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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Extrusionsformen zur fortlaufenden
Extrusion von dünnen
Wabenstrukturen aus plastifizierten, anorganischen Pulvergemischen
und insbesondere wabenförmige
Extrusionsformen, welche Profile mit verbesserter Oberflächengüte im Bereich
des Austrittsschlitzes aufweisen, welche den Formen einheitlichere
und stabilere Extrusionseigenschaften verleihen.
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Die
Herstellung anorganischer Wabenstrukturen aus plastifizierten Pulverchargen,
welche Mineralpulver oder andere anorganische Pulver beinhalten,
welche in geeigneten Bindemitteln fein verteilt sind, ist sehr bekannt.
Die amerikanischen Patente mit den Nummern 3,790,654, 3,885,977
und 3,905,743 beschreiben Formen, Verfahren und Zusammensetzungen
für solch
eine Herstellung, wohingegen die amerikanischen Patente mit den
Nummern 4,992,233 und 5,011,529 Waben mit einer ähnlichen Zellenstruktur beschreiben,
welche aus metallpulverhaltigen Chargen extrudiert werden.
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Die
Herstellung von Extrusionsformen zur Produktion von keramischen
Waben mittels dieser Verfahren erfordert eine äußerst genaue Bearbeitung. Um
Material zum Bilden des Wabenprodukts zur Form zuzuführen, ist
die Einlass- oder Zuführseite
der Form mit mehreren Öffnungen
oder Zuführöffnungen
versehen, in welche das plastifizierte Chargenmaterial, welches
zu extrudieren ist, unter einem hohen Druck gedrückt wird.
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Die
gegenüberliegende
Austritts- oder Auslassseite der Form ist mit einer sich kreuzenden
Anordnung feinbearbeiteter Austrittsschlitze versehen, wobei diese
Schlitze in den Austrittsabschnitt der Form geschnitten sind, so
dass sie die Öffnungen
der Zuführöffnungsanordnung
kreuzen. Diese Schlitze wirken zum Endformen der plastifizierten
Charge, welche durch die Zuführöffnungen
in die verbindende Wandstruktur der extrudierten Wabe zugeführt wird.
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Die
Materialinseln zwischen den sich kreuzenden Austrittsschlitzen,
welche gemeinsam die Auslassseite der Form bilden, werden manchmal
als „Zapfen" bezeichnet, da sie
aufgrund der Entfernung des Schlitzmaterials freistehende Metallpfosten
zu sein scheinen, welche vom Forminneren nach außen verlaufen. Die Querschnittsendformen
dieser Zapfen, welche nur an ihren Basen am Formkörper angebracht
sind, definieren die Formen der Wabenkanäle, welche durch das Extrudieren
der plastifizierten Charge gebildet werden.
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Eine
Anzahl von Verfahren wurde eingesetzt, um die sich kreuzenden Austrittsschlitze
und Zapfen in den Austrittsflächen
der wabenförmigen
Extrusionsformen aus Metall zu bilden. Für Flussstähle können die Austrittsschlitze
durch Sägen
gebildet werden. Wenn die Form jedoch aus einem härteren, langsamer
verschleißenden
Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl zu schneiden ist,
werden häufiger
die Funkenerosion und das Schlitzen mittels einer Schleifscheibe
verwendet.
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Beim
Verfahren der Funkenerosion (EDM (Electrical Discharge Maschining))
werden die Schlitze durch eine Funkenentladung gebildet, welche
zwischen einem langen, dünnen,
wandernden Elektrodraht und der Vorform der Metallform erhalten
wird. Die amerikanischen Patente Nr. 2,526,423, 4,205,213, 4,233,486,
4,403,131 und 4,527,035 liefern detaillierte Beschreibungen der
Funkenerosionsbearbeitung. Die in diesen Formen durch Drahterodieren
gebildeten Schlitzlängen
können
Längen
von 3-½ Inch
oder mehr sein und es können
Schlitztiefen von mehr als 0,1 Inch mit Schlitzbreiten von 0,012 Inch
oder weniger vorgesehen sein. Im Allgemeinen sind durch Funkenerosionsverfahren
in rostfreien Stählen
gebildete Schlitze im Wesentlichen frei von Graten und weisen eine
relativ glatte und beständige Oberflächengüte auf.
