DE3874203T2 - Verfahren zum herstellen einer spritzgiessform zum formen schraubenfoermig verwundener strangpressteilchen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Extrudierform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Innerhalb der Außenform sind die Extrudate mit extrudiertem Material gefüllt.
• EP-A-218 147 beschreibt extrudierte Teilchen mit dem Merkmal einer derartigen helisch gewundenen Außenfläche, wie auch die Verwendung derartiger Teilchen als Katalysatoren oder Katalysatorträgermaterialien.
• Zum Herstellen jener geformter Extrudatteilchen wird eine Extrusionspaste aus einem ausgewählten Katalysator- oder Katalysatorträgermaterial, typischerweise aus Aluminiumoxid oder einem anderen anorganischen Oxidmaterial, durch eine Extrudierform extrudiert, die ein besonders geformtes Loch oder mehrere solcher Löcher aufweist. Ein Extrudatstrang mit dem Merkmal einer langgestreckten helisch gewundenen Oberfläche wird kontinuierlich durch Extrudieren der Paste durch die Form ausgebildet. Jedes Loch für Extrusion durch die Form ist eine Röhre, deren Innenwand mit helischen konkaven Nuten, vorzugsweise drei oder vier, ausgebildet ist, die die Röhrenwand in der Form festlegen. Wenn die Extrusionspaste durch jede Röhre in der Form gedrückt wird, bilden und formen die helisch konkaven Nuten in der Röhrenwand helisch konvexe Segmente entlang der Außenfläche des Extrudatstrangs aus. Wenn der Strang extrudierten Materials aus der Extrusionsform austritt, behält der extrudierte Strang seine helische Form an der Oberfläche bei, die in der Form ausgebildet wurde. Der Strang wird in Teilchen gewünschter Länge unterteilt, die dann gehärtet werden können, z.B. durch Trocknen und Brennen, um die Form der fertiggestellten extrudierten Teilchen zu fixieren.
• Die Extrusionspaste, aus der die Extrudatteile gebildet werden, kann ein beliebiges Material sein, das dazu geeignet ist, extrudierte Katalysatoren oder Katalysatorträger herzustellen oder auch Trockenmittel oder dergleichen. Dieses Material kann aus einem oder mehreren porösen, hochschmelzenden anorganischen Oxiden wie verschiedenen Aluminiumoxiden, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid oder dergleichen bestehen. Beispiele sind verschiedene Katalysatoren, wie sie bei Katalyseprozessen in Erdölraffinerien verwendet werden. Das Pastenmaterial für die Extrusion kann auch ein anderes Katalysatormaterial, wie eine Molybdänverbindung sein, wie sie manchmal bei Hydrierbehandlungskatalysatoren für Erdöl verwendet wird. Die Paste kann Modifiziermittel verschiedener Art enthalten, wie z.B. organische Teilchen, die durch Brennen der Teilchen nach ihrer Ausbildung durch Extrusion entfernt werden. Molekularsiebe können als Modifiziermittel enthalten sein, um z.B. Trocknungsmittel oder saure Katalysatoren herzustellen. Etwas Flüssigkeit, in der Regel Wasser, wird zum Herstellen der Paste verwendet. Saure und/oder basische Modifiziermittel können in der Paste vorhanden sein. Die Paste wird hergestellt und in die plastische Konsistenz gebracht, die für die Extrusion erforderlich ist, und um die Extrudatform nach der Extrusion beizubehalten. Das Herstellen geeigneter Extrusionspasten aus Materialien wie anorganischen Oxiden ist bekannt; die Erfindung kann unter Verwendung herkömmlicher bekannter Extrudatpastenmischungen derart ausgeführt werden, wie sie zum Herstellen extrudierter Katalysatoren und Katalysatorträger geeignet ist.
