DE69628627T2

DE69628627T2 - Strangpressmundstück für Wabenstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69628627T2
Application number: DE69628627T
Authority: DE
Inventors: Harry Arthur SP FR 02-12 Corning Kragle; Floyd Ernest SP FR 02-12 Corning Stumpff; Jr. David Robertson SP FR 02-12 Corning Treacy
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: US5702659A; JPH09174657A; CA2188637A1; EP0776743A1; MX9605990A; EP0776743B1; DE69628627D1; AU7185996A; BR9605610A; ZA9610043B; AR004761A1; MY113632A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Formen für die Extrusion von wabenförmigen Strukturen aus plastifizierten organischen oder anorganischen Chargematerialien. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen wabenförmigen Extrusionskopf, welcher einen lamellierten Übergangsbereich zur verbesserten Kopfleistung und Haltbarkeit sowie Verfahren zur Herstellung und zur Verwendung dieses Kopfes enthält.
Die Verwendung von Extrusionsköpfen zur Bildung von wabenförmigen Strukturen mit dünnen Wänden ist altbekannt. U.S. Patent Nummern 3,790,654 und 3,905,743 (Bagley )beschreiben eine Konstruktion für so einen Kopf, welche eine Vielzahl an Zuführöffnungen enthält, welche durch eine Einfüllfläche des Kopfes gehen und durch den Kopfkörper verlaufen, um extrudierbares Material zu einem Abführbereich zu befördern, welcher auf der Ablaufseite des Kopfes durch eine Reihe an Abführschlitzen gebildet wird. Die Abführschlitze sind miteinander verbunden und formen das extrudierbare Material im Verlauf der Abführung aus der Ablaufseite des Kopfes in eine Struktur mit miteinander verbundenen Wänden für einen wabenförmigen Körper mit Knaälenum.
Im gleichen Maße wie die Verwendung solcher wabenförmigen Strukturen zugenommen hat, hat auch die Nachfrage nach Extrusionsköpfen zugenommen, welche fähig sind feiner strukturierte Waben zu bilden. Eine grundlegende Einschränkung dieser Köpfe ist jedoch die Tatsache, dass weder die Zuführöffnungen noch die Abführschlitze grenzenlos vervielfacht werden können, da die zur kunststoffüberzogenen Pulverextrusion verwendeten Extrusionsdrücke eine beträchtliche Steifigkeit oder Zähigkeit im Kopf benötigen, um eine Verzerrung oder einen Bruch des Kopfes zu vermeiden.
Ein Ansatz diese Schwierigkeit zu beheben ist die sogenannte Verbundzuführkopf-Konstruktion. Bei dieser Konstruktion besteht der Einfüllbereich des Kopfes aus zwei oder mehreren mit Bohrungen versehenen Platten mit einer dicken, steifen ersten oder Schicht- Einfüllplatte, welche relativ große Zuführöffnungen enthält, welche eine zweite oder innere Platte, welche eine Reihe an feineren Zuführöffnungen enthält, mit der extrudierbaren Charge versorgen. Die innere Platte leitet das Chargematerial weiter zu den Abführschlitzen an der Ablaufseite des Kopfes. U.S. Patent Nr. 4,118,456 und 4,321,025 beschreiben diese Kopfart, während U.S. Patent Nr. 4,465,454 die Verwendung einer überlappenden Anordnung der zwei Größen der Zuführöffnungen offenlegt, um eine Flussbegrenzung im innern der Köpfe zu verhindern.
Variationen des Verbundzuführkopfes enthalten die im U.S. Patent Nr. 4,243,370 beschriebenen, worin Führungskanäle zur Leitung des extrudierbaren Materials in den Abführbereich des Kopfes zur Verfügung stehen, U.S. Patent Nr. 4,298,564 beschreibt eine ähnliche Kopfkonfiguration, worin eine Kombination an Führungsschlitzen und Flussbegrenzungen verwendet wird, um die Verteilung des extrudierbaren Materials an der Abführfläche des Kopfes zu verbessern.
Die Entwicklung der Köpfe hat sich auch auf Mittel konzentriert einen einheitlicheren Fluss und eine richtige Verteilung des extrudierbaren Materials zu der Ablauffläche des Kopfes zu erlangen. Die Anmeldungen 52-8761 und 52-8762 von Published Japanese Utility Model beschreiben beispielsweise diskrete Kanäle zur Verteilung von Zuführströmen direkt an Schlitzstellen auf der Ablauffläche, während U.S. Patent Nr. 4,242,075 eine Kopfkonstruktion mit Zuführmaterial-Verteilungskanälen beschreibt, welche eine Reihe an speichengestützten Zellblöcken zur Bildung der Zellen in der extrudierten Wabe speist.
Die Technik hat seit langem die Attraktivität erkannt die Zuführkanäle in einem Extrusionskopf zu glätten, um den Gegendruck zu reduzieren und den Reibverschleiß des Kopfes zu vermindern, welcher durch die anorganischen Pulvergemische, welche extrudiert werden, hervorgerufen wird. U.S. Patent Nr. 5,066,215 beschreibt einen Kopf worin die Zuführöffnungen einheitlich zu Abführschlitzen auf der Kopfablauffläche spitz zulaufen. U.S. Patent Nr. 3,846,197 beschreibt ein ähnliches allmähliches Übergehen der Zuführöffnungen und Abführschlitze, wobei der Kopf in diesem Fall durch das Aufstapeln einer großen Anzahl an Glasplatten zusammengesetzt ist. Jede der Platten ist zumindest teilweise geätzt, um die erwünschte Reihe an Zuführöffnungen oder Abführschlitzen zu schaffen und der Kopfkörper wird dann durch das Aufstapeln der geätzten Platten und das Erhitzen dieser, um die Glassschichten in eine integrale Einheit zu verschmelzen, zusammengesetzt.
Trotz den vorhergehenden Entwicklungen sind derzeitige Extrusionskopfherstellungsverfahren noch auf das Bohren von Zuführöffnungen in eine Fläche eines Metallkopfkörpers angewiesen, während Abführschlitze in die gegenüberliegenden Fläche geschnitten werden. Die derzeit angewendeten Herstellungsverfahren zur Herstellung von wabenförmigen Extrusionsköpfen verwenden nachteiligerweise herkömmliche rotierende oder geradlinige Werkzeuge. Sogar die elektrochemische Bearbeitung und Drahterosion sind größtenteils nicht dazu imstande komplizierte Konturen im Inneren dieser Köpfe zu schaffen.
Wie aus einer Studie dieser Fertigungstechnik ersichtlich, werden die Tiefen der Zuführöffnungen und Abführschlitzen normalerweise genau überprüft um das gewünschte Überlappungsmaß zur richtigen Verteilung eines extrudierbaren Chargematerials an die Schlitze auf der Abführfläche zu bilden. Da jedoch der mittels dieses Verfahrens gebildete Bereich der Zuführöffnung/Schlitz-Überlappung innerhalb des unzugänglichen Inneren des Kopfes gebildet wird, stellt es selten, wenn überhaupt einen effektiven Flussweg her. Im Gegensatz dazu zeigen Unter suchungen der Innenbereiche der Köpfe, welche zur Keramikextrusion verwendet werden, einheitlich, dass pulverisierte Chargematerialien den Überlappungsbereich, welcher in erster Linie geglättet werden soll, nicht finden, sondern stattdessen dazu tendieren das Kopfinnere in eine veränderte und relativ komplexe Konfiguration abzunützen, welche anscheinend leitfähiger zum effizienten Chargefluss ist.
