NO882995L - Ekstruderingsmatrise. - Google Patents

Description

Ekstruderingsdyser har vært funnet nyttige for fremstilling av keramiske "bikake"-strukturer for bruk som katalytiske omformere i avgass-strømmen fra forbrenningsmotorer. Etterhvert som bruken av keramiske bikakestrukturer har utvidet seg til katalytiske omformere i et videre omfang av motortyper og i stasjonær utslippsstyring, til kjemiske prosess-strukturer, til raffineringsstrukturer og til alternative katalytiske systemer og anvendelser, har behovet for keramiske bikake-strukturer med større celletetthet pr. enhet av det tverrgående snittareal og/eller større geometrisk overflateareal pr. celle, satt begrensning for nytten av nåværende ekstruderingsdyse-teknologi. Den fordelaktige virkning til katalytiske omformere er en funksjon av overflatearealet tilgjengelig for avgass-strømmen for interaksjon med den skadelige utgang fra forbrenningsmotorer. Betydelige fordeler ved keramiske bikake-strukturteknologi kan derved oppnås ved å øke celletettheten (pr. kvaderatcentimeter) av strukturen eller ved å øke overflatearealet pr. celle.

Tildanningen av ekstruderingsdysen definerer den påfølgende geometri og antallet i lengderetningen forløpende celler som er mulig for den keramiske bikakestruktur. Derfor begrenser nødvendigvis grensene for ekstruderingsdyse-teknologien også den keramiske bikakestruktur-teknologi.

I den kjente teknikk inngår ulike typer ekstruderingsdyser. US-patent nr. 3 790 654 beskriver en maskinert ekstruderingsdyse tildannet fra en enhetlig dyseblokk. Et antall maskin-erte eller utskårene, stablede plater med sine lengde-størrelser forløpende i strømningens lengderetning gjennom dysen, er beskrevet i US-patentene nr. 3 790 654 og 4 465 652 som en laminert bladekstruderingsdyse som benyttes for å fremstille bikakestrukturen. US-patent nr. 4 550 005 omhandler en sammensatt dyse (dvs. en type som har to eller flere sammenbundene stykker hvilke lengdestørrelser forløper på tvers av strømmens lengderetning gjennom dysen) av den sammensatte matetype med en utskiftbar perforert plate festet til innløpspartiene av matepassasjene. Felles for alle disse ekstruderingsdyser er matehull som kommuniserer med alle de kryssende eller på kryss og tvers anordnede gitterlignende utsllppsspalter.

US-patentene 4 298 564 og 4 354 820 viser sammensatte dyser av typen med sammensatte spalter med kryssende bredere spalter som danner forbindelse mellom matehullene og de kryssende utsllppsspalter. Hver bredere spalt tilføres fra matehull. Hver smalere utsiippsspalt tilføres i lengderetningen direkte kun av en av de bredere spalter.

Japansk patentsøknad med publikasjonsnr. 52-8761 viser en tilførsel for de indre ender av utslippsspaltene kun gjennom adskilte sideveis forbinnende passasjer som forløper fra de indre ender av matehullene og ender ved de indre ender av spaltene.

Alle disse tidligere kjente dyseutforminger (med det ene begrensende unntak) grunnleggende baserer seg på matehull på linje i lengderetningen og i kommunikasjon med alle utslippsspaltene. Den tidligere teknikk anviser behovet for et matehull som er funksjonsmessig tilknyttet utslippsspaltene ved at det mates materiale til hver utsiippsspalt for å sikre korrekt satsstrømming for å danne fullstendig sammenknyttede bikakestrukturer. Det innbyrdes forhold mellom det store antall hull og den totale sideveis spaltutvidelse i fig. 8 ifølge US-patent nr. 4 259 057 foreslår tydelig, i lys av de andre funksjonsmessige anvisninger, at kun et begrenset avvik fra den grunnleggende tidligere lærdom er tillatelig i dette henseende. Således, etterhvert som antallet spalter i en dyse økes for å øke celletettheten til produkter produsert med en dyse, krever de tidligere lærdommer en kommensurabel økning i matehull på linje med disse for å opprettholde en tilstrekkelig strømning.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot et nytt konsept ved en ekstruderingsdyse for dannelse av bikakestrukturer med i tverr-retningen kryssende, sammenknyttet eller sammen-flettet cellevegger av ekstruderbart materiale. Konseptet har fordelen av en ytterligere frihetsgrad i dyseutforming og det endrer radikalt det innbyrdes forhold mellom matehullene og utslippsspaltene. Den nye dyse tilveiebringer en dyse med sekundære utsllppsspalter, vanligvis nettverk eller gitterlignende, matet direkte kun ved de kryssende eller på kryss og tvers forløpende primære utsllppsspalter (dvs. ikke av matehullene), hvilke primære spalter alene korresponderer med spaltene til de tidligere kjente dyseutforminger. Følgelig gir det nye dysekonsept den frihet at det tilføres et vesentlig antall utsllppsspalter i form av sekundære spalter uten å øke antallet av matehull i dysen, og opprettholder fortsatt den riktige satsstrømning for å ekstrudere materialet gjennom en slik dyse for å danne produkter med høyere celletetthet og/eller høyere geometrisk overflateareal. Det vesentlige ved oppfinnelsen er endringen i mekanismen for å levere eller avgi en vesentlig andel av det ekstruderbare satsmaterialet, som resulterer i mange økonomiske sider ved dyseutformingene.

Et aspekt av oppfinnelsen innbefatter et dyselegeme som har en innløpsside, en utløpsside og et antall matehull som forløper inne i legemet fra innløpssiden mot utløpssiden. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved matehull som er direkte sammenknyttet kun med hver av et antall tverrgående kryssende, gitterformede eller sammenknyttede primære utsllppsspalter definert ved et antall av primære kjerneelement eller tapper til legemet og forløper inne i legemet fra utløpssiden mot innløpssiden, med indre endepartier av matehullene kommuniserende i lengderetningen og tverr-retningen på overlappende måte med de indre endepartier av de primære utsllppsspalter. Oppfinnelsen er videre kjennetegnet ved forbedringen som innbefatter sekundære utsllppsspalter, vanligvis sammenknyttet kryssende eller gitterformet som forløper inne i de primære kjerneelementer fra utløpssiden mot innløpssiden og inn i direkte tverrgående kommunikasjon kun med seg selv og de primære utsllppsspalter (for slik å tilveiebringe kombinert tverrgående og langsgående strømning derimellom). De sekundære utsllppsspalter avdeler de primære kjerneelementer i sekundære kjerneelementer eller tapper som definerer de sekundære utsllppsspalter. De sekundære utsllppsspalter forløper mot innløpssiden, men kommuniserer ikke direkte med matehullene. De sekundære utsllppsspalter kan være bredere enn, smalere enn eller lik i bredde med de primære utsllppsspalter, eller en kombinasjon av dette. De sekundære utsllppsspalter kan også ha en dybde som er kortere enn, lengre enn eller lik i lengde med dybden av de primære utsllppsspalter, eller en kombinasjon av dette. Videre kan breddene og/eller dybdene til de sekundære spalter som avdeler hvert primære kjerneelement avvike fra hverandre eller fra minst en annen av disse etter ønske. Det over-raskende resultat ved en slik ekstruderingsdyse-utforming er mulighetene for å øke overflatearealet av bikakestrukturene ved å frembringe fremspring eller fremstikk (delvis cellevegg-tillegg) på celleveggene, eller ved å bevirke full sammenknytting av cellevegg-tillegg for høyere celletetthet, eller ved en kombinasjon av begge.

Oppfinnelsen kan også kjennetegnes ved en ekstruderings-mekanisme som krever minst to ekstruderingssoner, men innbefatter mest fordelaktig tre ekstruderingssoner når de sekundære spalter forløper innad fra utløpssiden en kortere avstand enn de primære spalter. De tre soner innbefatter en matehullsone, en mellomliggende spaltsone, og en avsluttende spaltsone. Matehullsonen begynner ved innløpssiden og ender ved en tverrgående oppsamlingsgrense dannet av de indre ender av de primære utsllppsspalter hvor matehullene begynner å overlappe i kommunikasjon med de primære utsllppsspalter. Den mellomliggende spaltsone begynner hvor matehullsonen slutter og slutter ved en tverrgående oppsamlingsgrense dannet av de indre ender av de sekundære utsllppsspalter. Den avsluttende spaltsone begynner hvor den mellomliggende spaltsone ender og ender ved utløpsflaten. Den mellomliggende spaltsone oppstår ikke hvor de sekundære spalter forløper innad fra utløpssiden med minst lik lengde av de primære spalter. I dette tosone-tilfellet begynner den avsluttende spaltsone hvor matehullsonen slutter.