• In EP-A-218 147 sind Extrusionsformen zum Herstellen helischer Extrudatteilchen beschrieben. Die Formen werden durch Ausformen eines härtbaren flüssigen oder plastischen Formbildungsmaterials in einem Formwerkzeug hergestellt, das einen Formverlauf aufweist, wie er für den Körper der Form erwünscht ist. Um Löcher in der Form auszubilden, durch die die Extrusionspaste extrudiert werden kann, wird das härtbare Material der Form um Stifte herum gegossen, die sich durch den Körper der Form erstrecken. Diese Stifte wurden so ausgebildet, daß sie Schäfte der gewünschten äußereren helischen Form der Teilchen aufweisen, die durch Extrusion mittels der Form herzustellen sind. Die helische Gestalt der Innenwand jedes Lochs in der Form wird durch Gießen der äußeren helischen Gestalt des Stiftes hergestellt. Der Formkörper wird dann in der Gießform ausgehärtet, wie z.B. durch Abbinden einer Flüssigkeit, die ein Epoxidharz bildet, oder durch Erwärmen eines thermisch härtenden Kunstharzes, oder durch Kühlen eines geschmolzenen Metalls oder eines thermoplastischen Harzes oder durch ein beliebiges Mittel, das zum Aushärten des ausgewählten Formmaterials verwendet wird. Die ausgehärtete Form wird dann der Gießform entnommen.
• Um die Stifte aus der gehärteten Form zu entfernen, muß jeder der Stifte aus dem zugehörigen Formloch herausgeschraubt werden, um ein Beschädigen der helisch geformten Innenwände der Form zu vermeiden. Wenn ein helischer Stift direkt, ohne Drehung, herausgezogen würde, würde die helische Form der Wände durch den Stift abgestreift werden.
• Gemäß der Erfindung wird eine Form mit einem helisch geformten Extrusionsloch oder mehreren derartigen Löchern, die sich durch die Form, vorzugsweise parallel zur Achse der Form, erstrecken dadurch ausgebildet, daß die Form in einem Formwerkzeug gegossen wird, das mehrere helische Stifte aufweist, um die verschiedenen helischen Löcher in der Form durch den Gießvorgang herzustellen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Form mehr als ein Extrusionsloch auf und jeder Stift ist an der Grundplatte der Gießform durch eine Befestigungseinrichtung befestigt, die den Stift an seiner festgelegten Stelle im Gießwerkzeug hält, während ein Verdrehen des Stiftes um seine festgelegte Stelle innerhalb der Gießform zugelassen wird. Um eine geformte und ausgehärtete Form aus dem Gießwerkzeug zu entfernen wird die Form von der Grundplatte des Gießwerkzeugs weggezogen, während jeder der an der Grundplatte befestigten Stifte an seiner festgelegten Stelle verdreht wird, um jeden der helischen Stifte aus dem helischen Loch herauszuschrauben, wenn die Form entnommen wird.
• Stifte zum Ausbilden von Formlöchern in der Form weisen nährungsweise denselben Durchmesser auf, der dem gewünschten Durchmesser der hergestellten Extrudatteile entspricht, die mittels der Form hergestellt werden. Etwas Spiel kann vorhanden sein, um ein mögliches leichtes Schrumpfen des Formmaterials beim Aushärten zu kompensieren, was den Durchmesser des fertiggestellten Formlochs leicht erhöhen würde, oder um ein mögliches Schrumpfen der Extrudatteilchen nach der Extrusion beim Trocknen und Brennen zum Fertigstellen der Teilchen zu kompensieren. Die Stifte können aus einem beliebigen geeigneten Material, wie Kunststoff oder Metall bestehen. Vorzugsweise wird ein relativ formbeständiges Metall, wie z.B. Stahldraht verwendet. Drei oder vier Metalldrähte können verdrillt werden, um einen helischen Stift mit drei oder vier gebogenen Segmenten herzustellen, die sich helisch entlang der Achse des Stiftes erstrecken. Andere Verfahrenn können eingesetzt werden, um Stifte herzustellen, deren Außenform drei oder vier helische Abschnitte aufweist, die sich entlang seiner Achse erstrecken und helisch entlang der Länge des Stiftes verbunden sind. Ein Stab oder ein Draht kann durch ein Stanzwerkzeug gezogen werden oder auf andere Weise maschinell bearbeitet werden, um die gewünschte helische Außenform an der Oberfläche des Stabs oder des Drahts auszubilden. Um äußerst feine Stifte herzustellen, oder um helische Abschnitte unterschiedlicher Formen an der Oberfläche eines Stabes oder eines Drahtes auszubilden, erfolgt vorzugsweise eine Feinbearbeitung durch elektrochemische Einrichtungen. Die Außenfläche der Stifte kann mit einer Vielfalt helischer Formen versehen sein, bei denen verschiedene gekrümmte oder abgewinkelte helische Bögen durch abgewinkelte oder gekrümmte helische Nuten voneinander getrennt sein können. So kann der Querschnitt des Stiftes eine beliebige verschiedener im allgemeinen kreisförmiger oder elliptischer Formen aufweisen, die Konturen mit drei oder vier Segmenten, wie z.B. abgewinkelten oder gerillten oder bogenförmigen Lappen aufweisen, die miteinander verbunden sein können oder durch helische Bögen, Schlitze oder Nuten um die Mitte des Querschnittes voneinander getrennt sein können. Die helische Oberfläche des Stiftes wird dadurch festgelegt, daß sein Querschnitt helisch entlang der Stiftachse bewegt wird, um z.B. einen helisch geschlitzten Zylinder oder einen helisch ausgebogten Zylinder herzustellen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
• Für die Zeichnungen gilt:
• Figur 1 zeigt eine Vorder- und eine Seitenansicht einer Form mit einem weggeschnittenen Abschnitt, der die Innenwände eines Extrusionslochs durch die Form darstellt.
• Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Kopfs einer Extrudertrommel, mit im Kopf angebrachte Formstopfen, und sie veranschaulicht das Extrudieren von Paste durch die Form zum Herstellen von Extrudaten. Der weggeschnittene Abschnitt zeigt den Formaufbau innerhalb der Kopfplatte.
• Figur 3 veranschaulicht eine Gießform zum Herstellen von Formen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Gemäß Figur 1 weist eine Form einen Formstopfen 10 mit einem Körper auf, der so ausgebildet ist, daß er in den Kopf einer Extrudertrommel paßt, um Paste durch Extrusionslöcher 11 in der Form zu extrudieren. Im weggeschnittenen Teil von Figur 1 ist die helische Form der Innenwände 12 eines Extrusionsloches dargestellt. Wenn Extrusionspaste durch das Loch gedrückt wird, bildet sie ein Extrudat, das eine helische Außenform aufweist, die durch die helischen Innenwände der Form gebildet wurde.
• Figur 2 zeigt das Extrusionsende 20 einer Extrudertrommel mit mehreren Formstopfen 10, die in Löchern in der Kopfplatte 21 der Extrudertrommel befestigt sind. Jeder Formstopfen weist einen Flansch 13 an einem Ende seines Körpers auf, um die Form im Kopf zu halten. In Figur 2 ist dargestellt, wie Extrudate 22 von den Formen ausgegeben werden.
• Ein Formstopfen kann in jeder geeigneten Gießform hergestellt werden. Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird auf Figur 3 Bezug genommen, die eine Spritzgußeinheit 30 zeigt, die aus einer Gießgrundplatte 21 und einer Gießabdeckung 32 besteht. Ein Gießhohlraum 33 in der Grundplatte legt die zylindrischen Formen des Formkörpers 10 und seines Flansches 13 fest, die als Einheit ausgebildet sind, um den Formstopfen in der Gießform herzustellen. Um Extrusionslöcher durch die Form zu erzeugen, ist die Gießgrundplatte mit mehreren Stiften 34 versehen, von denen jeder einen helisch ausgebildeten Abschnitt 35 an seinem Schaft aufweist, der sich durch den Formhohlraum hindurch von der Gießgrundplatte zu Gießabdeckung erstreckt. An der Gießgrundplatte weist jeder Stift 34 einen zylindrischen Schaftabschnitt 36 auf, der sich vom helischen Abschnitt 35 des Stiftschaftes aus durch ein zylindrisches Stiftloch in der Gießgrundplatte erstreckt. Der zylindrische Schaftabschnitt ist an seinem anderen Ende mit einem Flansch 37 versehen, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Stiftlochs. Der Stift kann sich im Stiftloch frei drehen, um so ein Verdrehen des Stiftes zu ermöglichen, jedoch ist der Stift in seiner Position innerhalb der Gießform dadurch fixiert, daß der zylindrische Abschnitt 36 in das Stiftloch eingepaßt ist und der Flansch 37 außerhalb der Gießform vorhanden ist. Die Gießabdeckung 32 paßt auf die Oberseite der Gießgrundplatte 31, um so das obere Ende des Gießhohlraums festzulegen. Positionen von Gußwarzen 38 an der Gießabdekkung entsprechen den Enden der Stifte 34 innerhalb des Gießhohlraums. Die Gußwarzen erstrecken sich von der Abdeckung aus ein kleines Stück in den Gießhohlraum. Ihr Außendurchmesser ist geringfügig größer als der Stiftdurchmesser und jede Warze ist innen hohl, um über das Ende eines Stiftes im Gießhohlraum zu passen, um dazu beizutragen, die Stifte während des Gießvorgangs an ihrer Position zu halten.
