DE3726869C2

DE3726869C2 -

Info

Publication number: DE3726869C2
Application number: DE3726869A
Authority: DE
Inventors: Satoru Aichi Jp Inoue; Shoji Kawasaki Kanagawa Jp Futamura
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1990-09-27
Also published as: JPS6347104A; US4820146A; DE3726869A1; JPH0622806B2; BE1002014A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mundstücke zum Extrudieren von Wabenkörpern mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 2 und ein Verfahren zum Herstellen des Mundstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7.

Aus der US-PS 37 90 654 ist ein Mundstück zur Formung von Wabenkörpern bekannt, das in Fig. 1 dargestellt ist. Fig. 1A zeigt hierbei eine Draufsicht auf das Mundstück, während Fig. 1B einen Schnitt durch das Mundstück der Fig. 1 entlang der Linie IB-IB zeigt. Genauer gesagt handelt es sich bei dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Mundstück um ein sogenanntes einstückiges Mundstück, das mit Formkanälen 3 für den Wabenkörper (hiernach nur kurz als "Formkanäle" bezeichnet) versehen ist, welche sich von einer Vorder seite 1 des Mundstücks in Richtung aur eine Rückseite 2 desselben mit einer speziellen Tiefe und einer Quer schnittsform erstrecken, die an die zu extrudierenden Wabenkörper angepaßt ist (bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine quadratische Quer schnittsform). Das Mundstück weist ferner eine Vielzahl von Löchern 4 auf, die unabhängig voneinander von der Rückseite 2 des Mundstücks in Richtung auf die Vorder seite 1 derselben gebohrt sind und mit den Formkanälen 3 in Verbindung stehen. Ein Rohmaterial der zu extrudie renden Wabenkörper, beispielsweise ein plastisches Kera mikmaterial, wird mittels Druck allen Löchern 4 zuge führt, und das mittels Druck zugeführte plastische Ma terial strömt in die Formkanäle 3, wobei es einem Quetsch druck ausgesetzt ist. Danach wird das plastische Mate rial durch die Formkanäle 3 kontinuierlich zu kerami schen Wabenkörpern extrudiert.

Wenn jedoch Wabenkörper unter Verwendung eines derarti gen herkömmlichen Mundstücks extrudiert werden, verschleiß en die Formkanäle 5, wenn das plastische Material diese passiert, so daß sich die Breite der Kanäle vergrößert. Dies hat zur Folge, daß teure Mundstücke in wiederholter Weise ausgetauscht werden müssen, um die Dimensionsgenau igkeit der Wabenkörper immer sicherzustellen. Die Formka näle 3 verschleißen insbesondere dann sehr stark, wenn Wabenkörper durch Extrusion unter Verwendung eines Ma terials auf Aluminiumoxidbasis, Siliciumkarbidbasis, Mullitbasis etc., die eine große Härte besitzen, geformt werden sollen. Es besteht daher das Problem, daß sich die nutzbare Lebensdauer des Mundstücks beträchtlich ver kürzt.

Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme sind in der US-P5 46 53 996 Mundstücke zum Extrudieren von Wabenkör pern beschrieben, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Hierbei ist eine Platte 5 aus einer Superlegierung mit einer Vorderseite des Mundstücks 1 verbunden, und Formkanäle 3 sind in der Platte 5 aus der Superlegierung ausgebildet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Mundstück erstreckt sich jedoch ein Teil der Formkanäle 3 innerhalb eines Mund stückbasisabschnittes 6, und im Mundstückbasisabschnitt sind Löcher 4 ausgebildet. Da der Mundstückbasisabschnitt nicht aus einer Superlegierung besteht, verschleißen die Löcher 4 und der Teil der Formkanäle 3, der sich im Mundstückbasisabschnitt 6 erstreckt schneller als die in der Platte 5 aus der Superlegierung ausge bildeten Formkanäle 5. Insbesondere dann, wenn das Ausmaß des Verschleißes eines Abschnittes der Löcher 4 in der Nähe der Formkanäle 3 und eines Abschnittes der Formka näle 3 im Mundstückbasisabschnitt 6 ungleichmäßig wird, variiert teilweise die Geschwindigkeit, mit der ein pla stisches Material die Formkanäle 3 durchdringt. Es be steht daher das Problem, daß die extrudierten Wabenkör per während des Brennens verformt oder mit Rissen ver sehen werden, so daß die Körper leicht brechen. Selbst wenn daher die Platte 5 aus der Superlegierung an einem Verschleiß gehindert wird, hängt die nutzbare Lebensdauer des Mundstücks vom Verschleiß des Mundstück abschnittes 6 ab.

