DE112013005073T5

DE112013005073T5 - Vorrichtung, Systeme, Geräte, und Verfahren zum Schneiden von Materialien, die formbar sind und/oder zusammenfallen können

Info

Publication number: DE112013005073T5
Application number: DE112013005073.0T
Authority: DE
Inventors: James R. Ogle; Mark J. Majestic; Paul J. Sacchetti
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-07-16
Also published as: US20150239140A1; JP2016501740A; JP6216797B2; CN104755236A; KR20150072404A; WO2014062214A1; CN104755236B

Abstract

Extrudatmaterialien 10, die sich in einem Zustand befinden, in dem sie formbar sind und/oder zusammenfallen können, bieten zahlreiche Herausforderungen hinsichtlich des Schneidens in Längen, insbesondere, wenn das Extrusionsprofil eine oder mehrere Öffnungen 12 (die z. B. entlang der Länge des Extrudats 10 verlaufen) umfasst. Die Erfindung richtet sich auf Geräte, Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Schneiden des Extrudats 10. Ein Schnitt 64 (z. B. ein Anfangsschnitt) in das Extrudat 10 wird unter Verwendung eines Ultraschallmessers 27, das mit einer oder mehr Frequenzen schwingt, vorgenommen. Vorzugsweise ist der Schnitt unter Verwendung des Ultraschallmessers 27 ein Teilschnitt 64. Ein weiterer Schnitt durch das Extrudat 10 kann unter Verwendung eines sekundären Schneidewerkzeugs wie etwa eines Drahtschneiders 68 vorgenommen. werden. Das sekundäre Schneidewerkzeug erzeugt vorzugsweise einen finalen Schnitt 66 durch das Extrudatprofil, um ein Teil in eine Länge zu schneiden. Das Ultraschallmesser 27 bewegt sich während des Schneidens vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die höher als jene des Extrudats 10 ist, in der waagerechten Richtung.

Description

INANSPRUCHNAHME DER PRIORITÄT
Die vorliegende Anmeldung beruft sich auf die am 19. Oktober 2012 eingereichte vorläufige US-Patentanmeldung 61/716,124, die hier durch Nennung für alle Zwecke zur Gänze aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, Geräte, Systeme und Verfahren zum Schneiden eines Materials wie etwa eines Materials, das extrudiert werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung das Schneiden eines Extrudatmaterials, das formbar ist, zusammenfallen kann, oder beides.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Wenn ein Material extrudiert wird, besteht häufig die Notwendigkeit, das extrudierte Profil in Längen des Profils zu schneiden. Während der Extrusion des Materials verläuft das Material im Allgemeinen in einem leicht formbaren Zustand durch ein Mundstück. Wie hier verwendet ist ein leicht formbarer Zustand ein flüssiger Zustand, ein Schmelzzustand, ein formbarer Lehmzustand oder ein anderer teigartiger Zustand, der unter einer ausgeübten Scherkraft fließfähig ist, fähig ist, extrudiert zu werden, oder beides. Nach dem Verlassen des Extruders wird das Material vor dem Schneiden im Allgemeinen abgekühlt oder auf eine andere Weise verfestigt.
In manchen Fällen, wie etwa, wenn ein im Allgemeinen festes Profil (d. h., ein Profil ohne Zellen, die entlang der Länge des Profils verlaufen) extrudiert wird, kann das Extrudat geschnitten werden, während es sich noch in einem formbaren Zustand befindet. Zum Beispiel können Polymerpellets unter Verwendung eines Unterwasser-Pelletierers von einem festen Extrudatprofil geschnitten werden, wobei das Material unter Verwendung einer Klinge geschnitten wird, die die Mundstückfläche berührt oder sich innerhalb weniger mm von der Mundstückfläche befindet. Hier wird die Form des Profils durch die Schneideklinge verformt. In anderen Fällen kann das feste Profil unter Verwendung einer Schneideklinge oder eines Schneidedrahts langsam geschnitten werden, wobei das Fehlen von Zellen die Verringerung der Verformung auf ein Mindestmaß unterstützt.
Doch wenn ein nicht festes Profil, das eine oder mehrere Zellen (d. h., Öffnungen, die entlang der Länge des Profils verlaufen) aufweist, extrudiert wird, wird die Fähigkeit, das Extrudat zu schneiden, während es sich in einem formbaren Zustand befindet, durch die Möglichkeit, dass eine Zelle verschlossen wird, während das Extrudat geschnitten wird, beschränkt. Hier ist es wichtig, dass die Zellen offen bleiben, damit Luft von einem offenen Ende des Extrudats zu dem Mundstück fließen kann, wo eine fortlaufende Zufuhr von Luft benötigt wird, um die Zellenstruktur aufrechtzuerhalten, während das Material durch das Extrudermundstück vorrückt. Wenn eine Zelle verschlossen wird, wird in der Zelle ein Vakuum erzeugt werden und kann ein Teil des Extrudats oder das gesamte Extrudat zusammenfallen.
Dieses Problem des Zusammenfallens eines Extrudats wird dann, wenn das Profil eine große Anzahl an Zellen umfasst, wenn eine Wand um eine Zelle dünn ist, wenn das Profil eine komplexe Gestaltung aufweist, wenn das Profil enge Abmessungstoleranzen aufweist, oder bei jeder beliebigen Kombination davon vergrößert.
Es besteht ein Bedarf an verbesserten Schneidevorrichtungen, Geräten, Systemen, und Verfahren zum Schneiden von Materialien, die formbar sind, zusammenfallen können, oder beides. Zum Beispiel besteht ein Bedarf an Schneidevorrichtungen, Systemen, Geräten und Verfahren zum Schneiden von Teilen, die aus anorganischen Verbindungen (z. B. keramischen Verbindungen) bestehen, in einem nassen formbaren Zustand (z. B. nach dem Extrudieren und vor jedwedem Trocknungs- oder Brennschritt). Insbesondere besteht ein Bedarf an Vorrichtungen, Geräten und Verfahren zum Schneiden eines extrudierten Profils, das mehrere Reihen von länglichen Zellen aufweist, die entlang der Länge des Teils verlaufen, ohne die Zellen zum Zusammenfallen zu bringen.
Es besteht auch ein Bedarf an Schneidevorrichtungen, Geräten, Systemen und Verfahren, die das Teil während des Schneidens nicht verformen, die eine verringerte Schneidekraft benutzen, oder beides. Zudem besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Reinigen von Schneidewerkzeugen, die beim Schneiden von Extrudaten, welche anorganische Verbindungen enthalten, verwendet werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Einer oder mehr der oben genannten Bedarfspunkte werden durch die hier enthaltenen Lehren befriedigt.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung richtet sich auf ein Gerät zum Schneiden eines Extrudats, das ein Ultraschallmesser, welches mit einer oder mehr Frequenzen schwingt, um einen oder mehr Vorschnitte in einem Extrudat vorzunehmen; und einen oder mehrere Drahtschneider, um einen finalen Schnitt in dem Extrudat vorzunehmen, umfasst; damit ein extrudiertes Teil mit einer vorherbestimmten Länge von dem Extrudat geschnitten werden kann.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung richtet sich auf einen Prozess zum Schneiden eines Extrudats, der einen Schritt des Vorschneidens des Extrudats unter Verwendung eines Ultraschallmessers umfasst, wobei das Extrudat eine oder mehr anorganische Verbindungen enthält, im Wesentlichen daraus besteht, oder zur Gänze daraus besteht.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung richtet sich auf einen Prozess zum Schneiden eines Extrudats unter Verwendung eines Geräts nach den hier enthaltenen Lehren, wobei der Prozess einen Schritt des Vorschneidens des Extrudats unter Verwendung des Ultraschallmessers und das Fertigstellen des Schnitts unter Verwendung eines Drahtschneiders umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht eines beispielhaften Extrudats mit einer oder mehr Öffnungen.
2A ist eine Zeichnung eines Teils eines beispielhaften Klingenendes eines Ultraschallmessers nach den hier enthaltenen Lehren.
2B ist eine Querschnittansicht einer beispielhaften Klingenspitze nach den hier enthaltenen Lehren.
2C ist eine Querschnittansicht einer anderen Klingenspitze.
3 ist eine Zeichnung eines Schnitts einer beispielhaften Klinge mit einem verjüngten Ende.
4A ist eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Extrudats während eines Vorschneideprozesses nach den hier enthaltenen Lehren.
4B ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudats im Anschluss an einen Vorschnitt nach den hier enthaltenen Lehren.
5 ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudatdrahts, der in den Raum eines Vorschnitts eingesetzt ist.
6 ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudats mit einem Drahtschneider, der einen finalen Schnitt durch den Querschnitt vorgenommen hat.
7 ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudats, wobei ein Drahtschneider von dem Extrudat entfernt wurde.
8 ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudats, das einen Wabenaufbau aufweist, wobei sich mehrere Zellen entlang der Länge des Extrudats erstrecken.
9 ist eine Zeichnung eines beispielhaften Extrudats mit einer Anordnung von Zellen, die sich entlang der Länge des Extrudats erstrecken.
10 ist eine schematische Ansicht eines Schneidesystems, das Merkmale nach den hier enthaltenen Lehren umfasst.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die her gebotenen Erklärungen und Darstellungen sollen andere Fachleute mit der Erfindung, ihren Prinzipien und ihrer praktischen Anwendung vertraut machen. Die angegebenen bestimmten Ausführungsformen sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung beschränken. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen nebst dem gesamten Umfang von Entsprechungen, zu dem diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. Die Offenbarungen aller Artikel und Bezugnahmen, einschließlich von Patentanmeldungen und -veröffentlichungen, werden durch Nennung für alle Zwecke aufgenommen. Wie aus den beiliegenden Ansprüchen, die ebenfalls hiermit durch Nennung in diese schriftliche Beschreibung aufgenommen werden, erkannt werden wird, sind andere Kombinationen ebenfalls möglich. Wie hier verwendet bedeutet ”ein oder mehr”, dass wenigstens einer, oder mehr als einer, der angegebenen Bestandteile wie offenbart verwendet werden kann.
Definitionen
Wie hier verwendet ist ein formbarer Zustand (z. B. ein leicht formbarer Zustand) ein flüssiger Zustand, ein Schmelzzustand, ein formbarer Lehmzustand oder ein anderer teigartiger Zustand, der unter einer ausgeübten Scherkraft fließfähig ist, fähig ist, extrudiert zu werden, oder beides. Wenn sich das Material in einem flüssigen Zustand befindet, ist die Nullscherviskosität (d. h., die Viskosität, die durch Extrapolation der Scherrate in Bezug auf eine Viskositätskurve zu einer Scherrate von Null erhalten wird) vorzugsweise ausreichend hoch, damit ein geformtes Teil fähig ist, seine Form zwischen der Zeit der Formung und der Zeit, zu der sich das Material nicht länger in einem formbaren Zustand befindet, beizubehalten. Während es sich in einem formbaren Zustand befindet, ist das Material vorzugsweise extrudierbar (d. h., fähig, unter Verwendung eines Extrusionsprozesses zu einer Form geformt zu werden).
