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Die
Erfindung betrifft eine Strangpressvorrichtung für ein Keramikformprodukt wie
etwa eine keramische Wabenstruktur.
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Eine
wie in 7 gezeigte Wabenstruktur 8, die eine
Vielzahl von Zellen 88 mit Trennwänden 81 aufweist,
findet als Keramikformprodukt beispielsweise bei einem Katalysatorträger in einem
Abgasreinigungssystem eines Kraftfahrzeugs Verwendung.
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Eine
solche Wabenstruktur 8 wird normalerweise durch Strangpressen
hergestellt.
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Herkömmliche
Strangpressvorrichtungen 9 weisen, wie in 8 gezeigt
ist, eine Form 91 zum Formen der Wabenstruktur 8 und
einen Schraubenextruder 98 zum Kneten und kontinuierlichen
Extrudieren eines Keramikmaterials 80 auf.
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Wie
in 8 gezeigt ist, befindet sich zwischen dem Schraubenextruder 98 und
der Form 91 eine Filtereinheit 93 zum Filtern
des Keramikmaterials 80. Diese Filtereinheit 93 soll
Fremdstoffe daran hindern, sich mit der Wabenstruktur 8 zu
mischen, und fängt
Fremdstoffe mit einer vorbestimmten Mindestgröße ein. Zu diesem Zweck umfasst
die Filtereinheit 93 ein Filternetz 930, das eine
Vielzahl von Poren aufweist, und ein Trägerelement 935, das
das Filternetz 930 trägt.
Zwischen der Filtereinheit 93 und der Form 91 ist
normalerweise ein Widerstandsrohr 92 angeordnet, das den
Materiallauf vorgibt.
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Beim
Strangpressen der Wabenstruktur 8 wird das in den Schraubenextruder 98 eingeleitete Keramikmaterial
von der Filtereinheit 93 gefiltert, während es der Form 91 zugeführt wird.
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Eine
solche Strangpressvorrichtung ist von den Grundzügen her bereits aus der
DE 957 916 B bekannt.
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Bei
der wie vorstehend beschriebenen herkömmlichen Strangpressvorrichtung
können
jedoch die folgenden Probleme auftreten.
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So
kann sich das durch den Schraubenextruder gehende Keramikmaterial
manchmal teilweise zu einem Klumpen zusammenballen. Das zusammengeballte
Keramikmaterial (der Materialklumpen) wird an der Einlassfläche der
Filtereinheit 93 eingefangen und verringert das Fließvermögen des
nachfolgend einströmenden
Keramikmaterials.
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Wie
im Einzelnen in 9 gezeigt ist, geht das Keramikmaterial 80 um
den Materialklumpen 89 herum, nachdem der Materialklumpen 89 in
dem Filternetz 930 eingefangen wurde, sodass das Fließvermögen des
Materials reduziert wird, während
gleichzeitig die Fließgeschwindigkeitsverteilung
des Materials nach dem Filternetz nachteilig beeinflusst wird. Aus
diesem Grund wurden verschiedene Maßnahmen untersucht, wie der
Form die Keramikmaterialklumpen zuzuführen sind, nachdem ihre ursprüngliche
Teilchenform wiederhergestellt wurde. Nichtsdestotrotz müssen zufriedenstellende
Maßnahmen erst
noch gefunden werden.
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Für den Fall,
dass wie in 8 gezeigt eine Vielzahl von
Schraubenextrudern in einer Vielzahl von Stufen vorgesehen sind,
kann auch am Extrusionsauslass des Schraubenextruders 99 der
obersten Stufe eine Filtereinheit 94 angeordnet sein. In
diesem Fall treten ähnliche
Probleme auf.
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Diese
Probleme werden auch von Strangpressvorrichtungen geteilt, die zum
Strangpressen anderer Formen von Keramikformprodukten, etwa von
Lagen, Rundstangen, Rohren und eben auch Wabenstrukturen, verwendet
werden.
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Die
Erfindung erfolgte angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme
beim Stand der Technik und ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Strangpressvorrichtung für
ein Keramikformprodukt zur Verfügung
zu stellen, in der Klumpen zusammengeballten Keramikmaterials auf
sanfte Weise durch die Filtereinheit geschleust werden können.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung für ein Keramikformprodukt vorgesehen,
wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
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Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der Schraubenextruder
den vorstehend beschriebenen Spachtelabschnitt umfasst. Der Spachtelabschnitt
wird über
die Einlassfläche
der Filtereinheit bewegt, ohne mit ihr in Berührung zu kommen.