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Das
Schlitzverfahren mittels der Schleifscheibe beinhaltet üblicherweise
die Verwendung einer mit einem Diamanten oder anderen Schleifmittel imprägnierten
Schnittscheibe, um die schmalen Austrittsschlitze in die Formseite
zu schneiden. Das Schlitzen mittels einer Schleifscheibe erzeugt
Austrittsschlitze mit einer sogar wesentlich glätteren Oberflächenbeschaffenheit
als das Schlitzen mittels der Funkenerosion und weist zudem den
Vorteil auf, dass es nicht Verfahrensunterbrechungen durch Abweichungen
der Funkenentladungszustände
unterliegt. Durch dieses Verfahren gebildete Schlitze sollten theoretisch
die Unbeständigkeit
der Durchflussgeschwindigkeit des Schlitzes auf unbedeutende Pegel
verringern.
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Zwar
wurden beide dieser Bearbeitungsverfahren an die kommerzielle Fertigung
von wabenförmigen
Extrusionsformen adaptiert, aber keines erzeugt Formen mit einem
völlig
zufriedenstellenden Extrusionsergebnis. Die übrigen Schwierigkeiten, welche
sogar beim Schlitzen mittels einer Schleifscheibe auftreten, enthalten
ungleichmäßige Durchflusseffekte,
wie z.B. einen „schnellen
Durchfluss" (beschleunigte
Extrusion durch lokalisierte Bereiche einer Form), welche eine Vielzahl
von Wabenproduktfehlern erzeugen können. Solche Fehler enthalten „geschwollene" oder „wellige" Stege, wobei die Zellwände der
Wabe verdickt oder in eine Querrichtung und/oder Längsrichtung
aufgrund der lokalen Extrusion des überschüssigen Materials an einer oder
mehreren anscheinend zufälligen
Stellen überall
auf der Auslassseite der Form gewellt sind. Andere Abweichungen
der Zellenmaße,
Zellenformen und Zellwandstärken
können
auch erzeugt werden.
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In
vielen Fällen
gelten die Unregelmäßigkeiten
innerhalb der Zuführöffnungsabschnitte
der Extrusionsformen als Hauptgründe
eines ungleichmäßigen Flusses.
In anderen Fällen
wird angenommen, dass Veränderungen
der Viskosität
der Extrusionscharge eine Rolle spielen.
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Das
amerikanische Patent Nr. 5,320,721 offenbart ein elektrochemisches
Polierverfahren, mittels welchem die Zuführöffnungen zum Verringern des
Durchflusswiderstands der Charge geglättet werden.
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WO
99/20445 lehrt die Verwendung eines geometrischen Merkmals, welches
auf den Seitenflächen
der Austrittsschlitze aufgedruckt ist, um das Vorkommen von Wabenproduktfehlern
zu verringern.
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Ungeachtet
der Ursache solcher Fehler wurde das Beibehalten einer exakten Geometrie
in den extrudierten Wabenprodukten zunehmend schwieriger, da die
Nachfrage nach Wabenprodukten mit immer dünneren Kanalwandstrukturen
und einer erhöhten
Kanalanzahl oder Zellendichte gestiegen ist. Aus diesem Grund besteht
weiter eine entscheidende Notwendigkeit sowohl die Konstruktionen
als auch die Bearbeitungstechniken zu verbessern, welche zur Herstellung
von Extrusionsformen, insbesondere für dünnwandige Produkte mit einer
hohen Zellendichte verwendet werden, damit diese Produkte zu einem
wirtschaftlichen Preis hergestellt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liefert Konstruktionen einer wabenförmiger Extrusionsform,
welche nicht nur für
die Extrusion sehr dünnwandiger
Waben, sondern auch für
die Extrusion herkömmlicher Waben
bedeutende Verbesserungen in der Gleichmäßigkeit und Stabilität des Durchflusses
bieten. Diese Verbesserungen ergeben sich aus der Verwendung einer
verbesserten Konstruktion des Austrittsschlitzes, welche „mehrfach
texturierte" Schlitzflächen, d.h.
durch Zapfen gebildete Schlitzflächen beinhaltet,
welche Oberflächenbereiche
von mindestens zwei unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten beinhalten.