Dieser Gesichtspunkt der Erfindung kann durch eines oder jede beliebige Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet sein: das Ultraschallmesser weist eine Klinge mit einer verjüngten Spitze auf; die Vorrichtung umfasst ein Wasserbad zur Ultraschallreinigung des Messers; das Extrudat weist mehrere Zellen einschließlich einer ersten Reihe von Zellen in der Nähe der Unterseite des Extrudats und einer oberen Reihe von Zellen in der Nähe der Oberseite des Extrudats auf; das Gerät umfasst einen Extruder, um das Extrudat zu extrudieren; das Gerät umfasst ein Mundstück, um ein Profil für das Extrudat zu bilden, das Gerät umfasst eine Fördereinrichtung, um das Extrudat in der waagerechten Richtung von dem Mundstück weg zu befördern; das Ultraschallmesser ist fähig, sich im Allgemeinen synchron mit der Fördereinrichtung in der waagerechten Richtung zu bewegen, während es den Vorschnitt vornimmt; das Ultraschallmesser weist eine Schwingungsfrequenz von etwa 13 kHz oder mehr (z. B. etwa 20 kHz oder mehr) auf; das Ultraschallmesser weist eine Fläche auf, die Titan enthält; der Drahtschneider weist einen Durchmesser von etwa 0,5 mm oder weniger (z. B. etwa 0,3 mm oder weniger, oder etwa 0,2 mm oder weniger) auf; das Gerät umfasst ein Mundstück, das fähig ist, ein Profil mit 3 oder mehr Reihen von Zellen (z. B. fünf oder mehr Reihen von Zellen) herzustellen; oder das Mundstück ist so gewählt, dass der Querschnitt des Extrudatprofils (d. h., senkrecht zu der Extrusionsrichtung) eine Profilquerschnittfläche aufweist, und der Querschnitt des Extrudatprofils Zellen mit einer gesamten Zellenquerschnittfläche aufweist (z. B. wobei das Verhältnis der gesamten Zellenquerschnittfläche zu der Profilquerschnittfläche etwa 0,4 oder mehr beträgt).
Jeder Prozess zum Schneiden eines Extrudats kann ferner durch eines oder jede beliebige Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet sein: der Prozess umfasst einen Schritt des Schneidens des Extrudats mit einem Drahtschneider, damit ein extrudiertes Teil mit einer vorherbestimmten Länge gebildet wird; das Extrudat weist mehrere Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und eine obere Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen auf, wobei der Vorschnitt durch die obere Außenwand schneidet; das Extrudat enthält Siliziumatome, Aluminiumatome, oder beides; der Prozess umfasst einen Schritt des Extrudierens eines Gemischs, das eine oder mehrere anorganische Verbindungen enthält, durch einen Extruder; der Prozess umfasst einen Schritt des Bildens eines Profils durch Führen des Gemischs durch ein Mundstück; der Prozess umfasst einen Schritt des Wegbeförderns des Extrudats von dem Mundstück in der Extrusionsrichtung unter Verwendung einer Fördereinrichtung; der Schritt des Vorschneidens des Extrudats beinhaltet ein synchrones Bewegen des Ultraschallmessers und des Extrudats in der Extrusionsrichtung, während des Extrudat durch Bewegen des Ultraschallmessers in eine Richtung, die senkrecht zu der Extrusionsrichtung verläuft, geschnitten wird; der Prozess umfasst einen Schritt des Beseitigens von anorganischem Material von einer Fläche des Messers durch Bewegen des Messers zu einem Wasserbad und Schwingen des Messers in dem Wasser; das Extrudat enthält Ton; das Extrudat weist drei oder mehr Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und einer oberen Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen auf, wobei der Schritt des Vorschneidens des Extrudats ein vollständiges Schneiden durch die obere Außenwand, so dass die oberste Reihe von offenen Zellen freigelegt wird, beinhaltet; das Ultraschallmesser weist eine Frequenz von etwa 15 kHz oder mehr auf; der Drahtschneider bewegt sich, und das Extrudat bewegt sich während des Schritts des finalen Schneidens des Extrudats synchron mit dem Drahtschneider, und der Drahtschneider weist einen Durchmesser von etwa 0,5 mm oder weniger auf; das Ultraschallmesser umfasst eine Klinge mit einer verjüngten Spitze zum Schneiden; der Prozess umfasst einen Schritt des Entfernens des Ultraschallmessers von dem Extrudat, wobei sich das Ultraschallmesser in Bezug auf das Extrudat schneller in der Extrusionsrichtung bewegt, so dass nur die Vorderseite des Messers mit dem Extrudat in Kontakt steht, während das Ultraschallmesser von dem Extrudat entfernt wird; das Extrudat weist ein im Allgemeinen rechteckiges Profil mit einer Breite und einer Höhe auf, und die Klinge weist eine Schneidkante mit einer Länge auf, die größer als die Länge der Breite des Profils ist; eine oder mehrere (z. B. alle) der Zellen des Teils bleiben nach dem Schneiden des Profils offen; eine oder mehrere (z. B. alle) der Zellen des Extrudats, das dem Teil folgt, bleiben nach dem Schneiden des Profils offen; etwa 35 oder mehr der Atome in dem Profil sind Sauerstoffatome; oder jede beliebige Kombination davon.
Das Gerät umfasst ein Ultraschallmesser, um passend einen oder mehrere Vorschnitte in einer formbaren Masse vorzunehmen. Das Gerät ist insbesondere nützlich, um einen derartigen Vorschnitt wie etwa einen Ausgangsschnitt in einer geformten Masse vorzunehmen, wenn sich das Material noch in einem formbaren Zustand (d. h., einer formbaren Masse) befindet, dass die Merkmale des Querschnitts im Allgemeinen beibehalten werden. Zum Beispiel kann das Gerät beim Schneiden einer formbaren Masse, bei der es sich um ein Extrudat handelt, eingesetzt werden. Das Extrudat kann einen im Allgemeinen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen. Typischerweise wird der Querschnitt teilweise oder zur Gänze durch ein Mundstück, wodurch das Material fließt, definiert. Wie hier verwendet, ist ein Vorschnitt ein Schnitt durch wenigstens einen Teil des Querschnitts des Extrudats. Im Allgemeinen schneidet der Vorschnitt nicht vollständig durch das Extrudat und teilt (d. h., trennt) dieses, so dass ein oder mehr zusätzliche Trennschnitte erforderlich sind, um das Extrudat zu teilen. Zum Beispiel kann ein Trennschnitt einen Vorschnitt durch einen weiteren Teil und/oder den Rest des Querschnitts verlängern. Der Vorschnitt kann als Führung oder Positionierhilfe für einen oder mehr Trennschnitte dienen, die zu einem Werkstück mit einer bestimmten Länge in der Extrusionsrichtung führen. Durch Trennen des Werkstücks von einem anderen Teil des Extrudats kann es möglich sein, an dem Werkstück eine oder mehrere Tätigkeiten vorzunehmen. Zum Beispiel kann es möglich sein, ein Werkstück zu bewegen oder zu befördern, das Werkstück einer anderen Umweltbedingung (verglichen mit der Umweltbedingung des ursprünglich gebildeten Extrudats) wie etwa einer Umgebung mit einer anderen Temperatur und/oder einer anderen Feuchtigkeit auszusetzen, mehrere Werkstücke zu stapeln oder auf eine andere Weise anzuordnen, oder jede beliebige Kombination davon. Man wird verstehen, dass der Vorschnitt und der (die) Trennschnitt(e) zu einem Werkstück mit einer gewünschten Länge für eine Anwendung führen können, oder dass das Werkstück später zusätzlichen Schneideschritten, der Länge nach oder anders, die zu einer gewünschten Länge oder Form führen, unterzogen werden kann.
Vorzugsweise wird das Ultraschallmesser gewählt, um einen Vorschnitt in einem Material, das formbar ist und zusammenfallen kann, vorzunehmen. Das Ultraschallmessen findet besonderen Nutzen beim Schneiden von Extrudaten mit einer oder mehr Öffnungen, die entlang der Länge des Extrudats verlaufen, ohne die Öffnung zu verstopfen oder auf eine andere Weise zu verschließen. Man wird verstehen, dass die extrudierte Form dann, wenn eine Öffnung an der Extruderseite des Werkstücks verschlossen oder verstopft wird, nicht länger aufrechterhalten werden wird, da Luft nicht in der Lage sein wird, in die neuen Längen der Öffnung, die an dem Mundstück erzeugt wird, zu gelangen. Dadurch kann ein Vakuum gebildet werden, das zu einem Zusammenfallen des Extrudats führt. Daher kann es besonders vorteilhaft sein, über eine Vorrichtung, ein System, oder ein Verfahren zum derartigen Schneiden des Extrudats zu verfügen, dass keine der Öffnungen in dem Querschnitt an der Extruderseite (d. h., der stromaufwärts befindlichen Seite) des Schnitts verschlossen oder auf eine andere Weise verstopft wird.
Beim Schneiden des Extrudats ist der erste Schnitt durch eine Öffnung typischerweise der schwierigste. Zum Beispiel kann der Aufbau des Extrudats beim Schneiden durch eine Wand, die eine Öffnung umgibt und auch eine Außenwand ist, nur eine begrenzte oder sogar gar keine Stütze für den Aufbau in der Außenrichtung bieten. Hier können die Kräfte in der Schneiderichtung (z. B. in der Richtung der Dicke der geschnittenen Außenwand) verursachen, dass die Außenwand verformt wird, verursachen, dass eine oder mehrere Wände, die die Außenwand stützen, nachgeben oder einknicken, oder beides. 1 ist eine beispielhafte Zeichnung eines Querschnitts eines Extrudats 10 in der Querrichtung, die Merkmale eines Extrudats zeigt, das nach den hier enthaltenen Lehren geschnitten werden kann. Das Extrudat 10 kann durch ein Substrat 24 wie etwa ein Förderband getragen werden. Das Extrudat kann eine Öffnung 12 und mehrere Wände, 14, 16A, 16B, und 18, die die Öffnung 12 umgeben, aufweisen. Die Richtung des Schneidens 8 kann die Dickenrichtung einer der Wände wie etwa einer Außenwand 14 sein. Die ursprüngliche Außenwand 14, die geschnitten werden soll, kann durch eine oder mehrere Wandstützwände 16A, 16b gestützt werden. Die Breite 20 der Außenwand 14, die anfänglich geschnitten wird, kann im Allgemeinen groß sein, die Dicke 22 einer Stützwand kann im Allgemeinen gering sein, oder beides, so dass darauf geachtet werden muss, dass ein Zusammenfallen der Öffnung während des Schneidens der Außenwand 14 verhindert wird.
Die Schwierigkeit, einen Schnitt durch ein Extrudat vorzunehmen, steigt im Allgemeinen, wenn des Extrudat mehrere Öffnungen (die z. B. entlang der Länge des Extrudats verlaufen) aufweist, wenn die Wanddicke einer Stützwand gering ist, wenn die Breite der Öffnung (z. B. in der Richtung senkrecht zu der Schnittrichtung) groß ist, oder bei jeder beliebigen Kombination davon.