Das Problem ein Chargematerial von einem Zuführöffnungseinlass zu einem Abführschlitzablauf problemlos zu befördern kann besser verstanden werden, wenn erkannt wird, dass der Chargefluss längs durch den Zuführöffnungsbereich des Kopfes verläuft, aber an der Zuführungsöffnung/Abführschlitz-Schnittfläche sehr schnell zu einer Kombination eines Quer- und Längsflusses übergeht. Ein schneller Querfluss an diesen Verbindungen wird benötigt, um die Abführschlitzreihe ausreichend zu füllen, aber wenn der Fluss nicht einheitlich ist werden im extrudierten Produkt Mängel, wie z. B. das Verwachsen der Zellwände am Rand, wellige oder dicke Zellwände, fehlende Zellwände und verstopfte Zellen, auftreten.
Angesichts dieser anhaltenden Schwierigkeiten ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung einen Extrusionskopf zu schaffen, welcher viele der sich durch herkömmlich hergestellte Extrusionsköpfe ergebende Probleme effektiver angeht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Extrusionsverfahren zu liefern, bei welchem ein verbesserter Kopf verwendet wird, welcher extrudierte Waben mit einer verbesserten Form und Qualität bei reduzierten Extrusionsdrücken liefert.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung dieser ersichtlich werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Bezug auf die vorliegende Erfindung wird das Problem der Materialflussregelung an der Zuführöffnung/Schlitz-Schnittstelle eines wabenförmigen Extrusionskopfes durch das Formen der Schnittstelle aus einem Stapel dünner Platten angegangen. Jede Platte im Stapel wird mehrere Öffnungen enthalten, welche einen sehr dünnen Querschnitt des erwünschten Flusskanals innerhalb des Kopfes an dieser Stelle darstellen.
Dieser Ansatz gestattet jeder aufeinander folgenden Platte im Stapel ihre eigene einmalige Geometrie bzw. äußere Form zu haben. Normalerweise wird diese Geometrie geringfügig anders als die benachbarter Platten im Stapel sein, um eine erwünschte Flussänderung zu erzielen. Alternativ können zwei oder mehr aufeinander folgende Platten die gleiche Öffnungsgeometrie zum Zweck des Zuführstromausgleiches oder zu anderen Zwecken haben. Unter den Flussänderungen, welche durch eine vielschichtige Schnittstelle dieser Art in Flussströmen extrudierbaren Materials bewirkt werden können, befinden sich die Unterteilung oder Zusammenführung der Flussströme, Änderungen in der Flussrichtung, Änderungen in der Form der Flussströme und Erhöhungen oder Senkungen in der Flussgeschwindigkeit. Letzteres ergibt sich normalerweise aus einer Verdichtung oder Ausdehnung der Flussströme.
In vielen Fällen können diese Flussparameter unabhängig voneinander verändert werden; in anderen Fällen sind sie voneinander abhängig. In jedem Fall ist die Fähigkeit die Flussströme von jeder Zuführöffnung zusammenzuführen oder zu unterteilen, um eine Vielzahl an Nebenströmen zu schaffen, von besonderer Bedeutung, da eine solche Zusammenführung eine weite aber genaue Neuverteilung des extrudierbaren Materials von einer relativ geringen Anzahl an Zuführöffnungen gewährleisten kann. Somit kann die Flussform des Materials, mit welchem jede willkürlich ausgesuchte Rbführschlitz-Konfiguration oder -Reihe versorgt werden soll, optimiert werden ohne die Anzahl der Zuführöffnungen im Einfüll- oder Zuführbereich des Kopfes erhöhen zu müssen.
In einem ersten Aspekt schafft die Erfindung dann einen wabenförmigen Extrusionskopf, welcher folgendes umfasst:
einen Zuführbereich mit einer Vielzahl an Zuführöffnungen zum Einfüllen eines extrudierbaren Materials;
einen Abführbereich, welcher an einer Abführfläche endet, wobei die Abführfläche eine Abführöffnung zum Abführen des extrudierbaren Materials in Form eines wabenförmigen Körpers mit Kanälen umfasst; und
einen Übergangsbereich, welcher zwischen dem Zu- und Rbführbereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich aus einem Stapel aus mindestens vier miteinander verbundenen Metallübergangsplatten gebildet ist, wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat, und der Übergangsbereich eine Vielzahl an Kanälen, welche durch Aufeinanderfolgen von Öffnungen in den Übergangsplatten gebildet werden, zum Befördern des extrudierbaren Materials in Form eines Zuführstroms zwischen dem Zu- und Abführbereich enthält.
So stellen die Platten eine Aufeinanderfolge von Öffnungen, welche sich ausrichten, um ununterbrochene Übergangskanäle zur Beförderung extrudierbaren Materials von den Zuführöffnungen zum Abführbereich des Kopfes zu bilden. Die Beförderung geschieht in vielfachen Zuführströmen und diese können zusammengeführt (geteilt) und/oder bezüglich der Größe, Form und Richtung geregelt werden. Auf diese Weise können die großen, plötzlichen Änderungen in der Flussrichtung und Flussgeschwindigkeit, welchen man bei herkömmlichen Köpfen begegnet, vermieden werden und bedeutende Minderungen der Kopfimpedanz und/oder des Kopfverschleißes können dadurch erlangt werden.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Extrusion eines wabenförmigen Produktes, welches folgendes umfasst:

(i) das Zuführen eines extrudierbaren Materials in Form von einer Vielzahl an Zuführströmen in eine Vielzahl an Zuführöffnungen, welche in einen Zuführbereich eines wabenförmigen Extrusionskopfes verlaufen;
(ii) das Weiterleiten der Zuführströme von den Zuführöffnungen in einen mehrschichtigen Übergangsbereich, welcher an den Zuführbereich angrenzt, wobei der Übergangsbereich mindestens vier miteinander verbundene Metallübergangsplatten umfasst, wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat und eine Vielzahl an Kanälen, welche durch Aufeinanderfolgen von Öffnungen in den Platten gebildet wurden und zur Beförderung der Zuführströme mit den Zuführöffnungen verbunden sind;
(iii) das Zurückführen, Umformen und/oder Teilen der Zuführströme innerhalb der Kanäle im Übergangsbereich, um eine Vielzahl an zurückgeführten, umgeformten und/oder geteilten Zuführströmen aus extrudierbarem Material zu stellen;
(iv) das Weiterleiten der zurückgeführten, geteilten und/oder umgeformten Zuführströme vom Übergangsbereich in einen Abführbereich, welcher an den Übergangsbereich angrenzt, wobei der Abführbereich eine Abführöffnung umfasst, welche mit den Kanälen verbunden ist und zum Abführen des extrudierbaren Materials in Form eines wabenförmigen Körpers mit Kanälen konfiguriert ist; und
(v) das Abführen des extrudierbaren Materials von der Abführöffnung in Form eines wabenförmigen Produktes.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wenden der Extrusionskopf und das Extrusionsverfahren einen Übergangsbereich an, welcher jeden Zuführstrom in mindestens zwei und üblichsterweise in 3–16 Nebenströme zusammenführt oder teilt. Die Stromzusammenführung kann einmalig ausgeführt werden, d. h. in einem einzelnen Schritt, oder zwei oder mehrere Male in einem zweiten Schritt oder darauffolgenden Zusammenführungsschritten. In den Bereichen der Übergangskanäle, welche die zusammenführenden Schichten oder Abschnitte im Übergangsbereich trennen, wird die Umformung und das Zurückführen der Nebenströme entweder in Vorbereitung für die darauffolgenden Zusammenführungsschritte oder zur Weiterleitung an den Abführbereich des Kopfes ausgeführt.
