DD160099A5 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen strangpressen elektrisch-leitfaehiger granulierter,vorzugsweise pulvermetallurgischer werkstoffe - Google Patents
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Abstract
Waehrend das Ziel der Erfindung in einer Verbesserung der Qualitaetsparameter des erzeugten Endstranges und in einer Senkung des apparativen Aufwandes zu sehen ist, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Verfahren so weiterzuentwickeln, dass eine Erwaermung aller elektrisch-leitenden Materialien moeglich, eine gegenueber der induktiven Heizung gleichmaessigere Erwaermung des im Gesenk befindlichen Stranges ueber alle Leitungsquerschnitte hinweg durchfuehrbar und ueberdies eine mit fallendem Verdichtungsgrad des Werkstoffstranges zunehmende Erwaermung desselben erzielbar ist. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung soll der apparative Aufwand gesenkt werden. Dieses wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass zum Sintern eine Erwaermung im gesamten jeweils zwischen Stempel und Mundstueck im Gesenk-Durchlaufkanal befindlichen Material durch Erzeugung eines in Stranglaengsrichtung gerichteten Stromes vorgenommen wird. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zum Erwaermen des Materials im Gesenk-Durchlaufkanal der Stempel und das Mundstueck mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden sind und die Wandung des Durchlaufkanals aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht.
Description
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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektriscb-leitfähiger granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, bei dem der Werkstoff in ein Gesenk eingebracht, mittels laufender Hübe eines Stempels in einem Gesenk-Durchlaufkanal gegen einen durch einen Abschnitt des dort bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand verdichtet, unter dem Druck des Verdichtungshubes im Gesenk-Durchlaufkanal weitergeschoben, bei Erwärmung durch elektrische Ströme gesintert und über ein Mundstück stranggepreßt wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit einem Gesenk, das einen Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im Gesenk-Durcblaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges über ein Mundstück aus dem Gesenk, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes in dem Gesenk-^urehlaufkanal durch elektrische Ströme.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt (DE-AS 27 33 OO9), pulvermetallurgische Werkstoffe in einem Gesenk kontinuierlich strangzupressen, wobei innerhalb eines bestimmten Bereiches, in dem die Sinterung des verdichteten Werkstoffes stattfindet, eine
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Aufheizung des Werkstoffes durch Induktion vorgesehen ist. Die dabei erzeugten induktiven Wirbelstrom^ zur Aufheizung des bereits verdichteten Werkstoffstranges führen allerdings hauptsächlich zur Erwärmung der verwendeten metallischen Gesenke und werden nur in geringem Maße selbst auf der Oberfläche des Leiterstranges erzeugt. Die für die Sinterung erforderliche Aufwärmung des Gesamtstranges geschieht somit im wesentlichen rein durch Wärmeleitung vom Gesenk bzw. der Strangaußenfläche her in das Stranginnere, Dabei können gewisse Schwierigkeiten derart auftreten, daß die Innenquerschnitte des Stranges nicht immer zuverlässig erreicht werden bzw. zumindest örtlich relativ stark unterschiedliche Temperaturfelder innerhalb des Werkstoffstranges auftreten. Die Wirkung der Induktionsheizung ist dabei auch beschränkt auf den Ort, wo das elektromagnetische Feld der induktiven Heizanlage am Strang angreift. We iterbin ist für die relativ aufwendigen Induktionsbeizungen ein ziemlich großer Platzbedarf vorzusehen. Zudem sind induktive Heizungen auch nicht für alle elektrisch-leitfähigen Materialien einsetzbar, sondern nur für solche, die magnetisierbar sind.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrischleitfähiger granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgi^scher Werkstoffe so auszubilden, daß die Qualitätsparameter des erzeugten findstranges verbessert und der erforderliche apparative Aufwand in vertretbaren Grenzen gehalten werden.