Zusätzlich zu der Form des geschnittenen Profils kann der Grad der Schwierigkeit des Schneidens eines Extrudats erhöht werden, wenn Materialien geschnitten werden, die sich in einem Zustand befinden, in dem sie fähig sind, durch die Ausübung einer geringen Kraft dauerhaft verformt zu werden. Zum Beispiel können Materialien, die sich in einem thixotropen Zustand befinden, eine Form im Allgemeinen beibehalten, wenn keine Kraft ausgeübt wird, doch werden sie bei Ausübung einer geringen Kraft fließen. Beispiele für Materialien, die thixotrop sein können, beinhalten Polymere mit einem hohen Molekulargewicht, die auf eine Temperatur über ihrer Glasübergangstemperatur und über jedweder Schmelztemperatur erhitzt sind, so dass sie fließen können. Andere Beispiele für Materialien, die thixotrop sein können, beinhalten Gemische, die hohe Konzentrationen von Teilchen mit einer oder mehr Flüssigkeiten umfassen. Derartige Materialien beinhalten Tone, die zum Formen oder Extrudieren geeignet sind, teigartige Materialien, Gemische von Teilchen mit Wasser oder einem Bindemittel, und dergleichen.
Das Ultraschallmesser ist vorzugsweise ein Messer, das mit einer oder mehr Frequenzen schwingt, um in dem Extrudat einen Vorschnitt vorzunehmen. Das Ultraschallmesser umfasst im Allgemeinen eine Klinge mit einer oder mehr Schneideflächen, die mit dem geschnittenen Material in Kontakt steht.
2A veranschaulicht ein Klingenende 28 mit Merkmalen, die für ein Ultraschallmesser nach den hier enthaltenen Lehren geeignet sind. Das Messerklingenende kann eine oder mehr Schneidkanten 36 aufweisen. Die Schneideklinge kann eine vordere Seite (d. h., eine vorausgehende Seite) 38 und eine hintere Seite (d. h., eine nachfolgende Seite) 40 aufweisen. Die vordere Seite kann im Allgemeinen in die Stromabwärtsrichtung eines Extrudats gewandt sein, und die hintere Seite kann im Allgemeinen in die Stromaufwärtsrichtung eines Extrudats (z. B. in die Richtung der Extrusionsanlage) gewandt sein. Das Klingenende 26 kann verjüngt sein, damit die Spitze 41 der Klinge ausreichend dünn ist, um einen anfänglichen Schnitt vorzunehmen, ohne eine Zelle in dem geschnittenen Material zum Zusammenfallen zu bringen. Zum Beispiel kann die Spitze 41 so gekennzeichnet sein, dass sie eine Dicke, einen Radius, oder beides aufweist, die bzw. der etwa 1500 μm oder weniger, vorzugsweise etwa 700 μm oder weniger, besser etwa 500 μm oder weniger, noch besser etwa 300 μm oder weniger, noch besser etwa 200 μm oder weniger, und insbesondere etwa 100 μm oder weniger beträgt. 2B und 2C sind Querschnittansichten von Klingenspitzen 41, 41'. Unter Bezugnahme auf 2B kann die Klingenspitze durch einen Radius 43 gekennzeichnet sein. Unter Bezugnahme auf 2B und 2C kann die Klinge eine vordere Seite mit einem im Allgemeinen flachen Bereich 47 und/oder eine hintere Seite mit einem im Allgemeinen flachen Bereich 47' aufweisen. Der Querschnitt der Klingenspitze 41 kann einen vorderen Übergangspunkt 49 und einen hinteren Übergangspunkt 49' aufweisen, an denen die vordere und die hintere Seite nicht länger flach sind. Die Dicke der Klingenspitze 45 kann wie in 2B und 2C durch die Trennung der beiden Übergangspunkte 49, 49' gemessen werden. Die Klingenspitze 41 sollte eine ausreichende Dicke, einen ausreichenden Radius, oder beides aufweisen, damit die Klinge während Schneidetätigkeiten haltbar ist (z. B. nicht bricht, sich nicht biegt, oder eingekerbt wird). Eine solche Haltbarkeit kann besonders kritisch sein, wenn Materialien geschnitten werden, die eine Konzentration anorganischer Teilchen von etwa 30 Gew.-% oder mehr, etwa 50 Gew.-% oder mehr, etwa 70 Gew.-% oder mehr, oder etwa 85 Gew.-% oder mehr enthalten. Zum Beispiel kann die Klingenspitze durch einen Radius, eine Dicke, oder beides, der bzw. die vorzugsweise etwa 3 μm oder mehr, besser etwa 10 μm oder mehr, noch besser etwa 20 μm oder mehr, noch besser etwa 30 μm oder mehr, und insbesondere etwa 40 μm oder mehr beträgt, gekennzeichnet sein.
Die Schwingung des Messers kann eine Längsschwingung 30 (d. h., in der Richtung, die parallel zu der Länge der Schneidkante 36 verläuft), eine eindringende Schwingung 34 (d. h., in der Schneiderichtung), eine Querschwingung 32 (d. h., in der Richtung zwischen zwei Flächen, die durch den Schnitt erzeugt werden) umfassen. Vorzugsweise umfasst die Schwingung des Messers eine Querschwingung 32 oder besteht sie im Wesentlichen oder besteht sie zur Gänze daraus.
Die Vorrichtung umfasst im Allgemeinen einen oder mehr Umwandler, die fähig sind, die Ultraschallschwingung zu erzeugen. Der Umwandler kann Schwingungen mit einer Ultraschallfrequenz erzeugen. Zum Beispiel kann der Umwandler Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 5 kHz oder mehr, etwa 13 kHz oder mehr, etwa 15 kHz oder mehr, etwa 20 kHz oder mehr, etwa 30 kHz oder mehr, etwa 35 kHz oder mehr, oder etwa 40 kHz oder mehr erzeugen. Der Umwandler erzeugt typischerweise bevorzugt Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 400 kHz oder weniger und noch besser etwa 100 kHz oder weiniger. Es können jedoch auch Umwandler verwendet werden, die Schwingungen mit einer höheren Frequenz erzeugen. Der Umformer kann Schwingungen unter Verwendung jedes beliebigen Prozesses erzeugen. Umformer, die ein piezoelektrisches elektrisches Element verwenden, sind am meisten bevorzugt.
Der Umwandler sollte eine Schwingung mit einer ausreichend hohen Amplitude erzeugen, damit das geschnittene Material weggeschoben wird und die Klingenfläche nur für kurze Zeiträume berührt. Die Amplitude der Schwingung beträgt vorzugsweise etwa 1 μm oder mehr, noch besser etwa 3 μm oder mehr, und insbesondere etwa 10 μm oder mehr. Der Umwandler sollte eine Schwingung mit einer Amplitude erzeugen, die ausreichend gering ist, damit Öffnungen des extrudierten Profils nicht verschlossen werden. Zum Beispiel beträgt die Amplitude vorzugsweise etwa 800 μm oder weniger, besser etwa 300 μm oder weniger, noch besser etwa 100 μm oder weniger, und insbesondere etwa 70 μm oder weniger.
3 veranschaulicht eine Schneideklinge 27 mit Merkmalen, die bei einem Ultraschallmesser nach den hier enthaltenen Lehren verwendet werden können. Die Schneideklinge kann ein Klingenende 28 und eine Klingenbasis 29 umfassen. Das Klingenende kann von der Klingenbasis vorspringen. Vorzugsweise ist die Klinge ein monolithischer Aufbau. Zum Beispiel können die Klingenbasis und das Klingenende aus dem gleichen Material hergestellt sein. Eine oder mehr Flächen der Klingenbasis, des Klingenendes oder von beiden können einen Überzug aufweisen. Zum Beispiel können eine oder mehrere Flächen einen Überzug zur Verbesserung der Haltbarkeit der Fläche aufweisen. Der Überzug kann einen Metallüberzug, einen Polymerüberzug, oder einen nichtmetallischen anorganischen Überzug aufweisen. Andere Oberflächenbehandlungen, die die Haltbarkeit der Oberfläche eines Metalls verbessern können, können ebenfalls eingesetzt werden. Zum Beispiel können Techniken eingesetzt werden, die ein oder mehr Atome an oder in der Nähe der Oberfläche des Metalls implantieren. Die Haltbarkeit der Klinge oder der Klingenfläche kann durch eines oder jede beliebige Kombination des Folgenden gekennzeichnet sein: Beständigkeit gegenüber einer Korrosion in einer feuchten Umgebung, Beständigkeit gegenüber einer Korrosion in einer basischen Umgebung, Beständigkeit gegenüber einer Korrosion in einer sauren Umgebung, Stärke des Materials der Klinge, Kratzfestigkeit der Oberfläche, und Härte der Oberfläche. Man wird verstehen, dass Klingen, die eine Fläche, z. B. eine Schneidefläche, ohne einen Überzug aufweisen, ebenfalls eingesetzt werden können. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Notwendigkeit bestehen kann, eine Klinge zu schärfen oder ein Material unter der Oberfächer der Klinge andernfalls freigelegt wird. Hier können Klingen, die monolithisch sind und eine Schneidefläche aufweisen, die nicht überzogen ist, besonders vorteilhaft sein.
Die Klinge kann aus jedem beliebigen geeigneten Material zum Schneiden hergestellt sein. Derartige Materialien beinhalten Metalle, Polymere, Keramiken und Gläser. Wenn ein Material, das Wasser enthält, geschnitten wird, kann es erwünscht sein, dass die Klinge gegenüber einer Korrosion in einer feuchten oder nassen Umgebung beständig ist. Vorzugsweise enthält die Klinge ein oder mehr Metalle oder Metalllegierungen oder besteht sie im Wesentlichen oder besteht sie zur Gänze daraus. Zum Beispiel kann die Klinge aus einem Metallmaterial gebildet sein, das wenigstens 51 Atomprozent eines oder einer Kombination der folgenden Elemente enthält: Eisenatome, Aluminiumatome, Titanatome, Wolframatome, Zinkatome, oder Kupferatome. Bevorzugte Materialien zur Verwendung in feuchten Umgebungen umfassen Titanmetall, Titanlegierungen, Edelstahl, oder eine Kombination davon.
Die Klingenbasis 29 kann eine im Allgemeinen vorwärts gewandte Fläche und eine im Allgemeinen rückwärts gewandte Fläche aufweisen. Die im Allgemeinen vorwärts gewandte Fläche kann zu der stromabwärts befindlichen Seite des geschnittenen Materials gewandt sein. Die im Allgemeinen rückwärts gewandte Fläche kann zu der stromaufwärts befindlichen Seite wie etwa in die Richtung der Extrusionsanlage gewandt sein. Die im Allgemeinen vorwärts gewandte Fläche und die im Allgemeinen rückwärts gewandte Fläche weisen vorzugsweise einen Winkel von etwa 5° oder weniger auf und verlaufen noch besser parallel (d. h., in einem Winkel von 0°).