In noch einem anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wabenförmigen Extrusionskopfes, welches folgende Schritte umfasst:
Bildung einer Vielzahl an Zuführöffnungen in eine Düsenplatte;
Bildung einer Reihe an Öffnungen in jede von mindestens vier miteinander verbundenen Metallübergangsplatten, wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat;
Aufstapeln der Übergangsplatten, um einen Plattenstapel zu bilden, worin die Öffnungen in jeder Platte zumindest in partieller Überdeckung mit den Öffnungen von angrenzenden Platten im Plattenstapel sind und worin die Anordnungen der Öffnungen eine Reihe von Kanälen durch den Plattenstapel bilden;
Positionieren des Plattenstapels gegen die Düsenplatte, so dass die Zuführöffnungen zumindest in partieller Überdeckung mit den Kanälen sind;
Positionieren eines Formabführbereiches gegen den Plattenstapel; und
Verbinden der Düsenplatte mit dem Plattenstapel und dem Formabführbereich, um eine Vorform des Extrusionskopfes zu bilden.
Der Formabführbereich kann eine Reihe an Stiften umfassen, deren Zwischenräume eine Abführöffnung umfassen oder kann eine Abführöffnung umfassen oder kann eine flache Platte umfassen, welche anschließend mit einer Abführöffnung versehen werden kann. Die so angeordnete Düsenplatte, Übergangsplatten und der Abführbereich werden dann miteinander verbunden, um eine ganze, verbundene Extrusionskopf-Vorform zu bilden.
Wenn der Kopfabführbereich eine flache Platte umfasst, wird in der Platte nach der Verbindung eine Abführöffnung gebildet werden, welche mit den Kanälen im Übergangsbereich in Verbindung steht. Diese Öffnung wird konfiguriert werden extrudierbares Material, welches von den Kanälen geliefert wurde, in Form eines wabenförmigen Körpers mit Kanälen abzuführen. Wenn der Abführbereich eine Reihe an Stiften ist, wird die Stiftreihe konfiguriert und positioniert werden, um eine wirksame Füllung der Stiftzwischenräume mit extrudierbarem Material zu ermöglichen, welches von den Kanälen in den Abführbereich gelangt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird weiter in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine schematische, isometrische Teilansicht eines Extrusionskopfes im Querschnitt ist, welcher nach dem Stand der Technik hergestellt wurde;
2 eine schematische, isometrische Teilansicht eines Kopfes im Querschnitt ist, welcher nach der Erfindung hergestellt wurde;
3 eine auseinandergezogene Ansicht ist, welche die Bestandteile und Aufbauweise eines Kopfes der Erfindung zeigt;
4 einen Verlauf von vorherbestimmten Formen für die Kanäle zeigt, mit welchen jede von mehreren Übergangsplatten für einen Übergangsbereich in einem Kopf der Erfindung versehen ist;
4a eine schematische Draufsicht eines Übergangsbereichkanals ist, welcher durch die Kanalformen der 4 geliefert wurde;
5 einen alternativen Verlauf von Formen für die Kanäle zeigt, mit welchen eine Reihe an Übergangsplatten für eine Form nach der Erfindung versehen werden soll; und
6a und 6b schematische Draufsichten des ersten und zweiten Abschnittes eines zusammenführenden Übergangskanals für einen Kopf der Erfindung sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Vergleich der Innenstrukturen eines herkömmlichen Extrusionskopfes bzw. einer Extrusionsform und eines Kopfes nach der Erfindung wird in den 1 und 2 der Zeichnungen gestellt. 1 ist eine vergrößerte, schematische, isometrische Teilansicht eines Kopfes nach dem Stand der Technik, nicht in wahrheitsgetreuen Proportionen oder maßstabgerecht, welche den Formabführbereich und einen Teil des angrenzenden Düsenplattenbereichs des Kopfes im erhöhten Querschnitt zeigt. Die Ansicht wurde genommen um die Übergangszone zwischen den Zuführöffnungen im Kopfkörper und den Abführschlitzen, welche die Abführöffnung des Kopfes bilden, am besten zu zeigen.
Insbesondere auf 1 bezogen, wird der gezeigte Extrusionskopf durch die Bearbeitung eines Metallblocks gebildet, welcher teilweise als 12 gezeigt wird. Zuführöffnungen 13 zum Einfüllen extrudierbaren Materials in den Kopf werden zuerst durch Bohren in die Unterseite (nicht gezeigt) des Blockes 12 gebildet und dann werden Abführschlitze 17 in die oberste Fläche oder Abführfläche 18 des Blocks geschnitten, um die Zuführöffnungen zu kreuzen. Die Schlitze 17 stellen Abführöffnungen, von welchen Chargematerial, welches die Zuführöffnungen 13 kreuzt, von der Fläche 18 als eine wabenförmige Struktur abgeführt werden kann.
Eine Schwierigkeit mit dieser Kopfkonstruktion ist, dass die Verbindungen oder Übergänge, welche durch die Oberflächen 15 dargestellt sind, zwischen den Zuführöffnungen 13 und den Abführschlitzen 17 ungleich sind. D. h., dass es schwierig ist die Oberflächen 15 mit einer gleichen Glätte und Form zu bilden und dass diese oft zu Flussunterbrechungen beitragen können, wodurch Diskontinitäten in den Wänden der extrudierten Wabe eingeführt werden können.
Zudem sind die Oberflächen 15 Bereiche sehr hohen Verschleißes in diesen Köpfen, da das Chargematerial die Richtung ändern muss, beispielsweise von einer mit den Zuführöffnungen 13 parallelen Flussachse in eine Kombination vorwärts und seitlich gerichteter Flüsse in den Abführschlitzen 17. Ein seitlich gerichteter Fluss in den Schlitzen 17 wird benötigt, damit das Chargematerial beim Austreten aus der Fläche 18 des Kopfes in eine ununterbrochene wabenförmige Wandstruktur verwächst.
2 der Zeichnungen stellt eine vergrößerte, schematische, isometrische Teilansicht, wieder in Seitenquerschnittsansicht, eines Abschnitts eines Extrusionskopfes, welcher einen vielschichtigen Übergangsbereich nach der Erfindung enthält. Der Kopf 20 in 2 besteht aus einem Grundflächenbereich 22, einem Abführbereich 26 und einem Übergangsbereich 24. Der Grundflächen- oder Düsenplattenbereich 22 enthält Zuführöffnungen 23, während der Abführbereich 26 Abführschlitze 27 enthält, welche an der Abführfläche 28 enden.
Der vielschichtige Übergangsbereich 24 ist zwischen der Grundfläche 22 und dem Abführbereich 26 angeordnet und stellt die verbindenden Kanäle 29a–29b, welche für die reibungslose Verteilung und Zustellung des Chargematerials von den Zuführöffnungen 23 an die Abführschlitze 27 notwendig sind. In dieser gezeigten Kopfdarstellung, welche beabsichtigt ist veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein, werden die Kanäle 29a–29b durch den Stapel dünner Platten 25a–25j gebildet. Die durch diesen Stapel gebildeten Kanäle sind konfiguriert um die Zuführströme von den Zuführöffnungen 23 zur Weiterleitung in die Abführschlitze 27 sowohl zu teilen, als auch umzuformen.