Ausgehend hiervon .liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern,
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daß dabei eine· Erwärmung aller elektrisch-leitenden Materialien möglich, eine gegenüber der induktiven Heizung gleichmäßigere Erwärmung des im Gesenk befindlichen Stranges über alle Leiterquerschnitte hinweg durchführbar und überdies eine mit fallendem Verdichtungsgrad des Werkstoffstranges zunehmende Erwärmung desselben erzielbar ist, wobei gleichzeitig der apparative Aufwand besonders klein gebalten sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Sintern eine Erwärmung im gesamten jeweils zwischen Stempel und Mundstück im Gesenk-Durchlaufkanal befindlichen Material durch Erzeugung eines in Stranglängsricbtung gerichteten Stromes vorgenommen wird. Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird somit innerhalb des im Gesenk befindlichen Werkstoffstranges anstelle der bekannten induktiven Wirbelströme ein gerichteter Stromfluß erzeugt, der über alle Leiterquerschnitte hinweg in Stranglängsrichtung fließt und dadurch auch innenliegende Leiterquerschnitte unschwer erwärmt. Hierdurch läßt sich eine sehr gleichmäßige Erwärmung über alle Leiterquerschnitte hinweg für jedes elektrischleitende Material erzielen. Bei der Erfindung wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß elektrisch-leitende Materialien, wie beispielsweise Metalle, Metalloide oder sogenannte "Leiter zweiter Klasse" (z. B. Graphit), mit abnehmender Dichte einen deutlich ansteigenden elektrischen Widerstand aufweisen. Dies beruht darauf, daß bei abnehmender Dichte die Kontaktstellen benachbarter Teilchen geringer werden und damit dem fließenden Strom zunehmend ein höherer Widerstand entgegengesetzt wird. Die dabei auftretenden Verluste werden nahezu ausnahmslos in Wärmeenergie umgesetzt. Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit einer Verdichtung der eingesetzten
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pulvermetallurgiscben Erzeugnisse unter Druck und gleichzeitig einwirkender Temperatur derart ausgenutzt, daß sich höchste Festigkeiten für den erzeugten Strang erzielen lassen. Da das Erreichen dieser Festigkeitseigenschaften jedoch durch die Materialeigenschaften der werkzeugbildenden Teile begrenzt ist, ist es wünschenswert, für die Herstellung von Sinterteöten (beispielsweise auf Eisenbasis) bei den einzusetzenden Sintertemperaturen von ca, II50 0C gleichzeitig einen hohen mechanischen Druck aufzubringen. Dies führt zu Teilen höchster Festigkeit und optimaler Dichte, wobei bislang das Erreichen dieses Zieles an der Werkzeugfrage deshalb scheiterte, da zum einen auch hochwarmfeste Stähle bei solchen Temperaturen keine Eigenfestigkeit mehr aufweisen, andererseits die einsetzbaren Keramikwerkstoffe, wie beispielsweise Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, bei solchen Temperaturen zwar eine entsprechende Temperaturbeständigkeit und Eigenfestigkeit aufweisen, jedoch nicht mehr in der Lage sind, auch nur geringe Zugspannungen zu verkraften. Da solche Zugspannungen jedoch innerhalb eines Gesenkes beim Vorpressen eines Werkstoffes unvermeidbar eintreten, war bislang die gleichzeitige Anwendung hoher Drücke bei solchen Sintertemperaturen nicht möglich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird hier eine Möglichkeit geschaffen, die zu bislang ungekannt guten Eigenschaften des erzeugten ßndstranges führt. Beim Einsatz von Induktionsheizungen wurde die Erwärmung elektrischleitender Werkstoffe auch dadurch begrenzt, daß die ggf. verwendeten Stützwerkstoffe für die eingesetzte keramische Matrize innerhalb der Gesenkbohrung ebenfalls induktiv erregt wurden und/oder bei hohen Temperaturen (z. B. über 1000 0C) keine für das Verpressen mehr ausreichende Festigkeit aufweisen. Eine Widerstandsbeheizung von außen bat sich
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aus gleichen Gründen bislang ebenfalls ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, unter Ausnutzung der hohen thermischen Druckfestigkeit von Keramik und deren elektrischen Isolationseigenschaften den steigenden Eigenwiderstand elektrisch-leitender Materialien mit abnehmender Dichte für deren Eigenerwärmung auszunutzen. Dabei nimmt die Temperatur innerhalb des verdichteten Stranges vom Druckstempel her zum Mundstück stark ab, weil im Bereich des Mundstückes bereits die höchste Verdichtung vorliegt und gleichzeitig dort auch ein ausgezeichneter Kontaktschluß gegeben ist. Andererseits wird wegen des auftretenden hohen Eigenwiderstandes des am oberen Strangende zu verdichtenden, nachgefüllten Materiales während des Preßvorganges eine sehr starke Eigenerwärmung gerade innerhalb dieses zu verdichtenden Materiales erzeugt und damit eine Sinterung unter Druck ermöglicht, die zu den bemerkenswerten Festigkeitseigenschaften des erzeugten Stranges führt.