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Die
Einlassfläche
der Filtereinheit kann aus Metall, Keramik oder einem anderen Material
bestehen und in beliebiger Form ausgebildet sein. Allerdings ist
insbesondere eine maschenartige Lage wie etwa ein Metallnetz vorzuziehen.
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Für den Fall,
dass eine Vielzahl von Schraubenextrudern in mehreren Stufen angeordnet
ist, sind verschiedene Gestaltungen denkbar, die in Übereinstimmung
mit den Eigenschaften des Keramikmaterials einen optimalen Betrieb
gewährleisten. Der
Spachtel kann zum Beispiel an allen oder an nur einem der Schraubenextruder
vorgesehen sein.
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Es
wird nun auf die Funktionsweise und die Wirkungen der Erfindung
eingegangen.
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Die
erfindungsgemäße Strangpressvorrichtung
umfasst also einen Spachtelabschnitt, der wie vorstehend beschrieben über die
Einlassfläche
der Filtereinheit bewegt wird, während
er über
sie hinwegreibt. Dadurch werden Klumpen angesammelten Keramikmaterials,
die auf der Einlassfläche
der Filtereinheit eingefangen werden konnten, sanft zerrieben und
durch die Filtereinheit geschleust.
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Im
Einzelnen kommt ein auf der Einlassfläche der Filtereinheit eingefangener
Klumpen Keramikmaterial (nachstehend als Materialklumpen bezeichnet)
mit dem sich nähernden
Spachtelabschnitt in Berührung
und wird gegen die Einlassfläche
gedrückt.
Der Materialklumpen unterliegt somit einem höheren Druck als dem Druck,
den er von dem normal einfließenden
Keramikmaterial erfährt.
Dadurch wird der Materialklumpen auf ähnliche Weise zu kleiner Größe zerdrückt, als
wenn Nahrungsmittel beim Kochen passiert bzw. geseiht werden, und
dabei durch die Filtereinheit geschleust, um so in einen formbaren
Zustand zu gelangen.
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Dadurch
lassen sich die Probleme lösen, dass
das Keramikmaterial durch das Vorhandensein von Materialklumpen
auf der Einlassfläche
der Filtereinheit ein geringeres Fließ vermögen hat und dass die Fließgeschwindigkeitsverteilung
des Keramikmaterials in und nach der Filtereinheit nachteilig beeinflusst
wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird wie vorstehend beschrieben eine Strangpressvorrichtung
für ein
Keramikformprodukt zur Verfügung
gestellt, mit der sich die Klumpen zusammengeballten Keramikmaterials
sanft durch die Filtereinheit schleusen lassen.
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Der
Abstand zwischen dem Spachtelabschnitt und der Einlassfläche liegt
bei dieser Ausführungsform
in einem Bereich von 0,1 bis 30 mm.
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Für den Fall,
dass der Abstand 30 mm überschreitet,
ergibt sich das Problem, das ein verhältnismäßig kleiner an der Einlassoberfläche der
Filtereinheit eingefangener Materialklumpen nicht mehr zufriedenstellend
zerdrückt
werden kann. Der Abstand zwischen dem Spachtel und der Einlassfläche der
Filtereinheit ist daher vorzugsweise so eingestellt, dass sich der
Spachtelabschnitt so nah wie möglich
der Einlassfläche
nähert,
ohne diese zu berühren.
Der Abstand beträgt
vorzugsweise nicht mehr als 10 mm. Bei einem künstlichen Material oder dergleichen,
das sich nicht leicht mit Fremdstoffen mischt und eine sehr geringe
Teilchengröße hat,
ist sogar ein Abstand von weniger als 0,1 mm vorzuziehen.
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Für den Fall,
dass es um ein natürliches
Material handelt, das sich leicht mit Fremdstoffen mischt, kann
jedoch ein Abstand von 0,1 mm dazu führen, dass der Spachtelabschnitt
in direkten Kontakt mit den in der Filtereinheit eingefangenen Fremdstoffen
kommt und die Filtereinheit beschädigt, weshalb der Abstand vorzugsweise
nicht weniger als 5 mm betragen sollte.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
der Spachtelabschnitt vorzugsweise so gestaltet ist, dass er sich
drehend über
die Einlassfläche
der Filtereinheit bewegt, wodurch auf verhältnismäßig einfache Weise ein Spachtelbewegungsmechanismus
gebildet werden kann.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
sich der Spachtelabschnitt vorzugsweise von dem vorderen Schraubenende
ausdehnt und so gestaltet ist, dass er sich mit der Schraube dreht,
wodurch der Spachtelabschnitt ohne größeren Umbau beweglich angeordnet
werden kann.