Kanalbereiche 29a beginnen an der Grundflächen-Übergangsplatte 25a ¹ und führen von den Zuführöffnungsenden auf dem Zuführöffnungsbereich 22 weg. Das Teilen der Zuführströme wird bewirkt, da sich Kanäle 29a an der Übergangsplatte 25f in Nebenkanäle 29b teilen oder abzweigen. Nur zwei der vier Nebenkanäle 29b, welche von jedem Kanal 29a abzweigen, können in der durch 2 gestellten Ansicht gesehen werden.
Zuführstromumformung innerhalb des Kopfes 20 wird erreicht, da sich die Form der Nebenkanäle 29b im Querschnitt von einer nahezu runden am Kanalteilungspunkt zu einer abgerundeten rechteckigen Form an ihren Auslässen von der Abschlußübergangsplatte 25j verändert. Somit ist ein großer Teil des seitlich gerichteten (schlitzweisen) Flusses des zur Füllung der Abführschlitze benötigten Chargematerials vor der Abführung das Chargematerail von den Nebenkanälen 29b vorhanden.
3 der Zeichnungen ist eine auseinandergezogene, vergrößerte, schematische Teilansicht, welche die Bestandteile des Kopfes und die Aufbauweise einer Vorform für einen Kopf, welcher nach der Erfindung geliefert ist, zeigt. Wie in 3 gezeigt, wird die Düsenplatte 32, welche mit Zuführöffnungen 33 versehen wurde, als eine Grundfläche verwendet auf welcher dünne Platten 35a–35d, welche die Platten des Übergangsbereiches des Kopfes umfassen, und der Abführbereich 36 angeordnet sind.
In der gezeigten Bestandteilanordnung, welche die für einen Kopf mit einem vierschichtigen Übergangsbereich benötigten Teile veranschaulicht, ist jede der Übergangsplatten 35a–35d mit einer Reihe an Öffnungen 39a–39d vorherbestimmter Kreuzform versehen. Die Konfiguration der Öffnungen in der Aufeinanderfolge von Platten wird konstruiert, um die Kanalformen, welche durch die Bleche aus der kreisförmigen Konfiguration der Zuführöffnungen 33 gebildet wurden, zu Kreuzformen zu modulieren, welche den Zwischenbereichen zwischen den sich im Abführbereich 36 des Aufbaus kreuzenden Abführschlitzen 37 mehr entsprechen.
Insbesondere auf 3 bezogen, sind in der Reihe an Öffnungen 39a in der ersten oder Grundflächen -Übergangsplatte 35a die Öffnungen den kreisförmigen Konfigurationen der Zuführöffnungen 33 im Kopfkörper 32 ähnlich. Die Öffnungen 39d in der letzten oder End- Abführplatte 35d sind konfiguriert, um die Schlitzzwischenräume, welche durch die sich kreuzenden Schlitze 37 gebildet wurden, mit Chargezuführströmen mit einer kreuzförmigen Konfiguration zu versorgen.
In der in 3 gezeigten Veranschaulichung wurde die Bildung der Abführschlitze 37 in der Platte 36 noch nicht vollendet. Stattdessen verlaufen die Abführschlitze 37 nur teilweise in die Platte, welche an einer kollektiven, ebenen Grenze endet, welche durch die gestrichelte Linie 36a entlang der Kante der Platte 36 angezeigt wird. Die durch Linie 36a angezeigte Ebene ist auch parallel, aber hat einen Abstand von der ununterbrochenen Oberfläche der Platte 36 gegenüber der mit Schlitzen versehenen Plattenoberfläche.
Die Materialschicht ohne Schlitze über der Linie 36a in Platte 36 dient als stützende Fläche oder Membran für die „Stifte" 37a, welche durch die sich kreuzenden Schlitze in der bearbeiteten Oberfläche der Platte gebildet wurden. Diese Schicht hält und erhält die Axialität und den Abstand der Stifte 37a, da die Bestandteile in 3 montiert und aneinandergefügt werden, um eine einheitliche Kopfvorform zu bilden.
Im Montageverfahren und beim Verbinden der Bestandteile in 3, sind die Übergangsplatten 35a–35d in einem Stapel mit der Oberfläche der Düsenplatte 32 verbunden und die Enden der Stifte 37a in der teilweise mit Schlitzen versehenen Platte 36 sind mit der obersten Übergangsplatte im Stapel verbunden. Somit ist ein verbundener Aufbau gebildet, welcher dem in 2 ähnelt, mit der Ausnahme, dass er Abführschlitze 37 hat, welche noch nicht zur Abführung geöffnet sind.
Um die benötigte Abführöffnung in diesem Aufbau zu stellen, werden die Schlitze 37 nach dem Verbinden durch einen zusätzlichen Schlitzschritt oder vorzugsweise durch das Abtragen des Grundflächen- oder Membranmaterials über der gestrichelten Linie auf Platte 36 geöffnet.
Durch den Verlauf der Übergangsplatten 35a–35d in dem nach 3 gebildeten Kopf, wird eine bedeutende seitliche Neuverteilung des Chargematerials in den Übergangsbereich bewirkt, um die Abführschlitze 37 zu füllen. Da diese Neuverteilung die Zuführströme nicht ausschließlich zu den Seiten der Stifte 37a leitet, wie in 2, vermindert der Kopf von 3 die Menge des seitlich gerichteten Chargeflusses noch beträchtlich, welcher in den Schlitzen benötigt wird. Zudem vermindert das Umformen der Zuführströme, um der Konfiguration der Schlitzzwischenräume mehr zu entsprechen, das Verschleißgrad wesentlich durch das Chargematerial an den Ecken der Stifte 37a.
Bei einem alternativen Herstellungsverfahren einer Kopfvorform, nicht in 3 veranschaulicht, wird die im Aufbau gezeigte Platte 36 durch eine Fläche oder Abführplatte ohne Öffnungen ersetzt. Nachdem diese Platte mit den anderen Bestandteilen des Aufbaus verbunden wurde, werden Abführschlitze oder andere Abführöffnungen durch herkömmliches Sägen, Versehen mit Schlitzen durch Funkenerosion oder andere Bearbeitungsverfahren in die ungeschützte Seite der Abführplatte geformt. Es ist jedoch wegen der Materialverformung, welche während dem Verbinden auftritt, erheblich schwieriger eine optimale Axialität der vorgeformten Übergangkanäle mit den nach der Verbindung bearbeiteten Abführschlitzen zu erzielen, als mit vor der Verbindung gebildeten Abführschlitzen. Deshalb wird für beste Schlitzaxialität mit den Kanälen im Übergangsbereich und auch um Schlitze mit komplexen Querschnitten, wie in 3 gezeigt, zu ermöglichen, die Verwendung von einer vorher mit Schlitzen versehenen Abdeckung für den Abführbereich des Kopfes, wie in dieser Abbildung gezeigt, bevorzugt.
Jedes der bekannten Schlitzverfahren kann angewendet werden um Schlitze, wie die Schlitze 37 im Abführbereich eines wie in 3 gezeigten Kopfes zu bilden und/oder fertig zu stellen. Beispiele solcher Verfahren sind Funkenerosion und Präzisionssägen. Das jedoch derzeit bevorzugte Schlitzverfahren für wabenförmige Extrusionsköpfe, welche wie beschrieben hergestellt wurden, ist Schleifscheibenschleifen. Bei der Verwendung einer Werkzeugbestückung wie eine kleine, dünne Bor(kubische Bornitrid) Schleifscheibe, bietet das Schleif scheibenschleifen spezielle Vorteile in Bezug auf geringe Kosten, hohe Geschwindigkeit und eine gute Nachbearbeitung der Schlitzseitenwände. Zudem eignet es sich insbesondere für die Bildung doppelt so breiter Schlitze 37, wie in 3 gezeigt.
