Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstel¬ len eines Körpers aus extrudierbarem oder strangpressbarem Material und auf eine Extrusions- bzw. Strangpressanlage als Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, auf ein Extrusionsmundstück und auf nach dem Verfahren herge¬ stellte Körper.

Mit Extruder- bzw. Strangpressanlagen werden aus extru¬ dierbarer bzw. strangpressbarer Masse wie z.B. Keramik¬ masse, Kunststoffmasse usw. Körper hergestellt. Die ge¬ formten Körper werden im Falle von Keramik noch gebrannt oder gesintert, um die endgültige Form und Festigkeit der Keramikmasse der Gegenstände zu erhalten. In der chemi¬ schen Verfahrenstechnik, insbesondere bei der Katalyse, spricht man bei extrudierten Körpern mit paralleler Kanalstruktur von Monolithen. Diese werden in Extruder¬ anlagen hergestellt bei denen die Kanäle im Extruder¬ mundstück ihre Lage zueinander nicht verändern.

Es ist mit Anlagen, die nach bekannten Verfahren arbeiten, auch möglich, Körper mit KanalStrukturen herzustellen, die

z.B. spiralförmig verdreht sind, wobei die relative Lage der Kanäle zueinander aber gleich bleibt. Alle Kanäle sind aber immer mit den gleichen Kanälen benachbart, was die Vielfalt der Körperstrukturen beträchtlich einschränkt. Aus der DE-OS 25 27 787 sind auch wabenförmige Strang¬ pressteile mit einer grossen Anzahl von engen, geschlos¬ senen Durchgangskanälen bekannt, welche zum Teil auch nicht parallel verlaufen können. Auch hier kann jedoch kein Austausch zwischen den einzelnen geschlossenen Kanälen stattfinden. Für viele Anwendungen sind aber Körper mit sich kreuzenden und offenen Kanälen notwendig oder vorteilhaft, wo es darum geht, das zu leitende Medium, z.B. ein Gas, eine Flüssigkeit, eine fliessfähige Festmasse oder ein Gemisch möglichst gut zu vermischen oder zu homogenisieren und gleichzeitig vom Innern des Körpers nach aussen zu führen. Dies z.B. zum Erwärmen oder Kühlen des fliessenden Mediums an den Aussenwänden einer Kolonne und vor allem zum optimalen, gleichmässigen und vollständigen Ablauf der gewünschten Reaktionen, Stoff- austausch- und Zustandsänderungen in chemischen Reaktions¬ kolonnen, Mischern und Katalysatorsystemen. Dabei ist es notwendig, den ganzen Inhalt aller Kanäle über den ganzen Querschnitt eines Körpers vollständig und gleichmässig immer wieder neu zu vermischen. Dies ist mit geschlossenen Kanälen beliebiger Form jedoch generell nicht möglich.

Solche Körperεtrukturen mit sich kreuzenden, offenen Kanälen werden deshalb bisher durch nachträgliches Zu¬ sammenfügen mehrerer beispielsweise extudierter oder stanggepresster Teilkörper aus Keramik oder Kunststoff usw. hergestellt. Allein schon der Aufwand für den zu¬ sätzlichen Arbeitsgang des nachträglichen Verbindens und z.B. Klebens oder nochmaligen Sintern der Verbindungs¬ stellen ist aufwendig oder teuer. Zudem können die

Verbindungsstellen mechanische und/oder chemische Schwach¬ stellen (Korrosion) sein.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Extruder- bzw. Strang¬ pressverfahren zu schaffen, nach dem auch Körper mit Kanalstrukturen mit sich kreuzenden, offenen Kanälen in einem Extrusions-/Strangpressgang herstellbar sind und bei dem kein nachträgliches Zusammenfügen und Verbinden der Schichten und Lagen der Struktur mit den Kanälen notwendig ist. Es ist auch Ziel der Erfindung, eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Extrudermundεtück zu schaffen, mit den nach den neuen Verfahren und mit der neuen Vorrichtung extrudierte bzw. stranggepresste Körper gefertigt werden können. Schliesslich soll das Verfahren neue Körper schaffen, die bisher in einem einzigen Extrusions- bzw. Strangpress-Arbeitsgang nicht herstellbar waren.