Ein ähnliches Mundstück, das die Merkmale des Ober begriffs der Patentansprüche 1 und 2 aufweist, ist aus der EP 01 43 555 A1 bekannt. Auch dieses be kannte Mundstück setzt sich aus einer Hartmetall platte und einem Basiskörper zusammen. Der Basis körper besteht dabei aus einer Stahllegierung. Beide Teile sind miteinander verbunden. Hierbei er strecken sich die Formkanäle über die Hartmetall platte (Formabschnitt) hinaus bis in den Basiskör per (Basisabschnitt). Die Übergangsstelle zwischen den Formkanälen und den Löchern des Basisabschnitts liegt somit im Basisabschnitt. Da bei dieser Ausfüh rungsform allein die Platte (Formabschnitt) aus einem sehr harten Material besteht, tritt an dem Teil der Formkanäle, der im Basisabschnitt angeordnet ist, im Betrieb des Mundstücks ein relativ hoher Ver schleiß auf. Besonders verschleißgefährdet ist da bei die Übergangsstelle zwischen den Formkanälen und den Löchern, die, wie erwähnt, bei dieser Ausführungs form ebenfalls im mit einer geringeren Härte ausge statteten Basisabschnitt angeordnet ist. Dieser Ver schleiß hat zur Folge, daß die Geschwindigkeit, mit der ein plastisches Material die Formkanäle durch dringt, nicht mehr über alle Formkanäle gleichmäßig ist, so daß sich die extrudierten Wabenkörper wäh rend des Brennens verformen oder eine entsprechende Bildung von Rissen auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mundstück der angegebenen Art zu schaffen, mit dem qualitativ be sonders hochwertige Wabenkörper hergeshellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mund stück mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent anspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden sämtliche verschleißanfälligen Stellen, d.h. sowohl die Form kanäle als auch die weiteren Löcher, in den Formab schnitt verlegt, der aus der verschleißfesten Legie rung besteht, so daß auf diese Weise der Verschleiß an diesen Stellen gering ist. Hierdurch können die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Patentan spruch 2 entfällt der Basisabschnitt.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Her stellen des Mundstücks mit den Merkmalen des Ober begriffs des Patentanspruchs 7. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Viel zahl der Löcher mit Hilfe von elektrischen Entladungen im Formabschnitt hergestellt wird.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die 25 PS 42 45 376 verwiesen, aus der ein Mundstück zum Ex trudieren von Wabenkörpern bekannt ist, das aus drei Blöcken gebildet ist. Die bei dieser Ausführungsform im zweiten Block vorgesehenen Löcher reichen jedoch nicht in den ersten Stock (Formabschnitt) hinein. Fer ner ist bei diesem bekannten Mundstück nicht das Pro blem des Verschleißes und der damit verbundenen Werk stoffauswahl angesprochen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er läutert. Es zeigt

Fig. 1A, 1B und 2 Ansichten von herkömmlich ausgebildeten Mundstücken zum Formen von Wabenkörpern;

Fig. 4A bis 3C Ansichten einer Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Mundstückes zum Formen von Wabenkörpern;

Fig. 4A und 4B Ansichten einer Bearbeitungselektrode 4A und 4B mittels elektrischer Entladung zur Her stellung von Löchern in der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform; und

Fig. 5A bis 5C Ansichten einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen eine Ausführungsform eines Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern, wobei Fig. 5A eine Draufsicht darstellt und die Fig. 3B und 3C seitliche Schnitte entlang der Linie IIIB-IIIB in Fig. 3A und entlang der Linie IIIC- IIIC in Fig. 3B sind. Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungselektrode mittels elektrischer Entladung zum Herstellen von Löchern in der in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungsform. Fig. 4B zeigt die in Fig. 4A dargestellte Elektrode bei der Produktion. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mund stücks zum Formen von Wabenkörpern.