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung des gewünschten gerichteten Stromflusses innerhalb des Werkzeugstranges" im Gesenk läßt sich vorzugsweise dadurch erzielen, daß der Stromfluß im Material durch Anlegen einer Spannung zwischen Mundstück und Stempel erzeugt wird. Hierdurch wird ein besonders geringer apparativer Aufwand möglich, wobei beim Auf- und Abwärtsbewegen des Stempels gleichzeitig das Einleiten und Abbrechen des Stromflusses bei Beginn bzw. Ende des Verdichtungshubes selbsttätig durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Stromfluß jädocb nicht gleichzeitig mit der ersten
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Berührung des DruckstempeIs mit dem zu verdichtenden, oben im Gesenk befindlichen Material ausgelöst, sondern vielmehr erst dann, wenn der Stempel bei jedem Verdichtungshub bereits etwa die Hälfte seines Verdicbtungshubes zurückgelegt hat. Hierdurch läßt sich vermeiden, daß z. B. durch Funkenüberschlag ein Anbrennen des Pulvers an den Kontakten (Stempel, Mundstück) eintreten kann. Bei Verwendung des Oberstempels als Gegenkontakt empfiehlt es sich somit, den elektrischen Strom erst einzuschalten, wenn das zu verdichtende Material ca. 50 % der erzielbaren Dichte erreicht bat.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, daß der Stromfluß entweder am ihde jedes Verdichtungshubes oder, manchmal besonders vorzugsweise, erst um eine einstellbare Zeitspanne nach Beendigung des Verdichtungshubes unterbrochen wird. Hierdurch läßt sich erreichen, daß im bereits verdichteten Material auch nach Beendigung des Verdichtungshubes immer noch für einen gewissen Zeitraum Strom fließt und dadurch eine entsprechende Erwärmung stattfindet.
Vorzugsweise werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Spannung für den Erwärmungsstrom 2 bis 5 Volt eingesetzt, die sieb aus der üblichen Netzspannung ohne Schwierigkeiten bei gleichzeitiger Erhöhung des Stromflusses berabtransformieren lassen.
Um das erfindungsgemäße Verfahren in ganz besonderem Maße den speziellen Bedingungen des Einzelfalls anpassen zu können, empfiehlt es sich, daß der Stromfluß erst nach Beginn des Verdichtungshubes eingeschaltet und erst nach Beendigung desselben abgeschaltet wird.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn die Dauer der Zeitspanne zwischen Einschalten des Stromflusses und Beginn des Verdichtungshubes und/oder Ausschalten des Stromflusses und Ende des Verdichtungshubes wiederum einstellbar ist. In manchen Fällen ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt des Einschaltens des Stromflusses in Abhängigkeit von einem repräsentativen Wert für den Verdichtungsgrad des Materials unterhalb des Stempel^, d. h. des Materials zwischen Stempel und oberem Ende des bereits verdichteten Stranges, eingestellt wird.
Eine weitere, vorteilhafte Möglichkeit zur Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die speziellen Gegebenheiten des Einzelfalles besteht auch darin, daß die Geschwindigkeit des Stempels oder die Stärke des Stromflusses durch das Material während des Verdichtungshubes gesteuert verändert werden. Dabei wird vorzugsweise der Stromfluß mit anwachsendem Hubweg des Stempels vergrößert.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglieb, elektrisch-leitende Materialien herzustellen, deren Sintertemperaturen weit über den bisher erreichbaren Temperaturen liegen. So lassen sich z. B. auch Eisenwerkstoffe, deren Sintertemperaturen im Bereich von ca. 1150 0C liegen, aus pulvermetallurgischen Werkstoffen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im kontinuierlichen Strangpreßverfahren herstellen.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist die erfindungsgemäße Vor-
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richtung dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des Materials im Gesenk der Stempel und das Mundstück mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden sind und die Wandung des Gesenk-Durchlaufkanals aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht. Vorzugsweise wird dabei eine Schalteinrichtung vorgesehen, mittels derer die elektrische Spannung erst nach Beginn des Verdichtungshubes an Stempel und Mundstück anlegbar ist. Weiterhin empfiehlt es sich, wenn das Material der Wandung des Gesenk-Durchlaufkanals aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, besteht. Diese vorzugsweisen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen eine besonders einfache Ausführung derselben und schaffen dadurch eine Vorrichtung, die mit geringem Aufwand eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zuläßt.