Erfindunggemäss ist das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 gekennzeichnet. Die Extrusionsvorrichtung ist durch die Merkmale von Anspruch 10 gekennzeichnet. Das neue Extrusionsmundstück weist die Merkmale von Anspruch 12 auf. Und schliesslich ist der neue Körper durch die Merkmale von Anspruch 18 gekennzeichnet. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Aus¬ führungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung. Die besonderen Vorteile der erfinderischen Lösung liegen darin, dass sich in einem einzigen Arbeitsgang mit dem neuen Verfahren und mit nach diesem arbeitenden Vorrich¬ tungen, mittels mindestens dreier, ohne Zwischenraum aneinander anschliessender und gegeneinander beweglicher Mundstücksegmente, Körper mit gekreuzten und/oder ihre gegenseitige Lage ändernden offenen Kanälen oder ähnliche Strukturen, extrudieren bzw. Strangpressen lassen, was

u.a. zeitliche und kostenmässige, wirtschaftliche Ein¬ sparungen bringt. Diese Vorteile bestehen auch gegenüber bekannten Verfahren mit sich verflüchtigenden oder heraus¬ lösbaren Formen.

Die Bewegung der Segmente des Extrudermundstücks, des eigentlichen Werkzeugs, kann mit Vorteil in Abhängigkeit von der Extrusionsgeschwindigkeit gesteuert werden. Es wäre aber auch denkbar, die Segmente des Extrudermund¬ stücks unabhängig von der Extrusionsgeschwindigkeit zu steuern und damit je nach Bedarf eine Vielzahl von Kör¬ perstrukturen aus Keramikmaterial oder Kunststoffen, mit Kanälen oder anderen Strukturmerkmalen auf einfache Weise mit grossen Kostenvorteilen zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschema einer erfindungsgemässen

Extruderanlage;

Fig. 2 die Frontansicht eines neuen Extrudermund¬ stücks für eine Extruderanlage nach der Erfindung;

Fig. 2A die Segmente des Extrudermundstücks von

Fig. 2 mit Extrusionskanälen in einer anderen gegenseitigen Lage als in Fig. 2;

Fig. 2B und 2C weitere Beispiele von Extrusionskanälen der Segmente;

Fig. 3 die Rückansicht des Extrudermundstücks von

' Fig. 2;

Fig. 3A und 3B Beispiele von Kurven des Geschwindigkeits¬ verlaufs möglicher Bewegungsabläufe von einzelnen und/oder Gruppen von Segmenten von Extrudermundstücken nach Fig. 2 und Fig. 3 und der Extrusionsgeschwindigkeit;

Fig. 4 das Beispiel eines Körpers mit offenen gekreuzten Kanälen, der nach dem Verfahren gemäss Erfindung mit einem Extrudermund¬ stück vom Typ der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt ist, hergestellt werden kann;

Fig. 5 einen Abschnitt eines Körpers mit offenen gekreuzten Kanälen.

In der in Fig. 1 im Schnitt gezeigten Extruderanlage 1 mit einer Extruderschnecke 11 ist das Extrudermundstück 2 am Ausgang 10 des Extruders 13 angebracht. Die Segmente des Extrudermundstücks 2 werden von einem Antrieb 17, 17' hin und her bewegt. Diese Bewegung kann von der Drehgeschwin¬ digkeit der Extruderschnecke 11 abhängig sein. Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass der extrudierte Körper 4 unabhängig von der Extrusionsgeschwindigkeit immer die gleiche Form hat. Als extrudierbare Masse 15 ist beispielsweise eine Keramikmasse oder ein Kunststoff, wie etwa ein Duroplast, ein Thermoplast oder ein Elastomer geeignet. Für das Verarbeiten von thermisch beeinfluss¬ baren Massen kann der Extruder 13 und/oder das Extruder¬ mundstück 2 eine Heizung 16 aufweisen.

Die Segmente 21, 22 des Extrudermundstücks können bei¬ spielsweise, wie hier gezeigt, mit Exzenterantrieben 17, 17' hin und her bewegt werden. Eine zugeordnete Regelungs¬ und Steuerungseinheit 18, weist hier einen Drehzahlmesser 19 an der Extruderschnecke 11 auf, der die Drehge-

schwindigkeit der Exzenterantriebe 17, 17' und damit die Hin- und Herbewegung in Abhängigkeit von der Drehgeschwin¬ digkeit der Extruderschnecke 11 steuert. Mit den Einsteil¬ vorrichtungen 18', 18'' ist es möglich, die Bewegungen der Segmente des Extrudermundstücks 2 in weiten Grenzen indi¬ viduell einzustellen und damit Körper 4 aus extrudierbarer Masse in verschiedenster Form zu extrudieren.