Den individuelle primære spaltbredde og/eller dybde i den mellomliggende spaltsone kan være større enn, mindre enn, eller lik med den individuelle primære spaltbredde og dybde i den avsluttende spaltsone, eller kan være en hvilken som helst kombinasjon av disse. I et tilfelle hvor en primær spalt har multiple langsgående og/eller sidedimensjoner (f.eks. ulike bredder og/eller dybder for ulike snitt av sin lengde), er det indre endeparti av den primære utslippsspalt med en av de multiple størrelser definert til å rommes inne i grensene av den mellomliggende spaltsone og det ytre endeparti av den individuelle primære utslippsspalt hvor den andre av de multiple dimensjoner defineres til å være innenfor grensene av den avsluttende spaltsone for å utføre den samme funksjon som en sekundær utslippsspalt.

Det er videre påtenkt at et antall av mellomliggende spalt-soner kan tilføres dysen for å tilveiebringe formålene med den foreliggende oppfinnelse.

Den tekniske virkning av konseptet med tre soner framgår av oppfinnelsen når volumforholdene skal beregnes mellom aggregatvolumer av de primære utsllppsspalter og aggregatet av volumene til de sekundære utsllppsspalter for å bestemme utformingen av det resulterende ekstruderte bikake-produkt. Slike forhold, som er funksjonsmessig relatert til viskositeten av det ekstruderte materialet, er beregnet til å frembringe enten fullstendig sammenknytting eller dannelsen av alle cellevegger, fremspringene på celleveggene eller en kombinasjon av begge ved at materialet slippes ut fra de sekundære spalter. Når dette volumforhold av de primære spalters volum til de sekundære spalters volum er en viss minimumsverdi relatert til en viss viskosistet av det ekstruderte materialet som strømmer gjennom dysen, danner de sekundære spalter kun ytterligere, fullstendig sammenknyttet eller tildannede cellervegger, og tilveiebringer derved flere celler pr. enhet i tverrsnitt av den resulterende ekstruderte bikakestruktur enn hva som ellers ville være skapt med kun de primære spalter. Motsatt, når slike volumforhold er en viss lavere maksimalverdi også relatert til en slik viss viskositet, danner de sekundære spalter kun delvis ytterligere cellevegger som er fremspring eller fremstikk på, og lengde-messig langs, de fullstendig sammenknyttede cellevegger formet av de primære spalter. Med volumforholdet mellom disse minimums- og maksimumsverdier for den samme bestemte viskositet, vil de sekundære spalter forme en kombinasjon av noen ytterligere fullstendig sammenknyttede cellevegger og enkelte fremspring, hvor beskaffenheten av denne kombinasjon kan varieres etter ønske ved å variere det angitte volumforhold mellom de foran nevnte minimums- og maksimumsverdier for den samme bestemte materialviskositet.

Oppfinnelsens nyhet er videre vist ved den enkelhet med hvilke eksisterende dyseutforminger kan innarbeides i det nye dysearrangement. Oppfinnelsen kan tilveiebringe økede utsllppsspalter uten kostnad eller behov for å maskinere ytterligere matehull. Dette er svært nyttig for enkelt-enhetsekstruderingsdyser ettersom maskineringsbehovet på innløpssiden av dysen kan reduseres med 75% i forhold til det som nå praktiseres i faget. Til nå har det vært nødvendig med et felles minimum på et halvt eller ett matehull for hver fjerde tilknyttede utslippsspaltsegmenter som danner og forløper fra en krysning av spalter, f.eks. som i fig. 4 og 5 i US-patent 3 790 654. De sekundære utsllppsspalter som beskrevet heri, mates med satsmaterialet ved de primære utsllppsspalter som kan redusere det tidligere forhold på 0,125 eller 0,25 matehull til en total av forholdsmessig tilknyttede primære og sekundære utslippsspaltsegmenter i forbindelse med hver til et mindre forhold, f.eks. 0,03125 eller 0,0625 respektivt.

En ytterligere fordel ved reduksjon av antallet nødvendige matehull, er en betydelig minskning i satsstrøm-impedansen over den praktisert i faget idag ettersom diameteren til matehullene kan være større uten tap av dysestivhet. Etterhvert som behovet for høyere celletetthet-substrater har utviklet seg, har strømningsimpedansen steget kommensurabelt med dysekompleksiteten, som presser ned produksjonshastigheten for bikakestrukturen. Den nye dyseutforming er mindre kompleks, som kan hjelpe for økning av produksjonshastigheten pga. lavere strømningsimpedans og som hjelper til å minske maskineringskostanden av dysen.

De nye sekundære utsllppsspalter kan utskjæres eller designes til å være laminerte, sammensatte eller i en enkelt blokk (enhetelig) ekstruderingsdyser. Den foretrukkede utførelse er enkelt-blokk ekstruderingsdysen.

En systematisk variering av lengden til utslippsspaltene kan videre oppnås ved å bøye eller bende dyseutløpssiden til å være konveks eller konkav eller på annen måte konturformet og/eller ved å variere kuttedybden til de sekundære utsllppsspalter ned i utløpsflaten for å danne en konveks, konkav eller på annen måte konturformet tverrgående oppsamlingsgrense ved de indre ender av de sekundære utsllppsspalter. Virkningen av denne teknikk er den samme som å variere volumet (eller bredden) av kuttet fra spalt til spalt uten å bøye eller bende ettersom en variasjon, tvers over dysen, av den primære spalt til det sekundære spaltvolumforhold oppnås. Det er også påtenkt at slik variering av spaltenes lengde kan kombineres med varierende bredder av spaltene, f.eks. bredere når de er lengre.

Bikake-produktet fremstilt ved den nye dyseutforming er avhengig av viskositeten til det ekstruderte materialet. Etterhvert som viskositeten til det ekstruderte materialet øker, er tilbøyeligheten for sammenknytting større gjennom en dyse som ville frembringe fremspring på et materiale med lavere viskositet og omvendt. Relativ viskositet av det ekstruderbare satsmaterialet som strømmer gjennom en dyse bestemmes vanligvis og hensiktsmessig indirekte ved ekstruder ingstrykket som må utøves på en sats for å presse den gjennom en dyse for å danne et bikake-produkt, f.eks. trykket (vanligvis referert til som "pre-ekstruderingstrykk") i en preliminær ekstrudering gjennom en "noodle"-dyse med hull, men ingen spalter for homogenisering av satsen (se homo-geniseringsanordningen 32 i US-patent 3 888 063). Det foreliggende spesifikke volumforhold i eksemplene ble bestemt ved å bruke en sats av leire, talkum og aluminium med vanlig organisk bindemiddel og smøremiddel pluss plastiserende vann som det ekstruderte materialet som oppviser et pre-ekstruderingstrykk-område mellom 9,31 og 11,72 MPa.

Naturligvis er evnen til et ekstruderbart satsmaterlale til å strømme gjennom en bikake-dannende dyse kjent til å være relatert til noen nødvendig forskjell mellom den maksimale partikkelstørrelse i satsen og bredden av utslippsspaltene til dysen. Med andre ord er det kjent at den maksimale partikkelstørrelse må være vesentlig mindre enn bredden av dysespaltene gjennom hvilke satsen må passere. Eksempelvise illustrasjoner på egnede forskjeller er: satsmateriale med maksimal partikkelstørrelse på omkring 0,074 mm maske-størrelse ekstruderes gjennom dysespalter på 0,2 mm bredde; og satsmateriale med maksimal partikkelstørrelse på omkring 0,125 mm maskestørrelse ekstruderer gjennom dysespalter på 0,66 mm bredde, men ikke gjennom dysespalter på 0,2 mm bredde. En normalt dyktig arbeider innenfor ekstrudering av bikakestrukturer fra slike dyser vet hvordan umiddelbart å bestemme å velge en egnet maksimal partikkelstørrelse for satsen for enhver ønsket dysespalt-bredde, særlig med de forangående eksempelvise illustrasjoner som en ledetråd.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ekstruderingsdyse eller matrise i stand til å frembringe en keramisk bikake-struktur med 2 400 eller flere celler pr. 6,45 cm<3>. De 2 400 celler pr. 6,45 cm<3>matrise kan fremstilles nye eller fra en 600 celler pr. 6,45<3>brukt ekstruderingsdyse .