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Mehrfach
texturierte Zapfen- oder Schlitzoberflächen unterdrücken unerwartet
effektiv die Durchflussunregelmäßigkeiten
der Charge, welche aus kleinen, unvermeidlichen Abweichungen der
Geometrie oder Beschaffenheit der Zuführöffnung und des Austrittsschlitzes
entstehen, welche durch Bearbeitungsverfahren des Stands der Technik
erzeugt wurden. Außerdem
stellen die mehrfach texturierten Schlitzoberflächen einen kosteneffektiveren
Weg zum Erzielen einer genauen Substratgeometrie als bekannte Verfahren
zum Verringern der Variabilität solcher
Geometrien dar.
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Die
mehrfach texturierten Zapfenflächen, welche
gemäß der Erfindung
verwendet werden, enthalten glatte Oberflächenabschnitte mit einer sehr geringen
Oberflächenrauheit
in Kombination mit etwas raueren Oberflächenabschnitten mit einer höheren Oberflächenrauheit.
Die glatten und etwas raueren Abschnitte sind seriell entlang der
Länge der
Zapfenflächen
angeordnet, welche die Zuführöffnungsenden
mit den Auslassseitenenden der Zapfen verbinden, so dass das plastifizierte
Chargenmaterial, welches von den Zuführöffnungseinlässen zur Auslassseite der Form
durch die Austrittsschlitze geht, durch die Oberflächenabschnitte
mit einer nacheinander der Reihe nach differierenden Oberflächenbeschaffenheit
geht.
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Von
dieser Abweichung der Oberflächenrauheit
des Austrittsschlitzes entlang dem Extrusionsweg wird angenommen,
dass sie eine Auswirkung des Maskierens von Chargendurchflussabweichungen
aufweist, welche andernfalls aus den Abweichungen der Geometrie
oder Viskosität
entstehen würden,
welche bei Extrusionssystemen des Stands der Technik vorkommen.
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In
einem ersten Aspekt beinhaltet die Erfindung dann eine wabenförmige Extrusionsform
einer veränderten
Schlitzkonstruktion, welche sonst in Bezug auf ihre Zusammensetzung,
Gesamtgeometrie und Zuführöffnungskonstruktion
herkömmlich
sein kann.
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Nach
der Form nach Anspruch 1 enthält
die wabenförmige
Extrusionsform (10a) einen Formkörper, welcher eine Einlassseite,
eine der Einlassseite gegenüber
liegende Abführseite,
eine Vielzahl von Zuführöffnungen
(13), welche von der Einlassseite in den Formkörper verlaufen,
und eine sich kreuzende Anordnung von Austrittsschlitzen (17)
enthält,
welche von der Abführseite
in den Körper
verlaufen, um sich mit den Zuführöffnungen
(13) zu verbinden, wobei die sich kreuzende Anordnung der
Austrittsöffnungen (17)
durch die Seitenflächen
einer Vielzahl von Zapfen (19a) gebildet sind, welche durch
die Schlitze (17) begrenzt sind und von der Abführseite
in den Formkörper
verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Zapfen
(19a) eine oder mehrere mehrfach texturierte Seitenflächen enthalten,
wobei die Seitenflächen
mindestens zwei Oberflächenbereiche (20, 21)
enthalten, welche sich voneinander in der Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden,
und die zwei Oberflächenbereiche
(20, 21) einen ersten Oberflächenbereich (20) mit
einer Oberflächenrauheit
von weniger als 0,5 Mikrometer (20 Mikroinch) RA und einen
zweiten Oberflächenbereich
(21) mit einer Oberflächenrauheit
von mehr als 0,75 Mikrometer (30 Mikroinch) RA enthalten.
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Die
Austrittsschlitze trennen die Auslassseite in eine Vielzahl von
Zapfen, welche durch die Schlitze begrenzt sind und sich von den
Zuführöffnungen zur
Auslassseite der Form erstrecken. In der Form der Erfindung enthalten
die Seitenflächen
einer Vielzahl an Zapfen, welche die Austrittsschlitze für die Form
definieren, eine oder mehrere mehrfach texturierte Seitenflächen, wobei
die Seitenflächen
mindestens zwei Oberflächenbereiche
enthalten, welche sich voneinander in der Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden.
