用于颗粒过滤器的堵塞方法和装置的制作方法

专利名称：用于颗粒过滤器的堵塞方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将可流动材料装入蜂窝结构(honeycomb structure)中被选定的孔中，更特别地涉及用于选择性地分化(manifold)即堵塞(plug)用作陶瓷过滤器主体的蜂窝结构和其它选择性密封蜂窝结构中孔的方法和装置。
背景技术：
横截面上孔道密度约为每平方厘米10-100孔道或更多的蜂窝结构有若干应用，包括固体颗粒过滤器主体和固定热交换器。壁流颗粒过滤器的应用需要用岐管装置和类似物分别密封或堵塞结构中选定孔的一端或两端。此处使用的术语“密封”及其它相应语法形式，即密封剂、密封等，在这里指的是封闭上述孔道的空横截面的多孔或非多孔方法。
附图标记10(

图1)通常指代一般公知的固体颗粒过滤器主体，其可利用由外壁15围绕的相交多孔薄壁14的矩阵形成的蜂窝结构10制造，在说明性实施例中该结构被提供为圆形横截面外形。壁14在第一端面18以及相对的第二通道22之间横向延伸，该第二通道同样延伸在其之间并在端面18、端面20上开口，这样形成大量相邻的中空通道或过滤器主体10。外壁15(或表皮)限定了第一端面18和第二端面20两者的外边缘(16)。为形成过滤器10(图2和3)，需要密封每个孔道22的一端，其中孔道22的第一组24在第一端面18被密封，孔道22的第二组26在过滤器10的第二端面20被密封。当所有孔道22尺寸相同时，端面18、20的任一个可用作所得过滤器10的入口面。
操作中，污染的流体(例如包括颗粒物质，如排出的煤烟)在压力下被带到入口面，并通过在入口面上具有开口端的那些孔道进入过滤器10中。因为这些孔道在相对的端面即主体的出口面密封，污染的流体被迫通过多孔薄壁14并进入在入口面密封而在出口面开口的相邻孔道。流体中的固体颗粒污染物由于太大不能穿过这些壁的多孔开口，就被留下，而净化的流体穿过出口孔从过滤器10中排出。
为了大规模生产这类过滤器和热交换器，非常期望能够尽可能快且便宜的密封选定的孔端。在固体颗粒过滤器主体的制造中，公知的堵塞方法包括使用有很多开口(opening)的掩模，这些开口用于选择性地分化蜂窝结构(如US4,411,856；US 4,427,728；US 4,557,682；和US 4,557,773所示)。至今，这些掩模已典型地与泡沫型胶泥一起使用，该胶泥通过将陶瓷原材料与水性粘合剂(如甲基纤维素)、增塑剂和水混合，而形成糊状物(参见例如US 4,455,180)。当使用泡沫型胶泥时，蜂窝结构的两端都被柔性或刚性的板覆盖，这些板上有孔，胶泥穿过这些孔被推到孔的末端。在一个特殊的应用中，胶泥由基于堵塞机的伺服驱动活塞(参见US 4,557,682的图1)的相连掩模压制，其中该机器转移了填充的胶泥以产生孔道中需要的堵塞物。
这个特殊方法有许多缺点，包括在整个堵塞物长度上的高变化性、掩模相对于过滤器主体无法对准，从而导致未堵塞的孔、以及由于脱落的干胶泥在应用前变为新鲜的胶泥而产生的未堵塞孔。该方法通常使用由再生硅预制的掩模以堵塞多个蜂窝结构。因为可重复使用的掩模不能调节蜂窝结构间的变化，它们可能在堵塞孔上的效率较低。这类常规方法使用的设备也还不适于激光切割聚合物掩模，因为当相连的堵塞机打开释放部件时这些激光切割掩模与胶粘的主体待在一起(参见US 4,557,773)。硅掩模的另一问题(如US 4,427,728所示)是上胶时，它们与过滤器外边缘对准，从而允许胶泥向前流动并粘在过滤器外边缘上。
用于分化蜂窝结构开放面上基本上相互平行的列和基本上相互平行的行之间规则间隔的孔的掩模也已通过把不渗透密封材料和涂有粘合剂的柔性织物带粘贴选择行和列的孔上制成，。或者，这些孔通过如下方法产生，即在结构开放面上提供弹性、不能渗透且可重复使用的材料如金属箔的间隔、重叠、且连接在一起的带的矩阵，并在下面配备或不配备衬垫，从而使结构开口面具有可通过对着孔道的矩阵和衬垫加料的开孔。通过提供带有沿相互平行的行和相互平行的列排列孔的蜂窝结构，并用合适柔性材料带如掩模带或连接的薄金属带覆盖交替列和交替行的孔，暴露出开放面上以格子图案排列的一半孔的开口。。填充带端后，将这些带除去并用于覆盖剩余的交替列或剩余的交替行，从而暴露出该端面上剩余的另一半格子状孔的开口端，以便填充。