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ekstruderingsdyse hvori sekundære spalter er formet i en retning, som hovedsakelig todeler de primære kjerneelementer eller avdeler et primært kjerneelement i to sekundære kjerneelement.

Dysen eller matrisen ifølge den foreliggende oppfinnelse beskrevet og søkt heri, kan benyttes for å ekstrudere ethvert egnet ekstruderbart materiale, slik som partikkelformet materiale, som kan ekstruderes og stivnes til et anvendelig bikakeformet produkt. Slike materialer innbefatter keramiske, voks, metaller, glass-keramiske, glasser, resiner, polymerer, organiske plaster og lignende.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen er de indre endepartier av de primære og/eller sekundære utsllppsspalter anordnet med utvidede forlengelser som utgjør matereservoarer som forløper langs med, og kommuniserer med, disse indre ender. Reservoarene kan ha enhver egnet tverrform, slik som sirkulær og/eller oval, men en særlig fordelaktig og ny form for en slik form er dråpeformen. Den sistnevnte dråpeform til reservoaret danner også nyhetstrekk ved oppfinnelsen i kombinasjon med de tidligere bikake-ekstruderingsmatriser uten sekundære spalter på kryss og tvers. Fig. 1 er et partialriss sett forfra av utløpssiden til en utførelse av ekstruderingsmatrisen ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et partialriss i snitt tatt langs linjen 2-2 ifølge fig. 1. Fig. 3 er et partialriss sett forfra av innløpssiden til ekstruderingsdysen vist i fig. 1. Fig. 4 er et partialriss sett forfra av en åpen ende til en bikake-struktur eller gitterstruktur med fremspring tilvirket med en matrise av den type som er vist i fig. 1. Fig. 5 er et partialriss sett forfra av en åpen ende av en gitterstruktur med sammenknytting av hele cellevegger som tilvirket med en matrise av type vist i fig. 1. Fig. 6 er et partialriss sett forfra av utløpssiden av nok en ekstruderingsmatrise ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 er et partialriss sett forfra av utløpssiden til nok en ekstruderingsdyse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 er et partialriss i snitt av en sammensatt (mate) ekstruderingsdyse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 er et partialriss i snitt av en laminert (blad) ekstruderingsdyse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 10a er et tredimensjonalt partialriss i snitt av matrisen ifølge fig. 1. Fig. 10b er et skjematisk partialriss sett forfra av utløps-siden av ekstruderingsmatrisen ifølge fig. 10a. Fig. 11 er et partialriss i snitt av en matrise i likhet med matrisen ifølge fig. 2, men som inneholder mer enn en sekundær utslippsspalt mellom tilstøtende primære utsllppsspalter . Fig. 12 er et partialriss i snitt av en matrise ifølge den foreliggende oppfinnelse med en oval reservoarform ved de indre ender av spaltene. Fig. 13 er et partialriss i snitt av reservoarer med dråpeform ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 14 og 15 er partialriss i snitt av nok en type reservoarer med dråpeform som kan benyttes i den foreliggende oppfinnelse. Fig. 16 er et partialriss i snitt av nok en sammensatt ekstruderingsmatrise ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 17 er et skjematisk partialriss sett forfra av utløps-siden av en sammensatt spaltdyse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 18 er et partialriss i snitt av en sammensatt ekstruderingsmatrise ifølge fig. 17. Fig. 19 er et partialriss sett forfra av utløpssiden ifølge ifølge fig. 18. Fig. 1 til 3 viser utløpssiden 1 som innbefatter et antall sammenknyttede, gitterformede, kryssende, sekundære, utsllppsspalter 2 og et antall sammenknyttede, kryssende, gitterformede, primære, utsllppsspalter 3 hvor begge spalt-typer forløper innad fra utløpssiden 1. De primære utsllppsspalter 3 kommuniserer og er forbundet med og mater de sekundære utsllppsspalter 2 innenfor området av de primære og sekundære utsiippsspalters skjæringer 4. To kryssende par av tilstøtende parallelle primære utsllppsspalter 3 frembringer hver kvaderatiske primære kjerneelementer eller tapper 5, hvilke forløper innad fra utløpssiden 1 mot innløpssiden 9. Tilsvarende defineres spaltene 3 ved tappene 5. Et parti av det primære kjerneelement, eller tapp 5, deles av de sekundære utsllppsspalter 2, som frembringer firkantede sekundære

kjerneelementer eller tapper 6 som definerer de sekundære utsllppsspalter 2. De primære utsllppsspalter 3 mates av, og er i kommunikasjon med, et antall matehull 7 med opphav ved innløpssiden 9, hvilke hull 7 direkte kommuniserer og overlapper de indre ender 11 av de primære utsllppsspalter 3. Mens de primære spalter 3 er illustrerende vist å være bredere enn de sekundære spalter 2 (hvorved slike spalter respektivt danner cellevegger i ekstruderte produkter med ulik tykkelse), kan begge spalter 2 og 3 tilvirkes med lik bredde for å frembringe produkter hvor de tynne celleveggene har en generell jevn tykkelse. I enkelte tilfeller, pga. forskjeller i de fysiske egenskaper av ekstrudatet, må de sekundære spalter tilvirke større enn de primære spalter for ekstrudering av jevne produktvegger.

Når det er ønsket å frembringe gitterverkstrukturer med celler av rektangulær tverrsnittsform utover den kvadratiske, kan de sekundære tapper og muligens de primære tapper tildannes med en korresponderende tverrsnittsform. Matehullene er adskilt ved et basisparti 26 av matrisen i matehullsonen. Som vist i fig. 2 ender den avsluttende spaltsone 8a ved utløpsflaten eller utløpssiden 1 og begynner innad langs den tverrgående felles grense eller plan 25 (vist med stiplede linjer) av de indre ender 24 av spaltene 2. Den mellomliggende spaltsone 8b ender innvendig ved grensen 24 hvor endespaltsonen 8a begynner, og sonen 8b begynner innvendig ved den tverrgående felles grense eller plan 10 for de indre ender 11 av de primære utsllppsspalter 3, hvor matehullsonen 8c slutter. Sonen 8c begynner ved innløpssiden eller innløpsflaten 9.

Fig. 4 viser et representativt produkt tilvirket med en ekstruderingsmatrise som har et aggregatvolumforhold mellom den primære spalt og den sekundære spalt på 3,83. Gitterverkstrukturen 12 er vist som et antall enhetsceller 13 definert ved, eller avgrenset av, vegger 16 med fremspring 14 som starter fra og forløper i lengderetningen langs side- veggene 16 til hver enhetscelle 13. Veggene 16 ble dannet av de primære utsllppsspalter 3, hvor bredden var den samme som bredden til de sekundære utsllppsspalter 2 som dannet fremspringene 14.

Fig. 5 viser et representativt produkt tilvirket med en ekstruderingsmatrise med et aggregatvolumforhold mellom den primære spalt og den sekundære spalt på 1,58. Gitterverkstrukturen 15 er vist som et antall enhetsceller 17 definert ved cellevegger 16 og 14a. Veggene 16, lik de i flg. 4, ble dannet av de primære utsllppsspalter 3, hvilke bredden var den samme som bredden av de sekundære utsllppsspalter 2 som dannet fullstendig sammenknyttede vegger 14a.

Den grunnleggende forskjell mellom produktene ifølge fig. 4 og 5 kan sees ved å sammenligne en enhetscelle 13 i fig. 4 med fire enhetsceller 17 i fig. 5, slik som de omsirklet av den rektangulære stiplede linje 33 i fig. 5. I stedet for fremspringene 14 i fig. 4 vil fullstendig sammenknyttede vegger 14A i fig. 5 tilveiebringe fire mindre enhetsceller 17 i stedet for en enhetscelle 13 som i fig. 4. Denne forskjell er reslutatet av de forskjellige forhold mellom aggregat-volumenes sekundære spalter og primære spalter for matrisene benyttet for å tilvirke slike produkter.

Fig. 6 viser en matrises utløpsside-utforming 18 for fremstilling av gitterverkstrukturer med fire treangulære enhetsceller i stedet for to triangulære enhetsceller som ellers ville resultere i fravær av de sekundære utsllppsspalter 2A. Omsirklet av den kvadratisk formede stiplede linje 34 i fig. 6 er to primære kjerneelementer eller tapper av triangulært snitt avgrenset av fem utsllppsspalter 3 (fire primære spalter sammenfaller med linjen 34 og en sekundær spalt som krysser i et linjemønster orientert 45° i forhold til linjen 34). Hver primære kjernetapp er delt i to ved en sekundær utslippsspalt 2A for å danne to sekundære kjerneelementer eller tapper 19 med triangulært snitt. Tappene 19 og deres grensespalter 2A, 3 danner de triangulære enhetsceller i det ekstruderte produkt. Kun de primære utsllppsspalter 3 kommuniserer direkte med matehullene 7.

