專利名稱：制造擠出蜂窩體的方法和擠出模具的制作方法

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制造帶有由至少局部具有表面(波紋)構(gòu)造以下簡(jiǎn)稱為構(gòu)造的壁區(qū)限定的通道的擠出蜂窩體的方法。這種類型的蜂窩體特別是用作用來(lái)凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化器基體。其次本發(fā)明涉及一種用來(lái)制造這種類型的蜂窩體的擠出模具。
背景技術(shù)：
這種擠出的蜂窩體的主要成份通常由陶瓷材料組成。這里擠出方法通常這樣進(jìn)行，即將部分陶瓷的原料輸入擠出機(jī)。擠出機(jī)借助于所謂的螺桿混和并在某些情況下壓緊/壓實(shí)不同的原材料，并將這些物質(zhì)輸送給擠出模具?，F(xiàn)在受壓緊/壓實(shí)的物質(zhì)受壓通過擠出模具，這時(shí)形成大多是無(wú)端的型材，接著對(duì)它們進(jìn)行熱處理。這里擠出的蜂窩體的確切形狀首先取決于擠出模具，擠出模具原則上構(gòu)成一掩模。在熱處理以前這種擠出的蜂窩體被稱為“生坯”，這時(shí)由于制造方法它具有基本上光滑的穿過蜂窩體的通道壁的輪廓。
但是鑒于這樣類型的陶瓷蜂窩體優(yōu)選用作排氣系統(tǒng)中的催化器基體希望，蜂窩體內(nèi)部的通道壁設(shè)有構(gòu)造，就像在金屬蜂窩體中已經(jīng)以優(yōu)好的效果所做的那樣。通常通道壁具備催化活性涂層，這里必須保證，流過蜂窩體的廢氣與這個(gè)催化活性表面強(qiáng)力接觸，以便確保有效地凈化有害廢氣。因此通道壁的構(gòu)造一方面促使流過的廢氣產(chǎn)生渦旋，造成強(qiáng)烈的擴(kuò)散，和/或加長(zhǎng)廢氣在蜂窩體內(nèi)的逗留時(shí)間，而不必改變蜂窩體的外部尺寸。
例如由資料US5,487,865已知一種制造帶有具有構(gòu)造的通道的陶瓷蜂窩體的方法。其中建議，首先擠出規(guī)則結(jié)構(gòu)的蜂窩體，接著將生坯相對(duì)相互錯(cuò)開拼接在一起。特別是建議，將擠出的生坯分割成片狀的段，將它們相對(duì)旋轉(zhuǎn)并拼接，這時(shí)借助于燒結(jié)工藝單個(gè)片拼接成最終的蜂窩體，用這種方法可以在蜂窩體內(nèi)制造螺旋形的流動(dòng)路徑。但是按照這種方法制造通道壁的構(gòu)造從加工工藝的觀點(diǎn)來(lái)看可以算是非常困難的。因?yàn)榘催@種方法只能分別在片狀段的棱邊處形成一個(gè)構(gòu)造。每個(gè)通道的構(gòu)造數(shù)量取決于段的厚度。因此為了產(chǎn)生每個(gè)通道高的構(gòu)造數(shù)區(qū)段必須做得比較薄，由此使這類蜂窩體的自動(dòng)加工造成大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種擠出蜂窩體的制造方法。其中也可以以高的單位通道長(zhǎng)度數(shù)量制造通道壁的構(gòu)造。其中特別是應(yīng)該改善在這種蜂窩體的連續(xù)制造方面的過程的可靠性。此外還應(yīng)該提供一種擠出模具，它特別適合于制造這種蜂窩體。
這個(gè)目的通過按權(quán)利要求1的特征的擠出蜂窩體的制造方法以及借助于按權(quán)利要求12特征的擠出模具實(shí)現(xiàn)。其他優(yōu)良的結(jié)構(gòu)在各從屬權(quán)利要求中介紹。
推薦的方法用來(lái)制造特別是作為用來(lái)凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化器基體的帶通道的擠出蜂窩體，其中通道由至少局部設(shè)有構(gòu)造的壁區(qū)圍成。這里按本發(fā)明蜂窩體的擠出模具這樣擠出，使得蜂窩體和擠出模具之間發(fā)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它導(dǎo)致通道壁區(qū)的變形。這意味著，擠出的生坯在從擠出模具出來(lái)后立即相對(duì)于擠出掩模(Extrdiermaske)運(yùn)動(dòng)，從而連續(xù)地制出連續(xù)擠壓型材，它以后可以切斷成希望的長(zhǎng)度。這里相對(duì)運(yùn)動(dòng)這樣調(diào)整，使得避免損壞通道壁，特別是避免弄破壁區(qū)或堵塞通道。因此可以成批制造具有同樣質(zhì)量的形成構(gòu)造的通道壁的陶瓷蜂窩體。
