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CN1208173C - 制造挤出蜂窝体的方法和挤出模具 - Google Patents

制造挤出蜂窝体的方法和挤出模具 Download PDF

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CN1208173C CNB028066006A CN02806600A CN1208173C CN 1208173 C CN1208173 C CN 1208173C CN B028066006 A CNB028066006 A CN B028066006A CN 02806600 A CN02806600 A CN 02806600A CN 1208173 C CN1208173 C CN 1208173C
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Abstract

用来制造带有通道(2)的特别是作用净化内燃机废气的催化器基体的挤出蜂窝体(1)，其中通道(2)由至少局部设有构造(4)的壁区(3)围成，蜂窝体(1)用挤出模具(5)这样地挤出，使蜂窝体(1)和挤出模具(5)之间发生附加的相对运动(9、10、11)，这造成通道(2)壁区(3)的变形。此外推荐一种包含多个固定的成形销(17)和壳体(1 8)的用来制造挤出蜂窝体(1)的挤出模具(5)，其中挤出掩模(19)由成形销(17)和壳体(18)构成，并在制造过程中是可变的，使得可以形成带有构造(4)的壁区(3)。因此可以用制造工艺简单的方法制造内部具有适合于用来影响流过的流体流的构造(4)的挤出蜂窝体(1)。