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Vorzugsweise
werden alle die Austrittsschlitze für die Form definierenden Zapfen
mehrfach texturierte Seitenflächen
auf einigen oder allen Seiten derselben enthalten. Und falls erwünscht, kann
jede der mehrfach texturierte Seitenfläche zudem ein durchflusssveränderndes
Oberflächenmerkmal
enthalten, wie z.B. eine Rille oder Leiste, welches die zwei Bereiche
mit der unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit
trennt, um zudem alle Durchflussunterschiede zu maskieren, welche
sich aus den Unregelmäßigkeiten
der Zuführöffnungen,
Inhomogenitäten
der Charge oder ähnlichem
ergeben.
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In
einem zweiten Aspekt bietet die Erfindung ein verbessertes Extrusionsverfahren,
welches die veränderten
Durchflusseigenschaften der Form der Erfindung einsetzt, um extrudierte
Waben mit weniger Formfehlern zu bilden, welche zu durch die Form verliehenen
Durchflussabweichungen beitragen können.
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Nach
dem Verfahren nach Anspruch 7, wird ein plastifiziertes Chargenmaterial
in eine Wabenform gebildet, wobei das Verfahren das Drücken des Materials
in eine Zuführöffnungsanordnung
(13) in einer Einlassseite einer wabenförmigen Extrusionsform (10a)
und das Fließen
lassen des Materials in und durch einen Abführabschnitt enthält, welcher eine
sich kreuzende Anordnung von Austrittsschlitzen (17) enthält, welche
durch eine Anordnung von Zapfen (19a) gebildet ist, welche
an einer Auslassseite der Form abschließt, um das Material in die
Wabenform zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das fließende Material
zumindest teilweise durch mehrfach texturierte Seitenflächen gebildet
ist, welche auf zumindest einer Vielzahl der Zapfen (19a)
in der Anordnung gebildet ist, jede mehrfach texturierte Seitenfläche mindestens
zwei Oberflächenbereiche (20, 21)
aufweist, welche sich voneinander in der Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden,
und dass die Oberflächenbereiche
(20, 21) einen ersten Oberflächenbereich (20) mit
einer Oberflächenrauheit
von weniger als 0,5 Mikrometer (20 Mikroinch) RA und einen
zweiten Oberflächenbereich
(21) mit einer Oberflächenrauheit
von mehr als 0,75 Mikrometer (30 Mikroinch) RA enthalten.
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Um
die verbesserten Extrusionsergebnisse nach der Erfindung zu erzielen,
wird das Chargenmaterial zumindest teilweise durch mehrfach texturierte Seitenflächen gebildet,
welche auf allen oder einer Vielzahl der Zapfen in der Anordnung
gebildet sind. Jede der mehrfach texturierte Seitenfläche weist
mindestens zwei Oberflächenbereiche
auf, welche sich voneinander in der Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden.
Eine Durchflussveränderung
durch diese mehrfach texturierten Seitenflächen scheint erheblich zu den
bedeutenden Verringerungen der beobachteten Abweichungen der Durchflussvorderseite des
Extrudats beizutragen. Diese Verringerungen verringern wiederum
Produktfehler in den wabenförmigen
Produkten, wie z.B. geschwollene oder gewellte Stegflächen (Kanalwandflächen), welche durch
Abweichungen des Flusses durch die Formen verursacht werden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann weiter in Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden,
in welchen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht in einem Teilquerschnitt eines Abschnitts
einer herkömmlichen
wabenförmigen
Extrusionsform ist;
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2 eine
schematische Perspektivansicht in einem Teilquerschnitt eines Abschnitts
einer wabenförmigen
Extrusionsform ist, welche eine mehrfach texturierte Schlitzbeschaffenheit
nach der Erfindung enthält;
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3 eine
Konstruktion für
eine bevorzugte Schlitzkonstruktion zeigt, welche eine mehrfach
texturierte Oberflächenbeschaffenheit
in Kombination mit einer Grenzflächendiskontinuität enthält, welche die
Bereiche der unterschiedlichen Beschaffenheit auf den Oberflächen des
Schlitzes trennt.