Das Klingenende kann so verjüngt sein, dass der Abstand zwischen der vorwärts gewandten Fläche und der rückwärts gewandten Fläche zu der Spitze der Klinge hin abnimmt. Der Kegelwinkel der Klinge ist der spitze Winkel, der durch die vorwärts gewandte Fläche und die rückwärts gewandte Fläche des Klingenendes gebildet wird. Der Kegelwinkel kann etwa 0,5° oder mehr, etwa 2° oder mehr, oder etwa 5° oder mehr betragen. Der Verjüngungswinkel kann etwa 60° oder weniger, etwa 40° oder weniger, etwa 30° oder weniger, oder etwa 20° oder weniger betragen.
Der Kegelwinkel des Klingenendes umfasst typischerweise einen vorderen Kegelwinkel und einen hinteren Kegelwinkel. Der vordere Kegelwinkel ist der spitze Winkel zwischen der vorderen Fläche des Klingenendes und der Schneiderichtung. Der hintere Kegelwinkel ist der spitze Winkel zwischen der hinteren Fläche des Klingenendes und der Schneiderichtung. Der Kegelwinkel kann als die Summe des vorderen Kegelwinkels und des hinteren Kegelwinkels definiert sein. Der hintere Kegelwinkel sollte ausreichend klein sein, damit Material, das durch das Schneiden verdrängt wird, keine Zelle verschließt oder den Strom von Luft in eine Zelle auf eine andere Weise behindert. Der hintere Kegelwinkel kann etwa 0° oder mehr, etwa 0,5° oder mehr, etwa 1° oder mehr, etwa 1,5° oder mehr, oder etwa 2° oder mehr betragen. Vorzugsweise beträgt der hintere Kegelwinkel etwa 10° oder weniger, vorzugsweise etwa 8° oder weniger, noch besser etwa 6° oder weniger, noch besser etwa 5° oder weniger, noch besser etwa 4° oder weniger, und insbesondere etwa 3° oder weniger. Der vordere Kegelwinkel weist vorzugsweise eine größere Größe als der hintere Kegelwinkel auf. Zum Beispiel kann das Verhältnis des vorderen Kegelwinkels zu dem hinteren Kegelwinkel etwa 1,1 oder mehr, etwa 1,5 oder mehr, etwa 2 oder mehr, etwa 3 oder mehr, etwa 5 oder mehr, etwa 7 oder mehr, etwa 10 oder mehr, oder etwa 20 oder mehr betragen. Der vordere Kegelwinkel kann kleiner als der hintere Kegelwinkel sein, wenn die Klinge in einem Prozess verwendet wird, bei dem sich die Klinge verglichen mit jedweder Bewegung des geschnittenen Werkstücks mit einer ausreichend höheren Geschwindigkeit in die stromabwärts gerichtete Richtung bewegt, dass Zellen nicht mit Material, das durch den Schneideprozess verdrängt wird, ausgefüllt werden. Wie in 3 veranschaulicht kann das Klingenende 28 einen Kegelwinkel 42 umfassen, der aus einem vorderen Kegelwinkel 46 und einem hinteren Kegelwinkel 44 besteht. Vorzugsweise ist die Summe aus dem vorderen Kegelwinkel 46 und dem hinteren Kegelwinkel 44 gleich dem Kegelwinkel 42.
Etwas des Vorschnitts oder der gesamte Vorschnitt kann unter Verwendung des Endes der Klinge vorgenommen werden. Zum Beispiel kann der Vorschnitt nur durch die Flächen des verjüngten Abschnitts der Klinge, die mit dem Werkstück in Kontakt stehen, definiert sein. Man wird verstehen, dass der Prozess vermeiden kann, dass die Klingenbasis mit dem Werkstück in Kontakt tritt. Daher können Klingen, die nicht über eine Klingenbasis 29 verfügen, eingesetzt werden. Eine Klingenbasis 29, falls eingesetzt, weist vorzugsweise einen vorderen Kegelwinkel auf, der kleiner als der vordere Kegelwinkel 46 des Klingenendes 28 ist; und noch besser weist die Klingenbasis 29 einen vorderen Kegelwinkel von etwa 0° auf. Eine Klingenbasis 29, falls eingesetzt, weist vorzugsweise einen hinteren Kegelwinkel auf, der kleiner als der hintere Kegelwinkel 44 des Klingenendes 28 ist; und noch besser weist die Klingenbasis 29 einen hinteren Kegelwinkel von etwa 0° auf.
Da der Vorschnitt im Allgemeinen ein seichter Schnitt ist, kann der Prozess verhältnismäßig kurze Klingen verwenden. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Höhe der Klinge (d. h., in der Richtung des Schnitts) zu der Höhe des Werkstücks (d. h., in der Richtung des Schnitts) etwa 0,95 oder weniger, etwa 0,8 oder weniger, etwa 0,6 oder weniger oder etwa 0,4 oder weniger betragen. Die Klinge sollte eine Höhe aufweisen, die ausreicht, um den Vorschnitt vorzunehmen. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Höhe der Klinge zu der Höhe des Werkstücks etwa 0,01 oder mehr, oder etwa 0,1 oder mehr betragen. Man wird verstehen, dass Klingen mit Höhen, die größer als das Werkstück sind, ebenfalls eingesetzt werden können.
Das Gerät kann eine oder mehrere Schwingungssteuerungen zur Steuerung der Schwingungen des Ultraschallmessers umfassen. Die Steuerung kann eines oder jede beliebige Kombination des Folgenden steuern: die Amplitude der Schwingungen, die Frequenz der Schwingungen, die Dauer der Schwingungen, den Beginn der Schwingungen, oder das Ende der Schwingungen. Die Steuerung kann verwendet werden, um die Ultraschallschwingungen für einen Schneideschritt zu beginnen oder zu erhöhen (z. B. auf eine bestimmte Frequenz, eine bestimmte Amplitude, oder beides). Die Steuerung kann verwendet werden, um die Schwingungen im Anschluss an einen Schneideschritt anzuhalten oder zu verringern. Zum Beispiel kann die Klinge schwingen, während die Klinge in das geschnittene Material sinkt, und kann die Klinge ein oder mehrmals, wenn die Klinge nicht in das geschnittene Material sinkt, nicht schwingen. Die Steuerung kann in einem Schritt des Beginnens oder Erhöhens der Ultraschallschwingungen (z. B. auf eine bestimmte Frequenz, auf eine bestimmte Amplitude, oder beides) zum Reinigen der Klinge in einem Bad mit einem Reinigungsfluid verwendet werden. Man wird verstehen, dass das Gerät keine Schwingungssteuerung aufweisen kann. Zum Beispiel kann das Ultraschallmesser stetig schwingen.
Das Gerät umfasst eine bewegliche Messerhalterung, die fähig ist, das Ultraschallmesser in eine oder mehrere Richtungen zu bewegen. Die Messerhalterung kann das Messer in die Schneiderichtung bewegen, damit das Werkstück geschnitten wird. Die Messerhalterung kann das Messer von der Schneiderichtung weg bewegen, damit sich das Messer von dem Werkstück zurückzieht. Nach den hier enthaltenen Lehren kann sich das Werkstück während des Schneideprozesses in Bewegung befinden, d. h., kann sich das Werkstück in einer Fortbewegungsrichtung bewegen. Zum Beispiel kann das Werkstück ein extrudiertes Material sein, das frisch aus dem Mundstück eines Extruders stammt, wobei die Fortbewegungsrichtung die Extrusionsrichtung ist. Die Messerhalterung kann das Ultraschallmesser in der Fortbewegungsrichtung bewegen, während es einen Schnitt (z. B. einen Vorschnitt) in dem Werkstück vornimmt. Während ein Schnitt in dem Werkstück vorgenommen wird, kann sich das Ultraschallmesser mit der gleichen Geschwindigkeit, mit einer geringeren Geschwindigkeit oder mit einer höheren Geschwindigkeit in Bezug auf das Werkstück; vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit in Bezug auf das Werkstück; und insbesondere mit einer höheren Geschwindigkeit in Bezug auf das Werkstück in der Fortbewegungsrichtung bewegen. Zum Beispiel kann sich das Ultraschallmesser mit einer ausreichenden Geschwindigkeit in der Fortbewegungsrichtung bewegen, dass die hintere Fläche der Klinge nicht mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, dass Zellen des Werkstücks in der stromaufwärts befindlichen Richtung nicht verschlossen werden, oder beides. Somit kann die Messerhalterung das Messer gleichzeitig in der Schneiderichtung und in der Fortbewegungsrichtung bewegen. Vorzugsweise ist die Messerhalterung fähig, die Bewegungsrichtung des Messers in wenigstens der Schneiderichtung und in der Fortbewegungsrichtung zu steuern. Nach der Vornahme eines Vorschnitts kann die Messerhalterung das Ultraschallmesser in die Richtung, die zu der Schneiderichtung entgegengesetzt ist, bewegen, um das Messer von dem Werkstück zurückzuziehen. Die Messerhalterung kann fähig sein, das Messer zu einer nachstehend besprochenen Reinigungsvorrichtung zu bewegen, das Messer an eine Position zur Vornahme eines anderen Schnitts (wie etwa einer Ausgangsposition zur Vornahme eines anderen Vorschnitts) zu bewegen, oder beides.
Die bewegliche Messerhalterung kann jede beliebige bekannte Vorrichtung sein, die dazu geeignet ist, das Messer in die Richtungen zu bewegen, die zum Schneiden des Extrudats nötig sind. Die bewegliche Messerhalterung kann fähig sein, die Stelle des Teils, das geschnitten werden soll, zu identifizieren. Die bewegliche Messerhalterung kann zu einer bis sechs Bewegungsachsen pro Station fähig sein. Vorrichtungen mit nur einer Bewegungsachse erfordern, dass das Extrudat an eine Stelle für ein stationäres Schneiden bewegt wird. Da sich das Extrudat im Allgemeinen in der Achsenrichtung von dem Extrudermundstück weg bewegt, wird bevorzugt, dass die Vorrichtung zu einer oder mehr Bewegungsachsen fähig ist. Vorrichtungen, die zu mehr als zwei Bewegungsachsen fähig sind, können gestatten, dass sich der Schneider (z. B. das Ultraschallmesser) zwischen Positionen für andere Schneideprozesse, für einen Reinigungsprozess, oder beides bewegt. Beispielhafte Vorrichtungen umfassen Roboter, pneumatisch betätigte 2D-Gleitelemente, lineare Bewegungssysteme, Drehbewegungssysteme, und dergleichen. Bei der Vorrichtung kann es sich um pneumatisch, hydraulisch und elektromechanisch angetriebene Systeme handeln.
Das Gerät kann eine oder mehr Steuerungen zur Steuerung der Position des Ultraschallmessers umfassen. Zum Beispiel kann die Steuerung die Position des Ultraschallmessers in Bezug auf ein sich bewegendes Werkstück steuern. Die Steuerung kann einen oder mehrere Aktivatoren oder Sensoren zur Bestimmung, wann ein Vorschneideschritt nötig ist, einen oder mehrere Aktivatoren oder Sensoren zur Bestimmung, wann ein Vorschneideschritt abgeschlossen ist, einen oder mehr Aktivatoren oder Sensoren zur Bestimmung, wann eine Klinge eine Reinigung benötigt, einen oder mehrere Aktivatoren oder Sensoren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit eines Werkstücks, oder jede beliebige Kombination davon umfassen. Die Steuerung kann eine ausreichende Anzahl von Sensoren umfassen, damit das Werkstückmaterial (z. B. das Extrudat) in eine bestimmte Länge geschnitten wird.