这两个实施方案比刚性板实施方案在处理表面高度变化上提供更大的适应性，并更好地遮掩了非填充的孔，包括可能损坏的孔。然而，两个实施方案一般必须在每个端面实施两次。这是对带条进行明显限制，这些带条必须单独施加在每个端面上，这是个耗时的任务。第二实施方案中可重复使用的矩阵和衬垫可更快的施加和除去，但像刚性板实施方案一样，不易适应于端面上孔位的变形。而且，提高孔道密度使这种方法的不可行性。
此外，堵塞装置上堵塞材料表面的变化能转移到基底中，引起堵塞物挤入长度的变化。因此，需要的是具有基本平的初始表面，并且以均匀的力推进，从而使得所有得到的堵塞物长度类似。挤入长度应足够深以确保对密封孔道的良好堵塞，但宜对挤入长度进行限制，因为堵塞物长度的增加会导致多孔壁表面积的降低。
需要一种分化或堵塞挤压蜂窝结构(如柴油发动机的陶瓷颗粒收集器)的方法。这种方法需使用现有的胶泥组合物和流变性，能与激光切割聚合物掩模配合使用，减小堵塞长度的变化，将漏堵塞减到最低，并消除堵塞材料从其施加的孔道中溢出。该方法还应是高度可重复的和精确的，容易实施的，并减少蜂窝结构非故意的变形。
发明概述本发明的一个方面是提供一种堵塞蜂窝结构中一组(a subset of)孔的方法。蜂窝结构具有许多末端打开的孔道，这些孔道在具有外边缘的第一端面和相对的第二端面之间延伸。第一端面被掩模覆盖，该掩模具有主体、外边缘和多个穿过掩模延伸的开口。上述的外边缘基本上向外延伸出至少一部分第一端面外边缘。提供外边缘向外延伸出至少一部分第一端面外边缘的薄膜材料，并在薄膜材料上提供堵塞材料。沿掩模的至少一部分外周和薄膜材料的至少一部分外周将掩模和薄膜材料相互密封，并对薄膜材料施加力使堵塞材料穿过掩模进入第一组孔中。其后，从与蜂窝结构第一端面接触处除去掩模。
根据进一步的实施方案，提供一种堵塞蜂窝结构中一组孔的装置，包括夹持机构和活塞，所述的夹持机构具有第一夹持部分和相对于第一夹持部分的第二夹持部分，其中这些夹持部分协作夹紧粘附在蜂窝结构第一端面的掩模外边缘和邻近掩模外边缘的薄膜的外边缘，其中掩模和薄膜具有包含在形成于它们之间的腔室中的堵塞材料，所述的活塞与薄膜一起操作并适于使堵塞材料穿过掩模进入一组孔中。
根据更进一步的实施方案，公开了一种堵塞具有粘接于端面的掩模的蜂窝结构的方法，包括如下步骤使蜂窝结构靠近堵塞材料腔室，穿过掩模转移至少一些堵塞材料进入蜂窝结构中，在邻近腔室处切割堵塞材料。
本发明的又一实施方案是一种堵塞蜂窝结构的装置，包括一定体积(avolume of)的堵塞材料，以及位于切割堵塞材料位置的切割元件。优选的是，切割元件是金属丝。
本发明的其它实施方案是指一种用于通过粘接在蜂窝结构端面的掩模堵塞蜂窝结构的装置，包括一定体积的堵塞材料，第一夹持部分，第二夹持部分，其与第一夹持部分协作以适当地夹紧径向向外延伸出蜂窝结构外边缘的掩模外部。
根据进一步的实施方案，一种堵塞蜂窝结构的方法，包括如下步骤将掩模粘接到到蜂窝结构的第一端面上，使掩模具有径向延伸出蜂窝结构外边缘的外部，提供一定体积的堵塞材料，在第一夹持部分和第二夹持部分之间夹紧至少一部分掩模外部，转移至少一部分堵塞材料进入蜂窝结构中。
本发明方法和装置可使用现有胶泥组合物和流变学，可与激光切割聚合物掩模配合使用。有利的是，本发明方法和装置减小堵塞长度的变化，使漏堵塞减到最小，并消除堵塞材料从施加的孔道中溢出。这里描述的方法和装置也是高度可重复的并精确的，容易实施的，而且减少蜂窝结构非故意的变形，还特别适应于所提出的用途。
本领域的技术人员在参阅如下说明书、权利要求书和附图后，可进一步理解本发明的这些和其它优点。
附图简短说明图1是挤压过滤器主体的透视图，其包括有多个末端开口的孔道的第一端；图2是挤压过滤器主体的透视图，其中第一组孔道被堵塞，第二组孔道是末端开口的；图3是包括第二端的过滤器主体的侧视图，其中第一组孔是末端开口的，第二组孔被堵塞；图4是被掩模覆盖的挤压过滤器主体以及被薄膜材料和一块堵塞材料覆盖的堵塞机活塞的侧视图，堵塞材料位于薄膜覆盖和活塞机构上，其中过滤器主体是横截面的；图5是被横截面的掩模覆盖的挤压过滤器主体第一端的透视图；图6是挤压过滤器主体的侧视图，其中掩模的外周边缘与薄膜外周边缘密封；图7是挤压过滤器主体的侧视图，其中堵塞材料位于选定的过滤器主体孔道中。
图8是本发明装置实施方案的横截面侧视图；图9和10是本发明进一步方面的夹持部分实施方案的局部前视图；图11是本发明进一步方面的可移动流动控制元件实施方案的横截面局部侧视图；图12是显示本发明方法步骤的流程图；图13是本发明进一步方面的切割装置实施方案的横截面前视图；图14-15是说明本发明方面切割操作的切割装置实施方案的局部横截面侧视图；图16是显示示范性实施方案的方法步骤的流程图；图17是示范性实施方案的定位装置的横截面前视图；以及图18是示范性实施方案的可移动流动控制元件的前视图。