Bei der in den Fig. 3A bis 3C dargestellten Ausführungs form eines Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern (hiernach nur noch kurz als Mundstück bezeichnet) handelt es sich um ein Mundstück zum Extrudieren von Wabenkörpern, welche Zel len quadratischer Form besitzen. Die Bezugsziffern 10, 11 und 12 in den Fig. 3A bis 3C bezeichnen ein Mundstück, einen Formabschnitt und einen Mundstückbasisabschnitt. Die Bezugsziffern 15, 14 und 15 bezeichnen einen Formkanal, Löcher im Formabschnitt und Löcher im Basisabschnitt.

Das Mundstück 10 der Fig. 3 wird hergestellt, indem man den Mundstückbasisabschnitt 12 und den Formabschnitt 11, der aus einer Superlegierung besteht, miteinander verbindet (beispielsweise über Löten). Für den Mundstück basisabschnitt 12 braucht keine Superlegierung ver wendet zu werden. Statt dessen kann ein billiges und rasch verfügbares Metall, wie beispielsweise gewöhnlicher Stahl, verwendet werden. Im Formabschnitt 11 sind Formkanäle 13 ausgebildet, die an die Querschnittsform der zu extru dierenden Wabenkörper angepaßt sind, sowie eine Vielzahl von Löchern 14, 14 ..., welche mit den Formkanälen 13 in Verbindung stehen. Die Herstellung erfolgt dabei mit Hil fe elektrischer Entladung. Um bei der in Fig. 3 gezeig ten Ausführungsform die Herstellung der Entladungselektro de zur Erzeugung der Löcher 14 (was später in Verbindung mit den Fig. 4A und 4B erläutern wird) zu erleichtern, ist die Querschnittsform der Löcher 14 quadratisch ausge bildet, und der Schnittwinkel zwischen einer Seite des entsprechenden Quadrates und den Formkanälen 13 beträgt 45°. Im Mundstückbasisabschnitt 12 sind an Stellen, die den entsprechenden Löchern 14, 14 ... entsprechen, weitere Löcher 15, 15 ... ausgebildet. Bei der in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungform weisen die Löcher 15, 15 ... eine zylindrische Form auf. Wie Fig. 3C zeigt, ist der Innendurchmesser der Löcher 15 bei der Ausführungsform der Fig. 3 geringfügig kleiner ausgebildet als eine orthogonale Länge der Löcher 14. Der Innendurchmesser kann jedoch auch dieser Länge oder der Länge einer Seite des entsprechenden Quadrates entsprechen.

Da bei dem in der vorstehend geschilderten Weise ausgebil deten Mundstück die Formkanäle 13 und die Löcher 14 in schnitt 11 ausgeformt sind, wird ein Verschleiß der Form kanäle 15 und der Löcher 14 im wesentlichen verhindert. Beispielsweise unterliegen die im Mundstückbasisabschnitt 12 aus gewöhnlichem Stahl vorgesehenen Löcher 15 einem natürlichen Verschleiß. Da jedoch die Löcher 15 mit den Formkanälen 13 über die Löcher 14 in Verbindung stehen, sind die mit dem Mundstück hergestell ten Wabenkörper selbst dann keiner nachteiligen Beeinflus sung ausgesetzt, wenn die Löcher 15 verschleißen.

Wenn diese Löcher einem beträchtlichen Verschleiß ausge setzt sind, muß lediglich der Mundstückbasisabschnitt ausgetauscht werden.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform der Fig. 3 ist entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten und zu Be ginn der Beschreibung erläuterten herkömmlichen Ausfüh rungsbeispiel ausgebildet, d. h. mit Formabschnitt 11 und Mundstückbasisabschnitt 12. Das Mundstück kann jedoch auch nur mit einem Formab schnitt versehen sein, ohne den Mundstückbasisabschnitt 12 der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform zu verwenden. In diesem Fall übernehmen die im Formabschnitt 11 vorgesehenen Löcher 14 auch die Funktion der Löcher 15.

Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel des Herstellverfahrens in Verbindung mit den Fig. 3A bis 3C und 4A sowie 4B im einzelnen erläutert.

(i) Zuerst werden ein Formabschnittblock und ein Mund stückbasisabschnittblock (nicht gezeigt) mit Formen her gestellt, die dem Formabschnitt 11 und dem Mundstückbasis abschnitt 12 entsprechen. Der Formabschnittblock und der Mundstückbasisabschnittblock werden aus einer Superlegierung und gewöhnlichem Stahl hergestellt.