Auf die gleiche Weise kann jedes der sehr bekannten Lochbohrungsverfahren angewandt werden um die Reihe an Zuführöffnungen im Düsenplattenbereich oder Zuführöffnungsbereich des Kopfes zu bilden. Insbesonders geeignete Verfahren enthalten Tiefbohr- und elektrochemische Bearbeitungsverfahren. Da die Düsenplatte aus Durchgangslöchern besteht und nicht aus den in herkömmlichen Köpfen, wie in 1 gezeigt, verwendeten Grundlöchern, können sekundäre Durchführungen, wie z. B. Honen oder andere Öffnungsglättungen, vorteilhafter Weise leicht angewendet werden, um die Glätte und Gleichförmigkeit der Zuführöffnungen bei Bedarf zu verbessern.
Die Zusammensetzung, Anzahl und Stärke der dünnen Platten oder Bleche, welche verwendet werden um den Schnittstellenbereich des Extrusionskopfes der Erfindung zu bilden, wird so ausgewählt werden, dass sie den Ansprüchen der speziellen Extrusionsanwendung, für die der Kopf gedacht ist, entspricht. Im Allgemeinen ist es jedoch wünschenswert, dass die Plattenstärken und Öffnungsformen ausgewählt werden, um sehr schnelle Änderungen in der Kanalgröße, Form oder Flussrichtung von Platte zu Platte zu vermeiden. Der Übergangsbereich in diesen Köpfen kann nützlicherweise so betrachtet werden, dass er die Richtung des Chargeflusses in einer Aufeinanderfolge von Treppenstufen ändert, welche durch die Platten im Stapel entstanden sind. Je dünner die verwendeten Platten sind, desto kleiner sind die Treppenstufen und desto glätter wird der Flussübergang sein. Große richtungsmäßige Änderungen werden durch die Begrenzung der Öffnungsversetzungen von Platte zu Platte vermieden, wobei die Öffnungsversetzung mittels dem Winkel zwischen den Öffnungszentren in angrenzenden Platten gemessen wird. Die Anzahl der Platten wird ausgewählt, um die Kosten einer steigenden Plattengröße gegen das Regelmaß, welches über den Zuführfluss erwünscht ist, auszuwägen.
Die Reihe an Öffnungen in jeder der dünnen Platten, welche dazu verwendet werden den Übergangsbereich des Kopfes zu konstruieren, kann durch herkömmliche Bearbeitungsverfahren gebildet werden, aber geeignetere Reihen werden durch fotochemische Bearbeitungsverfahren hergestellt. Mittels dieser bekannten, ausgereiften Verfahren können in einer flexiblen und wirtschaftlichen Weise Platten mit geätzten Öffnungen hergestellt werden.
Wie in der vorhergehenden Beschreibung vorgeschlagen, sind die vielschichtigen Übergangsköpfe der Erfindung sehr wirksam bei Flussteilungs- oder Formungsfunktionen von Flussstrom-Zurückführungsfunktionen. D. h., jede Flusszurückführung, Flussteilung und/oder Flussumformung kann optimal ausgeführt werden, nahezu ohne Berücksichtigung der anderen. Beispielsweise können die Anfangsplatten in einem Plattenstapel einen Zuführstrom in vier kleinere Zuführströme teilen, welche zu den vier Seiten eines vierseitigen Zellkopfes geleitet werden sollen, während der Plattenstapel am gleichen Punkt oder stromabwärts vom Teilungspunkt die Form und/oder das Volumen jedes kleineren Flussstroms wie erwünscht ändern kann. Somit kann ein kreisförmiger Nebenstrom in einen Nebenstrom mit einem verlängerten oder geradlinigen Querschnitt umgeformt werden, um dem Abführschlitz des Kopfes besser zu entsprechen, welchen er beliefern soll.
Die wirksamste Konfiguration für den Übergangsbereich vom Standpunkt einer reduzierten Flussimpedanz ist eine, worin die Flussachse für das extrudierbare Material innerhalb des Übergangbereiches nicht von der Längsrichtung des Chargeflusses durch die Zuführöffnungen und von der Abführfläche durch einen Winkel größer als ca. 30 Grad an irgendeinem Punkt entlang ihrer Länge abweicht. Durch eine angemessene Auswahl der übergehenden Schichten des laminierten Übergangsbereiches des Kopfes müssen nur sehr wenige Schichten, beispielsweise 5–10 Schichten, verwendet werden, um eine wirksame Zurückführung und/oder Teilung des Zuführstroms zu stellen, ohne diese Grenze zu überschreiten.
Andererseits könnten viel mehr Schichten, beispielsweise 10–50 oder sogar 100 Schichten, verwendet werden, um die Wände des Übergangsbereichs zu „glätten". Solch eine Glättung kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, um die Zuführströme oder Nebenströme zurückzuführen oder umzuformen, während gleichzeitig Chargeansammlungspunkte oder „tote Punkte" in den fein strukturierten Kanälen vermindert oder im Wesentlichen beseitigt werden.
Die Verwendung mehrerer Übergangsplatten schließt normalerweise die Verwendung von dünneren Platten mit ein, vereinbar mit der Aufgabe die Größe der „Stufen" zu verringern, um die Übergangskanäle zu glätten. Die Plattenstärken werden jedoch sogar in Köpfen mit geringer Plattengröße, im Allgemeinen 0,0508 cm (0,020 inches) (500 μm) nicht überschreiten, und sind üblichererweise 0,0127–0,0254 cm (0,005–0,010 inches) (125–250 μm) stark. Platten bis zu 0,00508 cm (0,002 inches) (50 μm) oder sogar weniger, können prinzipiell verwendet werden, insbesondere wenn engere Konstruktionstolleranzen und eine verbesserte lotrechte Stellung für mit Öffnungen versehene Seitenwände benötigt werden, trotz etwas höherer Kosten.
In der Kanalkonstruktion der 3 wurden die Zuführströme neu konfiguriert aber nicht unterteilt. 4 veranschaulicht einen Verlauf von Öffnungsformen (vergrößert) für eine Übergangskanalkonstruktion, welche eher der Konstruktion in 2 entspricht, worin die Kanäle die Zuführströme sowohl teilen als auch umformen.
Ein Übergangsbereich der die Kanalkonstruktion der 4 enthält würde 6 Übergangsplatten enthalten, wobei jede darauffolgende Platte, welche eine Reihe an Öffnungen enthält, formmäßig einer der Formen in der in 4 gezeigten Formreihe entspricht. Die Platte, welche eine Reihe an Öffnungen der Form 49(a) in 4 enthält, würde jeden Chargestrom von den Zuführöffnungen in einem angrenzenden Zuführöffnungsbereich in vier Nebenströme teilen. Folglich würden die Öffnungen der Formen 49(b)–49(f) jeden Nebenstrom in einen verlängerten Querschnitt umformen, so wie es für die Extrusion in die Grundfläche eines Schlitzsegmentabschnitts im Abführbereich eines wabenförmigen Extrusionskopfes mit quadratischen Zellen geeignet wäre.