Eine unmittelbar am Ausgang des Mundstücks 2 angeordnete Schneidvorrichtung 31 dient dazu, den Körper 4 in Ab¬ schnitte gewünschter Art und Länge zu zerlegen. Mittels der Steuerungseinheit 18 kann die Schneidvorrichtung 31 insbesondere so gesteuert werden, dass bei jedem Rich¬ tungswechsel der Mundstückbewegung ein Schnitt S ausge¬ führt wird. Dadurch entstehen Körperabschnitte mit den Extrusionskanälen 28 der Segmente entsprechenden Körper¬ kanälen 40 (Fig. 4), welche nur in eine Richtung verlau¬ fen. Wie in den Figuren 3A, 3B und 5 eingezeichnet erfol¬ gen solche Schnitte S bei Umkehr der Bewegungsrichtung der Segmente, d.h. in den Endlagen der periodischen Segment¬ bewegung.

Es wäre natürlich auch möglich, statt der beiden Exzenter¬ antriebe 17, 17' die Segmente mit einem einzigen Antrieb zu bewegen und/oder andere Antriebsvorrichtungen wie Linearmotoren, Kurvenscheiben usw. zu verwenden. Die Be¬ wegungen der Segmente brauchen auch keineswegs symmetrisch zu erfolgen. Der Antrieb der Segmente ist auch unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Extruderschnecke 11 denkbar, was die Vielfalt der herstellbaren Extrusions- körper 4 weiter erhöht.

Das in Fig. 2 in Frontansicht gezeigte Extrudermundstück 2 weist fünf Segmente 21 bis 25 auf, die im Rahmen 20 gehalten und geführt sind. Die Segmente liegen in den

Begrenzungsflächen 122, 223, 324, 425 ohne Zwischenraum aufeinander. Je die Gruppe der ersten 21, 23, 25 und der zweiten Segmente 22, 24 ist durch Verbindungsmittel 26 bzw. 27 verbunden, wodurch die Antriebe 17, 17' die Gruppen der Segmente (21, 23, 25) und (22, 24) gegenein¬ ander bewegen können. Die Extrusionskanäle 28 sind hier so gestaltet, dass dabei ein Körper extrudiert wird, der jenem von Fig. 4 ähnlich sieht, falls die Bewegung der Segmente gleichförmig erfolgt wie in Fig. 3A. In der dargestellten gegenseitigen Lage der Extrusionskanäle 28 der Segmenten 21 bis 25 bilden die aneinandergrenzenden Extrusionskanäle die Verbindungsbereiche 2122, 2223, 2324, 2425.

Fig. 2A zeigt die Gruppen der Segmente (21, 23, 25) und (22, 24) von Fig. 2 mit den Extrusionskanälen 28 in einer anderen gegenseitigen Lage, ohne Verbindungsbereiche.

Zur Erzeugung von Körpern mit offenen, gekreuzten Kanälen 40 bilden vorteilhafte Formen der Extrusionskanäle 28 einen durchgehenden Linienzug 30, welcher zwischen den Begrenzungsflächen 122, 223, 324, 425 hin und her ver¬ läuft. Fig. 2B und 2C zeigen weitere mögliche Formen der Extrusionskanäle, welche z.B. stückweise gerade, gerundet und auch asymmetrisch verlaufen können. Stabile selbst¬ tragende Körperlagen 21', 22', 23' mit 3-dimensionaler Struktur, welche sich nach dem Extrudieren von relativ weicher Masse nicht weiter deformieren sollten, können dabei durch schräge, nicht senkrecht zu den Begrenzungs¬ flächen verlaufende Extrusionskanäle 28 erzeugt werden. Zweckmässigerweise werden die offenen Bereiche C der Extrusionskanäle in den Begrenzungsflächen aus Stabili¬ tätsgründen nicht zu klein gewählt, jedoch kleiner als die geschlossenen Bereiche B, welche den offenen Kanälen 40 (Fig. 4) der Extrusionskörper entsprechen. Wie in Fig. 2C

gezeigt, können diese Bereiche in einem Segment auch unterschiedlich sein, z.B. die Bereiche Cl, Dl der unteren Begrenzungsfläche verschieden von den (C2, D2) der oberen Begrenzungsfläche.

Fig. 3 zeigt die Rückansicht, d.h. die dem Extruder zuge¬ kehrte Seite des Extrudermundstücks 2 von Fig. 2. Die extrudierbare Masse wird den Extrusionskanälen 28 über die Bohrungen 29 zugeführt.