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Detaillierte Beschreibung
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Insbesondere
auf die Zeichnung bezogen, ist 1 eine schematische
Perspektivansicht im Teilquerschnitt eines Abschnitts einer herkömmlichen wabenförmigen Extrusionsform
der in der Technik zur Extrusion keramischer Waben eingesetzten
Art. Wie in dieser Figur gezeigt wird, weist die Extrusionsform 10 von
einer Einlassseite (nicht gezeigt) der Form nach oben verlaufende
Zuführöffnungen 13 auf, durch
welche das extrudierbare Chargenmaterial zu den Zuführöffnung/Schlitz-Schnittstellen 15 und
von dort aus in die Austrittsschlitze 17 befördert wird.
Die Austrittsschlitze 17 befördern das Chargenmaterial dann
nach oben zur Auslassseite 18 der Extrusionsform, wo es
die Form in der Konfiguration einer Wabe verlässt.
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Wie
aus einer Studie der 1 hervorgehen wird, sind die
Austrittsschlitze 17 durch die Seitenflächen der Zapfen 19 begrenzt
oder gebildet, wobei Letztere während dem
Bilden der Austrittsschlitze gebildet werden. Die Seitenflächen der
Zapfen 19 bilden die Schlitzwände und folglich die Wände der
Wabenformen während
das Chargenmaterial aus der Form extrudiert wird.
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Das
durch die vorliegende Erfindung angegangene Problem, d.h. das des „schnellen
Durchflusses" durch
die ausgewählten
Formabschnitte, welches zu unakzeptablen Verzerrungen der Wabengeometrie
führt,
ist im Fall von Formkonstruktionen für dünnwandige Produkte besonders
schwerwiegend. Dies sind Formen mit Schlitzbreiten, welche sich
zum Herstellen von Waben mit Stegstärken von weniger als ca. 0,006
Inch, üblicher
ca. 0,004 Inch oder weniger eignen. Wie zuvor vermerkt wurde, kann
die Verwendung des Schlitzens mittels einer Schleifscheibe zwar
Abweichungen der Schlitzbeschaffenheit und die Gesamtrauheit auf
sehr geringe Werte verringern, aber solche Verringerungen sind alleine
nicht effektiv, um aus anderen Quellen entstehenden Durchflussunterbrechungen
zu steuern.
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Einige
zusätzliche
Verbesserungen im Durchflussverhalten können in mittels einer Schleifscheibe
geschlitzten Formen durch die Verwendung von flussverändernden
Merkmalen erzielt werden, welche den Seitenflächen der Form hinzugefügt wurden,
wie beispielsweise in der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung
Nr. WO99/20445 beschrieben wurde. Jedoch sind selbst diese Merkmale
nicht effektiv, um das Verhalten des schnellen Durchflusses in Formen
für dünnwandige
Produkte zu steuern.
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2 der
Zeichnungen ist eine schematische Perspektivansicht im Teilquerschnitt
eines Abschnitts einer wabenförmigen
Extrusionsform nach der Erfindung. In dieser Figur weist die Extrusionsform 10a wieder
Zuführöffnungen 13 auf,
welche von der Einlassseite nach oben verlaufen und sich mit den
Austrittsschlitzen 17 an der Basis des Abführabschnitts
einer Form kreuzen. In dieser Ausführungsform der Erfindung enthalten
die die Zapfen 19a begrenzenden Austrittsschlitze 17 Seitenflächen mit Oberflächenbereichen 20 und 21,
welche aus einer im Wesentlichen unterschiedlichen Oberflächentextur
bestehen. In der gezeigten Ausführungsform
weisen die oberen oder äußeren Seitenflächenbereiche 29,
welche an die Anschlussenden der Zapfen angrenzen, eine sehr hohe
Glätte
auf, wohingegen die unteren oder inneren Seitenflächenbereiche 21 etwas
rauer sind.
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Die
Durchflussveränderungen,
welche sich aus dem Vorhandensein der mehrfach texturierten Oberflächenbeschaffenheiten
auf der Seite oder den bildenden Oberflächen der Zapfen ergeben, werden nicht
nur von den bestimmten Schlitzgrößen und
den ausgewählten
Oberflächenbeschaffenheiten,
sondern auch von Faktoren abhängig
sein, wie z.B. der Fließkunde
bzw. Rheologie des extrudierten Materials und den verwendeten Extrusionsgeschwindigkeiten.