Platten mit den Öffnungsformen von 4 würden, wenn sie in einen vielschichtigen Übergangsbereich gestapelt sind, einen Kanal bilden, wie schematisch in der vergrößerten Draufsicht der 4a gezeigt. 4a vergleicht die Größe und Form 43 einer Zuführöffnung, welche in eine Kopfgrundflächenplatte mit den Öffnungen in einen Stapel übereinanderliegender Übergangsplatten, welche wie in 4 gezeigt geformt sind, öffnet.
Der in 4a dargestellte Formvergleich veranschaulicht die Weise, in welcher, bei richtiger Überdeckung der Übergangsplattenöffnungen, die sich überdeckenden Öffnungsformen der 4 Kanäle stellen würden, welche von Form 49(a) (in Form und Größe eng passende Zuführungsöffnung 43) zur verlängerten Form 49(f) (welche in Form und Größe etwa einem Abführschlitzsegment entspricht) übergehen. Ebenso wird das Abwinkeln der geteilten Kanäle weg von der Flussachse der Zuführöffnung 43 vorgeschlagen, wobei sich Letztere senkrecht zur Ebene der Zeichnung befindet. Die Winkel zwischen der Flussachse der Zuführöffnung und die der Kanäle können aus der Stärke der Übergangsplatten und den Verschiebungen in den Öffnungspositionen von jeder Übergangsplatte zur nächsten berechnet werden.
Eine Konstruktion des Übergangsbereiches für einen Extrusionskopf für eine wabenförmige Extrusion mit dreieckigen Zellen wird in 5 der Zeichnungen gezeigt. Der Verlauf der Formen in dieser Abbildung wurde konstruiert, um einen Kanal zur Teilung, Umformung und Zurückführung eines einzelnen kreisförmigen Zuführstroms in drei verlängerte Zuführströme zu stellen, welche extrudierbares Material gleichmäßig um einen dreieckigen „Stift" in der Abführfläche eines solche Kopfes zuführen. Wie in dieser Konstruktion zu sehen ist, findet die Unterteilung jedes Zuführstroms der Zuführöffnungen im Übergangsbereich statt, welcher die Kanalform 59(b) hat, aber die Umformung von allen drei sich ergebenden Zuführ-Nebenströmen geschieht über dem Verlauf von Form 59(c) zu 59(j).
Zusammenführen oder Unterteilung eines Stroms extrudierbaren Materials von einer Zuführöffnung des Kopfes kann, wie zuvor angemerkt, mehrere Male und in mehreren Abschnitten eines einzigen Übergangsbereichs in diesen Köpfen ausgeführt werden. Eine Kanalkonstruktion für eine zweistufige Zusammenführung wird schematisch in den 6a und 6b der Zeichnungen veranschaulicht. In 6a, entsprechend dem ersten Zusammenführungsschritt, wird, ein Zuführstrom von einer kreisförmigen Zuführöffnung 63 in einer Anfangsübergangsplatte der Kanalform 69(a) in vier Nebenströme untereilt, und jeder der vier Nebenströme wird dann über dem Verlauf der Kanäle 69(b)-69(g) zu einer symmetrischen, achteckigen Querschnittsform umgeformt.
Im zweiten Zusammenführungsschritt, in 6b gezeigt, wird jeder achteckige Nebenstrom von der Öffnung 69(g) im ersten Zusammenführungsschritt der 6a in einer Übergangsschicht mit Öffnungen der Form 69(h) in vier kleinere Nebenströme unterteilt. Danach wird jeder der kleineren Nebenströme über den Verlauf der Kanalöffnungen, beginnend mit Kanalform 69(i) und endend mit Kanalform 69(k), in verlängerte Stromformen umgeformt, welche zur gleichmäßigen Zuführung extrudierbaren Materials zu den Schlitzabschnitten eines wabenförmigen Extrusionskopfes mit quadratischen Zellen geeignet sind. Der deutliche Vorteil dieses mehrfachen Zusammenführungsansatzes ist, dass vier Zellen eines extrudierten, wabenförmigen Produktes von einer einzigen Zuführöffnung 63 in einer Düsenplatte völlig gebildet werden können. Dies reduziert dramatisch die für die Herstellung von Waben mit Feinstruktur benötigte Anzahl an Zuführöffnungen.
Zusammenfügen der Düsenplatte, Übergangsbereichplatten und Abführbereichplatte der Köpfe, wie in den Zeichnungen gezeigt, zu einer Vorform für einen fertigen Extrusionskopf nach der Erfindung kann durch Anwendung herkömmlicher Befestigungs- oder Verbindungsverfahren für Metall durchgeführt werden. Prinzipiell könnte jedes Montageverfahren, einschließlich Weich- und Hartlöten oder sogar mechanisches Befestigen angewandt werden, aber das bevorzugte Verfahren der Montage ist die Diffusions-Kontaktherstellung. Das letztere Verfahren bildet einen ganzen Kopfaufbau, welcher leicht der Festigkeit und dem Soll der Größe entspricht, welche für fein strukturierte Extrusionsköpfe benötigt werden.
U.S. Patent Nr.3.678.570 (Paulonis und andere) beschreibt ein geeignetes Diffusions-Kontaktherstellungsverfahren, insbesondere für Superlegierungs- und rostfreie Stahlverbindungen geeignet, worin dünne Zwischenschichten aus Legierungen verwendet werden, um das Diffusions-Kontaktherstellungsverfahren mittels der Bildung einer vorübergehend flüssigen Phase zu unterstützen. Diese Zwischenschichten fördern eine gute Diffusions-Kontaktherstellung ähnlicher Materialien bei Temperaturen und Drücken, welche etwas unter dem für herkömmliche Diffusionsvorgänge benötigtem Bereich liegen.
Die Erfindung wird weiter in Bezug auf das folgende Beispiel erklärt werden, welches veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll.
Beispiel
Bestandteile für die Zuführ-, Übergangs- und Abführbereiche für einen wabenförmigen Extrusionskopf werden zuerst ausgewählt. Der Zuführbereich besteht aus einer Düsenplatte, welche aus rostfreiem Stahl des Typs 422 PM (Stahl des Typs 422 aus Stahlpulver verdichtet) zusammengesetzt ist. Diese Platte ist tiefgebohrt, um eine Zuführöffnungsreihe zu lie fern, welche aus ungefähr 16 Öffnungen/cm² (100 Öffnungen/in²) der Plattenoberfläche besteht. Die Oberflächen der Platte werden dann geschliffen und poliert, um eine fertige Düsenplatte mit einer Reihe an glatten Durchgangslöchern zu stellen.
Der Übergangsbereich des Extrusionskopfes wird aus einem Stapel aus sechs dünnen Platten aus rostfreiem Stahl gebildet. Jede Platte hat eine Stärke von ca. 0,250 mm (0,010 in) und wird aus rostfreiem Stahl des Typs 410 gebildet. Die Öffnungen in den Übergangsplatten werden durch Selektivätzen mitttels herkömmlicher fotochemischer Bearbeitungsverfahren gebildet. Jede Platte wird bearbeitet, um eine Öffnungsreihe zu stellen, worin die Öffnungsgruppen mit einer Form versehen werden, welche in wesentlicher Übereinstimmung mit einer anderen Form der Öffnungsformen 49a–49f ist, welche in 4 der Zeichnungen veranschaulicht werden. Platte (a) enthält Öffnungen, welche im Wesentlichen den Zuführöffnungen in der Düsenplatte in Anzahl und Größe entsprechen und den Zuführöffnungen in der Form ähnlich sind. Dies sichert ein leichtes Eintreten der Zuführströme von den verbindenden Zuführöffnungen. Platte (b) umfasst Öffnungsreihen, welche jeden Zuführstrom in vier Nebenströme unterteilen, wie in 49b in 4, während die Platten (c)–(f) jeden der Nebenströme nacheinander umformen, um an den Abläufen vom Übergangsbereich in den Abführbereich verlängerte Zuführstromquerschnitte zu stellen.