Description

制造挤出蜂窝体的方法和挤出模具
发明内容
本发明涉及一种制造带有由至少局部具有表面(波纹)构造以下简称为构造的壁区限定的通道的挤出蜂窝体的方法。这种类型的蜂窝体特别是用作用来净化内燃机废气的催化器基体。其次本发明涉及一种用来制造这种类型的蜂窝体的挤出模具。
背景技术
这种挤出的蜂窝体的主要成份通常由陶瓷材料组成。这里挤出方法通常这样进行，即将部分陶瓷的原料输入挤出机。挤出机借助于所谓的螺杆混和并在某些情况下压紧/压实不同的原材料，并将这些物质输送给挤出模具。现在受压紧/压实的物质受压通过挤出模具，这时形成大多是无端的型材，接着对它们进行热处理。这里挤出的蜂窝体的确切形状首先取决于挤出模具，挤出模具原则上构成一掩模。在热处理以前这种挤出的蜂窝体被称为“生坯”，这时由于制造方法它具有基本上光滑的穿过蜂窝体的通道壁的轮廓。
但是鉴于这样类型的陶瓷蜂窝体优选用作排气系统中的催化器基体希望，蜂窝体内部的通道壁设有构造，就像在金属蜂窝体中已经以优好的效果所做的那样。通常通道壁具备催化活性涂层，这里必须保证，流过蜂窝体的废气与这个催化活性表面强力接触，以便确保有效地净化有害废气。因此通道壁的构造一方面促使流过的废气产生涡旋，造成强烈的扩散，和/或加长废气在蜂窝体内的逗留时间，而不必改变蜂窝体的外部尺寸。
例如由资料US5,487,865已知一种制造带有具有构造的通道的陶瓷蜂窝体的方法。其中建议，首先挤出规则结构的蜂窝体，接着将生坯相对相互错开拼接在一起。特别是建议，将挤出的生坯分割成片状的段，将它们相对旋转并拼接，这时借助于烧结工艺单个片拼接成最终的蜂窝体，用这种方法可以在蜂窝体内制造螺旋形的流动路径。但是按照这种方法制造通道壁的构造从加工工艺的观点来看可以算是非常困难的。因为按这种方法只能分别在片状段的棱边处形成一个构造。每个通道的构造数量取决于段的厚度。因此为了产生每个通道高的构造数区段必须做得比较薄，由此使这类蜂窝体的自动加工造成大的问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种挤出蜂窝体的制造方法。其中也可以以高的单位通道长度数量制造通道壁的构造。其中特别是应该改善在这种蜂窝体的连续制造方面的过程的可靠性。此外还应该提供一种挤出模具，它特别适合于制造这种蜂窝体。
这个目的通过按本发明的挤出蜂窝体的制造方法来实现，其中通道由至少局部设有构造的壁区围成，蜂窝体用挤出模具这样地挤出，使得蜂窝体和挤出模具之间发生附加的相对运动，该相对运动造成通道壁区的变形。
按照本发明的用来制造带有由壁区围成的通道的挤出蜂窝体的挤出模具包括多个固定的成形销和一壳体，所述成形销和壳体构成挤出掩模，其中挤出掩模在制造过程中是可变的，使得可形成带构造的壁区。
推荐的方法用来制造特别是作为用来净化内燃机废气的催化器基体的带通道的挤出蜂窝体，其中通道由至少局部设有构造的壁区围成。这里按本发明蜂窝体的挤出模具这样挤出，使得蜂窝体和挤出模具之间发生附加的相对运动，它导致通道壁区的变形。这意味着，挤出的生坯在从挤出模具出来后立即相对于挤出掩模(Extrdiermaske)运动，从而连续地制出连续挤压型材，它以后可以切断成希望的长度。这里相对运动这样调整，使得避免损坏通道壁，特别是避免弄破壁区或堵塞通道。因此可以成批制造具有同样质量的形成构造的通道壁的陶瓷蜂窝体。
相对运动最好做成挤出模具和蜂窝体之间的转动。其中在挤出期间至少挤出模具或蜂窝体间歇旋转。在某些情况下这种旋转形成通道的螺旋形结构，这时通道长度相对于蜂窝体轴向加大。这里旋转速度取决于所用材料和所用的挤出掩模。例如挤出的通道壁越复杂，旋转速度选择得越小，以避免其损坏。
按本方法的另一种方案建议，相对运动通过蜂窝体或挤出模具相对于优选挤出方向的至少是间歇的偏移产生。这里可以形成具有凸台或台阶的通道，其中通道壁厚基本上保持不变。在将这种蜂窝体用作催化器基体时台阶或凸台用作流动转向面，使得流过的废气产生涡流。
按照另一种方案建议，蜂窝体或挤出期间至少间歇地拉长和/或镦粗。特别是从挤出模具出来后立即镦粗或拉长生坯使得蜂窝体沿挤出方向产生不同的材料分布。这样使通道壁域形成不同厚度。结果在通道壁区上形成例如环形的凸耳状微构造。这里镦粗和/或拉长过程这样进行，以防止通道的闭合。
按本方法的又一种方案蜂窝体和/或挤出模具在挤出期间至少间歇地相对于优选挤出方向作往复运动。用这种方法形成波浪形通道，其往复运动的频率最终确定通道长度上构造的数量。用这种方法在通道长度上制造分布比较均匀的构造，这时也产生单位通道长度数量多的构造。
按照本方法另一种方案蜂窝体在从挤出工具中出来后立即进行热处理。这里尤其是使生坯冷却，以固化通道壁区上形成的构造。
按照本方法又一种方案带有形成的构造的蜂窝体接着切断到一定的长度。这里长度特别是取决于蜂窝体以后的使用目的。这里蜂窝体在切断后进行热处理特别有利。其中特别是通过烧结过程提高蜂窝体的强度。由此保证，这样制成的蜂窝体即使经过长的时间段以后仍能经受在内燃机排气系统内的高的热和动力学负荷。
按照本发明的另一个方面推荐一种用来制造带通道的挤出蜂窝体的挤出模具，通道由壁区围成，其中此挤出模具包括多个固定的成形销(Profilstift)和一壳体，它们共同构成一挤出掩模。挤出模具的特征是，在制造过程中挤出掩模是可变的。因此可形成带构造的壁区。这里挤出掩模特别是指一个横截面的自由的、可用于流经挤出原料的区域，该横截面基本上垂直于挤出方向，并通过成形销的尤其是最大的横截面(同样垂直于挤出方向)设置。因此挤出掩模基本上相当于挤出的蜂窝体的一个横截面。因此借助于这种类型的可随时间改变的挤出掩模直接影响蜂窝体的造型。这样例如可以在其厚度和相互位置方面控制不同的壁区。
按照挤出模具的一种优选结构方案，至少可预先规定数量的成形销和壳体的至少部分区域可相互相对运动。这种相对运动可以作为旋转运动和/或在垂直于优选的挤出方向进行。