Das Gerät kann eine oder mehrere Fördereinrichtungen zum Befördern des Materials (z. B. des Extrudats) in einer Fortbewegungsrichtung umfassen. Die Fördereinrichtung kann so gesteuert werden, dass das Extrudat einen bestimmten Querschnitt aufweist. Zum Beispiel kann das Gerät eine Extrudat-Fördereinrichtung aufweisen, die in der Nähe des Ausgangs eines Mundstücks positioniert ist, um das Material, das extrudiert wird, aufzunehmen. Das Extrudat kann sich einheitlich mit der Geschwindigkeit des Materials, das extrudiert wird, bewegen, oder kann eine höhere Geschwindigkeit aufweisen, damit das Material bis zu einem gewünschten Grad gestreckt wird.
Das System kann einen Extruder, ein Extrudermundstück, eine Extrudat-Fördereinrichtung, eine sekundäre Fördereinrichtung stromabwärts von einer Extrudat-Fördereinrichtung, eine Trockenvorrichtung, einen Sensor zum Messen einer oder mehrerer Abmessungen des Extrudats oder jede beliebige Kombination davon umfassen. Das System kann einen Extruder umfassen, um das Extrudat zu extrudieren. Das System kann ein Mundstück umfassen, um ein Profil für das Extrudat zu bilden. Das System kann eine Extrudat-Fördereinrichtung umfassen, um das Extrudat in der waagerechten Richtung von dem Mundstück weg zu befördern.
Das Gerät umfasst vorzugsweise ein Mundstück zum Formen eines Teils mit einem im Allgemeinen fortlaufenden Profil, das eine oder mehrere längliche Zellen umfasst. Zum Beispiel kann das Mundstück ein Profil herstellen, das durch eines oder jede beliebige Kombination des Folgenden gekennzeichnet ist: das Profil umfasst eine oder mehr Reihen von Zellen, das Profil umfasst eine oder mehr Spalten von Zellen, das Profil umfasst eine Anordnung von länglichen Zellen, das Profil umfasst eine wabenförmige Anordnung von Zellen, oder das Profil umfasst vier oder mehr Zellen. Vorzugsweise ist das Mundstück fähig, ein Profil mit einer Anordnung von länglichen Zellen herzustellen. Zum Beispiel kann das Mundstück fähig sein, ein Profil mit 3 oder mehr Reihen von Zellen (zum Beispiel fünf oder mehr Reihen von Zellen) herzustellen. Das Mundstück kann so gewählt sein, dass der Querschnitt des Extrudatprofils (d. h., senkrecht zu der Extrusionsrichtung) eine Profilquerschnittfläche aufweist und der Querschnitt des Extrudatprofils Zellen mit einer gesamten Zellenquerschnittfläche aufweist, wobei das Verhältnis der gesamten Zellenquerschnittfläche zu der Profilquerschnittfläche etwa 0,4 oder mehr beträgt.
Der Extruder kann ein Material bei einer Temperatur nahe an der Umgebungstemperatur (d. h., von etwa –5°C bis etwa 38°) oder bei einer erhöhten Temperatur (d. h., über 38°C) extrudieren. Zum Beispiel kann die Temperatur des extrudierten Materials, wenn dieses den Extruder verlässt und/oder wenn es geschnitten wird, etwa –5°C oder mehr, etwa 0°C oder mehr, etwa 5°C oder mehr, etwa 10°C oder mehr, etwa 15°C oder mehr, etwa 20°C oder mehr, etwa 25°C oder mehr, oder etwa 38°C oder mehr betragen. Die Temperatur des extrudierten Materials, wenn dieses den Extruder verlässt und/oder wenn es geschnitten wird, kann etwa 100°C oder weniger, etwa 70°C oder weniger, etwa 50°C oder weniger, etwa 40° oder weniger, etwa 38°C oder weniger, etwa 35°C oder weniger, oder etwa 30°C oder weniger betragen. Bei einem bevorzugten Prozess umfasst das extrudierte Material mehr als 60 Gew.-% anorganische Teilchen und wird es nahe an der Umgebungstemperatur extrudiert.
Die Klinge des Ultraschallmessers kann eine Reinigung erfordern, um Material, das an der Oberfläche abgelagert wird, zu entfernen. Die Reinigung der Klinge kann einen Schritt des Sprühens einer Reinigungsflüssigkeit auf eine oder mehr Flächen der Klinge, das Sprühen eines Gases auf eine oder mehr Flächen der Klinge, das Anordnen der Klinge in einem Bad, das eine Flüssigkeit enthält, das Reinigen der Klinge mittels Ultraschall durch Aktivieren des Umwandlers des Messers, während die Klinge mit einer Flüssigkeit in Kontakt steht, oder jede beliebige Kombination davon umfassen. Vorzugsweise umfasst das Reinigen der Klinge einen Schritt des Anordnens der Klinge in einem Bad aus einer Reinigungsflüssigkeit, einen Schritt des Schwingens der Klinge, und einen Schritt des Entnehmens der Klinge aus dem Bad. Die Reinigungsflüssigkeit kann jede beliebige Flüssigkeit sein, die zur Verwendung in einem Spray oder in einem Ultraschallbad geeignet ist. Zum Beispiel kann die Reinigungsflüssigkeit Wasser, ein oder mehr Lösemittel, ein oder mehr Tenside, oder jede beliebige Kombination davon umfassen, im Wesentlichen daraus bestehen, oder zur Gänze daraus bestehen. Das Reinigen der Klingen kann erfolgen, während die Klinge oder das Messer an einer mechanischen Bewegungsvorrichtung angebracht ist, oder wenn die Klinge oder das Messer von einer mechanischen Bewegungsvorrichtung abgenommen ist. Zum Beispiel kann eine mechanische Bewegungsvorrichtung sowohl für einen Schneideschritt als auch für einen Reinigungsschritt eingesetzt werden, wobei das Messer zwischen einer ersten Schneideposition und einer zweiten Reinigungsposition bewegt wird. Alternativ, oder zusätzlich, kann eine mechanische Bewegungsvorrichtung wie etwa ein Roboterarm oder eine andere mechanische Vorrichtung eingesetzt werden, um ein Reinigungsbad oder eine Sprühdüse zu dem Messer zu bewegen. Das Reinigen der Klinge kann in beliebigen Intervallen zwischen Schritten des Schneidens von Werkstücken stattfinden. Zum Beispiel kann die Schneideklinge nach einem bestimmten Intervall von Vorschnitten (z. B. nach jedem Schnitt, nach jedem zweiten Schnitt, nach jedem n-ten Schnitt) oder in unregelmäßigen Intervallen auf Basis einer Bestimmung durch eine Bedienperson und/oder auf Basis einer Bestimmung durch eine automatisierte Untersuchung gereinigt werden.
Wie oben besprochen kann das Gerät einen oder mehr Bestandteile zum Reinigen der Klinge des Ultraschallmessers umfassen. Zum Beispiel kann das Gerät eine Sprühpistole, eine Sprühdüse, ein Bad zum Halten einer Reinigungsflüssigkeit, eine Vorrichtung zum automatischen Bewegen eines Ultraschallmessers zu einer Reinigungseinrichtung, eine Vorrichtung zum automatischen Bewegen einer Reinigungseinrichtung zu einem Ultraschallmesser, einen Fluidanschluss zum Führen eines Reinigungsfluids zu einer Sprühpistole oder einem Reinigungsbad, oder jede beliebige Kombination davon umfassen.
Unter Bezugnahme auf 4A und 4B kann ein Extrudat 10 unter Verwendung einer Schneideklinge 27 geschnitten werden, während sich das Extrudat vorwärts bewegt. 4A ist ein seitlicher Querschnitt, der beispielhafte Merkmale eines Schneideprozesses zeigt, und 4B ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines Extrudats zeigt, nachdem ein Schnitt unter Verwendung einer Ultraschallklinge vorgenommen wurde. Das Extrudat 10 kann sich auf einem Substrat 24 wie etwa einem Förderband befinden, das sich vorwärts bewegt. Vorzugsweise bewegt sich die Schneideklinge 27 zusätzlich zu ihrem Vorrücken in das Extrudat in der gleichen Richtung wie das Extrudat 10 vorwärts. Somit kann die Bewegung der Schneideklinge eine waagerechte Geschwindigkeit 72 der Schneideklinge und eine senkrechte Geschwindigkeit 74 der Schneideklinge umfassen. Die Bewegung des Extrudats kann durch eine Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70, die vorzugsweise in einer waagerechten Richtung verläuft, gekennzeichnet sein. Vorzugsweise verläuft die waagerechte Geschwindigkeit der Schneideklinge in der gleichen Richtung wie die Extrudatvorschubgeschwindigkeit. Vorzugsweise ist die waagerechte Geschwindigkeit der Schneideklinge größer als die Extrudatvorschubgeschwindigkeit. Somit kann sich die hintere Fläche der Schneideklinge von dem frisch geschnittenen Extrudat weg bewegen, so dass der Kontakt zwischen der hinteren Fläche und dem Extrudat verringert oder beseitigt ist. Vorzugsweise ist während des Schneideprozesses ein Spalt 60 zwischen der hinteren Fläche der Schneideklinge und dem Extrudat vorhanden. Der Spalt 60 ist vorzugsweise ausreichend groß, damit Luft in jede der Öffnungen 12, die durch die Schneideklinge durchbohrt wurden (z. B. während eines Vorschneideschritts) strömen kann. Somit kann jedwedes Vakuum in den Öffnungen stromaufwärts von der Schneideklinge verringert oder beseitigt werden. Die senkrechte Geschwindigkeit 74 der Schneideklinge ist vorzugsweise für ein leistungsfähiges Schneiden des Extrudats ohne Blockieren der Öffnungen 12 während des Schneideprozesses gewählt. Der anfängliche Schnitt durchdringt zumindest die erste Schicht von Öffnungen 12. Nachdem der anfängliche Schnitt (z. B. der Vorschnitt) abgeschlossen wurde, kann die Schneideklinge durch Aufwärtsbewegen der Klinge in der senkrechten Richtung entfernt werden. Wenn die Klinge entfernt ist, ist das Extrudat mit einem Spalt 64 zurückbelassen. Der Spalt weist vorzugsweise eine Keilform auf, wobei sich der breiteste Teil des Spalts an der Oberseite des Extrudats 10 befindet.
Das Gerät kann eine oder mehr sekundäre Schneidevorrichtungen umfassen, um einen Schnitt, der durch ein Ultraschallmesser begonnen wurde, fertigzustellen. Die sekundäre Schneidevorrichtung ist vorzugsweise kein Ultraschallmesser. Zum Beispiel kann die sekundäre Schneidevorrichtung ein Schneidewerkzeug einsetzen, das dünner als das Ultraschallmesser ist.