• Um die Gießform zum Herstellen von Formstopfen zusammenzusetzen werden mehrere Stifte durch Stiftlöcher von der Bodenseite der Grundplatte her in den Gießhohlraum eingeführt. Die Gießabdeckung wird über dem Gießhohlraum so befestigt, daß eine Gußwarze über dem Ende eines jeden Stiftes liegt, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Durch eine Einspritzöffnung 39 in der Gießform wird flüssiges thermoplastisches Material eingespritzt, um den Gießhohlraum zu füllen. Luft, die aus dem Gießhohlraum verdrängt wird, entweicht durch ein Entlüftungsloch 40 in der Gießabdeckung. Das thermoplastische Material füllt den Gießhohlraum aus und härtet in der Gußform aus, um einen Formstopfen zu bilden. Die Gießabdeckung wird entfernt und dann wird der Formstopfen durch eine geeignete Einrichtung ausgestoßen, wie einen Strahl komprimierter Luft, die über eine Luftleitung 41 zugeführt wird, die sich durch die Gießgrundplatte erstreckt und in den Boden des Gießhohlraums geöffnet ist. Wenn die Form aus dem Gießwerkzeug herausgedrückt wird, können sich die Stifte frei drehen; sie drehen sich durch die Kraft, die die helischen Innenwände der Formlöcher aufbringen, die gegen die helischen Außenabschnitte der Stifte drücken. Auf diese Weise werden die Stifte aus den Formlöchern ausgeschraubt, wenn sich die Form aus dem Gießwerkzeug herausbewegt.
• Anstatt die Stifte durch Reaktion derselben auf die Bewegung der Form gegenüber dem Gießwerkzeug herauszuschrauben, können die Stifte dadurch verdreht werden, daß die Verdrehung mittels der außerhalb der Gießform liegenden Flansche erfolgt, während die Form der Gießform entnommen wird. Die Stiftflansche können mit Fahnen oder Zahnradzähnen versehen sein, durch die sie unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs von außerhalb der Gießform verdreht werden können, um die Stifte innerhalb des Gießwerkzeugs zu verdrehen.
• Zu thermoplastischen Harzen, die zum Herstellen von Formstopfen durch Spritzguß geeignet sind, gehören Polyethylen hoher Dichte, Polypropylen, thermoplastische Acetalharze, verschiedene Nylonverbindungen, Polykarbonate und dergleichen. Besonders bevorzugte Harze für diese Verwendung sind Dupont Delrin 500 (R) oder 900 und Celanese Celcon M90 (R) die beide Universal-Acetalharze sind.
• Ein erfindungsgemäßer Formstopfen kann auch mit anderer Form gegossen werden, als sie erforderlich ist, um zu einem vorgegebenen Kopf einer ausgewählten Extrusionsmaschine zu passen. Variationen in der Anordnung der helischen Röhre im Formstopfen können wie gewünscht vorgenommen werden. Bei manchen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, die Röhre mit helischen Nuten nur in einem Teil des Wegs durch den Stopfen auszubilden, wobei Löcher größeren Durchmessers an der Einlaßseite vorhanden sind, die sich in den Stopfen erstrecken, wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist, oder zu beiden Enden eines Loches, was nicht dargestellt ist, oder nur an der Auslaßseite, was nicht dargestellt ist.
• Derartige Löcher größeren Durchmessers werden in der Gießform dadurch hergestellt, daß die Gußwarzen 33 an einem Ende eines Stiftes in die Gießform verlängert werden, wie dies in Figur 3 veranschaulicht ist, oder sie können dadurch ausgebildet werden, daß die zylindrischen Schaftabschnitte 36 am anderen Ende des Stiftes teilweise bis in die Gießform verlängert werden, was nicht dargestellt ist.