Fig. 7 viser en matrises utløpsside-utforming 20 for fremstilling av triangulære enhetceller med gitterstruktur. De sekundære triangulære kjerneelementer 23 fremstilles ved å firedele de triangulære primære kjerneelementer eller tapper til brukte eller nye matriser med sekundære utsllppsspalter 2B. Linjesegmentene 60 indikerer de grunnere dybder som kan forbindes med sekundære spalter mens de primære spalter kommuniserer med matehullene. Denne matriseutforming fremstiller gitterverkstrukturer med likesidede triangulære celler. Den triangulære stiplede linje 35 i fig. 7 omsirkler en triangulær primær tapp avgrenset av tre kryssende primære utsllppsspalter 3 som direkte kommuniserer med tre til-støtende matehull 7. Tre kryssende sekundære utsllppsspalter 2A kuttes tvers over hver triangulære primære tapp innad fra sin utløpsside for å danne fire tilstøtende likesidede triangulære kjerneelementer 23, hvorved den nye matriseutforming kan være i stand til å frembringe fire ganger antallet av triangulære gitterverks-enhetsceller som ellers ville være resultatet ved fravær av de sekundære spalter 2A. Fig. 8 viser en sammensatt matrise 21 innbefattende sammenbundende plater 27 og 28. Platen 27 inneholder utløpsflaten 1, basispartiet 26A med mindre matehull 7A, primære tapper 5 som definerer primære utsllppsspalter 3, og sekundære tapper 6 som definerer sekundære utsllppsspalter 2. Platen 28 inneholder innløpssiden 9A og basispartiet 26B med større matehull 7B. Hvert større matehull 7B er ordnet for lengdeveis overlapping å mate to eller mindre matehull 7A, f.eks. på kjent måte som beskrevet i US-patentene 4 118 456 og 4 465 454. Hovedfordelene ved en slik sammensatt dyse og dens grunnleggende mekanisme for sin drift er den samme som for enhetsmatrisen vist i fig. 1 til 3. Fig. 9 viser en laminert blad-matrise 22 innbefattende et antall matrlseblader 29 av den type som er vist i US-patent 4 465 652. Hvert blad 29 innbefatter et basisparti 26C med ribbe- eller kanaldelere 30 for å definere matehull eller kanaler 7C, og primære tapper 5 med sekundære tapper 6 som definerer sekundære utsllppsspalter 2. Med bladene 29 sammenstilt, definerer tappene 5 de primære utsllppsspalter 3. Hovedfordelen med en slik laminert matrise og den grunnleggende mekanisme for dens drift er den samme som for enhetsmatrisen vist i fig. 1 til 3.

Beregningen av volumforholdet mellom aggregatets primære spaltevolum og aggregatets sekundære spaltevolum for matriser ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist nedenfor i forbindelse med fig. 10a og 10b. Imidlertid er hoved-prinsippene ved en slik beregning som avdekket nedenfor, hurtig for fagmannen å overføre til en tilsvarende beregning av volumforholdet for en hvilken som helst annen utforming av spaltene og tappene i en matrise ifølge den foreliggende oppfinnelse, slik som de med primære og/eller sekundære tapper som har en tverrsnittsform av et rektangel eller utover et kvadrat og de vist i fig. 6 til 7.

En hensiktsmessig måte for beregning av volumforholdet er først å velge et representativt spalteinnholdende parti av matrisen som består av den minste enhet av repeterende spalt-og-tapputforming som fremtrer i matrisen. I fig. 10a og 10b er de sekundære tapper P1-P2-P3-P4sammen med de proporsjons-messige tilhørende partier av tilstøtende primære spalter 3 og med de gjensidig avgrensede partier eller segmenter av de sekundære spalter 2, er den minste enhet av repeterende spalt-og-tapputforming i den illustrerte matrise som har primære og sekundære tapper 5,6 med kvaderatisk tverrsnitt hvor spaltene 2 avdeler hver primære tapp 5 i fire sekundære tapper 6. Denne minste enhet er omsirklet i fig. 10b ved den stiplede linje 36. Ettersom tappene P1-P2-P3"P4, relatert til de andre omgivende tapper 6, er proporsjonsmessig tilknyttet den tilstøtende ene halvdel av de fire omgivende segmenter av de primære spalter 3, er den stiplede linje 36 på senterlinjen av disse omgivende segmenter.

I fig. 10a og 10b: er dybden fra utløpsflaten av hver sekundære spalt 2; Dg er dybden fra utløpsflaten til hver primære spalt 3; er lengden av en side til hver sekundær tapp 6; Lg er lengden av en side til hver primære tapp 5 (eller den kombinerte bredde av to sekundære tapper 6 og av en sekundære spalt 2); L3er lengden av hver side av den minste enhet omskrevet ved den stiplede linje 36; er bredden til hver sekundære spalt 2; og Wg er bredden til primære spalt 3.

For formålene av å beregne spaltenes volumforhold: (1) antas de indre ender av spaltene 2,3 å være flate eller rett avsluttede ettersom enhver moderat avrunding, avsmalning eller annen kontur på de indre ender av disse spalter representerer en usammenhengende effekt med hensyn til volumforhold-beregningen, og (2) volumet til de primære spalter 3 antas å innbefatte de overlappende fremspring 32 (vist med stiplede linjer i fig. 10a) for slike spalter 3 som forløper lengdeveis inn i det indre parti av hullene 7.

Følgelig vil de respektive aggregatspaltvolumer i den inerste enhet omskrevet ved den stiplede linje 36, bli definert ved de følgende ligninger: Primær spaltevolum = LgWgDg + L3W2D2;

Sekundær spaltevolum = 2L^W^D^+ LgV/^D^

Spaltens aggregatvolumforhold er derved definert som

De minste enheter av repeterende spalt-og-tapputforming i fig. 5-7 er omskrevet respektivt med stiplede linjer 33-34- 35. Skjønt fig. 5 viser den ekstruderte struktur, symboli-serer den likevel spalt-og-tapputformingen som formet den.

En alternativ måte å beregne volumforholdet adskiller volumpartiene inne i de primære utsllppsspalter. Som beskrevet ovenfor vil endevolumpartiet av den primære utslippsspalt inkulderes i den avsluttende utsiippsspaltsone 8a og dette volumparti, for beregnings- og analyseformål, behandles separat fra volumpartiet av den mellomliggende utslippsspalt-sone 8b. Grunnen til den adskilte behandling av endevolumpartiet av den primære utslippsspalt er at, for bestemmelse av matriseytelsen for å produsere ekstruderte strukturer med fremspring, høyere celletetthet, sammenknytting eller en kombinasjon av disse, er den tverrgående sidespaltkommunikasjon og innbyrdighet av utslippsspaltene inne i den avsluttende utslippsspaltsone 8a sentral. Endringer i volumandelen av utslippsspaltene inne i sonen 8a kan gjøres uavhengig av volumet til det primære utslipps-spaltparti inne i sonen 8b. Derfor kan en meningsfull forutsigbart volumforhold beregnes ved å dele, for en minste epiterende enhet i matrisen, aggregatets spaltevolum i sonen 8a med aggregatets spaltevolum i sonen 8b.

Fig. 17 viser et partialriss sett forfra av utløpssiden av matrisen. Alle de viste spalter er deler av sonen 8a. L3er lengden av hver side av den minste repeterende enhet i sonen 8a. Satsens matemekanisme mater halvparten av spaltebredden på omkretsen av den repeterende enhet og alle spaltebreddene innvendig av den repeterende enhet. Derfor, for å beregne volumet i den avsluttende utslippsspaltsone 8a i en repeterende enhet, benyttes den følgende ligning:

Volumet av den avsluttende utslippsspaltsone 8a =

2L±\]5B5+ 2L2V/5D5 + L3W5D5

Lg er lengden av et helt parti av en sekundær spalt inne i den repeterende enhet og L^er lengden av en andel av en sekundær spalt inne i den repeterende enhet. W5er bredden av spalten i den avsluttende utslippsspaltsone 8a. Fig. 18 viser det partiale snitt av matrisen som viser dybden av den avsluttende utslippsspaltsone 8a, D5.