Eine besonders bevorzugte sekundäre Schneidevorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Draht einsetzt, um einen abschließenden Schnitt vorzunehmen. Die sekundäre Schneidevorrichtung kann ein Drahtschneider sein. Der Draht ist vorzugsweise ausreichend dünn, damit er in die Öffnung, die während eines Vorschnitts hergestellt wurde, eingesetzt werden kann, ohne die vorhergehende oder die nachfolgende freiliegende Kante, die durch den Vorschnitt erzeugt wurde, zu berühren. Der Draht weist vorzugsweise eine Dicke oder einen Durchmesser von etwa 1,0 mm oder weniger, besser etwa 0,5 mm oder weniger, noch besser etwa 0,3 mm oder weniger, und insbesondere etwa 0,2 mm oder weniger auf. Der Draht sollte ausreichend dick sein, damit der Draht nicht brechen wird, während er zum Schneiden verwendet wird. Vorzugsweise sollte der Draht ausreichend dick sein, damit er Teile mit einer Breite von etwa 1 Zoll oder mehr (z. B. mit einer Breite von etwa 2 Zoll oder mehr, oder etwa 3 Zoll oder mehr) schneiden kann, damit der Draht Teile mit einer Schneidegeschwindigkeit von etwa 1 Zoll/Minute oder mehr (z. B. etwa 2 Zoll/Minute oder mehr, oder etwa 5 Zoll/Minute oder mehr, oder etwa 10 Zoll/Minute oder mehr) schneiden kann, oder beides. Zum Beispiel kann der Draht eine Dicke oder einen Durchmesser von etwa 0,013 mm oder mehr, etwa 0,025 mm oder mehr, etwa 0,05 mm oder mehr, oder etwa 0,10 mm oder mehr aufweisen.
Die sekundäre Schneidevorrichtung wie etwa ein Drahtschneider ist vorzugsweise fähig, sich während des Schneideprozesses synchron mit dem Extrudat fortzubewegen. Zum Beispiel bewegt sich der Draht, während der Draht in das Extrudat eingesetzt ist, synchron mit dem Extrudat. Ebenso bewegt sich der Draht vorzugsweise synchron mit dem Extrudat, während der Draht von dem Extrudat zurückgezogen wird.
Das Gerät kann eine oder mehr bewegliche Drahtschneiderhalterungen umfasst, die fähig sind, den Drahtschneider in eine oder mehr Richtungen zu bewegen. Eine geeignete Drahtschneiderhalterung kann eines oder jede beliebige Kombination der hier beschriebenen Merkmale für die bewegliche Messerhalterung aufweisen. Zum Beispiel kann die bewegliche Drahtschneiderhalterung fähig sein, den Draht in die Schneiderichtung zu bewegen (z. B. um den finalen Schnitt vorzunehmen), den Draht von der Schneiderichtung weg zu bewegen (z. B. um den Draht von dem finalen Schnitt zurückzuziehen), den Draht in der Fortbewegungsrichtung des Extrudats zu bewegen, den Draht in die zu der Fortbewegungsrichtung des Extrudats umgekehrte Richtung zu bewegen, oder jede beliebige Kombination davon.
Ein sekundärer Schneideprozess kann eines oder jede beliebige Kombination der in 5, 6, und 7 gezeigten Merkmale umfassen. Der sekundäre Schneideprozess kann ein sekundäres Schneidewerkzeug wie etwa einen Drahtschneider 68 verwenden. Der Drahtschneider 68 kann in einem Spalt 64, der in einem anfänglichen Schneideschritt gebildet wurde, positioniert sein. Während des sekundären Schneideschritts kann das Extrudat mit einer Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70'' (die die gleiche wie die Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70 bei Vornahme des anfänglichen Schnitts oder davon verschieden sein kann) vorrücken. Der Drahtschneider 68 verfügt vorzugsweise über Beweglichkeit in der waagerechten und in der senkrechten Richtung. Die Bewegung des Drahtschneiders 68 in der senkrechten Richtung ist die senkrechte Vorschubgeschwindigkeit 78 des Drahtschneiders, und die Bewegung des Drahtschneiders in der waagerechten Richtung ist die waagerechte Vorschubgeschwindigkeit 76 des Drahtschneiders. Der Drahtschneider 68 bewegt sich vorzugsweise nicht relativ zu dem Extrudat 10 in der waagerechten Richtung. Daher ist die waagerechte Vorschubgeschwindigkeit 76 des Drahtschneiders vorzugsweise die gleiche wie die Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70'', während mit dem Drahtschneider geschnitten wird, während der Drahtschneider von dem geschnittenen Extrudat entfernt wird, oder beides. Die waagerechte Vorschubgeschwindigkeit des Drahtschneiders. Nach dem Schneiden von etwas oder dem gesamten Extrudat 10, das nicht in dem anfänglichen Schneideschritt geschnitten wurde, hält der Drahtschneider 68 die Vorwärtsbewegung in der senkrechten Richtung an, wie in 6 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 6 kann der Drahtschneider 68 eine Trennung zwischen den beiden Seiten des Extrudats 10 erzeugen. Unter Bezugnahme auf 7 kann der Drahtschneider 68 durch Bewegen des Drahtschneiders 68 in einer senkrechten Richtung nach oben mit einer senkrechten Vorschubgeschwindigkeit 68' des Drahtschneiders von dem geschnittenen Extrudat entfernt werden. Während der Drahtschneider 68 entfernt wird, sind die waagerechten Geschwindigkeiten 76, 70'' des Extrudats und des Drahtschneiders vorzugsweise gleich, so dass sich der Drahtschneider im Allgemeinen entlang der Trennung 66 vorwärts bewegt.
Unter Bezugnahme auf 10 kann das Schneidesystem nach den hier enthaltenen Lehren einen Extruder 80, ein Extrudermundstück 82, ein Ultraschallmesser mit einer Messerklinge 27, einen Drahtschneider 84, eine bewegliche Messerhalterung 86, eine bewegliche Drahtschneiderhalterung 87, eine Extruder-Fördereinrichtung 88, und eine sekundäre Fördereinrichtung 90 oder jede beliebige Kombination davon umfassen. Das Schneidesystem kann ein sekundäres Schneidewerkzeug wie etwa einen Drahtschneider 68 umfassen. Das Schneidesystem kann das Extrudat 10 mit einer Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70 vorrücken (z. B. zum Beispiel von dem Extruder weg). Man wird verstehen, dass die Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70 konstant sein kann oder variieren kann. Vorzugsweise ist die Extrudatvorschubgeschwindigkeit 70 konstant und während des anfänglichen und des sekundären Schneideschritts gleich. Das Schneidesystem kann einen oder mehrere Ultraschallumwandler 92 umfassen. Der eine oder die mehreren Ultraschallumwandler 92 können ein Teil des Ultraschallmessers sein, an dem Ultraschallmesser angebracht sein, oder auf eine andere Weise so mit dem Ultraschallmesser verbunden sein, dass die Ultraschallschwingung des Messers durch den Umwandler 92 gesteuert wird.
Die Vorrichtungen, Geräte, Systeme und Verfahren nach den hier enthaltenen Lehren können beim Schneiden eines Extrudats mit einem Querschnitt, der fest ist, oder mit einem Querschnitt, der eine oder mehr Zellen aufweist, eingesetzt werden. Besondere Vorteile werden erhalten, wenn der Querschnitt eine oder mehr Zellen umfasst. Im Allgemeinen wird eine Zelle entlang der Länge des Extrudats verlaufen. Das Schneiden von Extrudaten mit einer großen Anzahl von Zellen kann unter Verwendung der Vorrichtungen, Geräte, Systeme und Verfahren nach den hier enthaltenen Lehren bewerkstelligt werden. Zum Beispiel kann das Extrudat etwa 2 oder mehr, etwa 6 oder mehr, etwa 12 oder mehr, etwa 20 oder mehr, etwa 30 oder mehr, oder etwa 80 oder mehr Zellen aufweisen. Die Zellen können in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein, oder können unregelmäßig angeordnet sein. Zum Beispiel können die Zellen in einer Anordnung angeordnet sein, die eine oder mehr Reihen und eine oder mehr Spalten umfasst. Die Anzahl der Reihen beträgt vorzugsweise 2 oder mehr, 4 oder mehr, oder 7 oder mehr. Die Anzahl der Spalten beträgt vorzugsweise 2 oder mehr, 4 oder mehr, oder 7 oder mehr. Das sich wiederholende Muster kann jede beliebige Anzahl von Zellen umfassen. Zum Beispiel veranschaulicht der Querschnitt in 8 ein sich wiederholendes Muster 96 mit 2 Zellen, und veranschaulicht der Querschnitt in 9 ein sich wiederholendes Muster 96' mit 1 Zelle.
Das Extrudat ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Zellen einschließlich einer ersten Reihe von Zellen in der Nähe der Unterseite des Extrudats und einer oberen Reihe von Zellen in der Nähe der Oberseite des Extrudats aufweist. Zum Beispiel kann das Extrudat drei oder mehr Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und eine obere Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen aufweisen. Während eines Vorschneideschritts wird bevorzugt, dass das Ultraschallmesser durch die gesamte obere Außenwand schneidet, so dass die oberste Reihe von offenen Zellen frei liegt.
Der Extrudataufbau kann ein allgemeiner Wabenaufbau wie etwa der in 8 veranschaulichte Aufbau mit im Allgemeinen sechseckigen Zellen sein. Der Extrudataufbau kann wie in 9 veranschaulicht eine Anordnung von im Allgemeinen rechteckigen oder quadratisch geformten Zellen sein. Man wird verstehen, dass die Beabstandung zwischen Zellen im Allgemeinen gleichmäßig sein kann. Es können jedoch auch unregelmäßig beabstandete Zellen eingesetzt werden.
Das Extrudat kann eine oder mehr Außenflächen, die bogenförmig sind, eine oder mehr Außenflächen, die flach sind, oder beides aufweisen. Wenn das Teil eine untere Fläche aufweist, die bogenförmig ist, kann ein Träger eingesetzt werden, um das Teil zu befördern oder anderweitig zu tragen. Der Extrudataufbau weist vorzugsweise eine im Allgemeinen flache Unterseite auf, so dass das Extrudat entlang eines flachen Förderbands befördert werden kann. Die Form des Querschnitts (d. h., der Außenumfang des Querschnitts) des Wabenaufbaus senkrecht zu der Maschinenrichtung kann zwei oder mehr Seiten, drei oder mehr Seiten, oder vier oder mehr Seiten aufweisen. Zum Beispiel kann die Form ein Dreieck, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Halbkreis, oder ein Halboval, eine Halbellipse sein. Vorzugsweise weist der Wabenaufbau einen im Allgemeinen gleichmäßigen Querschnitt mit einem Außenumfang auf, der im Allgemeinen vieleckig und noch besser im Allgemeinen rechteckig ist.
Die Vorrichtungen, Geräte, Systeme und Verfahren nach den hier enthaltenen Lehren können mit jedem beliebigen extrudierten Material eingesetzt werden. Besondere Vorteile finden sich, wenn durch Materialien, die sich in einem formbaren Zustand befinden, geschnitten wird. Das Material kann ein organisches Material, ein anorganisches Material, oder beides sein. Das Material kann ein Polymermaterial enthalten oder im Wesentlichen frei von Polymermaterialien sein. Das Extrudatmaterial (d. h., die Extrudatzusammensetzung) kann ein Gemisch sein, das ein oder mehr teilchenförmige Materialien und ein oder mehr flüssige Materialien enthält.