图19是示范性实施方案的清洁元件的侧视图。
优选实施方案的详细说明此处为了说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”和它们的派生词应与图1和4所取向的发明相联系。然而，应理解的是，本发明可采用各种替代的取向和步骤顺序，除了另有明显相反说明的情况以外。也应当理解的是，附图和以下说明书中描述的具体设备和方法是由所附权利要求书定义的本发明构思的示范性实施方案。因此，与此处公开的实施方案有关的特定尺寸和其它物理性质不应理解为限制性的，除非权利要求书中另有明显说明的以外。
用于固体颗粒过滤器主体如过滤器主体10和其它用途的蜂窝结构可由各种材料制成，包括陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、金属，而且依据所选的材料选择各种方法制成。对于固体颗粒过滤用途而言，蜂窝结构必须具有均匀、多孔和相互连接的薄壁，优选由可塑性或形和可烧结细分离颗粒物质制成，其在烧制达到它们中心后产生多孔、集中的材料。适用材料包括金属、陶瓷、玻璃陶瓷和其它陶瓷基混合物。从一种挤压的堇青石材料形成这种陶瓷蜂窝整料的方法，在美国专利5,258,150中被描述和请求保护，该专利已经共同转让给本受让人，且该方法优选用于固体颗粒过滤用途。
根据本发明的实施方案，第一端面18或第二端面20都由掩模28覆盖，如图4所示，其中覆盖步骤包括根据每个都共同转让给本受让人并全文在此引用的美国专利4,557,773和6,673,300中描述的方法形成掩模28。在说明的实例中，第一端面18由掩模28覆盖，该掩模包括涂有胶粘剂、压敏透明或半透明薄膜，其由热塑性材料形成，优选聚酯或PET材料。然而，可以使用其它材料如聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯。利用由光学成像分析仪控制的成孔工具(如激光器)产生对应于所选第二组26孔道22并穿过掩模的开孔，如上参考文献描述。
示范性的掩模28包括带有外表面34和相对内表面36的中央主体32，开孔30在外表面34和内表面36之间延伸。开口30位于主体32内以便与用堵塞材料填充的第二组26孔道22相一致。优选地，开口30适宜的尺寸为暴露第二组26孔道22的末端开口，但不是大到暴露出相邻的第一组24孔道22。应指出的是，如果需要可以提供更大的开口以暴露若干相邻的孔道22。掩模28包括外边缘38和外周40，该外周由第一端面18的外边缘16径向向外延伸。
掩模28的主体32粘附在蜂窝结构10壁14的相交矩阵上以使掩模28固定到位。掩模可用丙烯酸粘合剂或任何类似的粘合剂物质粘结，并且在一个实施方案中，在将掩模放在基底10上之前将粘合剂涂敷在掩模28上。
下一步包括在选定组的孔道22内形成堵塞物。在图5中显示的一个实施方案中，薄膜材料42，优选包含PET，其被一塞子状(a plug of)(如一平馅饼状(a flatpatty of)材料44覆盖，该堵塞材料优选包含带有水性粘合剂如甲基纤维素、增塑剂和水的陶瓷原材料。薄膜材料42包括外周46和外边缘48，各自由基底主体10的外边缘16向外延伸，如下所述。如图所示，堵塞材料44相对于薄膜材料42放置，使薄膜材料42的外周46不接触堵塞材料44。在说明的实例中，堵塞材料44以均匀厚度的平馅饼形式提供；然而，也可使用变化的厚度。
其上带有堵塞材料44的薄膜材料42位于基于堵塞机的伺服驱动活塞上，该机器优选包括一个平面活塞50。该活塞被夹持机构51环绕，夹持机构51具有第一夹持部分52和第二夹持部分54，如图6和7所示。活塞50相应于要堵塞的蜂窝结构进行成形，并具有与该部件大致相似的尺寸。夹持机构51的第一和第二夹持部分52、54用于密封掩模28的外周40和薄膜材料42的外周46。用活塞50对薄膜材料42施加如方向箭头60所示方向上的力，从而使堵塞材料44穿过掩模28的开口30并填充蜂窝结构10第二组26孔道22(图7)，并形成多个堵塞物62。