In jedem Fall können
jedoch die optimalen Oberflächenbeschaffenheiten
für jedes
bestimmte Chargenmaterial, jede bestimmte Wabenform und/oder jeden
bestimmten Extrusionszustand durch einen Routineversuch leicht bestimmt
werden.
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Für Rheologien
der Chargenart, auf welche man derzeit bei der Herstellung extrudierter
Keramiken und insbesondere bei der Herstellung extrudierter Keramikwaben
stößt, werden
normalerweise Seitenflächen
des Zapfens verwendet, welche einen ersten Oberflächenbereich
mit einer Oberflächenrauheit
von weniger als 0,5 Mikrometer (20 Mikroinch) RA und einen zweiten
Oberflächenbereich
mit einer Oberflächenrauheit
von mehr als 0,75 Mikrometer (30 Mikroinch) RA enthalten. Relativ
glatte erste Oberflächen
innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches der Oberflächenrauheit
können
leicht durch Verfahren, wie z.B. das Schlitzverfahren mittels einer Schleifscheibe
erzeugt werden, wohingegen zweite Oberflächenbereiche mit Oberflächenrauheitswerten über ca.
30 Mikroinch durch herkömmliche
Schlitzverfahren mittels Drahterodieren geliefert werden können.
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Im
Extrusionsergebnis kann ein gewisses Grad an Verbesserung erlangt
werden ohne alle Seitenflächen
aller Zapfen in der Form zu behandeln, um die erwünschten
Oberflächentexturen
zu entwickeln. Beispielsweise ist es möglich die ganze Schlitzanordnung
durch das Schlitzen mittels einer Schleifscheibe zu bilden und dann
die Endbearbeitung mittels der Drahterosion zu verwenden, um nur
den Oberflächenabschnitten
der horizontalen Schlitze oder nur der vertikalen Schlitze in der
Anordnung Rauheit hinzuzufügen.
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Die
besten Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn im Wesentlichen alle
Seitenflächen
aller Zapfen im Abführabschnitt
der Form behandelt wurden. In solchen Fällen sind insbesondere Bearbeitungsverfahren
bevorzugt, welche erste Oberflächenbereiche
mit einer Oberflächenrauheit
im Bereich von 0,05–0,25
Mikrometer (2–10
Mikroinch) und zweite Oberflächenbereiche
mit einer Oberflächenrauheit
im Bereich von 1,0–2,5
Mikrometer (40-100 Mikroinch
oder mehr) auf allen Zapfen zu liefern, welche durch die extrudierende
Wabe berührt
werden sollen. Die raueren zweiten Oberflächenbereiche scheinen eine
besser extrudierte Warenqualität
als die glatteren zweiten Oberflächenbereiche
zu liefern.
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Die
relativen Positionen der ersten und zweiten Oberflächenbereiche
auf den Zapfen gelten nicht als kritisch. Das Positionieren der
ersten (glatteren) Seitenflächenabschnitte
näher an
der Formauslassseite als die zweiten Oberflächenabschnitte und das Verlaufen
der ersten Oberflächenabschnitte
nach außen,
um die Auslassseite der Form zu erreichen, wie in 2 gezeigt,
kann von Vorteil sein, wenn eine optimale Glätte in den extrudierten Stegen
der Waben erwünscht
wird.
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Die
geometrisch konstruierten, makroskopischen und durchflussverändernden
Diskontinuitäten der
Zapfenoberflächen,
welche in der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung WO99/20445
offenbart sind, sind auch als optionale Merkmale der Formkonstruktionen
der Erfindung brauchbar. Diese Diskontinuitäten, welche als Aussparungen
oder Vorsprünge
(beispielsweise Rillen oder Rippen) auf allen oder einer Vielzahl
der Seitenflächen
des Zapfens vorgesehen sein können,
können
nützlich
sein, um den Chargenfluss durch die Schlitze weiter zu stabilisieren.
Wenn eine Aussparung oder Rille parallel mit der Auslassseite der
Form ausgerichtet ist, kann solch ein Merkmal durch Drahterodierverfahren
bequem zur gleichen Zeit in die Zapfenseitenflächen bearbeitet werden, zu
welcher ein aufgerauter Oberflächenabschnitt
durch die Funkenerosionsbearbeitung der unteren Abschnitte der gleichen
Seitenflächen
vorgesehen wird.