其中特别有利的是，壳体做得带有可相对移动的块。这里具有局部弹性的块特别合适，它们最好设置在挤出模具的出口端附近，以免在外壁处损坏生坯。这里在某些情况下所产生的形成构造的的生坯外壁可以在后续刮削过程中重新得到所希望的光滑外表面。
此外建议，成形销的支架可相对于壳体运动。其中此支架最好设置在决定形状的壳体的外面，并特别是具有栅网形结构。栅格点尤其是用来将成形销固定在壳体内。其中支架可垂直于优选的挤出方向运动，或例如作旋转运动。成形销支架设计得可以弯曲，是特别有利的，这里为了使成形销产生相对于壳体的相对运动壳体弯曲或翘曲。在成形销与支架比较刚性地连接时，改变成形销相互的位置。
按照另一种结构方案至少一个可预先规定数量的成形销由铁磁材料组成，在这种情况下挤出模具包括一促使成形销相对于壳体相对运动的磁化装置。如果成形销由铁磁材料组成，那么在成形销区域内磁场的产生可以造成成形销暂时磁化，这时它们例如相互相向运动。在撤消这个磁场后这些成形销重新占有其原先的位置。在这种情况下磁场特别是可控制相对运动的频率。
按照另一种结构方案成形销具有可改变的外形。例如通过使它们改变其垂直于挤出方向的横截面，便会对挤出掩模便立即产生影响。
附图的简要说明
下面借助于附图对推荐的方法作较详细的说明。此外说明挤出模具特别优选的实施形式。
附图表示：
图1示意表示一适合于实施所推荐的方法的装置，
图2一挤出的蜂窝体的示意透视图，
图3通道壁构造的第一种实施形式，
图4通道壁构造的第二种实施形式，
图5蜂窝体内通道的第三种实施形式，
图6挤出模具一种实施形式的结构的示意透视图。
本发明具体的实施方式
图1示意表示一用来制造带有通道2(未画出)的，特别是作为用来净化内燃机废气的催化器基体的挤出蜂窝体1的装置，其中通道2由至少局部设有构造4(未画出)的壁区3(未画出)围成，其中蜂窝体1用挤出模具5这样地挤出，使得蜂窝体1和挤出模具5之间发生附加的相对运动9，10，11，这造成通道2壁区3的变形。
这时在挤出机的料斗14内放入相应的颗粒(例如包括陶瓷粉末、金属添加物、滑动剂)，颗粒借助于螺杆12搅拌和压缩。为了支持这个过程装置在螺杆12区域内做得带一加热装置13，它保证输出材料有良好的可成形性。挤出模具5具有一出口件8，它基本上由壳体18围成。出口件构成一个挤出掩模19，它最终确立蜂窝体1或连续制造的连挤型材15的造型。从出口件8中挤出的连挤型材15用一固定装置16固定。这时蜂窝体1或连挤型材15沿优选的挤出方向从出口件中挤出。为了在蜂窝体1的壁区3上产生构造4装置允许例如出口件8的旋转9，以及制成的蜂窝体1或连挤型材15借助于固定装置16沿横向10移动。因此可以在一连续的过程中制造带有不同构造4的不同蜂窝体1，同时保证构造4质量均匀的结构。
图2表示一由陶瓷材料组成的挤出的蜂窝体1。蜂窝体1具有多个由壁区3围成的通道2。所示蜂窝体1是圆柱形的并有一规定的长度7。鉴于这种蜂窝体用作内燃机排气系统内的催化器基体，希望通道2的数量选得尽可能大。这里通道密度优选大于600cpsi(“每平方英寸单元数”)，特别是大于800cpsi。
图3表示用所建议的方法制造的蜂窝体1的通道2的第一种实施形式。围成通道2的壁区3具有构造4，它例如可以通过在挤出期间蜂窝体1间歇地镦粗制成。在这种情况下构造4通过通过壁区3变化的厚度24构成。在镦粗过程中产生短时间的材料积聚。这造成壁区3加厚的结构。
图4表示通道2的另一示意局部剖视图。壁区3的所示构造4例如通过挤出模具5相对于蜂窝体1或连挤型材15的相对偏移制成。与图3中所示实施形式不同这里所示的实施形式具有基本上恒定的壁区3的厚度24。
图5示意和透视地表示蜂窝体1通道2的一种实施形式，这里在挤出过程中蜂窝体1相对于挤出模具5沿方向9连接旋转。用这种方法形成具有基本类似螺旋形结构的通道2。由于采用这种蜂窝体来净化废气，它造成废气在蜂窝体1内逗留时间的加长，这样有害物质转化的相关效率得到改善。
图6示意和透视地表示按本发明的挤出模具5的一个优选实施形式。该挤出模具5适合于用来制造挤出的、特别是陶瓷的蜂窝体1(未画出)。挤出模具5具有多个固定的成形销17和一壳体18，它们构成一挤出掩模19。挤出掩模19在制造过程中是可变的。因此可以制造其壁区3具有构造4的蜂窝体1。这时挤出材料(未画出)首先沿着挤出方向6输送，穿过呈栅格形的支架22。成形销17固定在支架22上，成形销一直延伸到壳体18的内部区域。这里壳体18的部分区域20可相对于成形销17运动。为此壳体18分成几块21，其中沿挤出方向6设置在最后的一块21做成可做旋转的运动9。这造成例如，借助于成形销17产生的蜂窝结构接着立即扭转，这时形成例如基本上类似螺旋形的通道2。
作为另一种选择挤出模具5的所示实施形式提供这样的可能性，即改变成形销17相互的位置。其中例如可以使支架22弯曲，使得改变成形销17相互的位置。此外所示挤出模具5具有一磁化装置23，它可以在其相互位置或相对于壳体18的位置方面影响由铁磁材料组成的成形销17。此外挤出模具5还提供第三种可能性，使成形销17相对于壳体18运动。为此支架22做成这样，使它可以沿横向10移动。
按本发明的用来制造带有在内部具有构造的通道的挤出蜂窝体的方法以及特别适合于用来实施这种方法的挤出模具，使得能够以工艺简单的方法制造多个适合于用来影响特别是流过的流体流的构造。
                 附图标记表
1   蜂窝体      2   通道
3   壁区        4   构造
5   挤出模具    6   挤出方向
7   长度        8   出口件
9   旋转方向    11  横向
11  轴线        12  螺杆
13  加热装置    14  料斗
15  连挤型材    16  固定装置
17  成形销      18  壳体
19  挤出掩模    20  部分区域
21  块          22  支架
23  磁化装置