Ein besonders bevorzugtes Extrudatmaterial ist ein Material, das eine oder mehr anorganische Verbindungen enthält, im Wesentlichen daraus besteht, oder zur Gänze daraus besteht. Zum Beispiel kann das Extrudat Teilchen einer oder mehrerer anorganischer Verbindungen enthalten. Das Extrudat kann eine ausreichende Menge eines oder mehrerer Bindemittel enthalten, um die Teilchen zusammenzuhalten, um den Fluss des Materials zu verbessern, oder beides. Das Bindemittel kann eine oder mehr Flüssigkeiten umfassen, die dazu geeignet sind, die Teilchen zusammenzuhalten, dazu geeignet sind, den Fluss des Materials zu verbessern, oder beides. Eine besonders bevorzugte Flüssigkeit für das Extrudatmaterial ist eine Flüssigkeit, die Wasser, Glykolether, oder beides enthält, im Wesentlichen daraus besteht, oder daraus besteht. Beispiele für anorganische Teilchen, die eingesetzt werden können, umfassen Teilchen, die Siliziumatome, Aluminiumatome, Titanatome oder jede beliebige Kombination davon enthalten. Die Teilchen können ein oder mehr anorganische Oxide enthalten oder daraus bestehen. Zum Beispiel können die Teilchen ein Siliziumoxid, ein Aluminiumoxid, ein Titanoxid oder jede beliebige Kombination davon enthalten. Besonders bevorzugte anorganische Verbindungen enthalten etwa 35 Atom oder mehr Sauerstoffatome. Zum Beispiel können etwa 35 Prozent oder mehr der Atome in dem Extrudatmaterial Sauerstoffatome sein. Das Extrudatmaterial kann einen oder mehr Tone und ein oder mehr Bindemittel enthalten. Falls verwendet, beträgt die Konzentration des Tons vorzugsweise etwa 20 Gewichtsprozent oder mehr, und noch besser 40 Gewichtsprozent oder mehr auf Basis des Gesamtgewichts des Extrudatmaterials.
Bevorzugte anorganische Teilchen weisen eine Durchschnittsgröße von etwa 100 μm oder weniger, besser etwa 30 μm oder weniger, noch besser etwa 10 μm oder weniger, und insbesondere etwa 5 μm oder weniger auf. Typischerweise weisen die anorganischen Teilchen eine Durchschnittsgröße von etwa 0,01 μm oder mehr auf.
Die Menge der Flüssigkeit in dem Extrudatmaterial kann ausreichend sein, damit das Extrudatmaterial bei oder nahe an Umgebungstemperaturen durch einen Extruder und durch ein Extrudermundstück verarbeitet werden kann. Zum Beispiel kann die Extrusionstemperatur, die Temperatur des Materials, das durch das Mundstück verläuft, oder beides etwa 38°C oder weniger, etwa 35°C oder weniger, etwa 30°C oder weniger, oder etwa 25°C oder weniger betragen. Die Extrusionstemperatur, die Temperatur des Materials, das durch das Mundstück verläuft, oder beides kann etwa 5°C oder mehr und noch besser etwa 10°C oder mehr betragen.
Das Extrudatmaterial kann dazu fähig sein, getrocknet oder gebrannt zu werden, damit das extrudierte Material nicht länger formbar ist.
Damit das Extrudatmaterial formbar ist, kann es ein oder mehr Bindemittel enthalten. Das Bindemittel kann ein oder mehr Fluide mit einem niedrigen Molekulargewicht enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen, oder zur Gänze daraus bestehen. Beispielshalber kann das Bindemittel Wasser, ein Lösemittel, ein Plastifiziermittel, oder jede beliebige Kombination davon enthalten, im Wesentlichen daraus bestehen, oder zur Gänze daraus bestehen. Die Konzentration des Fluids mit einem niedrigen Molekulargewicht sollte ausreichend hoch sein, damit das Material formbar ist. Zum Beispiel kann die Konzentration des Fluids mit einem niedrigen Molekulargewicht etwa 1% oder mehr, etwa 2% oder mehr, etwa 4% oder mehr, etwa 6% oder mehr, etwa 8% oder mehr, oder etwa 10% oder mehr betragen. Die Konzentration des Fluids mit einem niedrigen Molekulargewicht ist vorzugsweise ausreichend niedrig, damit das Teil nicht ohne eine ausgeübte Kraft fließt. Zum Beispiel kann die Konzentration des Fluids mit einem niedrigen Molekulargewicht etwa 40% oder weniger, etwa 30% oder weniger, etwa 25% oder weniger oder etwa 20% oder weniger auf Basis des Gesamtgewichts des Materials betragen.
Das Extrudatmaterial kann einen oder mehrere Keramikvorläuferstoffe enthalten. Ein extrudiertes Teil, das einen Keramikvorläuferstoff enthält, kann verwendet werden, um ein Keramikfilter herzustellen. Zum Beispiel kann das Extrudatmaterial verwendet werden, um ein Keramikfilter herzustellen, das zum Filtern von Dieselteilchen geeignet ist (d. h., ein Dieselpartikelfilter). Das Extrudatmaterial, das einen oder mehr Keramikvorläuferstoffe enthält, enthält optional ein oder mehr Bindemittel, ein oder mehr flüssige Träger, oder beides. Die Keramikvorläuferstoffe sind die Reaktionsmittel oder Bestandteile, die dann, wenn sie bestimmten Bedingungen ausgesetzt werden, einen Keramikkörper oder ein Teil aus einem formbaren Extrudatteil (z. B. einen nassen keramischen Grünkörper) bilden. Bei der Bildung eines nassen keramischen Grünkörpers und letztendlich des Keramikfilters können alle beliebigen bekannten Keramikvorläuferstoffe verwendet werden. Unter den Keramikvorläuferstoffen enthalten sind die Vorläuferstoffe, die benutzt werden, um eines oder mehr aus Mullit (wie etwa in US 7,485,594 ; US 6,953,554 ; US 4,948,766 und US 5,173,349 , die alle hier durch Nennung aufgenommen werden, offenbart), Siliziumkarbid, Cordierit, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumcarbonitrid, Beta-Spodumen, Strontiumaluminiumsilikate, Lithiumaluminiumsilikate, und dergleichen anzufertigen. Bevorzugte poröse keramische Körper umfassen Mullit, Siliziumkarbid, Aluminiumtitanat, Cordierit, und Zusammensetzungen, die Keramikbindemittel und Keramikfasern, Mullit oder Kombinationen davon enthalten. Bevorzugte Siliziumkarbide sind in den US-Patentschriften 6,582,796 , 6,669,751 B1 und den WO-Veröffentlichungen EP 1 142 619 A1 , WO 2002/070106 A1 beschrieben. Andere geeignete poröse Körper sind durch WO 2004/011386 A1 , WO 2004/011124 A1 , US 2004/0,020,359 A1 und WO 2003/0514488 A1 , die alle hier durch Nennung aufgenommen werden, beschrieben. Organische Bindemittel, die bei dieser Erfindung nützlich sind, umfassen alle bekannten Materialien, die den nassen Keramikvorläuferstoff formbar machen. Vorzugsweise sind die Bindemittel organische Materialien, die bei Temperaturen unter den Temperaturen, bei denen die Keramikvorläuferstoffe reagieren, um Keramikfilterabschnitte zu bilden, zerfallen oder verbrennen. Unter den bevorzugten Bindemitteln finden sich jene die in Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, Wiley Interscience, 1988, hier durch Nennung aufgenommen, beschrieben sind. Ein besonders bevorzugtes Bindemittel ist Methylcellulose (wie etwa METHOCEL, A15LV Methylcellulose, The Dow Chemical Co., Midland, Mich.). Flüssige Träger umfassen alle beliebigen Flüssigkeiten, die die Bildung eines formbaren nassen Keramikgemischs erleichtern. Unter den bevorzugten flüssigen Trägern (Dispergiermitteln) finden sich jene Materialien, die in Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, Wiley Interscience, 1988, beschrieben sind. Ein besonders bevorzugter flüssiger Träger ist Wasser. Das Gemisch, das zur Anfertigung nasser keramischer Grünkörper nützlich ist, kann durch jedes beliebige geeignete Verfahren wie die in der Technik bekannten hergestellt werden. Beispiele umfassen das Kugelmahlen, das Bandmischen, das vertikale Schneckenmischen, das V-Mischen und das Reibungsmahlen. Das Gemisch kann trocken (d. h., unter Fehlen eines flüssigen Trägers) oder nass angefertigt werden. Wenn das Gemisch unter Fehlen eines flüssigen Trägers angefertigt wird, wird anschließend unter Verwenden eines beliebigen der in diesem Absatz beschriebenen Verfahren ein flüssiger Träger beigegeben.
Das Gemisch aus Keramikvorläuferstoffen, optional Bindemitteln, und flüssigen Trägern kann durch jedes beliebige Mittel, das in der Technik bekannt ist, geformt werden. Beispiele umfassen den Spritzguss, die Extrusion, das isostatische Pressen, den Schlickerguss, die Rollenverdichtung und den Bandguss. Jedes davon ist in Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, Wiley Interscience, 1988, hier durch Nennung aufgenommen, näher beschrieben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch zu der endabmessungsnahen Form und Größe des letztendlich gewünschten Keramikteils geformt. Endabmessungsnahe Form und Größe bedeutet, dass die Größe des nassen keramischen Grünkörpers innerhalb von 10 Volumenprozent der Größe des finalen Keramikfilters liegt, wobei die Größe und die Form vorzugsweise innerhalb von 5 Volumenprozent der Größe des finalen Keramikfilters liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der nasse keramische Grünkörper so geformt, dass er als Durchflussfilter benutzt werden kann. In diesem Stadium in dem Prozess weist der nasse keramische Grünkörper zwei entgegengesetzte Flächen auf, die im Wesentlichen flach sind. Der nasse keramische Grünkörper zeigt eine Querschnittform, die für alle Ebenen parallel zu den beiden entgegengesetzten Flächen gleichmäßig ist. Vorzugsweise sind in diesem Stadium alle Fließdurchgänge zu beiden gegenüberliegenden Flächen offen. Dies gestattet eine leistungsfähigere Beseitigung des flüssigen Trägers.
Der Prozess zum Schneiden eines Extrudatmaterials nach den hier enthaltenen Lehren umfasst vorzugsweise einen Vorschneideschritt und einen finalen Schneideschritt unter Verwendung unterschiedlicher Schneidewerkzeuge. Während des Vorschneideschritts wird im Allgemeinen nur ein Teil der Höhe des Extrudats geschnitten. Der Prozess kann einen Schritt des Vorschneidens des Extrudats unter Verwendung einer Ultraschallklinge umfassen. Der Prozess kann einen Schritt der Vornahme eines finalen Schnitts in dem Extrudat unter Verwendung eines Drahtschneiders umfassen. Zum Beispiel kann der Prozess einen Schritt des derartigen Schneidens des Extrudats mit einem Draht umfassen, dass ein extrudiertes Teil mit einer bestimmten Länge gebildet wird.