Für die Erzeugung von Hohlsträngen wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mit einem Stempel aus einem zentral angeordneten Mitteldorn und einem relativ zu diesem bewegbaren und um ihn herum angeordneten, zur Verdichtung des Werkstoffes im Gesenk vorgesehenen Oberstempel eingesetzt, wobei der Oberstempel aus elektrisch-leitendem Material besteht und mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, während der Mitteldorn längs des Bereiches, der mit dem Werkstoffstrang im Durchlaufkanal in Berührung kommt, eine Wandung aus elektrisch nicht-leitendem Material, beispielsweise eine Keramikbülse, aufweist. Hierdurch wird eine elektrische Isolation des Mitteldornes bei gleichzeitig hoher Eigenfestigkeit unter Temperatur erreicht. Der Rest des Mitteldornes besteht vorzugsweise aus Stahl, wobei dieser Stahlkern zur Erhaltung der Eigenfestigkeit des Mitteldornes etwa radial innerhalb der Keramikhülse mit
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einer zusätzlichen Kühlung ausgerüstet sein kann. Der Oberstempel stellt hier aen für den Stromfluß erforderlichen Gegenkontakt dar.
Vorzugsweise wird der Oberstempel an einer Zwischenplatte befestigt, die sich ihrerseits unter isolierender Zwischenschaltung einer Elastizität an einer mit dem Mitteldorn * verbundenen Kopfplatte abstützt. Vorteilhafterweise besteht dabei die Elastizität aus zwischen Kopfplatte und Zwischenplatte angeordneten Tellerfedern, deren Auflagefläche auf der Zwiscbenplatte aus dünnwandigen, elektrisch nichtleitenden Hülsen besteht. Wesentlich ist dabei, daß eine elektrische Isolation zwischen Kopfplatte und Zwischenplatte stets aufrechterhalten ist. Durch die Elastizität werden Kopfplatte und Zwischenplatte im entspannten Zustand auf einem bestimmten Hubabstand gebalten, wobei die Federkraft vorzugsweise so ausgelegt wird, daß nach ca. 30 % des Hubweges die erforderliche Ereßkraft für den ringförmigen Querschnitt erreicht ist und dann bis zu maximal dem 1,5fachen des errechneten Verdicbtungsdruckes ansteigen kann.
In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die nicht-leitende Wandung des Mitteldornes kürzer als die Länge des Bereiches des Kontaktes zwischen Mitteldorn und Material ausgeführt und der Mitteldorn nach Abschalten der Stromführung durch den Oberstempel seinerseits an den entsprechenden Pol der Spannungsquelle anschließbar. Bei der Herstellung solcher robrförmiger Querschnitte ist es denkbar, Mitteldorn und Oberstempel abwechselnd stromführend zu halten. Durch entsprechende Verkürzung der Keramikhülse in dem Gesenk kann
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der Mitteldorn nacb dem Abschalten der Stromführung des Oberstempels als stromführender Pol geschaltet werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß im bereits verdichteten Material nach wie vor ein Strom fließt und eine entsprechende Erwärmung stattfindet. Dabei wird auch gleichzeitig die Amplitude des wahrscheinlich sinusförmigen Temperaturverlaufes während des Preßvorganges etwas abgeschwächt.
Vorteilhafterweise werden bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen Kopf- und Zwiscbenplatte Führungen für die Relativbewegung beider Platten zueinander vorgesehen. Diese Führungen können vorzugsweise aus gehärteten Stablbolzen bestehen, die an der Kopfplatte befestigt sind und sich durch in der Zwiscbenplatte angebrachte dünnwandige Hülsen hindurch erstrecken. Wesentlich ist auch bier wieder, daß die elektrische Isolation zwischen Kopfplatte und Zwiscbenplatte trotz der Führungen und der zwischengeschalteten Elastizität stets aufrechterhalten wird.