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3 der
Zeichnungen veranschaulicht eine besonders bevorzugte Schlitzkonstruktion
dieser Art, welche zwei angrenzende Zapfen 19a mit einen Schlitz 17 bildenden
Seitenwänden
und an der Auslassseite einer Extrusionsform abschließenden Oberseiten
zeigt. Diese vergrößerte schematische
Teilquerschnittsansicht, welche durch die Zapfen 19a in einer
zur Richtung des Austrittsschlitzes 17 quergerichteten
Ebene genommen wurde, zeigt die Aussparungs- oder Rillenmerkmale 24,
welche in gegenüberliegende
Seitenflächen
der ausgewählten
Zapfen 19a, d.h. in beide Seitenwände der ausgewählten Schlitze
geschnitten wurden.
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Die
Seitenflächenabschnitte 21 der
Zapfen 19a, welche unter den Rillenmerkmalen 24 in
dieser Konstruktion positioniert sind, sind durch die Funkenerosionsbearbeitung
oder andere Endbearbeitungsverfahren texturiert, so dass sie eine
rauere Oberflächenbeschaffenheit
als die oberen Seitenflächenabschnitt 20 aufweisen.
Die letzteren glätteren
Bereiche verlaufen von den Rillenmerkmalen 24 zur Oberseite des
Schlitzes 17 an den Auslassseitenanschlüssen der Zapfen 19a der
Form.
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Die
Auswirkungen der mehrfach Texturierung der Zapfenfläche auf
die Bildungskennzeichen der Extrusionsform werden am besten durch
das Vergleichen der Ergebnisse der Extrusion von Waben von zwei
Beispielen mit im Wesentlichen ähnlichen Formen
veranschaulicht, wobei ein Beispiel einheitlich glatte Zapfenflächen und
das andere die mehrfach texturierten Zapfenflächen enthält, welche durch eine Kombination
des Schleifens mittels einer Schleifscheibe und der Endbearbeitung
mittels einer EDM-Drahtscheibe gebildet sind.
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In
solch einem ersten Vergleich werden zwei wabenförmige Extrusionsformen aus
rostfreiem Stahl ausgewählt,
welche zum Bilden von Wabenprodukten mit quadratischen Zellen und
einer eingebrannten Zellendichte von ca. 350 Zellen/Inch2 einer Stirnfläche der Wabe vorgesehen sind.
Die Austrittsschlitze auf den Auslassseiten der Formen weisen eine Schlitzbreite
von ca. 0,0055 Inch und eine Schlitztiefe von ca. 0,100 Inch auf.
Eine der Formen (herkömmlich)
weist jedoch eine glatte Schlitzkonfiguration auf, welche im Wesentlichen
der schematisch in 1 gezeigten ähnelt, während die zweite Form Schlitze mit
sowohl glatten als auch rauen Oberflächenbereichen enthält, welche
den in 2 gezeigten ähneln.
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Alle
der Schlitze in der ersten oder herkömmlichen Form sind durch das
Schlitzen mittels einer BorazonTM-Schleifscheibe gebildet,
welche die gesamte Tiefe der Schlitze und die gesamte Auslassfläche der
Form mit einer sehr glatten und einheitliche Oberflächenbeschaffenheit
versieht. Die Schlitze in der zweiten Form sind durch eine Kombination
des Schlitzens mittels der BarazonTM-Schleifscheibe und der
Nachbearbeitung mittels der Funkenerosion gebildet, um aneinander
angrenzende Abschnitte mit einer glatten und rauen Oberfläche auf
den Seitenflächen
der Zapfen zu erzeugen.
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Um
diese Oberflächenabschnitte
auf den Zapfenflächen
der zweiten Form zu erzeugen, wird diese Form erst mit Schlitzen
der Gesamttiefe von 0,100 Inch durch das Schlitzen mittels der BarazonTM-Schleifscheibe versehen. Dann werden die
Innen- oder Unterseitenabschnitte jedes Schlitzes durch die Bearbeitung
mit dem Funkenerosionsdraht nachbearbeitet. Dies wird durch das
Positionieren eines Funkenerosionsdrahtes mit einem Durchmesser von
ca. 0,004 Inch in jedem vorgeschnittenen Schlitz bei einer Tiefe
von ca. 0,05 Inch unter der Auslassseite der Form und das anschließende Nachbearbeiten dieser
Abschnitte der Schlitzflächen
ausgeführt,
welche unter diese Tiefe verlaufen. Zur gleichen Zeit wird eine
flache Rille mit einer Tiefe von ca. 0,002 Inch in die Seitenflächen jedes
Zapfens an der Grenze der glatten und aufgerauten Schlitzabschnitte
als zusätzliche
Maßnahme
der Durchflusssteuerung geschnitten.