在一个实例中，最佳如图7所示，使过量的堵塞材料44以如方向箭头64所示的方向水平横过蜂窝结构10的第一端面18，并收集在由掩模28外周40和薄膜材料42的外周46限定且位于夹持机构51和活塞50之间的袋囊66内，从而防止过量的堵塞材料玷污蜂窝结构10的外壁15。接着活塞50由蜂窝结构10的第一端面18处缩回，掩模28和薄膜材料42从过滤器主体10的末端上移开。然后过滤器主体10可从相连的堵塞机内移出。应指出的是蜂窝结构10在封堵操作期间可位于任何方向，包括垂直和水平。还应指出，位于第二端面20上的第二组26孔道22可以与第一组24孔道22同时堵塞，从而明显降低封堵操作的整个循环时间。
本发明方法可利用现有胶泥组合物和流变性，可与激光切割聚合物掩模配合使用，能减小堵塞长度的变化，使漏堵塞减到最小，并消除堵塞材料从施加孔道中溢出。该方法也是高度可重复的并精确的，容易实施的，而且减少蜂窝结构非故意的变形，还特别适用于所提出的用途。
本发明的又一实施方案参考图8-19描述。如图8所示，描述了用于堵塞蜂窝结构10的装置80。该装置80对于快速堵塞透明或半透明掩模28已粘附在其第一端面17的基底10很有用。另外，基底10在第二端面20上可具有另一掩模(未示出)。装置80包括一定体积的堵塞材料44、第一夹持部分52和第二夹持部分54。两个夹持部分52、54协作以适当地夹紧掩模28的外部40。
掩模28的外部40由蜂窝结构10的外边缘16径向向外延伸。当放在(粘附)基底10上的一部分掩模28径向延伸出外边缘16时，掩模28由外边缘16径向向外延伸。在一个实施方案中，掩模28穿过基底10的外边缘16大致延伸1英寸(2.54 cm)，但它可以延伸到足以确保夹紧外部40的任何距离。
装置80内，在预堵塞腔室84内含有一定体积的堵塞材料积44。预堵塞腔室84的形状通常接近基底10的第一端面18的形状，例如，圆形或椭圆形。预堵塞腔室84含有大量堵塞材料44，提供其至少一部分在基底1 0内形成堵塞物62(见图11)。在一个实施方案中，预堵塞腔室84的尺寸适于形成一块馅饼状的堵塞材料44。预堵塞腔室84中的馅饼状堵塞材料44在厚度上基本均匀以便使堵塞材料44的可压缩性效果最小。这有助于在基底10内形成均匀深度的堵塞物62。
在示范性实施方案中，预堵塞腔室84的深度大约为1/2英寸(1.27cm)。或者，预堵塞腔室84可具有任何深度，只要其足够大以确保足够的堵塞材料44流动以至填充整个横截面。同时，如果基底10被在水平方向堵塞，预堵塞腔室84应足够小以使堵塞材料44的塌陷最小。塌陷由于堵塞材料44的液体性质而发生。当装置打开并装入新基底10时，没有任何东西保持预堵塞腔室84中的堵塞材料44。因此，假定有充足的时间，堵塞材料44将开始流出预堵塞腔室84并在预堵塞腔室84内引起材料44的表面86塌陷。因而，应该清楚，在除去前一个堵塞基底后不久，就应快速地将下一个被堵塞基底的掩模28密封在夹持元件52、54之间。
贮料槽45优选与预堵塞腔室84连接，也含有堵塞材料44。操作中，活塞50使贮料槽45中的材料44穿过流动控制元件74中对准的通道75(见图11)。活塞50的运动转移堵塞材料44以重新填充预堵塞腔室84。被迫进入预堵塞腔室84中的堵塞材料44伴随着使大约等量的堵塞材料44流出预堵塞腔室84以填充基底10的选定通道至所期望的堵塞深度。活塞50在箭头81的方向上移动，例如，通过安装在活塞50和移动框架94之间的传动装置57。
堵塞材料44在贮料槽45和预堵塞腔室84间的流动通过对准和错开流动控制元件74的通道75a、75b来加以控制(图11)。一个实施方案中，流动控制元件包括移动元件76如移动遮挡板，和固定元件71，优选预堵塞腔室84的壁。为了通过流动控制元件74进行流动，移动元件76移到第一位置(图11)，此处多个孔75a基本与预堵塞腔室84的壁中形成的类似的孔75b对准。
现在参见图18，一个示范性实施方案中，移动元件76和固定元件71内形成的孔75a、75b为圆形。孔75a、75b优选被以相等的间隔“a”设置，“a”约为5/16英寸(0.79cm)，直径“b”约为1/4英寸(0.64cm)。或者，孔75a、75b可以是任意的尺寸、形状或空间临近程度，以允许堵塞材料44从那里流过，而且错开时还足以使材料44的流动切断。在一个优选实施方案中，移动元件76和固定元件71内的孔75a、75b覆盖了这些元件可能表面的大约25％，此处100％覆盖面等于在堵塞期间所有堵塞材料44根本没有堵塞。一个实施方案中，移动元件76的孔75a基本类似于固定元件71的孔，以允许堵塞材料44从贮料槽45中平滑转移到预堵塞腔室84中。