In Fig. 3A und 3B sind Beispiele von Geschwindigkeits-Zeit- diagramme (V, T) bzw. (V* , T) für die Segmentgruppen mit ^V 2 ₁ 1~ _\ 1~ _s k ^zw _" ^v ' -ι - oc f ^ür d_i- ^e Gruppe ⁽ 21, 23, 25 ⁾ und ^V 22 24 kzw. ^v * 2 24 ^ ^ür ^ ^{e Gru} PP ^{e (} 22, 24 ⁾ - mit dem jeweils zugehörigen Extrusions-Geschwindigkeitsdiagramm V (T) bzw. V (T) dargestellt. Die Periode des Bewegungs¬ ablaufes ist mit P bzw. P' bezeichnet. In Fig. 3A werden beide Segmentgruppen gegenläufig und mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bewegt. Dadurch entstehen Kör¬ per wie in Fig. 4 dargestellt, wenn die Periodizität P so gewählt ist, dass die Länge des extrudierten Körpers 4 durch entsprechende Schnitte S der Schneidvorrichtung 31 einer halben Periode P entspricht, in welcher die Segment¬ geschwindigkeiten V _{22 24} bzw. V~, _2g n ~ _s konstant sind. Diese Einstellung ist besonders geeignet zur Herstellung von geordneten Packungen z.B. für statische Mischer. Fig. 3B zeigt einen ebenfalls gegenläufigen sinusförmigen Geschwindigkeitsverlauf beider Segmentgruppen jedoch mit unterschiedlicher Amplitude. Es könnte natürlich auch vorgesehen sein, die Extrusionsgeschwindigkeit und/oder die Periode und/oder das Bewegungsmuster zu variieren. Für viele Anwendungen der Körper 4 ist es vorteilhaft, wenn die Struktur der Kanäle 40 (siehe Fig. 4) einen Winkel von beispielsweise 45 zur Extrusionsrichtung nicht

überschreitet, um eine hohe Misch- und Homogenisierungs¬ wirkung bei relativ geringem Strömungswiderstand zu erreichen.

Beim in Fig. 5 gezeigten Abschnitt eines solchen Körpers entspricht überdies noch die Amplitude A der Segmentbe¬ wegung gerade der Breite B des Körpers bzw. des Mundstücks 2. Dann entstehen gekreuzte offene Kanäle 40, welche im wesentlichen geradlinig durch den ganzen Körper 4 hin¬ durchführen.

Fig. 4 schliesslich zeigt einen extrudierten bzw. strang- gepressten Körper 4 in der Form eines statischen Mischers mit offenen sich kreuzenden Kanälen 40, die aus dem Körperinnern nach aussen an eine begrenzende, offene Seitenfläche 42 des Körpers und umgekehrt verlaufen. Die Lagen 21', 22', 23' entsprechen dabei den Segmenten 21, 22, 23 des Mundstücks 2. Die Verbindungsstellen 41 die den Verbindungsstellen 2122, 2223, 2324, 2425 von Fig. 2 entsprechen, sind bei diesem Körper 4, wenn er nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist, mechanisch und chemisch besonders widerstandsfähig vor allem im Vergleich zu bisherigen, nachträglich erzeugten Verbindungen zwischen den Lagen z.B. durch Sintern, Kleben oder dergleichen.

Mit der Gestaltung der Extrusionskanäle 28 im Extruder¬ mundstück 2 und der Bewegung und Koppelung der Segmente 21, 22, 23, 24, 25 lassen sich Körper verschiedenster Art, die verschiedensten Formen von Kanälen 40 aufweisen, in einem einzigen Extrusions- bzw. Strangpress-Arbeitsgang erzeugen.

Beispielsweise für katalytische Reaktionen können so auf einfachst mögliche Art vorzügliche Katalysatorkörper mit guten Misch- und Reaktionseigenschaften, guter

Wärmeableitung und ohne Schlupf hergestellt werden, indem etwa der erfindungsgemäεs erzeugte Körper 4 selber aus einem katalytisch wirksamen, porösen Material hergestellt wird, oder indem der Körper 4 als Trägerstruktur durch Beschichtung mit einer katalytisch wirksamen Oberflächen¬ schicht versehen wird, beispielsweise durch "wash coating" Vorteilhaft für den Einsatz als statische Mischer sind Körper 4, die mit einer Glasur als Schutzschicht versehen sind, einerseits gegen Abrasion oder Korrosion wie auch zur Glättung der Oberfläche zwecks Reduktion des Strö¬ mungswiderstands.