Bei einer anderen vorzugsweisen Ausfübrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in die Matrize aus elektrisch nicht-leitendem lÄaterial in deren mittlerer Höhe ein elektrisch leitender Ring eingelassen, dessen Innenfläche mit der Innenfläche des Gesenk-Durcblaufkanals bündig abschließt. Anstelle des Oberstempels werden dabei dieser Ring und das Mundstück mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden, wodurch unabhängig von der Bewegung des Oberstempels ein dauernder Stromfluß zwischen den bereits verdichteten Metallpartikeln des im Gesenk befindlichen Werkstoffstranges fließen kann. Durch geeignete Wahl der Höhenlage dieses Ringes innerhalb der Matrize können ggf. auch besondere
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Erwärmungsverhältnisse in dem verdichteten Metallpulver erzielt werden.
Ausführungsbeispiel · .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: einen Prinzipquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines kontinuierlichen Vollstranges;
Pig. 2: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Hobistranges.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist eine Füllplatte 1 erkennbar, die oberhalb eines Gesenkes mit einem Gesenk-Durchlaufkanal 2 angeordnet ist. Dieser Durchlaufkanal 2 wird von einer Wandung 3 (Matrize) aus einem elektrisch nicht-leitenden, vorzugsweise keramischen Material umgeben, das radial von außen durch eine Stützwand 6 gehalten und abgestützt ist. Am unteren Ende der öffnung des Durchlaufkanales 2 ist ein Mundstück 4 eingesetzt, das eine sich radial nach innen hin etwas verjüngende Kalibrieröffnung aufweist. Ein Stützring 5 dient zur Aufnahme der auf das Mundstüok 4 wirkenden Kräfte während des Auspreßvorganges,
Weiterhin ist ein Stempel 8 vorgesehen, der von oben her zur Verdichtung des Materials 7 in dem Gesenk-Durchlaufkanal 2 dient. Der Stempel 8 und das Mundstück 4 sind
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(in Fig. 1 nicht gezeigt) mit den Polen einer Stromquelle (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden. Bei der Herstellung eines Vollmateriales wird der Oberstempel somit als Gegenkontakt verwendet, wobei der elektrische Strom erst in dem Augenblick eingeschaltet wird, wenn das zu verdichtende Material etwa 50 % der erzielbaren Dichte erreicht hat. Sobald der Stempel 8 den vollen Verdichtungshub ausgeführt bat, wird er wieder nach oben abgezogen, dadurch der Stromfluß im innerhalb des Gesenk-Durchlaufkanals 2 befindlichen Material 7 unterbrochen, von oben über die Füllplatte neues Granulat in das Gesenk eingefüllt und anschließend der Stempel 8 wieder zur Durchführung eines neuen Verdichtungshubes nach unten bewegt. Hierdurch ist die Herstellung eines kontinuierlichen Stranges möglich, bei dem eine Sinterung bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hohem Druck stattfinden kann, wobei durch den Stromfluß vom Mundstück 4 zum Stempel 8 und die dadurch bedingte Aufheizung des gesamten innerhalb des Gesenkes befindlichen Strangabschnittes auch noch ein geringes Nachsintern selbst bereits verdichteter und gesinterter Strangabschnitte bis zum Erreichen des Mundstückes 4 erfolgen kann.
In Fig. 2'ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der die kontinuierliche Herstellung rohrförmiger Körper möglieb ist. Dabei ist wiederum eine Füllplatte 1 vorgesehen, an die sich ein Gesenk mit einem Gesenk-Durcblaufkanal 2 anschließt, der wiederum von einer Wandung 3 (Matrize) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material umgeben ist, die sich ihrerseits radial außen über eine Stützwand 6 abstützt. Am unteren Ende...der durch die Wandung 3 gebildeten Matrize ist, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, ein Mundstück 4 aus elektrisch-leitendem Material vorgesehen, das mit einem Pol einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
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Bin Stützring 5 stützt das Mundstück 4 axial nach außen ab.