For å vise volumsegmentene som er tilknyttet den mellomliggende utslippsspaltsone 8b ble et utsnitt tilvirket i fig.

18 ved den tverrgående sidekrysning mellom sonene 8a og 8b for å avdekke utløpsf laten 38 av blokken 39, som er vist i fig. 19. Den lengste spaltlengde innenfor sonen 8b av den repeterende enhet er L3og spaltsegmentlengden langs bredden av den primære tapp innenfor sonen 8b av den repeterende enhet er Lg. Bredden til spalten defineres ved W5og dybden, som vist i fig. 18, er D^. Volumligningen for den mellomliggende utslippsspaltsone 8b er: LgW^D^+ L3W5D5. For å beregne spaltsonens volumforhold, deles volumet for sonen 8a med volumet for sonen 8b eller

Denne volumsoneligning gjør det mulig å sammenligne volumforholdene inne i en enkelt matrise eller mellom ulike matriser. For å karakterisere et volumforhold ved fremstilling av strukturer som frembringer fremspring, høyere celletetthetssammenknytning eller en kombinasjon av disse, er empiriske ytelsedata nødvendig for å relatere en spesiell volumforholdverdi til strukturtypen som fremstilles. Når et innbyrdes forhold mellom volumforholdet og strukturen som er fremstilt er etablert for en bestemt satssammensetning er det dermed mulig å forutsi den strukturtype som kan fremstilles ganske enkelt ved å vite volumforholdet. På denne måte kan matrisefremstillingen mer formålstjenelig designes til å være konsistent med matrisebehovene.

Forholdet av hullene 7 i fig. 2 til det totale antall av proporsjonsmessig tilknyttede primære og sekundære utslipps spaltsegmenter kan bestemmes fra en minste repeterende enhet av en matrise, slik som enheten omskrevet i fig. 10b med stiplet linje 36. Proporsjonsmessig tilknyttet segment betyr: de segmenter av spalter tilknyttet hver krysning av spalter, hvilke segmenter danner krysningen og forløper utad fra krysningen forholdsmessig til andres segmenter av spaltene som forløper utad fra andre krysninger av spaltene. For tydeliggjøring henvises det til den skjematiske fremstilling i fig. 10b. Krysningen 50 i fig. 10b innenfor en repeterende enhet 36, innbefatter fire forholdsmessig tilknyttede segmenter. Disse segmenter danner et kryss som forløper fra senteret av krysningen 50 til hovedsakelig midtpunktet av den sekundære tapp. Hver krysning 52 av den repeterende enhet 36, inneholder et helt forholdsmessig tilhørende segment som forløper fra krysningen 52 til midtpunktet av den sekundære tapp som slutter ved punktet hvor det forholdsmessig tilknyttede segment av krysningen 50 begynner. I tillegg inneholder hver krysning 52 to halve proporsjonsmessig tilknyttede segmenter som forløper midtveis til krysningene 54. Derfor inneholder hver krysning 52 tilknyttet den repeterende enhet 56 to forholdsmessig tilknyttede segmenter. Ettersom det er fire krysninger 52 innenfor den repeterende enhet 36, teller krysningen 52 for åtte forholdsmessig tilknyttede segmenter innenfor den repeterende enhet 36. I en lignende analyse kan det bestemmes at hver krysning 54 av den repeterende enhet 36 inneholder to halve forholdsmessige tilknyttede segmenter, som resulterer i et forholdsmessig tilknyttet segment, som begynner ved krysningen 54 og ender midtveis i den sekundære tapp hvor det forholdsmessig tilknyttede segment til krysningen 52 begynner. Det er fire krysninger 54 og derfor er det fire forholdsmessige tilknyttede segmenter relatert til krysningen 54 innenfor den repeterende enhet 36. Totalen av alle de forholdsmessig tilknyttede segmenter inne i den repeterende enhet 36 er 16. Den repeterende enhet 36 overligger to kvartpartier av matehullene 7 som tilfører ekstrudat til den repeterende enhet 36. Forholdet av matehull til de forholdsmessig tilknyttede segmenter er 1/2 -f 16 = 0,03125.

Under den samme analyse for en matrise uten sekundære spalter er kun krysningen 54 tilgjengelig til å motta ekstrudat. Som omtalt ovenfor har krysningen 54 et forholdsmessig tilknyttet segment, og derfor vil en lignende repeterende enhet uten sekundære spalter inneholde fire forholdsmessig tilknyttede segmenter matet av to kvartpartier av matehull. Forholdet av matehull til forholdsmessige tilknyttede segmenter er derfor 1/2^4= 0,125.

Ved å sammenligne matriser med og uten sekundære spalter indikeres tydelig at inkluderingen av sekundære spalter i en matrise resulterer i en 7556 minkning i det forholdsmessige tilknyttede segment til matehullforholdet. Dersom matrisen ifølge fig. 10a-10b skulle modifiserest til å inneholde et hull som mater hvert krysningsområde ved de fire hjørner av enheten 36, så ville forholdet av hull til de forholdsmessig tilknyttede spaltsegmenter for denne modifiserte matrise være 1 + 16 = 0,0625, som også er en 75$ minking av forholdet som ellers ville foreligge i fravær av de sekundære spalter. Således skal det forstås at et slikt forhold er mindre enn 0,125 og fordelaktig mindre enn 0,1 hvor idet minste noen av utslippsspaltene kommuniserer direkte med matehullene.

Hver eller enkelte, eller alternerende rader av de primære tapper i matrisene ifølge oppfinnelsen, kan deles som ønsket for en gitterstruktur-veggutforming, ved to eller flere sekundære spalter som forløper i minst en, i hver av flere eller i hver av alle de tverrgående retninger av slike sekundære spalter. En eksempelvis utførelse av dette ytterligere trekk er vist i fig. 11. Denne matrise inneholder kryssende sekundære utsllppsspalter 2 midtveis mellom tilstøtende kryssende primære utsllppsspalter 3 (sammenlign-bar med matrisen ifølge fig. 1-3) og inneholder videre ytterligere kryssende sekundære utsllppsspalter som danner enten kvaderatiske eller andre rektangulære sekundære tapper 6. Alle spaltene har den samme bredde. Spaltene 2A kan lages som tertiære spalter dersom de ellers har en dybde (ikke vist) fra utløpssiden 1 som er kortere enn den til spalten 2. I det siste tilfellet kan de indre ender av de kortere spalter 2A (ikke vist) samlet lages til å definere enden av et første lag av den avsluttende spaltsone og begynnelsen av et andre lag av den avsluttende spaltsone (hvor den avsluttende spaltsone begynner ved grensen definert av de felles indre ender av kun de lengre sekundære utsllppsspalter 2), eller alternativt, de indre ender til alle spalter 2 og 2A kan samlet lages som en bølgeformet grense som markerer enden av den mellomliggende spaltsone og begynnelsen til den avsluttende spaltsone. Uansett er spaltene 2 og 2A i direkte tverrgående kommunikasjon kun med seg selv og de primære spalter 3, hvorved kombinerte tverrgående og langsgående strømning av ekstruderbart materiale skjer fra spalte 3 og inn i spalte 2 og 2A, såvel som mellom spaltene 2 og 2A. Der det ønskes for å frembringe ulike vegg- og/eller fremspringstykkelser i det ekstruderte produkt kan spaltene 2 tilvirkes smalere eller bredere enn spaltene 2A.

Der den kombinerte beskaffenhet av det ekstruderbare materialet og de spesifikke dimensjoner av dysen er slik at fullstendig sammenknyttede gitterstruktur-vegger dannes ved noe eller hele spaltene 2 og 2A, vil noe av materialet under strømming inn i og langs spaltene 2 og 2A fra spaltene 3, delvis stømme videre (både på tvers og på langs) fra en til den andre av spalter 2 og 2A ved deres innbyrdes krysninger, for slik å danne enten fremspring og/eller fullstendig sammenknyttede vegger som utgår ved utløpssiden 1 fra de sentrale segmenter for spaltene 2 og 2A som avdeler hver kvaderatiske eller rektangulære primære tapp 5.