相對(duì)運(yùn)動(dòng)最好做成擠出模具和蜂窩體之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。其中在擠出期間至少擠出模具或蜂窩體間歇旋轉(zhuǎn)。在某些情況下這種旋轉(zhuǎn)形成通道的螺旋形結(jié)構(gòu)，這時(shí)通道長(zhǎng)度相對(duì)于蜂窩體軸向加大。這里旋轉(zhuǎn)速度取決于所用材料和所用的擠出掩模。例如擠出的通道壁越復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)速度選擇得越小，以避免其損壞。
按本方法的另一種方案建議，相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過蜂窩體或擠出模具相對(duì)于優(yōu)選擠出方向的至少是間歇的偏移產(chǎn)生。這里可以形成具有凸臺(tái)或臺(tái)階的通道，其中通道壁厚基本上保持不變。在將這種蜂窩體用作催化器基體時(shí)臺(tái)階或凸臺(tái)用作流動(dòng)轉(zhuǎn)向面，使得流過的廢氣產(chǎn)生渦流。
按照另一種方案建議，蜂窩體或擠出期間至少間歇地拉長(zhǎng)和/或鐓粗。特別是從擠出模具出來(lái)后立即鐓粗或拉長(zhǎng)生坯使得蜂窩體沿?cái)D出方向產(chǎn)生不同的材料分布。這樣使通道壁域形成不同厚度。結(jié)果在通道壁區(qū)上形成例如環(huán)形的凸耳狀微構(gòu)造。這里鐓粗和/或拉長(zhǎng)過程這樣進(jìn)行，以防止通道的閉合。
按本方法的又一種方案蜂窩體和/或擠出模具在擠出期間至少間歇地相對(duì)于優(yōu)選擠出方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。用這種方法形成波浪形通道，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率最終確定通道長(zhǎng)度上構(gòu)造的數(shù)量。用這種方法在通道長(zhǎng)度上制造分布比較均勻的構(gòu)造，這時(shí)也產(chǎn)生單位通道長(zhǎng)度數(shù)量多的構(gòu)造。
按照本方法另一種方案蜂窩體在從擠出工具中出來(lái)后立即進(jìn)行熱處理。這里尤其是使生坯冷卻，以固化通道壁區(qū)上形成的構(gòu)造。
按照本方法又一種方案帶有形成的構(gòu)造的蜂窩體接著切斷到一定的長(zhǎng)度。這里長(zhǎng)度特別是取決于蜂窩體以后的使用目的。這里蜂窩體在切斷后進(jìn)行熱處理特別有利。其中特別是通過燒結(jié)過程提高蜂窩體的強(qiáng)度。由此保證，這樣制成的蜂窩體即使經(jīng)過長(zhǎng)的時(shí)間段以后仍能經(jīng)受在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)的高的熱和動(dòng)力學(xué)負(fù)荷。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面推薦一種用來(lái)制造帶通道的擠出蜂窩體的擠出模具，通道由壁區(qū)圍成，其中此擠出模具包括多個(gè)固定的成形銷(Profilstift)和一殼體，它們共同構(gòu)成一擠出掩模。擠出模具的特征是，在制造過程中擠出掩模是可變的。因此可形成帶構(gòu)造的壁區(qū)。這里擠出掩模特別是指一個(gè)橫截面的自由的、可用于流經(jīng)擠出原料的區(qū)域，該橫截面基本上垂直于擠出方向，并通過成形銷的尤其是最大的橫截面(同樣垂直于擠出方向)設(shè)置。因此擠出掩?；旧舷喈?dāng)于擠出的蜂窩體的一個(gè)橫截面。因此借助于這種類型的可隨時(shí)間改變的擠出掩模直接影響蜂窩體的造型。這樣例如可以在其厚度和相互位置方面控制不同的壁區(qū)。
按照擠出模具的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案，至少可預(yù)先規(guī)定數(shù)量的成形銷和殼體的至少部分區(qū)域可相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和/或在垂直于優(yōu)選的擠出方向進(jìn)行。
其中特別有利的是，殼體做得帶有可相對(duì)移動(dòng)的塊。這里具有局部彈性的塊特別合適，它們最好設(shè)置在擠出模具的出口端附近，以免在外壁處損壞生坯。這里在某些情況下所產(chǎn)生的形成構(gòu)造的的生坯外壁可以在后續(xù)刮削過程中重新得到所希望的光滑外表面。