(ii) Mittels elektrischer Entladung werden Formkanäle 13 und Löcher 14 im Formabschnittblock in bekannter Weise hergestellt, um den in Fig. 3 gezeigtem Formabschnitt zu erhalten. Die zur Herstellung der vorstehend genannten Formkanäle verwendete Entladungselektrode besitzt eine Form, die an die der zu extrudierenden Formkanäle 13 angepaßt ist. Die Löcher 14 werden durch Verwendung einer Entladungs elektrode 16, die in Fig. 4A gezeigt ist, hergestellt.

Die Elektrode 16 ist einstückig aus einem Elektrodenba sisabschnitt 17 und vorstehenden Elektrodenabschnitten 18 hergestellt. Es versteht sich von selbst, daß die vor stehenden Elektrodenabschnitte 18 den Löchern 14 der Fig. 3 entsprechen. Wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 4B beschrieben wird, kann die Entladungselektrode 16 in ein facher Weise mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Sie kann beispielsweise einfach und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, indem Nuten 19, 19 ... einer vorgege benen Breite "d" in einem vorgegebenen Abstand "P" in einen Elektrodenblock 16 geschnitten werden, der beispiels weise aus Graphitmaterial besteht, und zwar in sich senk recht schneidenden Richtungen X und Y. Die Tiefe der Nuten 19, 19 ... entspricht der Höhe H der vorstehenden Elektro denabschnitte 18, die in Fig. 4A gezeigt sind. Der Ab stand P und die Nutenbreite "d" werden auf der Basis der Profilabmessungen der Formnuten 13 und der Löcher 14 fest gelegt. Mit anderen Worten, wenn man die Länge einer Seite eines Quadrates, das durch die Mittellinien der Formnuten 13 verläuft, und die Länge einer Seite der Löcher 14 mit L₁ und L₂ bezeichnet (Fig. 3A), können der Abstand P und die Nutenbreite "d" auf √ L₁ und √ L₁-L₂ einge stellt werden.

(iii). Als nächstes wird der in Fig. 3 gezeigte Mundstück basisabschnitt 12 hergestellt, indem Löcher 15, 15 ... in den gemäß Schritt (i) hergestellten Mundstück basisblock gebohrt werden. Die Stellen der Lö cher 15, 15 ... entsprechen denen der Löcher 14, 14, und der Innendurchmesser Φ Verbindungslöcher kann einen Wert von L₂ bis √ L₂ einnehmen (L₂ ist die Länge einer Seite des Loches).

(iv) Das Mundstück wird vervollständigt, indem der Form abschnitt 11 und der Mundstückbasisabschnitt 12, die ge mäß den Schritten (i) bis (iii) hergestellt wurden, mit einander verbunden werden, beispielsweise durch Löten. An stelle eines Lötvorganges kann auch eine Flüssigphasen-Dif fusionsschweißtechnik zur Anwendung gelangen, wie sie bei spielsweise in der US-P5 46 53 996 beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern, das, wie vorstehend erläutert, durch einen Formabschnitt 11 aus einem Material einer Superlegierung gebildet wird, ohne den in Fig. 3 gezeigten Mundstückbasisabschnitt zu verwenden. Fig. 5A ist eine Drauf sicht, und die Fig. 5B und 5C stellen Schnitte entlang der Linie V _B-V _B in Fig. 5a und entlang Linie V _C-V _C in Fig. 5B dar. Die Bezugsziffern der Fig. 5A bis 5C entspre chen denen der Fig. 3A bis 3C.

Während die Mittellinien der Formkanäle 13 der in Fig. 3 dargestellten Ausführungform Quadrate bilden, bilden die der Ausführungsform der Fig. 5 Rechtecke. Bei der Ausfüh rungsform der Fig. 5A bis 5C ist das Schnittprofil der Löcher 14, die mit den Formkanälen in Verbindung stehen, rhombisch, und die Verbindungslöcher 14 sind so ausgebildet, daß sich die Scheitelpunkte der Rhomben an den Mittellinien der Formkanäle 13 befinden.

Das Verfahren zur Herstellung der Ausführungsform der Fig. 5 ist grundsätzlich das gleiche wie das der Ausführungsform der Fig. 3. Daher wird aur eine Erläuterung verzichtet. Die Löcher 14 der Ausführungsform der Fig. 5 besitzen eine rhombische Querschnittsform und sind parallel zu den Pfeil richtungen X′ und Y′ angeordnet. Somit kann eine mittels elektrischer Entladung arbeitende Elektrode (nicht gezeigt) zur Herstellung der Löcher in einfacher Weise hergestellt werden, indem Nuten parallel zu den Preilrichtungen X′ und Y′ eingeschnitten werden.

