Stand der Technik Zur Extrusion von beispielsweise polymergebundenen kerami- schen Flachprofilen, d. h. Folien bzw. Grünfolien, wird übli- cherweise eine Extrusionsanlage mit einer Breitschlitzdüse eingesetzt, die eine aus der Kunststofftechnik bekannte Dü- senbauart aufweist. Solche Düsen bestehen, wie in Figur 1 dargestellt, aus einem Zulauf, einem Verteilerkanal mit ei- nem Drosselfeld und einem Düsenauslauf bzw. einem Mundstück mit einer variablen Spalthöhe, d. h. einer sogenannten"Flex- lip", mit der die Dicke der extrudierten Flachprofile ein- stellbar ist.

Die Extrusion von insbesondere keramischen Profilen unter- scheidet sich jedoch in zwei Punkten grundlegend von der Kunststoffextrusion. Zum Einen ist die Viskosität bzw. im Fall strukturviskoser Stoffe, bei denen die Viskosität von der Schergeschwindigkeit abhängt, präziser die Strukturvis- kosität, extrudierter keramischer Massen höher als die von Kunststoffen und zum Anderen hat eine keramische Masse im Allgemeinen eine Fließgrenze. Weiter ist bei der Extrusion von keramischen Flachprofilen zu beachten, dass die nachfol- genden Weiterverarbeitungsschritte wie beispielsweise ein Entbindern oder ein Sintern sehr empfindlich auf in den ex- trudierten Flachprofilen eingefrorene Spannungen reagieren.

Dazu erläutert Figur 2 das Geschwindigkeitsprofil einer mit einer üblichen Breitschlitzdüse extrudierten keramischen Masse im Düsenauslauf für verschieden stark ausgeprägte Vis- kositäten der extrudierten keramischen Massen, wobei erkenn- bar ist, dass die Fließgeschwindigkeit an den Rändern der Düse jeweils null und in der Mitte maximal ist. Die Viskosi- tät bzw. Strukturviskosität der extrudierten keramischen Masse ist dabei durch den sogenannten Fließexponenten m cha- rakterisiert, der definiert ist durch : #=##m wobei y der Gradient der Fließgeschwindigkeit, d. h. die Schergeschwindigkeit in der extrudierten Masse, die Flui- dität und T die Schubspannung ist. Entsprechend gilt für die Viskosität bzw. Strukturviskosität # der keramischen Masse: #=#-1/m#(1/m-1) In Figur 2 ist erkennbar, dass die Schergeschwindigkeit # im Mittelpunkt des Düsenauslaufes null und am Rand maximal ist. Die Schergeschwindigkeit an den Rändern der Düse wird mit Yw bezeichnet. Die Wandscherrate Yw errechnet sich bei gegebenem Volumendurchsatz # zu: <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #<BR> <BR> #w=2(m+2) H2B wobei m wieder der Fließexponent der extrudierten Masse und damit ein Maß für die Strukturviskosität für diese Masse ist, und wobei H die Höhe der Breitschlitzdüse am betrachte- ten Ort und B deren Breite ist.

Aus Figur 2 ist insbesondere entnehmbar, dass bei einem Vor- handensein einer Fließgrenze bzw. bei einem hohen Fließexpo- nenten m eine Scherung des extrudierten Materials nahezu ausschließlich im Randbereich der Düse auftritt. Diese Sche- rung bewirkt im Fall extrudierter, polymergebundener kerami- scher Massen eine Orientierung der diesen Massen zugesetzten Bindermoleküle, was bei einer nachfolgenden Aufbautechnik der extrudierten Flachprofile, beispielsweise einem Bedruk- ken mittels Siebdruck bzw. eine Lamination, eine erhebliche Nachschrumpfung der extrudierten Flachprofile hervorrufen kann. Da weiter durch die unterschiedlichen Schergeschwin- digkeiten sich ein Grad der Molekülorientierung in den ex- trudierten Flachprofilen einstellt, der über die Dicke die- ser Folie nicht konstant ist, kann eine derartige Nach- schrumpfung bzw. Relaxation, die mit einer makroskopischen Formänderung verbunden ist, in der Regel nicht vollständig ablaufen. Somit bleiben bisher stets innere Spannungen zu- rück, die sich bei nachfolgenden Druckschritten bzw. Lamina- tionsschritten als unerwünschte Geometrieänderungen (Schrumpf) bemerkbar machen. Weiter tritt bei einem nachge- schalteten Sintern häufig auch eine blätterteigartige Dela- mination im Bereich der Folienoberflächen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung einer Düse zur Herstellung von Flachprofilen, die die vorge- nannten Nachteile vermeidet und insbesondere eine homogenere Schergeschwindigkeit und einen homogeneren Gradienten der Molekülorientierung über die Dicke der extrudierten Flach- profile gewährleistet.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Düse zur Herstellung von Flachprofilen hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die damit hergestellten Flachprofile bei einem nachgeschalteten Tempern eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich ver- ringerte anisotrope Schrumpfung aufweisen. Weiter tritt auch eine insgesamt geringere Nachschrumpfung bei anschließenden Druckschritten bzw. bei einer Lamination auf. Zudem ist vor- teilhaft, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Düse bei einem Sintern der hergestellten Flachprofile keine blätterteigartige Delamination zu beobachten ist, und dass auch keine sogenannten"Rattermarken"durch"stick-slip" auftreten, d. h. eine unruhige schuppenartige Oberfläche des Extrudats, die durch Unstetigkeitsstellen in der Fließkurve beim Extrudieren verursacht worden ist.

Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass abgesehen von der er- findungsgemäßen Modifikation des Düsenauslaufes weiterhin ansonsten aus dem Stand der Technik bekannte Breitschlitzdü- sen zur Extrusion von keramischen Grünfolien bzw. Kunst- stofffolien eingesetzt werden können. Dadurch, dass ledig- lich der in unmittelbarer Umgebung der Austrittsöffnung der Düse befindliche Bereich des Düsenauslaufes durch eine be- sondere geometrische Ausgestaltung verändert wird, ist eine erfindungsgemäße Düse weiter einfach herstellbar und in be- stehende bzw. bekannte Extrudieranlagen integrierbar. Damit ist der Aufwand zur Fertigung der erfindungsgemäßen Düsen vergleichbar mit dem für bekannte Düsen und es fallen keine nennenswerten Investitionen in neue Extrudieranlagen an.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist besonders vorteilhaft, wenn der Düsenauslauf von ei- ner ersten Lippe und einer dieser gegenüber angeordneten, zweiten Lippe gebildet ist, die zunächst außerhalb einer un- mittelbaren Umgebung der schlitzförmigen Austrittsöffnung zumindest bereichsweise einen konstanten ersten Abstand und an der Austrittsöffnung dann einen zweiten, gegenüber dem ersten Abstand kleineren Abstand aufweisen, wobei sich der erste Abstand in dem Bereich der unmittelbaren Umgebung der Austrittsöffnung linear auf den zweiten Abstand hin verengt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn dieses lineare Verengen von dem ersten Abstand auf den zweiten Abstand mit einem Stei- gungswinkel erfolgt, der an den Fließexponenten der jeweils extrudierten keramischen Masse angepasst ist.

Zeichnungen Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach- folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ei- ne aus dem Stand der Technik bekannte Breitschlitzdüse zur Extrusion keramischer Grünfolien, Figur 2 das Geschwindig- keitsprofil extrudierter Massen in dem Düsenauslauf der Düse gemäß Figur 1 als Funktion des Fließexponenten m und Figur 3 ein erfindungsgemäßes Mundstück einer Breitschlitzdüse gemäß Figur 1 im Schnitt. Die Figur 4 erläutert als Ausschnitt aus Figur 3 die Definition des Steigungswinkels a.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung geht zunächst aus von einer Breitschlitzdüse 10 zur Extrusion keramischer Grünfolien, wie sie prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist. Insbesondere weist eine solche bekannte Breitschlitzdüse 10 gemäß Figur 1 einen Zulauf zur Zufuhr der durch eine Austrittsöffnung 13 austre- tenden fließfähigen Masse und einen nachgeschalteten Vertei- lerkanal mit einem Drosselfeld auf, der in einen Düsenaus- lauf 20 bzw. ein Düsenmundstück mündet. In diesem Düsenaus- lauf 20 ist eine erste Lippe 11 und eine dieser gegenüber angeordnete zweite Lippe 11 vorgesehen, die zunächst einen ersten Abstand von beispielsweise 1,5 mm voneinander aufwei- sen, der sich dann vor der Austrittsöffnung 13 auf einen kleineren zweiten Abstand von beispielsweise 0,5 mm ver- engt, wobei dieser zweite Abstand dann nach dem Verengen bis zu der Austrittsöffnung 13 konstant bleibt. Insofern ist ge- mäß Figur 1 bisher vorgesehen, dass der Abstand der ersten Lippe 11 von der zweiten Lippe 11 in der unmittelbaren Um- gebung der Austrittsöffnung 13 konstant ist.

Die Figur 2 zeigt das Geschwindigkeitsprofil einer kerami- schen Masse in dem Düsenauslauf 20 in einem Bereich 12, der an der Austrittsöffnung 13 endet, wobei auf der x-Achse die Fließgeschwindigkeit und auf der z-Achse die Höhe aufgetra- gen ist. Insbesondere ist die Fließgeschwindigkeit null am Ort der Wände der Lippen 11,11.

Aus Figur 2 geht hervor, dass der Gradient der Fließge- schwindigkeit, d. h. die Schergeschwindigkeit in der Masse, vor allem in der Nähe der Wände bzw. Rändern der Düse 10, d. h. an den Lippen 11,11, besonders groß ist. Dieser Ef- fekt ist besonders ausgeprägt bei Massen, die einen hohen Fließexponenten m aufweisen bzw. bei Massen, die eine Fließ- grenze besitzen.