Der Abführbereich des Kopfes wird aus einer gehärteten Stahlabdeckplatte aus rostfreiem Stahl des Typs 422 gebildet. Die Flächen dieser Platte werden flach und parallel geschliffen und dann wird eine Abführschlitzreihe, welche zwei Reihen paralleler Schlitze enthält, in eine Oberfläche der Platte geschnitten. Die Reihen kreuzen sich in einem 90° Winkel und die Schlitze in jeder Reihe haben einen einheitlichen Abstand zwischen den Schlitzen von 2,5 mm. Somit wird eine einheitliche Reihe an quadratischen „Stiften" mittels den Schlitzen in der Oberfläche der Platte gebildet.
Das zur Bildung der Schlitze in die Plattenoberfläche angewandte Verfahren ist Schleifscheibenschleifen. Dünne Schleifscheiben aus Bornitrid werden verwendet, um die Platte mit Schlitzen mit einer Tiefe von 3,81 mm (0,15 in) von der Plattenoberfläche zu versehen. Die Schlitze sind eine Konstruktion mit zwei Größen, nämlich einer Breite von ca. 0,36 mm (0,014 in) an der bearbeiteten Oberfläche der Platte und bis zu einer Tiefe von ca. 0,89 mm (0,035 in) von der Oberfläche, und von dort mit einer Breite von ca. 0,18 mm (0,007 in) bis über den Bodenbereich 2,92 mm (0,115 in) der Schlitztiefe.
Die somit gestellte Düsen-, Übergangs- und Abführ-Abdeckungen werden als nächstes zu einer Vorform für einen Extrusionskopf zusammengefügt. Die Übergangsplatten in der (a)-(f) Reihenfolge werden auf der Düsenplatte aufgestapelt, wobei diese vorsichtig axial ausgerichtet werden, um eine genaue Überdeckung der Zuführöffnungen mit allen Kanälen in den Übergangsplatten zu sichern. Die Stahlabdeckplatte wird dann oben auf dem Übergangsplattenstapel positioniert, wobei die bearbeitete (mit Schlitzen versehene) Oberfläche der Abdeckung mit der obersten Übergangsplatte (f) des Übergangsbereiches verbunden ist. Die Abdeckung wird vorsichtig auf den aufeinander gestapelten Übergangsplatten positioniert, um zu sichern, dass jedes Schlitzsegment in der Abdeckung zu einem der Abläufe der verlängerten Nebenstromkanäle in der obersten Übergangsplatte des Stapels axial ausgerichtet ist.
Die somit axial ausgerichteten Kopfbestandteile werden dann unter Wärme und Druck zusammengefügt, um eine ganze Kopfvorform zu stellen. Das angewandte Zusammenfügungsverfahren ist ein herkömmliches Diffusions-Kontaktherstellungsverfahren, in welchem eine einzige Schicht NiP Verbandslegierung verwendet wird, welche zu einer Stärke von ca. 5 μm auf eine der zwei Metalloberflächen jedes zu fügenden Schichtpaars plattiert wird. Eine dauerhafte Zusammenfügung aller Schichten in einen ganzen Vorformaufbau wird durch die Erwärmung des Stapels auf eine Höchsttemperatur von 1000°C und unter einem Höchstdruck von 992 psi (6,84 Mpa) bewirkt. Nach dem Zusammenfügen und Abkühlen wird der Aufbau einem herkömmlichen Anlasszyklus für 400 Serienstähle unterzogen.
Die somit gelieferte zusammengefügte Vorform wird als nächstes einem Abdeckplatten-Bearbeitungsschritt unterzogen. Bei diesem Schritt wird eine Materialschicht von der ungeschützten Seite der Abdeckung abgetragen, wobei die abgetragene Schicht eine ausreichende Stärke hat, um die Spitzen der Abführschlitze freizulegen, welche in die gegenüberliegende Oberfläche der Abdeckung eingearbeitet wurden. Drahterodieren ist das zum Abtragen der gewünschten Schicht vom Oberflächenmaterial angewandte Verfahren.
Schließlich wird die Abdeckung mit ungeschützten Schlitzen geschliffen und/oder poliert, um die Abführfläche und andere Außen- und Innenflächen des Kopfes zu glätten. Wenn erwünscht, kann der Kopf dann angelassen werden und/oder kann mit einem der bekannten Haltbarkeitsbeläge versehen werden, welche für die spezielle Anwendung der wabenförmigen Extrusion von Interesse als nützlich gilt. Beispiele bekannter Haltbarkeitsbeläge, welche für die Extrusion abrasiver, auf Keramikpulver basierender Chargematerialien verwendet werden enthalten Titannitrid, Titankarbid, Titancarbonitrid, oder ähnliche Stoffe.
Ein spezieller Vorteil von Extrusionsköpfen, welche in Bezug auf das vorhergehende Beispiel gestellt werden, ist eine verlängerte Standzeit, insbesondere für die Extrusion kunststoffüberzogener Chargen, welche aus feinen Partikeln bestehende, abrasive Keramikmaterialien enthalten. Da die an den Ablaufbereich des Kopfes weitergeleiteten Zuführströme umgeformt sein und/oder an jede willkürliche Position weitergeleitet werden können, wie z. B. zu den Oberflächen mit den Stiften oder „Mittelschlitz-" Bereichen der Abführöffnung, kann Stiftverschleiß durch die weniger anfälligen Seitenflächen, eher als durch die Ecken der Stiftgrundflächen entste hen. Dies verzögert die unerwünschten Änderungen in der Form der Stiftecken, welche der Grund für Produktmängel, wie z. B. vergrößerte Wand-Zwischenbereiche oder sog. „dicke Mittelpfosten" sind.
Die Tatsache, dass Änderungen der Richtung und Form in den Zuführströmen relativ allmählich und vor der Zuführstromleitung zu den Grundflächen der Stifte stattfinden, vermindert auch den Kopf- und Stiftverschleiß und verlängert proportional die Standzeit des Kopfes. Die Zuführöffnung/Abführschlitz-Versetzungen, welche durch Bohrfehler während der Herstellung herkömmlicher Köpfe hervorgerufen werden, werden völlig vermieden und die Zuführstromimpedanz wird minimiert, da die 90° Flussstromzurückführung nicht länger erforderlich ist, welche an Öffnung/Schlitz- Schnittstellen in solchen herkömmlichen Köpfen benötigt wird
Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Kopfkonstruktionen ist die Fähigkeit die Zuführöffnungsgröße in Köpfen mit einer hohen Zellanzahl durch die Verwendung von zusammengesetzten Zuführ-Übergangsbereichen zu vermindern. Somit kann, wie zuvor angemerkt, die Zuführstromunterteilung innerhalb des Übergangsbereiches in einem, zwei oder sogar mehreren Schritten ausgeführt werden. Auf diese Weise könnte eine einzelne Zuführöffnung im Kopfkörper, unterteilt in 3 oder 4 Nebenströme an mehreren Zusammenführungsabschnitten im Übergangsbereich, extrudierbares Material zu 9, 16 oder mehr Schlitzsegmenten im Ablaufbereich des Kopfes zuführen. Solch ein Kopf ist aufgrund der verringerten Zuführöffnungsanzahl sowohl solider, als auch günstiger als ein herkömmlicher Kopf mit einer hohen Zellenanzahl, und könnte dementsprechend eine reduzierte Flussimpedanz der Zuführöffnungscharge und niedrigere Anfälligkeit zu Veränderungen in der Rauheit der Zuführöffnung aufweisen.