为中断堵塞材料44从贮料槽45中转移到预堵塞腔室84中，移动元件76被移动到第二位置，此处移动元件76的通道75a和固定元件71的通道75b错位(参见图8)。移动元件76在箭头73的方向上直线滑动(图11)并在传动装置77的驱动下移动。一个实施方案中，移动元件76移动少于0.5英寸，优选1/4英寸(0.63cm)，并用少于1秒时间完成切断。在多个位于移动元件76和固定元件71之间的通道75a、75b错开后，贮料槽45可重新填充堵塞材料44。
操作中，流动控制元件74被打开，接着活塞50朝基底10移动。一旦活塞50已经开始令堵塞材料44进入基底10，活塞50就不能停止，直到堵塞物62达到预期深度。这有助于形成均匀深度的堵塞物62。
一旦活塞50已使所需部分的堵塞材料44达到基底10的所需深度，活塞50就停止，并稍稍回退以使由堵塞操作带来的压力释放掉。活塞50具有测量由堵塞材料反作用在活塞50上的作用力的传感器(未示出)。一旦堵塞材料作用在活塞50上的力达到0或更低，活塞50停止。在这一点压力已被释放，启动移动元件76来关闭(错开)贮料槽45和预堵塞腔室84之间的通道75a、75b。一旦移动元件76已关闭通道，蜂窝结构10就可通过先分离接着在邻近于预堵塞腔室84处进行切断而从预堵塞腔室84移开(之后描述)。一旦流动控制元件74关闭，贮料槽45可被堵塞材料44重新填满。为重新填满贮料槽45，堵塞材料44的加压供应源47就与贮料槽45连接。当活塞50回退时，打开阀门使堵塞材料44流入贮料槽45。
堵塞材料44进入蜂窝结构10的侵入深度(即堵塞物62的长度)由许多变量控制。这种控制之一是传动装置57的速度和产生的压力及流动速率。一个实施方案中，为使堵塞材料44均匀流动进入基底10，活塞50以低于2mm/s的速率移动，在堵塞材料上产生的压力为约100-750psi。堵塞物深度的又一控制可通过控制堵塞材料44的粘度来获得。限制堵塞材料的粘度，在防止水平堵塞基底10时发生塌陷。
现参考图11，在优选实施方案中，第一夹持部分(52)包括位于预堵塞腔室84外部周围并将其环绕的第一表面53。同样地，第二夹持部分54包括第二表面55，第二表面55一般优选相对并平行于第一表面53。一个实施方案中，第二夹持部分54包括由弹性体或聚合物材料优选聚氨酯制成的弹性面96，当夹紧掩模28时通过其变形来改进密封。为夹紧掩模28，使第一表面53接触掩模28的外部40。同样使第二表面55接触掩模28的外部40。这些表面以足够的力压迫掩模28来密封预堵塞腔室84以防止堵塞材料在转移材料44的步骤期间泄漏到基底10侧面外或表面53和掩模28之间。当然，第一表面53和第二表面55不必是平面的或平行的，可以使用任何达到密封的构造。
一个实施方案中，如图9-10所示，第二夹持部分54包括基本围绕基底10外圆周的环。优选的是，径向上第二夹持部分54的内圆周比蜂窝结构10的外边缘16更大。可以控制在第二夹持部分54内圆周和基底10外边缘16之间形成的缝隙83以便控制靠近基底10外边缘16的堵塞物62的入侵深度。较大的缝隙83导致靠近外边缘16的堵塞物62较短，而较小的缝隙83导致堵塞物62较长。因此，一个实例中，设置缝隙83使得靠近外边缘16的堵塞物62与其它堵塞物62基本相同，导致穿过基底的堵塞物深度均匀。一个实例中，缝隙83为0.1英寸(2.54mm)0.5英寸(12.7mm)，优选约0.25英寸(6.4mm)。
如图9和10所示，第二夹持部分54优选包含以某种方式可以分开的两部分，以便将基底10放入。一个实例中，使用枢纽92打开第二夹持部分54。另一实例中，通过在相反直线方向上滑动两部分来打开第二夹持部分54，如在一个U形夹中。操作时，打开该部分54，在其中插入端面18上粘接了掩模28的基底10。
另外，在堵塞基底10前，必须通过定位装置90在竖向和横向上相对于堵塞材料(44)体积定位基底10。定位装置90位于可伸出和退回的可移动框架72上(图8中进出纸面)。或者，定位装置90可预设于固定位置，以便蜂窝结构10可放置在定位装置90上并接着达到用于堵塞的正确位置上。
现参考图17，定位装置90优选包括定位夹具91，以在移动和堵塞期间固定基底10。该定位夹具91在箭头99方向上上下移动以释放和固定基底10。一个实施方案中，定位夹具91包括弹性体或聚合物材料制成的弹性面96来为基底10加衬垫并抓紧，而且其轮廓接近基底10的形状。在一个实施方案中，定位装置90包括位于支撑框架72上的辊轮92，其使用重力使椭圆形基底10达到本身旋转中心。另一实施方案中，定位装置90包括用于固定圆形基底10的V形卡盘。