Fig. 11-15 illustrerer et ytterligere trekk som kan in-kluderes i en matrise ifølge den foreliggende oppfinnelse. De indre ender av spaltene 2A i fig. 11 er anordnet med utvidede forlengelser 31 som utgjør (fortrinnsivs kryssende og sammenknyttede) fordypninger eller bassengområder eller reservoarer for å hjelpe sideveis mating av ekstruderbart materiale fra spaltene 3 og inn i de indre ender av spaltene 2A langs deres tverrgående utstrekning. Etter ønske kan disse reservoarer 31 også likeledes anordnes (skjønt ikke vist i fig. 11) langs de indre ender av spaltene 2 for hovedsakelig den samme funksjon. Reservoarene 31 kan også anordnes (skjønt ikke vist i fig. 11) langs de indre ender av de primære spalter 3 (som korresponderer med bassengområdene 144, 145 i fig. 19-20, eller US-patent 3 038 201). Mens fig. 11 viser en enkelt form for reservoarer 31 med sirkulær tverrsnittsform, illustrerer fig. 12- 15 noen forbedrede utforminger av reservoarene. I fig. 12 danner reservoarene 31A forbindelse med både spaltene 2 og 3, og har en hovedsakelig oval utforming i tverrsnitt, som videre letter sideveis strømning av ekstruderbart materiale inn i alle tverrgående partier av de indre ender av de primære spalter 3 fra hullene 7 og av sekundære spalter 2 fra de primære spalter 3. Fig. 13 viser reservoarer 31B med dråpeformet tverrsnitt for ytterligere å lette kombinert tverrgående og langsgående strømning av ekstruderbart materiale inn i alle indre endepartier av spaltene 2. Mens de dråpeformede reservoarer 31B er forholdsvis korte, illustrerer fig. 14 og 15 avlange dråpeformede reservoarer 31C og 31D respektivt forbundet til primære spalter 3 og sekundære spalter 2 for den samme, men forøket funksjon, som de til reservoarene 31B. Således kan de ulikt tilformede reservoarer være nyttig benyttet som kryssende og sammenknyttende forlengelser av, og på de indre ender av primære og/eller sekundære spalter i matriser ifølge oppfinnelsen. Videre kan de nye dråpeformede reservoarer fordelaktig også benyttes i matriser som ikke innehar noen kryssende sekundære utsllppsspalter.

Ettersom reservoarene 31 (såvel som 31A, 31B og 31D) er spesielle indre endeforlengelser av spaltene 2A (og 2), er de funksjonsmessig del av den avsluttende spaltsone 8a. Følgelig danner reservoarene 31 og de indre ender av spalten 2 i fig. 11 samlet en bølgende avgrensning 24A mellom den mellomliggende spaltsone 8b og den avsluttende spaltsone 8a.

Den sammensatte spaltmatrise ifølge fig. 16 er av typen som er vist i US-patent 4 354 820 i kraft av den kjensgjerning at platen 37 er bundet til utløpsflaten 31 av blokken 39 etter at brede partier 3B av de primære spalter har blitt utformet i blokken 39 for direkte å kommunisere med hullene 7. Etter at platen 37 er slik bundet, kuttes de smale partier 3A til de primære spalter og sekundære spalter 2 i platen 37 fra utløpssiden 1. Resultatet er en matrise som har primære spalter med smale ytterpartier 3A som kommuniserer med 11A med brede innerpartier 3B. Mens sekundære spalter 2 er vist å ha en dybde kortere enn dybden til partiene 3A, kan spaltene 2 etter ønske tilvirkes med lik dybde med den til partiene 3A. I hvert tilfelle kan partiene 3A og spaltene 2 lages til å være i den avsluttende spaltsone med en bølgende felles grense ved deres indre ender som markerer enden av den mellomliggende spaltsone. Endene av spaltpartiene 3B som overlapper hullene 7 kan være flate eller rett avsluttet som ved 11 eller av rundt som ved 11C eller på annen måte hensiktsmessig konturformet med egnede spaltskjærende anordninger.

Eksemplene nedenfor er ment som utvidende for oppfinnelsen gjennom eksempelvise variasjoner og er ikke ment å være en begrensning av oppfinnelsen. Heller ikke er en begrensning satt ved innarbeidelsen av et ytterligere lag eller flere lag, eller avsluttende spaltsone eller soner, som gir en avsluttende flerlags matemekanisme.

Eksempel 1

En brukt matrise ble skaffet tilveie og maskinert med de følgende dimensjoner. De primære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt var 1,14 mm i lengden L3, 0,20 mm i bredde og 3,302 mm i dybde. De sekundære utsiippsspalt-dimensjoner var 1,15 mm i lengden Lg, 0,20 mm i bredde og 1,02 mm i dybde. Det resulterende volumforhold var 3,83, og forholdet mellom totalt antall matehull og totalt antall forholdsmessig tilknyttede utslippsspaltsegmenter var 1 til 16. Det resulterende substrat oppviste gitterverkstrukturen med fremspring på veggene av hver side til hver enhetscelle som vist i fig. 4.

Eksempel 2

En andre matrise ble maskinert ved å bruke EDM-trådkuttings-prosessen for å skjære spalter med det mellomliggende spaltvolum, det samme som i eksempel 1. De sekundære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt var de samme som i eksempel 1, bortsett fra at dygden ble skjært til 1,91 mm. pet resulterende volumforhold var 2,07 og forholdet mellom det totale antall matebaner og totalt antall forholdsmessig tilknyttede utslippsspaltsegmenter var 1 til 16. Det keramiske substrat ekstrudert gjennom denne matrise oppviste full sammenknytning som eksemplifisert av enhetscellen 17 i fig. 5. Den fullstendige sammenknytting frembrakt ved denne matrise resulterte i et keramisk substrat med 1600 pr. 6.45 cm<2>med fire ganger antallet av enhetsceller fremstilt ved den samme matrise før maskinering av utsllppsspalter.

Eksempel 3

De primære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt i denne matrise var 1,09 mm langs L3, 0,23 mm bredde og 2,97 mm dybde. De sekundære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt var 1,09 mm langs L2, 0,23 mm bred og 1,52 mm dyp. Det resulterende volumforhold var 2,55. Denne matrise frembrakte et keramisk substrat med en gitterstruktur med både fremspring og fullstendig sammenknytting. Fremspringene varierte i størrelse fra smådimensjonsfremspring til større fremspring 14 vist i fig. 4. Den fullstendige sammenknytting i substratet ville ha fremstilt 2 400 celler pr. 6,45 cm<2>. Prøven 5 frembrakte resultater i likhet med dette eksempel.

Eksempel 4

De primære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt i denne matrise var 1,91 mm langs L3, 0,30 mm bred og 1,80 mm i dybde. De sekundære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt var 1,80 mm langs Lg, 0,30 mm bred og 2,77 mm i dybde. Volumforhold var 1,58. Det resulterende keramiske substrat var fullstendig sammenknyttet til 800 celler pr. 6.45 cm<2>. Pga. den økede bredde av utslippsspaltene i den avsluttende spaltsone, var celleveggene til substratet tykkere.

Eksempel 5

De primære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt i eksempel 5 matrisen var 2,69 mm langs L3, bredde på 0,20 mm og dybde på 3,23 mm. De sekundære utslippsspalt-dimensjoner pr. spalt var 2,69 mm langs Lg, bredde 0,30 mm og 1,27 mm dybde. Volumforholdet var 2,12. Det resulterende keramiske substrat var fullstendig sammenknyttet med cellevegger alternerende i veggtykkelse med en celletetthet på 400 celler pr. 6.45 cm<2>.

Resultatene av disse eksempler indikerer at volumforholdet mellom det primære spaltvolum og det sekundære spaltvolum er en betydelig parameter for utforming for fremstilling av et substrat ekstrudert gjennom den nye matrise. Både bredder og dybder kan varieres for å tilveiebringe de ønskede forhold. Intet annet sted i den kjente teknikk er et slikt forhold betraktet å være av betydning med hensyn til ekstruderingsmatrise-teknologien.

Eksempeler, men ikke menst som begrensninger for oppfinnelsen, på keramiske gitterstrukturer med porøse vegger som kan fremstilles ved den nye matrisetilnærming, er vist i fig.

4 og fig. 5. Fig. 4 viser et parti av en gitterstruktur med 400 celler pr. 6,45 cm<2>med et stort antall fremspring fremstilt på sidene av enhetcellens vegger. Disse mange fremspring er fremstilt under ekstruder ingen av det keramiske gitter og er et resultat av bestemte spaltvolum-forhold for den nye matriseutforming som beskrevet ovenfor. Fremspringene er resultatet av ufullstendig dannede enhetcelle-vegger som tilfører et minimum av 556 overf lateareal til overflatearealet av de fremspringforbundene enhetscelle-vegger.