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Gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
die Schraube einen Führungsabschnitt aufweist,
der spiralförmig
um ihr Axialelement angeordnet ist und dessen vorderes Ende vorzugsweise den
Spachtelabschnitt bildet. Dadurch kann der Materialklumpen sanft
entlang des Führungsabschnitts zu
dem Spachtelabschnitt geführt
und effizient durch den Spachtel zerrieben werden.
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Der
Führungsabschnitt
der Schraube kann mit zwei oder mehr Spiralwindungen aber auch mit nur
einer Spiralwindung ausgebildet sein. Insbesondere dann, wenn der
Führungsabschnitt
mit zwei oder mehr Spiralwindungen ausgeführt ist, lässt sich der Spachtelabschnitt
an zwei oder mehr Positionen anordnen und somit wie ein Propeller
im Kreis bewegen. Dadurch kann der Materialklumpen effizienter zerdrückt werden.
In Abhängigkeit
von den für
den Schraubenextruder erforderlichen Eigenschaften kann der Führungsabschnitt
auch als Kombination einer einzelnen Spiralbindung mit Doppelspiralwindungen
oder auf andere Weise frei ausgebildet werden.
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Gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
der Spachtelabschnitt als eine Vielzahl von Flügeln gestaltet ist, die an
dem vorderen, sich von dem vorderen Schraubenende ausdehnenden Axialabschnitt
angeordnet sind. Die Flügel
können unabhängig von
dem Führungsabschnitt
der Schraube vorgesehen sein. Der Materialklumpen wird dabei durch
die Flügel
zerdrückt.
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Gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
der Spachtelabschnitt vorzugsweise eine sich verjüngende Fläche aufweist,
die derart geneigt ist, dass sie bezogen auf die Bewegungsrichtung
zunehmend von der Einlassfläche
wegkommt. Dadurch kann der Materialklumpen entlang der sich verjüngenden
Fläche
zu dem vorderen Ende des Spachtels geleitet werden, wodurch der
Materialklumpen noch sanfter zerdrückt werden kann.
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Gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Strangpressvorrichtung vorgesehen, bei der
das Keramikformprodukt eine Wabenstruktur hat. Die Wabenstruktur
hat eine verhältnismäßig komplizierte
Form und führt
zu einem vergleichsweise hohen Extrusionsdruck. Dadurch wirkt sich
das Fließvermögen der
Strangpressvorrichtung erheblich auf die Produktivität beim Strangpressen der
Wabenstruktur aus. Somit zeigen sich die Funktionsweise und Wirkungen
der Erfindung bei einer Strangpressvorrichtung für eine Wabenstruktur sehr deutlich.
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Die
Funktionsweise und Wirkungen der Erfindung zeigen sich besonders
deutlich bei einer Wabenstruktur mit dünnen Trennwänden von nicht mehr als 150 μm und einem
hohen Extrusionsdruck. Vergleichbar deutlich zeigen sich die Wirkungen
der erfindungsgemäßen Gestaltung
bei Verwendung einer dünnen
Lage, eines Rundstabs geringen Durchmessers, eines dünnen Rohrs
oder dergleichen.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
wird die Erfindung im Folgenden nun anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Abbildung, die den Aufbau einer Strangpressvorrichtung für eine Wabenstruktur
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
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2(a) eine Seitenansicht und 2(b) eine Vorderansicht eines Spachtelabschnitts
beim ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2.
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4(a), 4(b) und 4(c) Abbildungen zur Erläuterung der Funktionsweise
und Wirkungen des Spachtelabschnitts beim ersten Ausführungsbeispiel;
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5 eine
Abbildung, die den Aufbau des Spachtelabschnitts bei einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
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6 eine
Abbildung, die den Aufbau des Spachtelabschnitts bei einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulicht;
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7 eine
Abbildung zur Erläuterung
einer herkömmlichen
Wabenstruktur;
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8 eine
Abbildung, die den Aufbau einer herkömmlichen Strangpressvorrichtung
veranschaulicht; und
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9 eine
Abbildung, die die beim Stand der Technik auftretenden Probleme
veranschaulicht.
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Ausführungsbeispiel
1
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4(a), 4(b) und 4(c) wird
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Strangpressvorrichtung für eine
Wabenstruktur beschrieben.