Die Figur 3 zeigt in Abwandlung von Figur 1 einen erfin- dungsgemäßen Düsenauslauf 20 einer Breitschlitzdüse zur Ex- trusion keramischer, insbesondere polymergebundener Grünfo- lien mit einer ersten Lippe 11 und einer zweiten Lippe 11, der in einer schlitzförmigen Austrittsöffnung 13 mündet. Der Düsenauslauf 20 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass sich die Höhe des schlitzförmigen Düsenauslau- fes 20 beginnend in einer unmittelbaren Umgebung 12 der schlitzförmigen Austrittsöffnung 13 bis hin zu der schlitz- förmigen Austrittsöffnung 13 kontinuierlich und linear ver- engt. Insofern weisen die Lippen 11,11 zunächst einen kon- stanten ersten Abstand h1 voneinander auf, der sich dann in der unmittelbaren Umgebung 12 der Austrittsöffnung 13 line- ar auf den zweiten, kleineren Abstand h2 verengt.

Auf diese Weise wird der Düsenauslauf 20 gemäß Figur 1 mit einem langen planparallelen Mundstück in dem Bereich 12 der endgültigen Schlitzhöhe ersetzt durch einen schneidenähnli- chen Auslauf des Mundstückes in einem Verengungsbereich, der die unmittelbare Umgebung 12 der Austrittsöffnung 13 bil- det. Der schneidenförmige Verengungsbereich 12 unmittelbar vor der Austrittsöffnung 13 führt somit zu einer Formgebung der extrudierten Flachprofile auf die gewünschte Dicke h2 erst unmittelbar vor der Austrittsöffnung 13. Da weiter vor diesem Verengungsbereich 12 die Höhe des Düsenauslaufes, d. h. der erste Abstand hl größer als in dem Bereich 12 gemäß Figur 1 ist, führt dies dort zu einer verringerten maximalen Schergeschwindigkeit und damit auch zu einem verringer- ten Schergeschwindigkeitsgradienten.

Durch den schneidenförmigen Verengungsbereich 12 in dem Dü- senauslauf 20 gemäß Figur 3 wird der Scherströmung dort eine Dehnungströmung überlagert, die zwar ebenfalls eine Orien- tierung von beispielsweise in der polymergebundenen kerami- schen Masse enthaltenen Polymermolekülen bzw. Bindermolekü- len in x-Richtung bewirkt, diese Dehnung ist jedoch homogen über die Foliendicke, d. h. homogen bezüglich der z-Richtung.

Insbesondere muss sich nun die gesamte extrudierte Masse verformen und es können nicht, wie bei einer Scherströmung, durch eine Fließgrenze Bereiche entstehen, die nicht flie- ßen. Insgesamt wird daher durch die erfindungsgemäße Düsen- geometrie der Gradient der Bindermolekülorientierung in den extrudierten Flachprofilen verringert.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das lineare Verengen von dem ersten Abstand hl auf den zweiten Abstand h2 in dem Verengungsbereich 12 mit einem Steigungswinkel a erfolgt, für den zumindest nähe- rungsweise gilt : tan a = m + 2 wobei m wieder der Fließexponent der durch die Austrittsöff- nung 13 austretenden beispielsweise keramischen polymerge- bundenen Masse ist. Die Definition von a ergibt sich auch aus Figur 4.

Durch die erläuterte Wahl des Winkels a wird erreicht, dass die Dehnungsgeschwindigkeit und die Schergeschwindigkeit in dem Düsenauslauf 20 in der gleichen Größenordnung liegen.

Insbesondere wird dadurch erreicht, dass die Dehngeschwin- digkeit in dem schneidenförmigen Verengungsbereich 12 gleich der maximalen Schergeschwindigkeit, d. h. der Wand- schergeschwindigkeit, ist.

Im Übrigen sei erwähnt, dass der erste Abstand h1 zwischen den beiden Lippen 11,11 zwischen 250 um und 40 mm liegt und insbesondere 250 um bis 2 mm beträgt, und dass der zwei- te Abstand h2 an der Austrittsöffnung 13 zwischen 70 um und 10 mm liegt und insbesondere 70 um bis 1 mm beträgt. Inso- fern setzt das Verengen von dem ersten Abstand h1 auf den zweiten Abstand h2 je nach Einstellung dieser Werte und dem Steigungswinkel a üblicherweise in einem Abstand von 1 mm bis 5 mm vor der Austrittsöffnung 13 ein. Dieser Bereich de- finiert den Verengungsbereich 12 bzw. die unmittelbare Um- gebung der schlitzförmigen Austrittsöffnung 13. Die Breite der Breitschlitzdüse 10 kann bis zu 4 m erreichen.

Abschließend sei noch betont, dass der erste Abstand hl und damit einher gehend auch der zweite Abstand h2 in bekannter Weise in der Düse 10 variabel einstellbar ist.