此外建議，成形銷的支架可相對(duì)于殼體運(yùn)動(dòng)。其中此支架最好設(shè)置在決定形狀的殼體的外面，并特別是具有柵網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。柵格點(diǎn)尤其是用來(lái)將成形銷固定在殼體內(nèi)。其中支架可垂直于優(yōu)選的擠出方向運(yùn)動(dòng)，或例如作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。成形銷支架設(shè)計(jì)得可以彎曲，是特別有利的，這里為了使成形銷產(chǎn)生相對(duì)于殼體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)殼體彎曲或翹曲。在成形銷與支架比較剛性地連接時(shí)，改變成形銷相互的位置。
按照另一種結(jié)構(gòu)方案至少一個(gè)可預(yù)先規(guī)定數(shù)量的成形銷由鐵磁材料組成，在這種情況下擠出模具包括一促使成形銷相對(duì)于殼體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的磁化裝置。如果成形銷由鐵磁材料組成，那么在成形銷區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的產(chǎn)生可以造成成形銷暫時(shí)磁化，這時(shí)它們例如相互相向運(yùn)動(dòng)。在撤消這個(gè)磁場(chǎng)后這些成形銷重新占有其原先的位置。在這種情況下磁場(chǎng)特別是可控制相對(duì)運(yùn)動(dòng)的頻率。
按照另一種結(jié)構(gòu)方案成形銷具有可改變的外形。例如通過使它們改變其垂直于擠出方向的橫截面，便會(huì)對(duì)擠出掩模便立即產(chǎn)生影響。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面借助于附圖對(duì)推薦的方法作較詳細(xì)的說(shuō)明。此外說(shuō)明擠出模具特別優(yōu)選的實(shí)施形式。
附圖表示


圖1示意表示一適合于實(shí)施所推薦的方法的裝置，圖2一擠出的蜂窩體的示意透視圖，圖3通道壁構(gòu)造的第一種實(shí)施形式，圖4通道壁構(gòu)造的第二種實(shí)施形式，圖5蜂窩體內(nèi)通道的第三種實(shí)施形式，圖6擠出模具一種實(shí)施形式的結(jié)構(gòu)的示意透視圖。
本發(fā)明具體的實(shí)施方式圖1示意表示一用來(lái)制造帶有通道2(未畫出)的，特別是作為用來(lái)凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化器基體的擠出蜂窩體1的裝置，其中通道2由至少局部設(shè)有構(gòu)造4(未畫出)的壁區(qū)3(未畫出)圍成，其中蜂窩體1用擠出模具5這樣地?cái)D出，使得蜂窩體1和擠出模具5之間發(fā)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)9，10，11，這造成通道2壁區(qū)3的變形。
這時(shí)在擠出機(jī)的料斗14內(nèi)放入相應(yīng)的顆粒(例如包括陶瓷粉末、金屬添加物、滑動(dòng)劑)，顆粒借助于螺桿12攪拌和壓縮。為了支持這個(gè)過程裝置在螺桿12區(qū)域內(nèi)做得帶一加熱裝置13，它保證輸出材料有良好的可成形性。擠出模具5具有一出口件8，它基本上由殼體18圍成。出口件構(gòu)成一個(gè)擠出掩模19，它最終確立蜂窩體1或連續(xù)制造的連擠型材15的造型。從出口件8中擠出的連擠型材15用一固定裝置16固定。這時(shí)蜂窩體1或連擠型材15沿優(yōu)選的擠出方向從出口件中擠出。為了在蜂窩體1的壁區(qū)3上產(chǎn)生構(gòu)造4裝置允許例如出口件8的旋轉(zhuǎn)9，以及制成的蜂窩體1或連擠型材15借助于固定裝置16沿橫向10移動(dòng)。因此可以在一連續(xù)的過程中制造帶有不同構(gòu)造4的不同蜂窩體1，同時(shí)保證構(gòu)造4質(zhì)量均勻的結(jié)構(gòu)。
圖2表示一由陶瓷材料組成的擠出的蜂窩體1。蜂窩體1具有多個(gè)由壁區(qū)3圍成的通道2。所示蜂窩體1是圓柱形的并有一規(guī)定的長(zhǎng)度7。鑒于這種蜂窩體用作內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)的催化器基體，希望通道2的數(shù)量選得盡可能大。這里通道密度優(yōu)選大于600cpsi(“每平方英寸單元數(shù)”)，特別是大于800cpsi。