Claims (19)

1.用来制造带有通道(2)的挤出蜂窝体(1)的方法，其中通道(2)由至少局部设有构造(4)的壁区(3)围成，蜂窝体(1)用挤出模具(5)这样地挤出，使得蜂窝体(1)和挤出模具(5)之间发生附加的相对运动(9、10、11)，该相对运动造成通道(2)壁区(3)的变形。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于挤出模具在挤出过程中至少间歇地旋转(9)。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)在挤出过程中至少间歇地旋转(9)。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于挤出模具(5)在挤出过程中相对于优选的挤出方向(6)至少间歇地被偏移(10)。
5.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)在挤出过程中相对于优选的挤出方向(6)至少间歇地被偏移(10)。
6.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)在挤出过程中至少间歇地被镦粗(11)。
7.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)在挤出过程中至少间歇地被拉长(11)。
8.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)和/或挤出模具(5)在挤出期间至少间歇地作相对于优选的挤出方向(6)的往复运动。
9.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于蜂窝体(1)在从挤出模具(5)中出来后立即进行热处理。
10.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于接着将带有构造(4)的蜂窝体(1)切断到希望的长度(7)。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于在切断后对蜂窝体(1)进行热处理。
12.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述的挤出蜂窝体(1)是用来净化内燃机废气的催化器基体
13.用来制造带有由壁区(3)围成的通道(2)的挤出蜂窝体(1)的挤出模具(5)，它包括多个固定的成形销(17)和一壳体(18)，所述成形销和壳体构成挤出掩模(19)，其特征为：挤出掩模(19)在制造过程中是可变的，使得可形成带构造(4)的壁区(3)。
14.按权利要求13所述的挤出模具(5)，其特征为：至少规定数量的成形销(17)和壳体(18)的至少部分区域(20)可相互相对运动(9，10，11)。
15.按权利要求13或14所述的挤出模具(5)，其特征为：壳体(18)具有可相对移动的块(21)。
16.按权利要求13或14所述的挤出模具(5)，其特征为：成形销(17)的支架(22)可相对于壳体(18)运动。
17.按权利要求13或14所述的挤出模具(5)，其特征为：成形销(17)的支架(22)是可弯曲的。
18.按权利要求13或14所述的挤出模具(5)，其特征为：至少规定数量的成形销(17)由铁磁材料组成，并且挤出模具(5)包括一磁化装置(23)，它促使成形销(17)相对于壳体(18)相对运动。
19.按权利要求13或14所述的挤出模具(5)，其特征为：成形销(17)具有可变的外部形状。
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