Der Prozess kann einen Schritt des Schneidens eines Extrudats mit mehreren Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und einer oberen Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen umfassen. Vorzugsweise umfasst der Prozess einen Schritt der Vornahme eines Vorschnitts durch wenigstens die obere Außenwand.
Der Prozess kann durch eines oder jede beliebige Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet sein: der Prozess kann einen Schritt zum Bilden eines Profils durch Führen des Extrudatmaterials (z. B. eines Gemischs) durch ein Mundstück umfassen; der Prozess kann einen Schritt des Wegbeförderns des Extrudats von dem Mundstück in der Extrusionsrichtung unter Verwendung einer Fördereinrichtung umfassen; der Schritt des Vorschneidens des Extrudats kann ein synchrones Bewegen des Ultraschallmessers und des Extrudats in der Extrusionsrichtung, während das Extrudat durch Bewegen des Ultraschallmessers in eine Richtung senkrecht zu der Extrusionsrichtung geschnitten wird, umfassen; oder der Prozess kann einen Schritt des Entfernens von anorganischem Material von einer Fläche des Messers durch Bewegen des Messers zu einem Flüssigkeitsbad (oder Bewegen eines Flüssigkeitsbads zu dem Messer) und Schwingen des Messers in dem Bad umfassen.
Der Schritt des Vorschneidens des Extrudatmaterials umfasst vorzugsweise einen Schritt des Verwendens eines Ultraschallmessers zur Vornahme eines Vorschnitts in einem Extrudatmaterial, das eine oder mehr anorganische Verbindungen enthält, im Wesentlichen daraus besteht, oder zur Gänze daraus besteht.
Der Schritt des Vorschneidens des Extrudats kann das Schneiden eines Extrudats mit drei oder mehr Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und einer oberen Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen umfassen, wobei der Schritt des Vorschneidens des Extrudats das vollständige Schneiden durch die obere äußere Wand, damit die oberste Reihe von offenen Zellen freiliegt, umfasst.
Während des Vorschneideschritts, während des Entfernens der Ultraschallklinge von dem Vorschnitt, oder beidem bewegt sich das Ultraschallmesser in Bezug auf das Extrudat vorzugsweise schneller in der Extrusionsrichtung (d. h., der Fortbewegungsrichtung des Extrudats), so dass nur die Vorderfläche des Messers mit dem Extrudat in Kontakt steht.
Im Anschluss an den Vorschnitt und den finalen Schnitt bleiben vorzugsweise alle Zellen des Teils geöffnet. Im Anschluss an den Vorschnitt und den finalen Schnitt bleiben vorzugsweise alle Zellen des Extrudats, das dem Teil nachfolgt, offen.
BEISPIELE
Beispiel 1: Ein Material, das ein Gemisch aus anorganischen Teilchen und Wasser enthält, wird bei Raumtemperatur extrudiert. Das Material verläuft durch ein Mundstück, um ein Profil herzustellen, das etwa 1936 im Allgemeinen quadratische Zellen, die in einer Anordnung von etwa 44 Reihen mal etwa 44 Spalten angeordnet sind, umfasst. Das Profil weist eine Höhe von etwa 80 mm und eine Breite von etwa 80,2 mm auf. Die Toleranz für die Höhe des Teils beträgt etwa ±4 mm. Das Extrudat wird mit einer konstanten Geschwindigkeit auf einer Fördereinrichtung befördert. Während das Material noch formbar ist, und vor dem Trocknen des Materials, wird das Material durch einen Drahtschneider geschnitten. Der Drahtschneider bewegt sich während des Schneidens synchron mit dem extrudierten Teil vorwärts. Der Drahtschneider verformt das Profil so, dass an der Hinterseite des Drahtschneiders (d. h., zu dem Extruder hin) eine oder mehr der Zellen blockiert oder auf eine andere Weise verschlossen sind. Während sich das Material weiter von dem Extruder weg bewegt, wird in der blockierten Zelle ein Vakuum gebildet. Das Extrudat fällt zusammen, so dass die Höhe des Teils nicht länger innerhalb der Toleranz liegt.
Beispiel 2: Der Prozess von Beispiel 1 wird wiederholt, außer dass das Extrudat zuerst unter Verwendung eines Ultraschallmessers vorgeschnitten wird. Das Ultraschallmesser bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die mit der Geschwindigkeit des Extrudats synchron oder größer als diese ist. Das Ultraschallmesser nimmt einen Vorschnitt durch nur die oberen 1 bis 4 Reihen von Zellen vor, und dann wird das Ultraschallmesser entfernt. Der Schnitt durch den Rest des Querschnitts wird unter Verwendung eines Drahtschneiders vorgenommen, der sich synchron mit dem Extrudat von dem Extruder weg bewegt. Keine der Zellen wird blockiert oder verschlossen, und kein Vakuum wird gebildet. Das Extrudat behält seine Höhe innerhalb von etwa 1 mm.

Claims

Gerät zum Schneiden eines Extrudats, umfassend: ein Ultraschallmesser, das mit einer oder mehr Frequenzen schwingt, um einen oder mehrere Vorschnitte in ein Extrudat vorzunehmen; und einen oder mehr Drahtschneider, um einen finalen Schnitt in das Extrudat vorzunehmen; damit ein extrudiertes Teil, das eine vorherbestimmte Länge aufweist, von dem Extrudat geschnitten werden kann.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das Ultraschallmesser eine Klinge mit einer verjüngten Spitze aufweist.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gerät ein Wasserbad zur Ultraschallreinigung des Messers aufweist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Extrudat mehrere Zellen einschließlich einer ersten Reihe von Zellen in der Nähe der Unterseite des Extrudats und einer oberen Reihe von Zellen in der Nähe der Oberseite des Extrudats aufweist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gerät Folgendes umfasst: einen Extruder, um das Extrudat zu extrudieren; ein Mundstück, um ein Profil für das Extrudat zu bilden; und eine Fördereinrichtung, um das Extrudat in der waagerechten Richtung von dem Mundstück weg zu befördern; wobei sich das Ultraschallmesser während des Schneidens im Allgemeinen synchron mit der Fördereinrichtung in der waagerechten Richtung bewegt.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ultraschallmesser eine Schwingungsfrequenz von etwa 13 kHz oder mehr (z. B. etwa 20 kHz oder mehr) aufweist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ultraschallmesser eine Fläche aufweist, die Titan enthält.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Drahtschneider einen Durchmesser von etwa 0,5 mm oder weniger (z. B. etwa 0,3 mm oder weniger oder etwa 0,2 mm oder weniger) aufweist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gerät ein Mundstück aufweist, das fähig ist, ein Profil mit 3 oder mehr Reihen von Zellen (z. B. fünf oder mehr Reihen von Zellen) herzustellen.
Gerät nach Anspruch 9, wobei das Mundstück so gewählt ist, dass der Querschnitt des Extrudatprofils (d. h., senkrecht zu der Extrusionsrichtung) eine Profilquerschnittfläche aufweist, und der Querschnitt des Extrudatprofils Zellen mit einer gesamten Zellenquerschnittfläche aufweist, wobei das Verhältnis der gesamten Zellenquerschnittfläche zu der Profilquerschnittfläche etwa 0,4 oder mehr beträgt.
Prozess zum Schneiden eines Extrudats, umfassend: einen Schritt des Vorschneidens des Extrudats unter Verwendung eines Ultraschallmessers, wobei das Extrudat eine oder mehr anorganische Verbindungen enthält, im Wesentlichen daraus besteht, oder zur Gänze daraus besteht.
Prozess nach Anspruch 11, wobei der Prozess Folgendes beinhaltet: einen Schritt des Schneidens des Extrudats mit einem Draht, damit ein extrudiertes Teil mit einer vorherbestimmten Länge gebildet wird.
Prozess nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Extrudat mehrere Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und eine obere Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen aufweist, wobei der Vorschnitt durch die obere Außenwand schneidet.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Extrudat Siliziumatome, Aluminiumatome oder beides enthält.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Prozess eines oder jede beliebige Kombination des Folgenden beinhaltet: i. der Prozess beinhaltet einen Schritt des Extrudierens wenigstens etwas eines Gemischs, das eine oder mehrere anorganische Verbindungen enthält, durch einen Extruder; ii. der Prozess beinhaltet einen Schritt des Bildens eines Profils durch Führen wenigstens etwas des Gemischs durch ein Mundstück; iii. der Prozess beinhaltet einen Schritt des Wegbeförderns des Extrudats von dem Mundstück in der Extrusionsrichtung unter Verwendung einer Fördereinrichtung; iv. der Prozess des Vorschneidens des Extrudats beinhaltet ein synchrones Bewegen des Ultraschallmessers und des Extrudats in der Extrusionsrichtung, während des Extrudat durch Bewegen des Ultraschallmessers in eine Richtung, die senkrecht zu der Extrusionsrichtung verläuft, geschnitten wird; v. der Prozess beinhaltet einen Schritt des Beseitigens von anorganischem Material von einer Fläche des Messers durch Bewegen des Messers zu einem Wasserbad und Schwingen des Messers in dem Wasser; vi. das Extrudat enthält Ton; vii. das Extrudat weist drei oder mehr Reihen von offenen Zellen einschließlich einer obersten Reihe von offenen Zellen und einer oberen Außenwand über der obersten Reihe von offenen Zellen auf, wobei der Schritt des Vorschneidens des Extrudats ein vollständiges Schneiden durch die obere Außenwand, so dass die oberste Reihe von offenen Zellen freigelegt wird, beinhaltet; viii. das Ultraschallmesser weist eine Frequenz von 15 kHz oder mehr auf; ix. der Drahtschneider bewegt sich, und das Extrudat bewegt sich während des Schritts des finalen Schneidens des Extrudats synchron mit dem Drahtschneider, und der Drahtschneider weist einen Durchmesser von etwa 0,5 mm oder weniger auf; x. das Ultraschallmesser umfasst eine Klinge mit einer verjüngten Spitze zum Schneiden; oder xi. jede beliebige Kombination von i bis x.
Prozess nach Anspruch 15, wobei der Prozess i bis x beinhaltet.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Prozess einen Schritt des Entfernens des Ultraschallmessers von dem Extrudat umfasst, wobei sich das Ultraschallmesser in Bezug auf das Extrudat schneller in der Extrusionsrichtung bewegt, so dass nur die Vorderseite des Messers mit dem Extrudat in Kontakt steht, während das Ultraschallmesser von dem Extrudat entfernt wird.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Extrudat ein im Allgemeinen rechteckiges Profil mit einer Breite und einer Höhe aufweist und die Klinge eine Schneidkante mit einer Länge aufweist, die größer als die Länge der Breite des Profils ist.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei alle Zellen des Teils nach dem Schneiden des Profils offen bleiben.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei alle der Zellen des Extrudats, das dem Teil folgt, nach dem Schneiden des Profils offen bleiben.
Prozess nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei etwa 35 oder mehr der Atome in dem Profil Sauerstoffatome sind.