圖3表示用所建議的方法制造的蜂窩體1的通道2的第一種實(shí)施形式。圍成通道2的壁區(qū)3具有構(gòu)造4，它例如可以通過在擠出期間蜂窩體1間歇地鐓粗制成。在這種情況下構(gòu)造4通過通過壁區(qū)3變化的厚度24構(gòu)成。在鐓粗過程中產(chǎn)生短時(shí)間的材料積聚。這造成壁區(qū)3加厚的結(jié)構(gòu)。
圖4表示通道2的另一示意局部剖視圖。壁區(qū)3的所示構(gòu)造4例如通過擠出模具5相對(duì)于蜂窩體1或連擠型材15的相對(duì)偏移制成。與圖3中所示實(shí)施形式不同這里所示的實(shí)施形式具有基本上恒定的壁區(qū)3的厚度24。
圖5示意和透視地表示蜂窩體1通道2的一種實(shí)施形式，這里在擠出過程中蜂窩體1相對(duì)于擠出模具5沿方向9連接旋轉(zhuǎn)。用這種方法形成具有基本類似螺旋形結(jié)構(gòu)的通道2。由于采用這種蜂窩體來(lái)凈化廢氣，它造成廢氣在蜂窩體1內(nèi)逗留時(shí)間的加長(zhǎng)，這樣有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化的相關(guān)效率得到改善。
圖6示意和透視地表示按本發(fā)明的擠出模具5的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式。該擠出模具5適合于用來(lái)制造擠出的、特別是陶瓷的蜂窩體1(未畫出)。擠出模具5具有多個(gè)固定的成形銷17和一殼體18，它們構(gòu)成一擠出掩模19。擠出掩模19在制造過程中是可變的。因此可以制造其壁區(qū)3具有構(gòu)造4的蜂窩體1。這時(shí)擠出材料(未畫出)首先沿著擠出方向6輸送，穿過呈柵格形的支架22。成形銷17固定在支架22上，成形銷一直延伸到殼體18的內(nèi)部區(qū)域。這里殼體18的部分區(qū)域20可相對(duì)于成形銷17運(yùn)動(dòng)。為此殼體18分成幾塊21，其中沿?cái)D出方向6設(shè)置在最后的一塊21做成可做旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)9。這造成例如，借助于成形銷17產(chǎn)生的蜂窩結(jié)構(gòu)接著立即扭轉(zhuǎn)，這時(shí)形成例如基本上類似螺旋形的通道2。
作為另一種選擇擠出模具5的所示實(shí)施形式提供這樣的可能性，即改變成形銷17相互的位置。其中例如可以使支架22彎曲，使得改變成形銷17相互的位置。此外所示擠出模具5具有一磁化裝置23，它可以在其相互位置或相對(duì)于殼體18的位置方面影響由鐵磁材料組成的成形銷17。此外擠出模具5還提供第三種可能性，使成形銷17相對(duì)于殼體18運(yùn)動(dòng)。為此支架22做成這樣，使它可以沿橫向10移動(dòng)。
按本發(fā)明的用來(lái)制造帶有在內(nèi)部具有構(gòu)造的通道的擠出蜂窩體的方法以及特別適合于用來(lái)實(shí)施這種方法的擠出模具，使得能夠以工藝簡(jiǎn)單的方法制造多個(gè)適合于用來(lái)影響特別是流過的流體流的構(gòu)造。
附圖標(biāo)記表1蜂窩體 2通道3壁區(qū)4構(gòu)造5擠出模具6擠出方向7長(zhǎng)度8出口件9旋轉(zhuǎn)方向11橫向11軸線 12螺桿13加熱裝置 14料斗15連擠型材 16固定裝置17成形銷 18殼體19擠出掩模 20部分區(qū)域21塊 22支架23磁化裝置
權(quán)利要求
1.用來(lái)制造帶有通道(2)的，特別是用作用來(lái)凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化器基體的擠出蜂窩體(1)的方法，其中通道(2)由至少局部設(shè)有構(gòu)造(4)的壁區(qū)(3)圍成，蜂窩體(1)用擠出模具(5)這樣地?cái)D出，使得蜂窩體(1)和擠出模具(5)之間發(fā)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(9、10、11)，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成通道(2)壁區(qū)(3)的變形。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于擠出模具在擠出過程中至少間歇地旋轉(zhuǎn)(9)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)在擠出過程中至少間歇地旋轉(zhuǎn)(9)