操作时，包括定位夹具91的定位装置90伸出而定位夹具91由蜂窝结构10回退(见图17)使得蜂窝结构10放置在定位装置90上。可使用传动装置或其它合适装置来移动定位装置90和定位夹具91。一旦基底10已放置在定位装置90上，定位夹具91就关闭以在定位装置90移动期间固定基底10。接着定位装置90使蜂窝结构10方向对着预堵塞腔室84，以便基底10的第一端面18与堵塞腔室84轴向排列。或者，可以执行任何合适的使基底10相对于一定体积的堵塞材料44定位的方法，包括通过手工。在通过定位装置90移动基底10期间，打开第二夹持部分54以接收基底10。一旦基底10与预堵塞物对准，夹持部分54就环绕基底10。
再参考图8，为防止蜂窝结构10在堵塞过程中移动，装置80又包括支撑元件88，其优选是可回退的。如果没有支撑，堵塞期间遇到的高压会移动基底10。支撑元件88通过包括由弹性体或聚合物材料制成的弹性面85保护基底10，该表面为第二端面20加衬垫，并在第二端面20上提供均匀的压力。可使用传动装置93或其它合适的装置沿方向箭头95移动和回退支撑元件88的位置。传动装置93相对于装置80的第一框架70移动支撑元件88，从而当基底10被堵塞时使支撑元件与基底10的第二端面20(还可在其上粘附掩模28)接触。
装置80还可包括沿箭头97方向移动的移动框架94。移动框架94支撑预堵塞腔室84、贮料槽45、流动控制元件74和活塞50。为接合基底10，移动框架94移动预堵塞腔室84使其与蜂窝结构10的掩模28接触。接着框架94推进基底10和掩模28以便掩模的外部40夹在第一表面53和第二表面55之间，如图11所示。夹持期间，由于掩模28内表面36上的粘合剂，掩模28外部40的至少一部分粘附在第二夹持部分54的第二表面上。一旦掩模28已被夹紧，它就被第一夹持部分52的表面53密封，从而密封预堵塞腔室84并使该机构准备好转移堵塞材料44穿过掩模内的开口30以形成堵塞物62，如图11所示。操作中，当基底10被推回以夹紧掩模28时，基底10的第二面20也开始接触支撑元件88。另外，可打开定位夹具91以使基底10在定位装置90上滑动。一旦基底10在它的堵塞位置，就移动定位夹具91来再一次固定基底10。
如图12所示，根据本发明的又一实施方案，一种堵塞蜂窝结构10的方法包括如下骤，将掩模28粘接到蜂窝结构10的第一端面18上，提供一定体积的堵塞材料44，夹紧掩模28的外部40，并转移一部分堵塞材料44进入蜂窝结构10。
根据本发明的另一方面，最佳如图16所示，提供一种堵塞蜂窝结构10的方法。本发明的该方法包括如下步骤使蜂窝结构10靠近堵塞材料44的预堵塞腔室84，转移至少一些堵塞材料44进入蜂窝结构10内，并切割堵塞材料44以在预堵塞腔室84内的堵塞材料44上形成基本平的表面。一个实施方案中，转移堵塞材料44进入基底的步骤用水平取向的蜂窝结构10执行，如图8所示。
一旦转移步骤已经发生且在移动元件76已切断贮料槽45后，预堵塞腔室84就与掩模28和蜂窝结构10分离，从而形成如图14所示的缝隙89。移动框架94通过相对于框架70与传动装置78移动而引起分离。分离步骤使堵塞材料为后面的切割步骤做好准备。根据本发明的实施方案，切割步骤期间间隔即缝隙89不超过1/4英寸(6.4mm)优选约3mm。
分离步骤完成后，启动靠近掩模28的外表面34取向的切割元件98，优选为金属丝，，使其移动穿过堵塞材料44以切割它。或者，切割元件98形状可以如刀子或任何其它适于在预堵塞腔室84内的堵塞材料44上形成基本平的表面的形状。切割元件98优选可移动地安装在两个定位块87(图13)之间，且每个块被各自的传动装置79移动。或者，切割元件98可以用任何合适的方式(包括手工)移动穿过堵塞材料。
传动装置79在箭头82的方向上移动定位块87和进而金属线98，使金属线基本完全穿过堵塞材料44，优选从顶到底。切割元件98移动靠近堵塞材料44的腔室，优选预堵塞腔室，但可以使用用于堵塞和包含堵塞材料的任何腔室。优选的，切割元件98在接近第一表面53和邻接掩模28处切割。一个实例中，切割元件98当切割时接触第一表面53，从而确保堵塞材料44上的表面86与第一表面53在同一平面上。接着表面86准备好直接转移进入蜂窝结构10的另一端或进入下一被堵塞的基底。执行切割步骤优选0.75mm/s-5mm/s。一个实施方案中，切割元件98直径约为0.032英寸(0.81mm)，并由硬化不锈钢的琴用钢丝或其它具有合适拉伸强度的材料制成，以经受穿过堵塞材料44的移动。切割元件98穿过堵塞材料44后，由得到的表面86移开它以便当切割元件回退到原位置时(图13)元件98不接触表面86。切割时，堵塞的基底10可通过回退夹具91、打开第二夹持部分54并回退支撑元件88而从定位装置90上移开。