Vorstehend wurden Mundstücke zum Formen von Wabenkörpern sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben erläutert. Indem die Querschnittsform der Löcher quadratisch oder rhombisch ausgebildet wird, kann die mittels elektrischer Entladung arbeitende Elektrode zur Herstellung der Löcher nicht nur in einfacher Weise hergestellt werden, sondern auch der Abstand zwischen den Löchern kann im Vergleich zu Mundstücken mit zylindrischen Löchern mit dem gleichen Querschnittsbereich erhöht werden. Daher kann die Festig keit vergrößert werden. Obwohl bei der Ausrührungsform der Fig. 3 die Querschnittsform der Löcher quadratisch und bei der Ausführungsform der Fig. 5 rhombisch ausge bildet ist, können auch die Scheitelpunkte der Quadrate oder Rhombenbogenförmig ausgebildet sein.

Da der mit den Formkanälen und den damit in Verbindung stehenden Löchern versehene Formabschnitt aus einer Superlegierung besteht, wird die Festigkeit der Mund stücke zum Formen von Wabenkörpern erhöht und die nutz bare Lebensdauer der Mundstücke wesentlich verlängert. Darüber hinaus kann die mittels elektrischer Entladung arbeitende Elektrode zur Herstellung der Löcher mit hoher Genauigkeit in einfacher Weise hergestellt werden.

Claims

1. Mundstück zum Extrudieren von Wabenkörpern mit einem Formabschnitt, der aus einer verschleiß festen Legierung besteht und mit mindestens einem Formkanal versehen ist, der eine Quer schnittsform besitzt, welche an die der zu extrudierenden Wabenkörper angepaßt ist und (eine vorgegebene Tiefe von einer Vorderseite des Mundstücks in Richtung auf die Rückseite desselben aufweist, mit einem Basisabschnitt, der mit der Rückseite des Formabschnittes ver bunden ist, und mit einer Vielzahl von Löchern, die im Basisabschnitt ausgebildet sind, unabhän gig voneinander von der Rückseite des Mundstücks aus in Richtung auf dessen Vorderseite verlaufen und mit den Formkanälen in Verbindung stehen, da durch gekennzeichnet, daß im Formabschnitt (11) eine weitere Vielzahl von Löcher (14) angeord net ist, die mit den im aus gewöhnlichem Stahl bestehenden Basisabschnitt (12) befindlichen Löchern (15) in Verbindung stehen.

2. Mundstück zum Extrudieren von Wabenkörpern mit einem Formabschnitt, der aus einer verschleiß festen Legierung besteht und mit mindestens einem Formkanal versehen ist, der eine Querschnittsform besitzt, welche an die der zu extrudierenden Waben körper angepaßt ist, und eine vorgegebene Tiefe von der Vorderseite des Mundstücks in Richtung auf eine Rückseite desselben aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß im Formabschnitt (11) eine Vielzahl von Löchern (14) ausgebildet ist, die unabhängig voneinander von der Rückseite des Mundstücks aus in Richtung auf dessen Vorderseite verlaufen und mit den Formkanälen (13) in Verbindung stehen.

3. Mundstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei der verschleißfesten Legierung um eine Superlegierung handelt.

4. Mundstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen und parallel zueinander in zwei sich schneidenden Rich tungen angeordnet sind.

5. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen quadratischen Querschnitt besitzen und parallel zueinander in zwei senkrech ten Richtungen angeordnet sind.

6. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen rechteckförmigen Quer schnitt besitzen und in sich unter einem spitzen Winkel schneidenden Richtungen angeordnet sind.

7. Verfahren zum Herstellen des Mundstücks nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Schritten:
Bearbeiten des Formabschnitts in die gewünschte Form;
Herstellen der Formkanäle im Formabschnitt;
Bearbeiten des Basisabschnitts in die gewünschte Form;
Herstellen der Vielzahl der Löcher; und
Verbinden des Formabschnitts mit dem Basisabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Löcher mit Hilfe von elektrischen Entladungen im Formab schnitt hergestellt wird.