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Die
in diesem Ausführungsbeispiel
hergestellte Wabenstruktur 8 wird in einem Abgasreinigungssystem
eines Kraftfahrzeugs als Katalysatorträger verwendet und besteht aus
einer Keramik und hat, wie in 7 gezeigt
ist, eine Vielzahl von Zellen 88 mit Trennwänden 81.
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Die
Strangpressvorrichtung 1 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel,
wie in 1 gezeigt ist, eine Form 11 zum Formen
der Wabenstruktur, einen Schraubenextruder 4 zum Zuführen eines
Keramikmaterials 80 zu der Form 11 und eine Filtereinheit 3 zum
Filtern des Keramikmaterials 80 an dem Extrusionsauslass 41 des
Schraubenextruders 4.
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In
dem Schraubenextruder 4 ist eine Schraube 40 eingebaut,
um das Keramikmaterial 80 zu kneten und vorwärts zu leiten.
Der Schraubenextruder 4 weist außerdem einen an seinem Vorderteil
ausgebildeten Spachtelabschnitt 5 auf, der dazu ausgelegt ist,
sich reibend über
die Einlassfläche 30 der
Filtereinheit 3 zu bewegen, während ein vorbestimmtes Abstandsverhältnis mit
der Einlassfläche
beibehalten wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
wird nun genauer erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst die Filtereinheit 3 ein
Filternetz 30 und ein Trägerelement 35, das
das Filternetz 30 trägt.
Zwischen dem Filternetz 30 und dem Trägerelement 35 kann
sich ein Metallschutznetz zum Schutz des Filternetzes 30 befinden. Das
Trägerelement 35 weist
eine Vielzahl von Durchgangslöchern 350 auf.
Das Filternetz 30 besteht aus einem Metallnetz mit einer
Gitterzahl von 200 und bildet die Einlassfläche der Filtereinheit 3.
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Wie
in der 1 gezeigt ist, ist die Schraube 40 in
einem zylinderförmigen
Außenwandabschnitt 49 des
Schraubenextruders 4 eingebaut. Im Gegensatz zum Stand
der Technik ist das vordere Ende der Schraube 40 verlängert und
weist einen am vorderen Ende eines Führungsabschnitts 42 ausgebildeten Spachtelabschnitt 5 auf.
Der auf diese Weise verlängerte
Führungsabschnitt 42 ist
als eine Doppelspirale ausgeführt
und ist, wie in den 2(a), 2(b) und 3 gezeigt
ist, so ausgebildet, dass sich der Spachtelabschnitt 5 an
dessen vorderen Ende im Drehzentrum von Seite zu Seite erstreckt.
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Der
Spachtelabschnitt 5 ist so ausgelegt, dass er sich mit
der Schraube 40 dreht. Darüber hinaus weist der Spachtel abschnitt 5 entlang
des Führungsabschnitts 42 eine
sich verjüngende
Fläche 52 auf.
Die sich verjüngende
Fläche 52 neigt
sich bezogen auf die (Dreh-)Bewegungsrichtung des Spachtelabschnitts
zunehmend von der Einlassfläche 30 weg.
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Darüber hinaus
ist der vorbestimmte Abstand D (1) zwischen
dem Spachtelabschnitt 5 des Schraubenextruders 4 und
dem die Einlassfläche
der Filtereinheit 3 bildenden Filternetz 30 bei
diesem Ausführungsbeispiel
auf 5 mm eingestellt.
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Es
werden nun die Funktionsweise und Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Beim
Strangpressen der Wabenstruktur 8 wird das Keramikmaterial 80 in
der Strangpressvorrichtung 1 hinten in den Schraubenextruder 4 eingeleitet
und von der Schraube 40 nach vorne geleitet. Dabei kann
sich das Keramikmaterial 80 zu einem Materialklumpen zusammenballen.
Doch selbst dann lassen sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Probleme,
die durch den Materialklumpen ansonsten hervorgerufen werden könnten, leicht
durch den Spachtelabschnitt 5 verhindern.
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Und
zwar dreht sich der Spachtelabschnitt 5, während er
sich mit dem oben erwähnten
Abstandsverhältnis
reibend über
die durch das Filternetz der Filtereinheit 3 gebildete
Einlassfläche 30 bewegt. Wenn
an der Einlassfläche 35 der
Filtereinheit 3 ein Materialklumpen eingefangen wird, kann
er somit sanft durch die Filtereinheit 3 geschleust werden.