切割步骤在预堵塞腔室84内的堵塞材料44剩余的部分上形成平面，即基本平的表面86。这使预堵塞腔室84为下一基底的堵塞操作做好准备。术语“基本平的”意思是整个表面86相对于平均水平的偏差切割后立即变为不超过2mm；更优选少于1mm。另外，切割步骤在掩模28外表面34上留下堵塞材料44的厚度T少于0.25英寸(6.4mm)。
每次切割经过后，优选清洗切割元件98。一个实例中，清洗步骤如图13和15所示通过使切割元件98穿过含有流体56的容器59并清洗切割元件98来完成。流体56优选为水或任何其它溶剂，其将洗掉或溶解掉堵塞材料44。或者，清洗步骤可包括使搅拌的流体或流动进入容器59，以某种方式引起切割元件98经受较高压力流体流动。或者，清洗步骤可使用清洗元件如图19所示的刮刀100来完成。刮刀100通过在箭头101方向上移动环绕夹紧切割元件98。接着刮刀100横过切割元件98的长度移动，从而从元件98上刮除任何堵塞材料44。在切割元件98的定位块87(图13)上，堵塞材料可喷射，或否则被刮刀100和切割元件98清除掉。
前述说明中，本领域技术人员将很容易理解不脱离此处公开的概念可以对堵塞蜂窝基底的方法和装置做出改进。这些改进将被认为包括在以下权利要求范围内，除非这些权利要求另外由它们的语言明白的说明。因此，本发明的范围应根据以下权利要求书认定，并可理解的是不被说明书和附图显示和描述的结构及操作细节所限制。
权利要求
1.一种堵塞蜂窝结构中一组孔的方法，包括用掩模覆盖蜂窝结构的第一端面，该掩模包括具有外边缘和多个穿过掩模延伸的开口的主体，该主体的外边缘延伸到第一端面的至少一部分外边缘之外；提供具有外边缘的薄膜材料，所述薄膜的外边缘也延伸到第一端面的至少一部分外边缘之外；在薄膜材料上提供一塞状材料；沿至少一部分掩膜外周和至少一部分薄膜材料外周使掩模和薄膜材料相互密封；以及对薄膜材料施加力使该塞状材料穿过掩模进入一组孔中。
2.如权利要求1的方法，其中掩模的外边缘和薄膜材料的外边缘向外延伸出第一端面的整个外边缘。
3.如权利要求1的方法，其中密封步骤包括将掩模的整个外周密封到薄膜材料的整个外周上。
4.如权利要求1的方法，其中提供掩模的步骤包括提供包含聚合物材料的掩模。
5.如权利要求1的方法，其中对薄膜材料施加力的步骤包括提供对薄膜材料施加力的活塞。
6.如权利要求1的方法，其中进一步包括在相互密封掩模和薄膜材料之前把蜂窝结构安置在基本垂直的位置。
7.如权利要求1的方法，其中提供一塞状材料的步骤包括提供厚度基本均匀的塞状材料。
8.如权利要求1的方法，其中进一步包括用第二掩模覆盖蜂窝结构的第二端面，该掩模包括具有外边缘和多个穿过那延伸的开口的主体，第二掩模主体的外边缘基本上延伸到第二端面的至少一部分外边缘之外；提供具有外边缘的第二薄膜材料，第二薄膜材料的外边缘基本上延伸到第二端面的至少一部分外边缘之外；在第二薄膜材料上提供第二塞状材料；沿至少一部分第二掩模外周和至少一部分第二薄膜材料外周使第二掩模和第二薄膜材料相互密封；以及对第二薄膜材料施加第二力使第二塞状穿过第二掩模进入孔的第二组。
9.如权利要求8的方法，其中对薄膜材料施加力及对第二薄膜材料施加第二力的步骤基本同时完成。
10.如权利要求1的方法，其中提供材料堵塞物的步骤包括提供包含陶瓷材料的材料堵塞物。
11.一种堵塞蜂窝结构中一组孔的装置，包括具有第一夹持部分和相对于第一夹持部分的第二夹持部分的夹持机构，其中这些夹持部分协作夹紧粘在蜂窝结构第一端面的掩模外边缘和邻近掩模外边缘的薄膜外边缘，其中掩模和薄膜具有包含在形成于它们之间的腔室中的堵塞材料，以及与薄膜一起操作并适于使堵塞材料穿过掩模进入一组孔的活塞。
12.一种堵塞蜂窝结构的方法，包括如下步骤在蜂窝结构的第一端面粘贴掩模，以便掩模的外部径向延伸出蜂窝结构的外边缘；提供一定体积堵塞材料；把至少一部分掩模外部夹紧在第一夹持部分和第二夹持部分之间；转移至少一部分堵塞材料进入蜂窝结构中。
13.如权利要求12的方法，其中进一步包括提供含有至少一部分体积堵塞材料的预堵塞腔室。
14.如权利要求13的方法，其中使第一夹持部分邻接于预堵塞腔室。
15.如权利要求12的方法，其中进一步包括使第二夹持部分上的弹性面变形以改进密封。