Anstelle des in JB1Ig. 1 verwendeten einzigen Druckstempels ist "bei der hier gezeigten Ausführung eine Stempelanordnung vorgesehen, die aus einem Mitteldorn 8a und einem diesen radial umgebenden, relativ zum Mitteldorn 8a verschiebbaren Oberstempel 8b besteht. Dabei ist der Oberstempel 8b an einer Zwischenplatte 10 befestigt, während der Mitteldorn 8a durch die Zwischenplatte 10 nach oben hindurchreicht und weiter oben an einer Kopfplatte 9 befestigt ist. An der Kopfplatte 9 sind gleichzeitig aus gehärtetem Stahl bestehende Führungen I3 über Gewinde 14 eingeschraubt. Diese als Bolzen ausgebildeten Führungen I3 dienen zur Führung der Zwiscbenplatte bei einer Relativbewegung zur Kopfplatte, wobei weiterbin Tellerfedern 11 um die Führungen I3 herum angeordnet sind, durch die Kopfplatte 9 und Zwischenplatte in einem bestimmten Hubabstand voneinander gehalten werden. Dabei ist die Federkraft so ausgelegt, daß nach etwa 30 % des zwischen Zwischenplatte 10 und Kopfplatte 9 möglichen Hubweges die erforderliche Ereßkraft für den ringförmigen Querschnitt erreicht ist und bei voller Sindrückung des möglichen Hubvveges bis zu maximal dem 1,5fachen des errechneten Verdichtungsdruckes ansteigen kann. Die als Führungen ausgebildeten Stahlbolzen (von denen in Fig. 2 nur einer beispielshalber gezeigt ist) ragen zu einer präzisen Führung in sogenannte "Kugelhülsen" 20 hinein, die in der Zwischenplatte 10 eingepreßt werden. Die zwischen Kopfplatte 9 und Zwischenplatte 10 erforderliche elektrische Trennung wird dadurch erreicht, daß zwischen den sogenannten Kugelhülsen 20 und der Zwischenplatte 10 jeweils eine elektrisch nicht-leitende, dünnwandige Hülse 12 eingepreßt wird. Bei einer Relativbewegung der Kopfplatte 9
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zur Zwischenplatte 10 kann dabei jjeder Bolzen der Führung innerhalb der Kugelhülsen 20 gleiten, wodurch eine genaue Führung der beiden Platten zueinander gewährleistet ist.
Der Mitteldorn 8a besteht aus Stahl, ist jedoch innerhalb des Sinterungs- und Verdicbtungsbereiches des im Gesenk befindlichen Werkstoffes mit einer Keramikhülse 15 umgeben. Damit wird eine elektrische Isolation bei gleichzeitig hoher Eigenfestigkeit unter Temperatur erreicht. Der Stahlkern 16 innerhalb der Keramikhülse 15 kann zur Erhaltung seiner Eigenfeätigkeit mit einer zusätzlichen Kühlung ausgerüstet werden, wozu sich jede übliche, geeignete Kühlung eignet. Den Gegenkontakt für den Stromfluß stellt bei dieser Vorrichtung der Oberstempel 8b dar, der auf der beweglich angeordneten Zwischenplatte befestigt und mit einem Pol einer Spannungsquelle verbindbar ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt (was gleichzeitig analog für die Arbeit der Vorrichtung nach Fig. 1 gilt):
In den Gesenkaufbau wird zunächst ein ringförmiges Teil entsprechend dem Auslaßquerschnitt zwischen Mundstück 4 und Mitteldorn 8a lose eingeführt, nachfolgend über die Füllplatte 1 granulierter Werkstoff zugeführt und diskontinuierlich solange nachverdichtet, bis der ursprünglich eingebrachte Ring als sogenannter "verlorener Kopf" ausgestoßen wird. Hiernach werden das Mundstück 4· einerseits und der Oberstempel 8b andererseits an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen, wobei folgender Vorgang abläuft:
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Z I O 0/7 - 15 - 56 681/26
In dem zunächst kaltverdicbteten Material mit relativ geringem Eigenwiderstand fließt der Strom vom Mundstück 4-bis in den oberen Teil des im Gesenk befindlichen Werkstoff stranges, wo nur eine geringfügige Aufschüttung des Pulvers vorliegt. Beim Abwärtshub entlastet der an seinem Ende konisch ausgebildete, mit einer Mutter 1? verschlossene Mitteldorn, der zuerst nach unten geführt wird, wonach dann eine Verdichtung des Werkstoffes über den Oberstempel 8b erfolgt, während gleichzeitig der Oberstempel stromführend wird. Während dieses Verdichtungsvorganges ist im langsam verdichteten Pulver der ursprünglich hohe elektrische Widerstand abgebaut, wobei gleichzeitig eine entsprechende Umsetzung des Stromes in Wärme erfolgt. Weiterhin kann jedoch noch ein Temperaturgefälle nachgewiesen werden, da die Verdichtung des stranggepreßten Rohres zum Mundstück 4 hin zunimmt. Während der Oberstempel 8b nun gleichzeitig mit dem Mitteldorn 8a eine parallel laufende Bewegung zur weiteren Verdichtung des Werkstoffes bzw. zum Ausscbieben des Werkstoffstranges im Durchlaufkanal 2 ausführt, findet über das Mundstück 4 eine Nachverdichtung von außen her statt. Hierbei baut sich gleichzeitig der Druck der Federn 11 auf, bis der gesamte gewünschte Hubweg erreicht ist. Beim nachfolgenden Entlastungsvorgang baut sich zunächst der Druck der Federn 11 ab, wodurch gewährleistet ist, daß eine Kalibrierung des Rohres im Gesenk von innen her erfolgen kann. Zur gleichen Zeit ruht aber noch der Druck des Oberstempels 8b auf dem Strang, Werden die beiden Stempel langsam wieder abbewegt, dann findet nur auf dem letzten Bewegungsabschnitt vor der kompletten Entlastung der Federn 11 noch eine Bewegung des Mitteldorns 8a allein statt, während der Oberstempel 8b keine Berührung mehr zum gepreßten Strang aufweist. In diesem Augenblick
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2 18 5 79 " Λβ - 56 681/26
setzt der Nacbfüllvorgang ein.
Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, daß ein Auseinanderreißen des Stranges während der unterschiedlichen Relativbewegungen von Oberstempel 8b und Mitteldorn 8a zueinander sicher vermieden ist.
Bei diesem Verfahren wird die übliche Netzspannung von 220 Volt auf einen Wert zwischen 2 und 5 Volt bei gleichzeitigem Fließen eines hohen Stromes herabtransformiert (Prinzip eines Scbweißtransformators), Nach etwa 50 % des Verdichtungsweges wird dabei jeweils der Stromdurchfluß freigegeben, wodurch vermieden wird, daß durch Funkenüberschlag ein Anbrennen des. Pulvers an den Kontakten eintreten kann. Bs können aber auch Mitteldorn 8a und Oberstempel 8b abwechselnd stromführend gehalten werden, was aber eine entsprechende Verkürzung der Keramikhülse des Mitteldornes voraussetzt, damit nach dem Abschalten der Stromführung des Oberstempels 8b der Mitteldorn 8a auch tatsächlich als stromführender Pol geschaltet werden kann. Hierbei kann erreicht werden, daß im bereits verdichteten Material nach wie vor ein Strom fließt und eine entsprechende Erwärmung stattfindet. Da selbst Graphit als "Leiter zweiter Klasse" den aufgezeigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Abhängigkeit des Eigenwiderstandes vom Verdichtungsgrad unterliegt, ist es durchaus möglich, selbst Grapbitrohre nach dem aufgezeigten Verfahren herzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anstelle eines stromführenden Oberstempels 8 bzw. 8b ein in die Matrize eingelassener Ring 21 verwendet, wie dies in Fig. 2 in gestrichelter Darstellung wiedergegeben
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ist. Dieser Ring 21 ist dann über eine Verbindungsmöglichkeit 22 zusammen mit dem Mundstück 4 mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden. Hierdurch kann ein andauernder Stromfluß in dem Abschnitt des Werkstoffstranges im Gesenk-Durcblaufkanal 2, der sich zwischen dem Hing 21 und dem Mundstück 4 befindet, sichergestellt werden. Dieser Ring 21 wird dabei vorzugsweise etwa in der Hälfte der Höhe der als Matrize ausgebildeten Wandung 3 angebracht, um auch bei aus dem Gesenk herausfahrendem Oberstempel 8b bzw. 8 einen kontinuierlichen Stromfluß innerhalb des dann noch im Gesenk verbleibenden Werkstoffstrang-Abschnittes sicherzustellen, d, h., die Höhenlage des Ringes 21 innerhalb der Matrize sollte so gewählt sein, daß stets - auch bei ausgefahrenem Oberstempel 8b - leitender Kontakt mit dem im Gesenk verbliebenen Teil des Werkstoffstranges vorliegt.