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于擠出模具(5)在擠出過程中相對(duì)于優(yōu)選的擠出方向(6)至少間歇地被偏移(10)。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)在擠出過程中相對(duì)于優(yōu)選的擠出方向(6)至少間歇地被偏移(10)。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)在擠出過程中至少間歇地被鐓粗(11)。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)在擠出過程中至少間歇地被拉長(zhǎng)(11)。
8.按權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)和/或擠出模具(5)在擠出期間至少間歇地作相對(duì)于優(yōu)選的擠出方向(6)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
9.按權(quán)利要求1至8之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蜂窩體(1)在從擠出模具(5)中出來(lái)后立即進(jìn)行熱處理。
10.按權(quán)利要求1至9之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于接著將帶有構(gòu)造(4)的蜂窩體(1)切斷到希望的長(zhǎng)度(7)。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于在切斷后對(duì)蜂窩體(1)進(jìn)行熱處理。
12.用來(lái)制造帶有由壁區(qū)(3)圍成的通道(2)的擠出蜂窩體(1)的擠出模具(5)，它包括多個(gè)固定的成形銷(17)和一殼體(18)，所述成形銷和殼體構(gòu)成擠出掩模(19)，其特征為擠出掩模(19)在制造過程中是可變的，使得可形成帶構(gòu)造(4)的壁區(qū)(3)。
13.按權(quán)利要求12所述的擠出模具(5)，其特征為至少規(guī)定數(shù)量的成形銷(17)和殼體(18)的至少部分區(qū)域(20)可相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)(9，10，11)。
14.按權(quán)利要求12或13所述的擠出模具(5)，其特征為殼體(18)具有可相對(duì)移動(dòng)的塊(21)。
15.按權(quán)利要求12至14之任一項(xiàng)所述的擠出模具(5)，其特征為成形銷(17)的支架(22)可相對(duì)于殼體(18)運(yùn)動(dòng)。
16.按權(quán)利要求12至15之任一項(xiàng)所述的擠出模具(5)，其特征為成形銷(17)的支架(22)是可彎曲的。
17.按權(quán)利要求12至16之任一項(xiàng)所述的擠出模具(5)，其特征為至少規(guī)定數(shù)量的成形銷(17)由鐵磁材料組成，并且擠出模具(5)包括一磁化裝置(23)，它促使成形銷(17)相對(duì)于殼體(18)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
18.按權(quán)利要求12至17之任一項(xiàng)所述的擠出模具(5)，其特征為成形銷(17)具有可變的外部形狀。
全文摘要
用來(lái)制造帶有通道(2)的特別是作用凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化器基體的擠出蜂窩體(1)，其中通道(2)由至少局部設(shè)有構(gòu)造(4)的壁區(qū)(3)圍成，蜂窩體(1)用擠出模具(5)這樣地?cái)D出，使蜂窩體(1)和擠出模具(5)之間發(fā)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(9、10、11)，這造成通道(2)壁區(qū)(3)的變形。此外推薦一種包含多個(gè)固定的成形銷(17)和殼體(18)的用來(lái)制造擠出蜂窩體(1)的擠出模具(5)，其中擠出掩模(19)由成形銷(17)和殼體(18)構(gòu)成，并在制造過程中是可變的，使得可以形成帶有構(gòu)造(4)的壁區(qū)(3)。因此可以用制造工藝簡(jiǎn)單的方法制造內(nèi)部具有適合于用來(lái)影響流過的流體流的構(gòu)造(4)的擠出蜂窩體(1)。
文檔編號(hào)B28B3/20GK1496299SQ02806600
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者R·布呂克, W·莫斯, R 布呂克 申請(qǐng)人:排放技術(shù)有限公司