Fig. 5 viser resultatet av effektivt å forlenge de mange fremspring slik at fremspringene fullstendig sammenknyttes for å danne ytterligere fullstendige vegger inne i de tidligere enhetsceller og derved firedoble antallet av enhetsceller og i hovedsak fordoble veggenes overflateareal innenfor en tidligere kjent enhetscelle som er dannet kun med primære spalter. Ytterligere gitterstruktur-designer vil avbilde designene representert i fig. 6 og fig. 7. Fig. 6 viser de sekundære spalter 2A som todeler hver 90° vinkel mellom kryssende primære spalter 3, som frembringer speil-bilde av en keramisk gitterstruktur med vegger som deler hver 90° vinkel ifølge tidligere kjente enhetscellers vegger (som er resultatet av kun primære spalter) og firedobler derved antallet av enhetsceller i forhold til den kjente teknikk og frembringer enhetsceller av triangulært tverrsnitt. Fig. 7 viser en triangulær matriseutforming som frembringer den speilvendte keramiske struktur. Produktet fra en slik matrise er en triangulær keramisk gitterstruktur med omkring to ganger antallet av cellens veggareal og fire ganger så mange enhetsceller i forhold til den tidligere kjente enhetscelle dannet ved kun de primære spalter.

Maskinering av utslippsspaltene kan skje ved høy elektrisk utladningsmaskinering, elektronstråle-fresing, slissende sagkutting eller elektrisk utladningsmaskinering (EDM) trådkutting. Den foretrukkede maskineringsteknikk er EDM-trådkuttingsprosess. EDM-prosessen krever en maskinverktøy- anordning med et elektrisk, hydraulisk servosystem og kraftenhet som leverer en pulserende høy frekvens, DC-strøm til elektroden. Under maskineringsoperasjonen senkes elektroden og arbeidsstykket ned i et dielektrisk område som opprettholder et gap mellom elektroden og arbeidsstykket. Gapet eller overskjæret avhenger av driftsspenningen og strømmen. Den foretrukkede metode for EDM-prosessen for kutting av utsllppsspalter i matrisearbeidsstykket er ved en EDM-tråd med deionisert vann benyttet som det dielektriske området eller medium. Størrelsen på spaltvolumet definerest ved størrelsen av EDM-stråden, spenningen, amperestyrken, bredden og dybden av kuttet og kuttehastigheten. Et num-merisk styreprogram basert på senteravstanden ble skrevet og matet inn i den programmerbare elektriske utladningsmaskin. Programmet styrer maskinopereringen for å sikre nøyaktigheten av spaltkuttingen innenfor noen få hundredels mm, og for å unngå bøying eller bryting enten av de primære eller sekundære kjerneelementer. Matrisen ble deretter plassert i en ekstruderingspresse og et keramisk legeme ekstrudert gjennom matrisen.

Den sekundære utslippsspalt kan kuttes inn i en eksisterende brukt matrise eller kan utformes i en ny matrise. Før den sekundære utslippsspalt-utskjæring, bør volumforholdet mellom det primære og sekundære spaltvolum tas i betraktning for å frembringe det ønskede gitterverk-substrat. Volumforholdene mellom de primære og sekundære spaltevolumer kan bestemme om fremstikk, sammenknytting av celleveggene eller en kombinasjon av både fremstikk og sammenknytting skal oppnås. Tabell 1 er illustrerende for volumforhold-sammenhengene.

Tabell 1 Indikerer tre sammenknyttede volumforhold som tilveiebringer et spenn av relative volumer for de primære spalter og sekundære spalter. Generelt når forholdet mellom de primære og sekundære spalters volum er større enn 3,0, dannes fremspring; når mindre enn 2,25 oppstår sammenbinding; og når mellom omkring 2,15 og 3,0 oppstår en blanding av fremspring og sammenknytting. Ved et volumforhold som nærmer seg 2,0 er grensen for å oppnå sammenknytting eller knytting og fremspring nådd når en blanding av leire, talkum og aluminium ekstruderes. Ettersom forholdet mellom det primære og sekundære spaltvolum kan bestemmes før matrisekutting, kan et systematisk arrangement med forhold av ulike dimensjoner innarbeides i en enkelt matriseenhet. Denne systematiske arrangering kan skreddersys til behovene for avgassstrømningene eller det filtrerbare materialet for å frembringe et gittersubstrat med både sammenbinding og fremspring.

Tabell 2 viser de samme data som presentert i tabell 1 for illustrasjonsformål av den alternative måte for å beregne volumforhold.

De alternative volumforhold indikerer at når volumene til sonen 8a er mindre enn det dobbelte av volumet til sonen 8b, gis det fremspring, og når det alternative volumforhold er større enn 4 eller volumet i sonen 8a er fire ganger volumet i sonen 8b, gir dette sammenknytting, og når det alternative volumforhold er mellom 2 og 4 gis både fremspring og sammenknytting .

Endringen i strømningsmekanismen gjennom ekstruderingsmatrisen gir forbedret ekstruderingsmatrise-teknologi. De tidligere kjente matriser mater utslippsspaltene direkte fra matehullene med et felles minimumsforhold på et matehull for hver fjerde forholdsmessig tilknyttet utsiippsspaltsegment mellom spaltkrysningene og danner en krysning av spalter. Denne teknikk baserer seg vesentlig på den tungvinte teknologi av å maskinere matehull. Ved den foreliggende måte kreves så mye som 755É færre matehull. I tillegg er hullene større og som en følge er disse mye enklere å maskinere. Maskinering av spalter i matrisene er en mye mer styrbar, nøyaktig prosess. Som beskrevet ovenfor kan spaltene maskineres til innenfor noen få hundredels mm på spesielle steder og av spesiell størrelse. Maskinering av de primære utsllppsspalter og sekundære utsllppsspalter gir en mer nøyaktig maskinert ekstruderingsmatrise som er i stand til å frembringe gitterstrukturer med forøket overflateareal og med et betydelig mindre antall matehull.

Den foreliggende ekstruderingsdyse mater sekundære utsllppsspalter på tvers og på langs med, og direkte fra, de primære utsllppsspalter. Fordelene ved denne fase ved mekanismen for ekstrudering av en strøm er fremstillingen av gitterstrukturer med fremspring, forøket antall enhetsceller pr. cm<2>, eller både fremspring og forøket antall celler pr. cm<2>. Tilleggs-endringen i ekstruderingsdysen strømningsmekanisme er at matehullene på langs og på tvers mater de primære utsllppsspalter, men kommuniserer ikke direkte med de sekundære utsllppsspalter. Fordelen ved denne siden av mekanismen er et minsket antall matehull som må maskineres pr. antall forholdsmessig tilknyttede spaltesegmenter. Det minskede antall matehull med noe større diameter enn til nå, minsker satsstrøm-impedansen og reduserer kostnadene ved matrise-tilvirkning. Det er den kombinerte tverrgående og langsgående mating ved sammenbundende primære utsllppsspalter med matehullene og de primære utsllppsspalter som på tverrgående og langsgående mater de sekundære utsllppsspalter som gir de forbedrede økonomiske sider ved den nye matrise.

Det er videre påtenkt at mekanismen for ekstruderende satsstrømningsmaterlale forøkes ved tillegg av fordypninger eller reservoarvolumer 31. Fig. 11 viser anbringelsen av ytterligere volumområder inne i det indre av matriselegemet ved endepartiet av de sekundære utsllppsspalter 2A inne i den avsluttende spaltesone 8a og ved grensen 24A med den mellomliggende spaltsone 8b. Tillegget av fordypningen eller reservoarvolumet 31 øker oppholdstiden for det strømmende satsmaterialet inne i de sekundære utsllppsspalter 2A for å sikre oppfylling av hele spaltevolumet.

Tilføyelsen av fordypningen eller reservoarvolumet 31 øker den tilgjengelige strømning av satsmaterialet i det indre parti av matriselegemet. Den forøkede indre satsstrømning kan deretter bli kanalisert til de sekundære spalter 2 som beskrevet heri, eller kan kanaliseres til ytterligere sekundære spalter 2A maskinert i utløpssiden av matrisen. Fig. 11 viser tillegget av utslippsspalte 2A som kan også mates ved de sekundære utsllppsspalter 2 såvel som med de tilførte fordypninger eller reservoarvolum 31. Det er videre påtenkt at tilleggsspalter kan fusjonerest i siden for å danne ytterligere cellevegger og/eller fremspring. Grensen for utsllppsspalter som kan tilføres utløpssiden av den nye matrise er grensen til det ekstruderbare materialet, basert på dets viskositet og partikkelstørrelse, som kan avleveres til spaltene såvel som evnen til å maskinere matriseflaten med spalter og samtidig opprettholde integriteten og styrken til de mange kjerneelementer eller tapper nødvendig for å definere utslippsspaltene.