16.如权利要求12的方法，其中进一步包括打开第二夹持部分的步骤，以便使蜂窝结构插入其中。
17.如权利要求12的方法，其中进一步包括把至少一部分掩模外部粘接到第二夹持部分的步骤。
18.如权利要求12所述的方法，其中通过在蜂窝结构第二端面上提供均匀压力来防止蜂窝结构移动，第二端面在第一端面对面。
19.如权利要求12的方法，其中用使堵塞材料进入蜂窝结构的活塞来执行转移步骤。
20.如权利要求12的方法，其中其夹紧步骤阻止堵塞材料在蜂窝结构侧面上流动。
21.一种用于通过粘接在蜂窝结构端面的掩模堵塞蜂窝结构的装置，包括一定体积堵塞材料；第一夹持部分；和第二夹持部分，其与第一夹持部分协作，以适度夹紧径向延伸出蜂窝结构外边缘的掩模外部。
22.如权利要求21的装置，其中该一定体积的堵塞材料包含在预堵塞腔室内，且第一夹持部分是位于环绕预堵塞腔室外部的第一表面。
23.如权利要求22的装置，其中第二夹持部分包含与第一表面通常相对并平行的第二表面。
24.如权利要求21的装置，其中第二夹持部分包含比蜂窝结构的外边缘径向大0.1-0.5英寸的内圆周。
25.如权利要求21的装置，其中进一步包含在堵塞期间支撑蜂窝结构的支撑支撑元件。
26.如权利要求25的装置，其中支撑元件是可回退的。
27.如权利要求21的装置，其中第二夹持部分包含两部分。
28.如权利要求27的装置，其中可操作第二夹持部分包围蜂窝结构。
29.如权利要求21的装置，其中进一步包含相对于一定体积的堵塞材料定位蜂窝结构的定位器。
30.如权利要求21的装置，其中第二夹持部分包含聚合物材料制成的弹性面。
31.一种堵塞具有粘接在端面的掩模的蜂窝结构的方法，它包括下列步骤使蜂窝结构靠近堵塞材料腔室；穿过掩模转移至少一些堵塞材料进入蜂窝结构中；以及在靠近堵塞材料腔室外切割堵塞材料。
32.如权利要求31的方法，其中切割步骤在腔室内剩余的堵塞材料上形成基本平的表面。
33.如权利要求31的方法，其中切割步骤发生在腔室和掩模之间。
34.如权利要求31的方法，其中在转移步骤之后切割步骤之前进一步包括解除堵塞材料压力的步骤。
35.如权利要求31的方法，其中在切割步骤之前转移步骤之后进一步包括分离腔室和掩模的步骤。
36.如权利要求31的方法，其中进一步包括在切割步骤之后清洗切割步骤中使用的切割元件。
37.如权利要求31的方法，其中通过使切割元件完全穿过堵塞材料执行切割步骤。
38.如权利要求37的方法，其中进一步包括在不接触堵塞材料的条件下，移动切割元件返回初始位置。
39.如权利要求31的方法，其中在切割步骤期间切割元件接触环绕腔室的第一表面。
40.一种堵塞蜂窝结构的装置，包括一定体积的堵塞材料；以及位于切割堵塞材料位置的切割元件。
41.如权利要求40的装置，其中一定体积的堵塞材料包含在预堵塞腔室中。
42.如权利要求40的装置，其中切割元件包含金属丝。
43.如权利要求40的装置，其中进一步包括支撑元件，以在堵塞期间为蜂窝结构的第二端面提供力。
44.如权利要求40的装置，其中进一步包括用于固定切割元件的移可动装备。
45.如权利要求44的装置，其中进一步包括用于对移动装备施加力的第一传动装置。
46.如权利要求40的装置，其中操作切割元件，以提供基本平的堵塞材料表面。
47.如权利要求40的装置，其中进一步包括用于清洗切割元件的清洗元件。
48.如权利要求40的装置，其中切割元件与在切割期间环绕预堵塞腔室的第一表面接触。
全文摘要
公开了用于堵塞蜂窝结构孔的方法和装置。第一种方法用掩模覆盖蜂窝结构的端面，该掩模具有主体和多个筛孔，该筛孔位于某些孔道对面，其中上述主体的外边缘从端面径向向外延伸。薄膜也向外延伸出端面，并在薄膜上提供材料堵塞物。掩模和薄膜材料相互密封，并在薄膜上施加力以便使堵塞材料穿过掩模进入孔。还公开了将掩模粘结在蜂窝结构的第一端面上以便掩模的外部径向延伸出蜂窝结构的外边缘；提供一定体积的堵塞材料；把掩模的外部夹紧在第一夹持部分和第二夹持部分之间；将堵塞原料转移入蜂窝中。还公开了用于在掩模和预堵塞腔室之间切断堵塞材料以便形成基本平表面的方法和装置。
文档编号B28B11/00GK101087684SQ200580043728
公开日2007年12月12日 申请日期2005年11月22日 优先权日2004年12月21日
发明者J·R·穆德, R·A·鲍威尔, W·P·里兹蒂维斯基, J·E·斯库恩麦克, R·H·维乔克 申请人:康宁股份有限公司