einer Stelle in der Mitte der Länge in der Axialrichtung (Waben-Länge) (Laserbestrahlungspunkt P2) und einer Stelle 6 mm oberhalb der Unterseite des Waben-Trockenkörpers (der anderen Trockenkörper-Stirnseite) (Laserbestrahlungspunkt P3) auf den Waben-Trockenkörper gerichtet, um eine Lasermessung auf der Grundlage von Triangulation durchzuführen.
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(3) Durch Zusetzen von Flüssigkeit verursachte Veränderung des Düsen-Gegendrucks
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5 veranschaulicht eine durch Zusetzen von Flüssigkeit verursachte Veränderung des Düsen-Gegendrucks. Die waagerechte Achse stellt die verstrichene Zeit dar, und die senkrechte Achse stellt den Druck (siehe die Werte auf der linken senkrechten Achse) an einer Stelle im Materialstrom unmittelbar vor einer Düse, mit welcher das Strangpressen durchgeführt wird, dar. Die gestrichelte Linie in dem Schaubild stellt die Menge der pro Stunde zugesetzten Flüssigkeit dar (siehe die Werte auf der rechten senkrechten Achse). Die Menge zugesetzter Flüssigkeit wurde in dem über dem Schaubild gezeigten Bereich (A) nicht verringert, wurde aber in dem Bereich (B) um -0,5 Massen-%, in dem Bereich (C) um -1,0 Massen-% und in dem Bereich (D) um -1,5 Massen-% verringert.
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Demgemäß nimmt die Viskosität eines Formwerkstoffs durch Verringern der Menge zugesetzter Flüssigkeit zu. Infolgedessen wurde der Anstieg des Düsen-Gegendrucks beobachtet. In dem Beispiel wurde die durch Zusetzen der Flüssigkeit verursachte Wirkung in einer relativ kurzen Zeitdauer, etwa 15 bis 20 Minuten, nach dem Ändern der zugesetzten Menge der Flüssigkeit beobachtet (siehe Pfeile in 5). Das heißt, die Viskosität des Formwerkstoffs unmittelbar vor dem Strangpressen kann durch Zusetzen der Flüssigkeit mittels des Flüssigkeitszusetzabschnitts gesteuert werden, und dadurch kann die Strangpressbedingung stabilisiert werden.
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(4) Durch Zusetzen einer Flüssigkeit verursachte Veränderung einer Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz
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6 veranschaulicht eine durch Zusetzen der Flüssigkeit verursachte Veränderung einer Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz. Die waagerechte Achse stellt die verstrichene Zeit dar, und die senkrechte Achse stellt die Differenz zwischen dem gemessenen Waben-Durchmesser und dem Standard-Waben-Durchmesser (Produktdurchschnitts-Durchmesserdifferenz) dar, wobei man den gemessenen Waben-Durchmesser durch die erste Maßmessung, bei welcher Erfassung, Bildanalyse und Berechnung an dem Bild der Trockenkörper-Stirnseite jedes Waben-Trockenkörpers durchgeführt werden, erhält. Auf Beschreibungen von (A), (B), (C) und (D) über dem Schaubild, welche die gleichen wie in 5 sind, wird verzichtet.
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In dem Beispiel wurde die durch Verringern der Menge zugesetzter Flüssigkeit verursachte Wirkung in etwa 30 bis 40 Minuten nach dem Beginn der Veränderung beobachtet (siehe Pfeile in 6). Gemäß der Ausführungsform (zum Beispiel durch Vergleichen von (A) und (C)) kann die Veränderung der Menge zugesetzter Flüssigkeit um 1,0 Massen-% den gemessenen Waben-Durchmesser des Waben-Trockenkörpers um etwa 0,1 mm verändern.
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Wenn durch Messen des Trockenmaßes des Waben-Trockenkörpers beim Herstellen der Wabenstruktur ein Anstieg der Differenz zwischen dem Standard-Waben-Durchmesser und dem gemessenen Waben-Durchmesser festgestellt wird, kann das Trockenmaß des Waben-Trockenkörpers durch Erhöhen oder Verringern der Menge der durch den Flüssigkeitszusetzabschnitt zugesetzten Flüssigkeit gesteuert werden. Überdies wurde die durch Zusetzen der Flüssigkeit verursachte Wirkung nach Zusetzen der Flüssigkeit in einer relativ kurzen Zeitdauer, das heißt, in etwa 20 Minuten für den Düsen-Gegendruck und in etwa 40 Minuten für das Trockenmaß des Waben-Trockenkörpers beobachtet.
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Deshalb kann auf eine herkömmliche Operation zum Anhalten der Strangpressmaschine oder dergleichen, um die Düse zu ersetzen oder zu verstellen, verzichtet werden. Das heißt, in dem Schritt zum Herstellen des Waben-Trockenkörpers kann das Trockenmaß durch geringfügiges Verstellen der Menge der zugesetzten Flüssigkeit auf der Grundlage des gemessenen Maßes auf 0,1 mm genau gesteuert werden, was dadurch die Maßgenauigkeit der Wabenstruktur als Endprodukt stabilisiert. Überdies können, da die Strangpressmaschine nicht angehalten zu werden braucht, die betriebliche Effizienz und die Produktivität verbessert werden.
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Das Beispiel ist oben für die Wabenstruktur und den Waben-Trockenkörper mit einer Wabenform veranschaulichend und nicht beschränkend beschrieben. Die Ausführungsform kann auch für andere Keramikstrukturen und Keramik-Trockenkörper beschrieben werden.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Herstellen einer für Autoabgasreinigungskatalysator-Träger, Dieselpartikelfilter oder Wärmespeicher für Verbrennungsvorrichtungen verwendbaren Keramikstruktur verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Herstellungsverfahren
- 2
- Waben-Formkörper (Keramik-Formkörper)
- 3
- Rohmaterial
- 3a
- Keramikpartikel
- 3b
- Bindemittel
- 4
- Nassgemisch
- 6
- Flüssigkeit
- 7
- Knetwerkstoff
- 8
- Formwerkstoff
- 10
- Düse
- 11
- Waben-Trockenkörper (Keramik-Trockenkörper)
- 12
- Profil
- 13
- Trockenkörper-Stirnseite
- 14
- Stirnseitenbild
- 15
- Trockenkörper-Oberfläche
- 20
- Strukturherstellungsvorrichtung
- 21a
- Trockenmischabschnitt
- 21b
- Nassmischabschnitt
- 22
- Mischabschnitt
- 23
- Strangpressabschnitt
- 24
- Knetabschnitt
- 25
- Flüssigkeitszusetzabschnitt
- 26
- Nassschneidemaschine
- 27
- Formkörper-Trockner
- 28
- Beschneidemaschine
- 29
- Stirnseitenprüfer
- 29a
- Kamera
- 30
- Laser-Durchmessermessgerät
- 30a
- Laser-Wegmessvorrichtung
- 30b
- Drehtisch
- A
- Strangpressrichtung
- L
- Laser
- P1, P2, P3
- Laserbestrahlungspunkt
- R
- Drehrichtung
- S1
- Mischschritt (Trockenmischschritt, Nassmischschritt)
- S2
- Knetschritt
- S3
- Flüssigkeitszusetzschritt
- S4
- Formschritt
- S5
- Trocknungsschritt
- S6
- Maßmessschritt
- S7a
- Bilderfassungsschritt
- S7b
- Bildanalysierschritt
- S8a
- Maßdaten-Gewinnungsschritt
- S8b
- Maßanalysierschritt
- S9
- Schneideschritt