• Die Größe erfindungsgemäß hergestellter Formstopfen hängt in gewisser Weise von der Größe der Extrudertrommel ab, in der die Stopfen zu verwenden sind. Bei einer typischen Extrusionsmaschine mit einer Trommel von 5,1 cm ist eine Kopfplatte am Ende der Trommel mit vier Löchern versehen, um einen Formstopfen zu halten, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 1,9 cm aufweist. Die Dicke der Kopfplatte beträgt 2,5 cm und die Formstopfen können sich teilweise oder ganz durch die Platte erstrecken oder sogar einige Millimeter über die Außenfläche der Platte überstehen. Die Anzahl von Extrusionslöchern, die in jedem Formstopfen auszubilden ist, hängt teilweise von der Größe der Extrusionslöcher, dem Durchmesser der Stopfen und anderen Faktoren ab, die dem Fachmann vertraut sind. Zur Verwendung bei einem typischen Extruder werden Formstopfen mit 15 Löchern von 1,5 mm Durchmesser in einem einzigen zylindrischen Stopfen hergestellt, dessen Körperdurchmesser 1,9 cm und dessen Körperlänge 6,3 mm beträgt, und der mit einem Flansch von etwa 2,5 cm Durchmesser und 5 mm Dicke versehen ist.
• Obwohl die Erfindung dazu verwendet werden kann, Formen zum Extrudieren verschiedener helischer Gestaltungen herzustellen, erzeugt eine besonders bevorzugte Form helisch gebogene Extrudate mit drei oder vier Segmenten einander berührender oder
• überlappender Zylinder, die helisch um die Extrusionsachse gewunden sind. Die bevorzugte Ganghöhe der Helix liegt im Bereich von etwa vier bis etwa fünf Umdrehungen pro Segment von 2,5 cm der Extrudatlänge, wenn der Extrudatdurchmesser 1,3 mm ist.
• Die Erfindung ist für die Verwendung zum Herstellen von Extrudaten geringen Durchmessers, z.B. von etwa 0,8 mm bis etwa 1,5 mm Durchmesser besonders geeignet, obwohl sie auch dazu eingesetzt werden kann, größere Extrudate zu erzeugen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Extrudierform zum Formen von Extrudaten aus anorganischer Oxid-Extrusionspaste, wobei sich helixförmige Extrudierlöcher (11) durch die Extrudierform (10) erstrecken für die Bildung von helixfbrmigen Extrudaten (22) mit einer äußeren Oberflächengestalt von 3 oder 4 Segmenten, die sich entlang der Teilchenlänge erstrecken und helixartig um die Extrusionslängsachse winden, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

Formung einer Extrudierform (10) aus härtbarem Formmaterial in einer Form (30), welche einen oder mehrere helixförmige Stifte (34) zur Bildung der helixförmigen Extrudierlöcher (11) in der geformten Extrudierform (10) aufweist, wobei jeder Stift (34) die äußere helixförmige Oberflächengestalt (35) des helixförmigen Extrudats (22), das von der Extrudierform gebildet werden soll, aufweist und jeder Stift in der Form sich durch die Länge der Extrudierform erstreckt; Härtung des geformten Extrudierformmaterials in der Form (30); und Entfernung der gehärteten Extrudierform aus der Form und das Herausschrauben jedes der helixförmigen Stifte (34) aus dem zugehörigen helixförmigen Extrudierloch (11) in der Extrudierform, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrudierform (10) in einer Form (30) gebildet wird, in der jeder der definierten helixförmigen Stifte (34) an seiner Position in der Form (30) fixiert ist und an dieser Position rotieren kann und daß im Zuge der Entnahme der Extrudierform (10) aus der Form (30) jeder helixförmige Stift (34) an seiner fixierten Position in der Form (30) rotiert, sodaß der Stift (34) aus dem helixförmigen Extrudierloch (11), das er in der Extrudierform (10) gebildet hat, herausgeschraubt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die Form eine Spritzgußform ist und das hartbare Formmaterial ein thermoplastisches Harz ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Stifte rotiert werden durch die Kraft der helixförmigen Wände des jeweiligen Extrudierformlochs, die auf die helixförmigen Segmente der Stifte in dem Loch wirkt, wenn die Extrudierform aus der Form entnommen wird.