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Das
Produkt dieses Schlitzverfahrens ist eine Form, in welcher ein Zapfen
Seitenflächen
aufweist, welche einen äußersten
glatten Oberflächenabschnitt
mit einer Oberflächenrauheit
von ca. 5 RA und einen zweiten Innenflächenabschnitt mit einer durch
die Nachbearbeitung mittels dem Funkenerosionsdraht erzeugten höheren Schlitzrauheit
(ca. 70 Mikroinch RA) enthalten.
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Das
Extrusionsergebnis dieser zwei Formen wird in Extrusionsversuchen
verglichen, während welchen
die wabenförmigen
Körper
mit einer Zellendichte von 350 Zellen/Inch2 gebildet
werden, wobei jede Form aus einem herkömmlichen Keramikchargenmaterial
besteht, welches mit organischen Bindemitteln in einem Wasserfahrzeug
vermengten Lehm, Talk und Aluminium enthält. Das Bilden von Waben mit
Wandstärken
unter ca. 0,006 Inch mit solchen herkömmlichen Chargen ist allgemein
schwierig, wie durch die Tatsache demonstriert wird, dass sich der Ertrag
eines „akzeptablen" Produkts aus der
ersten Extrusionsform, welche wie oben beschrieben hergestellt wurde,
(d.h. zum Trocknen und Brennen akzeptables Produkt) normalerweise
im Bereich von nur ca. 30% des extrudierten Materials befindet.
Der Rest des extrudierten Produkts weist eine Vielzahl von Zell-
und Zellwandformfehlern auf, welche bekannter Weise mit den Durchflussunregelmäßigkeiten
durch die Form assoziiert werden.
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Die
zweite Form, welche die mehrfach texturierte Schlitzkonstruktion
enthält,
welche wie oben beschrieben vorgesehen wird, weist ein erheblich besseres
Extrusionsergebnis als die erste Form auf. Extrusionsversuche zum
Erzeugen eines wabenförmigen
Produkts mit 350 Zellen/Inch2 erzeugen aus der
gleichen Extrusionscharge, welche nur Erträge von 30% liefert, Erträge von mehr
als 90% der extrudierten Ware, welche zum Trocknen und Brennen geeignet
ist, wenn sie unter Verwendung der ersten Form gebildet wird. Dieses
Ergebnis wird direkt einer wesentlichen Verringerung des fehlererzeugenden Verhaltens
des „schnellen
Durchflusses" zugesprochen,
welche durch die verbesserte Schlitzkonstruktion der zweiten Form
verursacht wird.
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Ähnliche
Ergebnisverbesserungen werden während
Extrusionsversuchen mit wabenförmigen Extrusionsformen
aus rostfreiem Stahl beobachtet, welche zur Produktion von keramischen
Waben mit einer Zelldichte von 600 Zellen/Inch2 und
einer Zellwandstärke
von 0,004 Inch konstruiert wurden. Die verringerte Zellwandstärke dieser
Waben erschwert sogar eine erfolgreiche Extrusion, wobei sich die
Produkterträge
in der Ordnung von 10% unter Verwendung einer Extrusionsform mit
durch eine Schleifscheibe (BarazonTM) endbearbeiteten
Austrittsschlitzen mit einer gleichmäßigen Glätte von 20 Mikroinch befinden.
Im Gegensatz werden Erträge,
welche 60% übersteigen,
mit einer Extrusionsform mit 500 Zellen, welche im Wesentlichen
das gleiche mehrfach texturierte Endmuster des Zapfens wie die oben beschriebene
zweite Wabenform mit 350 Zellen aufweist, sogar ohne das Optimieren
anderer Herstellungsvariablen, wie z.B. die Chargenzusammensetzung
und die Extrusionsgeschwindigkeit erzielt.