Schließlich bieten diese Köpfe eine verbesserte Extrusionsleistung für ungewöhnliche Kopfkonfigurationen, wie z. B. Köpfe mit rechteckigen Zellen, bei welchen es bei Verwendung herkömmlicher Zuführöffnungsformen ziemlich schwer ist sie einheitlich zuzuführen. Die Fähigkeit Übergangskanäle willkürlicher Größe, Form und Anzahl zwischen einer herkömmlichen Zuführöffnungsreihe und eine kundengebundene Abführschlitzreihe zur Verfügung zu stellen, liefert eine sehr verbesserte Kontrolle über die Verteilung des Chargematerials an Abführbereiche solcher Köpfe, wodurch eine sehr flache Flussvorderseite über die Kopfabführfläche und ein stetigeres Verwachsen des Materials an den Ecken und Flächen der Zelle gewährleistet wird.

Claims

Ein wabenförmiger Extrusionskopf (20), welcher folgendes umfasst: einen Zuführbereich (22) mit einer Vielzahl an Zuführöffnungen (23) zum Einfüllen eines extrudierbaren Materials; einen Abführbereich (26), der an einer Abführfläche endet, wobei die Abführfläche eine Abführöffnung (27) zum Abführen des extrudierbaren Materials in Form eines gerillten, wabenförmigen Körpers umfasst; und einen Übergangsbereich (24), welcher zwischen dem Zu- und Abführbereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich aus einem Stapel aus mindestens vier miteinander verbundenen Metallübergangsplatten (25a-25j) gebildet ist, wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat, und der Übergangsbereich eine Vielzahl an Kanälen bzw. Rinnen (29a, b), welche durch Aufeinanderfolgen von Öffnungen in den Übergangsplatten gebildet werden, zum Transportieren des extrudierbaren Materials in Form eines Zuführstroms zwischen dem Zu- und Abführbereich enthält.
Ein Extrusionskopf nach Anspruch 1, worin: die Zuführöffnungen (23) parallel zu einer Flussachse für das extrudierbare Material sind; der Übergangsbereich (24) eine Eingangs- bzw. Einfüllübergangsplatte, welche an den Zuführbereich angrenzt, und eine Ausgangs- bzw. Abführübergangsplatte, welche an den Abführbereich angrenzt, umfasst; und in einem Intervall zwischen der Zuführübergangsplatte und der Abführübergangesplatte die Kanäle (i) sich in Nebenkanäle teilen, (ii) eine nicht parallele Ausrichtung mit der Flussachse haben; und/oder (iii) sich im Querschnitt ändern.
Ein Extrusionskopf nach Anspruch 1, worin der Übergangsbereich 5–50 Übergangsplatten umfasst.
Ein Extrusionskopf nach Anspruch 1, worin: der Abführbereich (26) eine Reihe an Stiften (37a) umfasst, wobei jeder Stift (i) an einem Befestigungsende mit der Übergangsschicht der Abführfläche verbunden ist, (ii) an einer Außenseite auf der Abführfläche endet, und (iii) durch Zwischenräume von angrenzenden Stiften getrennt ist, und die Abführöffnung durch die Zwischenräume (37) gebildet wird.
Ein Extrusionskopf nach Anspruch 4, worin die Stifte (37a) am Befestigungsende einen geringeren Durchschnitt haben als am äußeren Ende.
Ein Extrusionskopf nach Anspruch 1, worin die Mehrheit der Übergangsplatten 5–50 Platten umfasst und worin jede Platte eine Stärke im Bereich von 125–500 μm hat.
Ein Verfahren zum Extrudieren eines wabenförmigen Produktes, welches folgendes umfasst: (i) das Zuführen eines extrudierbaren Materials in Form von einer Vielzahl an Zuführströmen in eine Vielzahl an Zuführöffnungen (23), welche in einen Zuführbereich (22) eines wabenförmigen Extrusionskopfes (20) verlaufen; (ii) das Weiterleiten des Zuführstroms von den Zuführöffnungen (23) in einen mehrschichtigen Übergangsbereich (24), welcher an den Zuführbereich angrenzt, wobei der Übergangsbereich mindestens vier miteinander verbundene Metallübergangsplatten (25a–25j) umfasst, wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat und eine Vielzahl an Kanälen (29a, b), welche durch Aufeinanderfolgen von Öffnungen in den Platten gebildet und zur Beförderung der Zuführströme mit den Zuführöffnungen verbunden sind; (iii) das Zurückführen, Umformen und/oder Teilen der Zuführströme innerhalb der Kanäle im Übergangsbereich, um eine Vielzahl an zurückgeführten, umgeformten und/oder geteilten Zuführströmen aus extrudierbarem Material zu liefern; (iv) das Weiterleiten der zurückgeführten, geteilten und/oder umgeformten Zuführströmen vom Übergangsbereich (24) in einen Abführbereich (26), welcher an den Übergangsbereich angrenzt, wobei der Abführbereich eine Abführöffnung (37) umfasst, welche mit den Kanälen (29a, b) verbunden ist und zum Abführen des extrudierbaren Materials in Form eines gerillten, wabenförmigen Körpers konfiguriert ist; und (v) das Abführen des extrudierbaren Materials von der Abführöffnung in Form eines wabenförmigen Produktes.
Ein Verfahren nach Anspruch 7, worin: die Zuführströme die Zuführöffnungen (23) entlang einer Flussachse durchfließen und die Zuführströme in den kleinsten Bereichen der Kanäle, entlang Durchflusswegen, deren Richtung von der Flussachse abweicht, zurückgeführt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 worin: die Zuführströme in den Kanälen geteilt werden, um getrennte Zuführströme zu bilden und die getrennten Zuführströme in den Abführbereich (26) weitergeleitet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines wabenförmigen Extrusionkopfes (20), welches folgende Schritte umfasst: Bildung einer Vielzahl an Zuführöffnungen (23) in eine Düsenplatte (22); Bildung einer Reihe an Öffnungen in jede von mindestens vier miteinander verbundenen Metallübergangsplatten (25a–25j), wobei jede Platte eine Blechstärke von weniger als ca. 1 mm hat; Aufstapeln der Übergangsplatten, um einen Plattenstapel zu bilden, worin die Öffnungen in jeder Platte zumindest in partieller Überdeckung mit den Öffnungen von angrenzenden Platten im Plattenstapel sind und worin die Anordnungen der Öffnungen eine Reihe von Rillen (29a, b) durch den Plattenstapel bilden; Positionieren des Plattenstapels gegen die Düsenplatte, so dass die Zuführöffnungen zumindest in partieller Überdeckung mit den Rillen sind; Positionieren eines Formabführbereiches (26) gegen den Plattenstapel und Verbinden der Düsenplatte (22) mit dem Plattenstapel (24) und dem Formabführbereich (26), um eine Vorform des Extrusionskopfes zu bilden.
Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin die Düsenplatte, der Plattenstapel und der Formabführbereich aus rostfreiem Stahl hergestellt und durch Diffusions-Kontaktherstellung miteinander verbunden werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin eine Vielzahl an Übergangsplatten 5–50 Platten umfasst und worin jede Platte eine Stärke im Bereich von 125–500 μm hat.