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Im
Einzelnen kommt ein Materialklumpen 89, der wie in 4(a) gezeigt auf der Einlassfläche 30 der Filtereinheit 3 eingefangen
wurde, wie in 4(b) gezeigt mit dem sich auf
ihn zu bewegenden Spachtel 5 in Berührung und wird gegen die Einlassfläche 30 gedrückt. Dadurch
wird ein höherer Druck
auf den Materialklumpen 89 aufgebracht, als er von dem
normal einfließenden
Keramikmaterial 80 erfährt.
Infolgedessen wird der Materialklumpen 89, wie in 4(c) gezeigt ist, an der Einlassfläche 30 auf
die gleiche Weise zu kleiner Größe zerrieben,
als wenn er wie beim Kochen durch einen Filter oder ein Sieb zu
einer weichen Mischung passiert bzw. geseiht würde, während er gleichzeitig durch
die Filtereinheit 3 hindurchgeht und einen Zustand einnimmt, in
dem er sich formen lässt.
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Daher
lassen sich die Probleme lösen,
dass sich durch das Vorhandensein des Materialklumpens 89 auf
der Einlassfläche
des Filtereinheit 3 das Fließvermögen des Keramikmaterials 80 verschlechtert oder
dass während
des Herstellungsprozesses die Fließgeschwindigkeitsverteilung
des Keramikmaterials an oder nach der Filtereinheit 3 nachteilig
beeinflusst wird.
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Bei
der Strangpressvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
kann außerdem
mindestens ein weiterer Schraubenextruder an einer höheren Stufe
als der Schraubenextruder 4 angeordnet werden (8).
In diesem Fall wird auch an dem Extrusionsauslass des Schraubenextruders
der oberen Stufe eine Filtereinheit angeordnet, sodass an deren Einlass
auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben ein Spachtelabschnitt
ausgebildet ist (nicht dargestellt). Dadurch wird der Materialklumpen
daran gehindert, sich an dem Extrusionsauslass des Schraubenextruders
der oberen Stufe abzulagern, wodurch das Fließvermögen des Keramikmaterials weiter
verbessert werden kann.
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Bei
Verwendung der obigen Gestaltung lässt sich die Betriebsdauer
der Vorrichtung deutlich verlängern,
bevor das Filternetz 30 verstopft ist. So wird das Filternetz
einer herkömmlichen
Vorrichtung bei kontinuierlichem Betrieb innerhalb eines halben
Tages verstopft, sodass sich das Fließvermögen des Keramikmaterials verschlechtert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
lässt sich
dagegen für
mindestens zwei Tage ein hohes Fließvermögen sicherstellen.
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Ausführungsbeispiel
2
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel
der Spachtelabschnitt 5 des ersten Ausführungsbeispiels durch einen
Spachtelabschnitt 6 mit zwei Flügelabschnitten 61 ersetzt
worden, die wie ein Propeller am vorderen Ende eines Axialabschnitts 60 angeordnet
sind, der sich von dem vorderen Ende der Schraube 40 ausdehnt.
In diesem Fall sind die Funktionsweise und die Wirkungen mit denen
des ersten Ausführungsbeispiels
vergleichbar.
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Ausführungsbeispiel
3
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Wie
in 6 gezeigt ist, fehlt bei diesem Ausführungsbeispiel
der Spachtelabschnitt 5 des ersten Ausführungsbeispiels, sodass die
Form der herkömmlichen
Schraube wiederhergestellt ist. An der Einlassfläche 30 der Filtereinheit 3 ist
ein Spachtelabschnitt 7 ausgebildet, der einen Ringabschnitt 70,
der dazu ausgelegt ist, sich mit einer externen Antriebseinrichtung
zu drehen, und einen sich von dem Ringabschnitt 70 aus
nach innen erstreckenden Flügelabschnitt 71 aufweist.
In diesem Fall lässt
sich die Art und Weise, wie der Spachtel bewegt wird, unabhängig der von
Schraube frei ändern.
Die Funktionsweise und die Wirkungen sind mit denen des ersten Ausführungsbeispiels
vergleichbar.
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Bei
jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird von einer
Form ausgegangen, mit der eine Wabenstruktur hergestellt wird. Dennoch
lassen sich auch dann eine vergleichbare Funktionsweise und vergleichbare
Wirkungen gewährleisten,
wenn das zu formende Objekt ein anderes Formprodukt wie etwa eine
Lage, ein Rundstab, ein Rohr oder dergleichen ist.