Claims (23)

1. Ekstruderingsdyse for tildanning av gitterstrukturer med kryssende cellevegger av ekstruderbart materiale, som innbefatter: et matriselegeme (21, 22) med en innløpsside (9) og en utløpsside (1), et antall matehull (7) som forløper inne i matriselegemet fra innløpssiden mot utløpssiden, hvor matehullene kommuniserer kun direkte med hver av et antall i tverr-retningen kryssende primære utsllppsspalter (3) definert av et antall primære kjerneelementer (5) av matriselegemet og som forløper inne i legemet fra utløpssiden mot innløpssiden, hvor de indre endepartier av matehullene (7) kommuniserer lengdeveis og på tvers på overlappende måte med de indre endepartier (11) av de primære utsllppsspalter, karakterisert ved at den innbefatter sekundære utsllppsspalter (2) som forløper i de primære kjerneelementer (5) fra utløpsflaten (1) mot innløpsflaten (9) og til direkte tverrgående kommunikasjon med de primære utsllppsspalter (3), hvilke sekundære utsllppsspalter (2) deler de primræe kjerneelementer (5) i sekundære kjerneelementer (6) som definerer de sekundære utsllppsspalter (2), og de sekundære utsllppsspalter kommuniserer ikke direkte med matehullene (7).

2. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at de sekundære utsllppsspalter (2) forløper innad fra utløpssiden (1) en kortere avstand enn den til de primære utsllppsspalter (3), eller de sekundære utsllppsspalter (2) forløper innad fra utløpssiden (1) en lengre avstand enn den til de primære utsllppsspalter (3), eller de sekundære utsllppsspalter forløper Innad fra utløpssiden 1 en lik avstand med den til de primære utsllppsspalter, eller de sekundære utsllppsspalter forløper 1 en kombinasjon med minst to av nevnte kortere, lengre eller lik avstand fra utløps-siden .

3. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter tre ekstruderingssoner (8a, 8b, 8c) hvori en matehullsone (8c) forløper innad fra innløps-siden (9) og ender ved en tverrgående felles grense dannet av de indre ender av de primære utsllppsspalter (3), hvor matehullene begynner å kommuniserende overlappe de primære utsllppsspalter begynner en mellomliggende spaltesone (8b) hvor matehullsonen (8c) slutter og ender ved en tverrgående felles grense dannet av de indre ender av de sekundære utsllppsspalter (2), og en avsluttende spaltsone (8a) begynner hvor den mellomliggende spaltsone (8b) slutter og forløper til utløpsflaten (1).

4. Ekstruderingsdyse ifølge krav 3, karakterisert ved at partiene for de primære utsllppsspalter (3) i den avsluttende spaltsone (8a) er bredere enn partiene av de primære utslippssoner i den mellomliggende spaltsone (8b), eller smalere enn partiene av de primære utsllppsspalter (3) inne i den mellomliggende spaltsone (8b), eller med lik bredde til partiene av de primære utsllppsspalter innenfor den mellomliggende spaltsone, eller er en kombinasjon av minst to av nevnte bredere, smalere og lik bredde.

5. Ekstruderingsdyse ifølge krav 3, karakterisert ved at dybdestørrelsen til partiene av de primære utsllppsspalter (3) i den avsluttende spaltsone (8a) er lengre enn dybdestørrelsen av partiene til de primære utsllppsspalter (3) i den mellomliggende spaltsone (8b), eller kortere enn dybdestørrelsen til partiene av de primære utsllppsspalter i den mellomliggende spaltsone (8b), eller av lik lengde med dybdestørrelsen til partiene av de primære utsllppsspalter (3) i den mellomliggende spaltsone (8b), eller er en kombinasjon av minst to av nevnte lengre, kortere og like lengde.

6. Ekstruderingsdyse ifølge krav 3, karakterisert ved at partiene av de primære utsllppsspalter (3) i den avsluttende spaltsone (8a) har bredde og dybde som er større enn eller mindre enn, eller lik med størrelsen av bredden og dybden til, partiene av de primære utsllppsspalter i den mellomliggende spaltsone (8), eller er en kombinasjon av minst to av nevnte større, mindre og lik størrelse.

7. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at: de sekundære utsllppsspalter (2) forløper innad fra utløps-flaten minst en avstand lik med avstanden som de primære utsllppsspalter forløper innad fra utløpsflaten (1); og matrisen (21, 22) innbefatter to ekstruderingssoner hvori en matehullssone (8c) forløper innad fra innløpsflaten og ender ved en tverrgående felles grense dannet av de indre ender av minst de primære utsllppsspalter (3) hvor matehullene (7) begynner å overlappe i kommunikasjon med de primære utsllppsspalter (3), og en avsluttende spaltsone (8a) begynner hvor matehullsonen (8c) ender og forløper til utløpsflaten.

8. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at de sekundære utsllppsspalter (2) er bredere enn de primære utsllppsspalter (3), smalere enn de primære utsllppsspalter, eller av lik bredde med de primære utsllppsspalter, eller er en kombinasjon av minst to av nevnte bredere, smalere og lik bredde.

9. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at de primære utsllppsspalter (3), sekundære utsllppsspalter (2), og matehullene (7) inngår i en enhetlig matrise, en sammensatt matrise (21) eller en laminert matrise (22).

10. Ekstruderingsdyse ifølge krav 1, karakterisert ved at de primære kjerneelementer (5) og/eller de sekundære kjerneelementer (6), er rektangulære, kvaderatiske eller triangulære i tverrsnitt.

11. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at volumforholdet for aggregatvolumet mellom de primære spalter (3) og de sekundære spalter (2) er av en verdi som bevirker at det ekstruderbare materialet utsluppet fra de sekundære spalter er i form av kun fullstendig sammenknyttede cellevegger eller av kun fremspring på og i lengderetningen langs celleveggene eller av en kombinasjon av fullstendig sammenknyttede cellevegger (16) og fremspringene (14).

12. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at volumforholdet for aggregatvolumet mellom de primære spalter (3) og de sekundære spalter (2) er mindre enn 2,25.

13. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at volumforholdet for aggregatvolumet mellom de primære spalter (3) og de sekundære spalter (2) er større enn 3,0.

14. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at volumforholdet for aggregatvolumet mellom de primære spalter og de sekundære spalter er mellom 2,25 og 3,0.

15. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom antall matehull (7) og det totale antall av forholdsmessig tilknyttede utslippsspalt-segmenter mellom spalteskjæringer og gjensidig forløper for å danne en skjæring av spalter, er mindre enn 0,125.

16. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at hver eller noen av alternerende rader av de primære kjerneelementer (5) er delt av minst to sekundære spalter (6) som forløper i en tverr-retning mens de krysser minst en annen sekundær spalt som forløper i en annen tverr-retning.

17. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 16, karakterisert ved at hver av de primære kjerneelement er delt ved minst to sekundære spalter som forløper i nevnte ene retning.

18. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 17, karakterisert ved at de primære kjerneelementer (3) er delt ved minst to sekundære spalter som forløper i hver av tverr-retningene av de sekundære spalter.

19. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 16, karakterisert ved at minst en av nevnte minst to sekundære utsllppsspalter (2) som forløper i den ene retning er bredere enn, smalere enn eller har lik bredde med bredden til den andre av nevnte minst to andre utsllppsspalter, eller er en kombinasjon av minst to av nevnte bredere, smalere og lik bredde.

20. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 16, karakterisert ved at minst en av nevnte minst to sekundære utsllppsspalter (2) som forløper i nevnte ene retning er lengre enn, kortere enn eller av lik dybde med lengden av den andre av nevnte minst to sekundære utsllppsspalter, eller er en kombinasjon av minst to av den lengre, kortere og like dybde.

21. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 1, karakterisert ved at de indre ender av noen eller alle av de sekundære utsllppsspalter (2), eller av noen eller alle de primære utsllppsspalter (3) eller av noen eller alle eller begge de primære og sekundære utsllppsspalter, er anordnet med utvidede forlengelser som utgjør matereservoarer (31) som forløper langs, og kommuniserer med, de indre ender.

22. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 21, karakterisert ved at reservoarene (31) er kryssende med, og sammenknyttet til, hverandre.

23. Ekstruderingsmatrise ifølge krav 21, karakterisert ved at reservoarene (31) har en sirkulær, oval eller dråpet tverrsnittsform.