Claims (22)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen elektrischleitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, bei dem der Werkstoff in ein Gesenk eingebracht, mittels laufender Hübe eines Stempels in einem Gesenk-Durchlaufkanal gegen einen durch einen Abschnitt des dort bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand verdichtet, unter dem Druck des Verdichtungshubes im Gesenk-Durchlaufkanal weitergeschoben, bei Erwärmung durch elektrische Ströme gesintert und über ein Mundstück stranggepreßt wird, gekennzeichnet dadurch, daß zum Sintern eine Erwärmung im gesamten jeweils zwischen Stempel und Mundstück im Gesenk-Durchlaufkanal befindlichen Material durch Erzeugung eines in Stranglangsrichtung gerichteten Stromes vorgenommen wird,
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seinerseits an den entsprechenden Pol der Spannungsquelle anschließbar ist.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromfluß im Material durch Anlegen einer Spannung zwischen Mundstück und Stempel erzeugt wird.
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.Srfindungsansprucb
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch* daß der Stromfluß bei jedem Verdichtungshub erst ausgelöst wird, wenn der Stempel bereits die Hälfte seines Verdichtungshubes zurückgelegt hat.
4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromfluß am Ende jedes Verdichtungshubes unterbrochen wird.
#* 4 O C T Λ 15.1.1980
5. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromfluß erst um eine einstellbare Zeitspanne nach Beendigung des Verdicbtungsbubes unterbrochen wird.
6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß als Spannung für den Erwärmungsstrom 2 bis 5 Volt eingesetzt werden,
7. Verfahren nach Punkt 1, 2 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromfluß erst nach Beginn des Verdichtungshubes eingeschaltet und erst nach Beendigung desselben abgeschaltet wird,
8. Verfahren nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß die Dauer der Zeitspannen zwischen Einschalten des Stromflusses und Beginn des Verdichtungsbubes und/oder Ausschalten des Stromflusses und Ende des Verdichtungshubes einstellbar sind,
9. Verfahren nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Zeitpunkt des ßinschaltens des Stromflusses in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad des Materials, der sich unterhalb des Stempels befindet, eingestellt wird,
10, Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit des Stempels während des Verdichtungshubes gesteuert verändert wird,
11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Stärke des Stromflusses durch das Material während des Verdichtungsbubes gesteuert verändert wird.
12. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromfluß mit steigendem Hubweg des Stempels vergrößert wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Punkt 1, mit einem Gesenk, das einen Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges über ein Mundstück auf dem Gesenk, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes in dem Gesenk-Durcblaufkanal durch elektrische Ströme, gekennzeichnet dadurch, daß zum Erwärmen des Materials (7) im Gesenk-Durchlaufkanal (2) der Stempel (8; 8b) und das Mundstück (4) mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden sind und die Wandung (3) des Gesenk-Durcblaufkanals (2) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material besteht.
14. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mittels derer die elektrische Spannung erst nach Beginn des Verdichtungshubes an den Stempel (8; 8b) und an das Mundstück (4) anlegbar ist,
15.1.1980
15. Vorrichtung nach Punkt I3 oder 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Material der Wandung (3) des Gesenk-Dur chlaufkanals aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, besteht·
OiRKlQ 15.1.1980
£ \ 0 3/V-21- 56 681/26
15.1.1980 218579 -20 - 56 681/26
15.1.1980
218 5 79 -19" 56 681/26
16. Vorrichtung nach einem der Punkte 13 bis 15, bei der zur Erzeugung von Hbhlsträngen der Stempel aus einem zentral angeordneten Mitteldorn und einem relativ zu diesem bewegbaren und um ihn herum angeordneten, zur Verdichtung des Werkstoffes im Gesenk vorgesehenen Oberstempel besteht, gekennzeichnet dadurch, daß der Oberstempel (8b) aus elektrisch leitendem Material besteht und mit dem einen Pol einer Spahnungsquelle verbunden ist, während dar Mitteldorn (8a) längs des Bereiches, der mit dem Werkstoffstrang im Durchlaufkanal (2) in Berührung kommt, eine Wandung (15) aus elektrisch nicht-leitendem Material aufweist.
17. Vorrichtung nach Punkt 16^ gekennzeichnet dadurch, daß der Oberstempel (8b) an einer Zwischenplatte (10) befestigt ist, die sich ihrerseits unter isolierender Zwischenschaltung einer Elastizität an einer mit dem Mitteldorn (8a) verbundenen Kopfplatte (9) abstützt.
18. Vorrichtung nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch,
daß die Elastizität zwischen Kopfplatte (9) und Zwischenplatte (10) angeordnete Tellerfedern (m) aufweist, deren Auflageflächen auf der Zwischenplatte (10) aus dünnwandigen, elektrisch nicht-leitenden Hülsen (12) bestehen,
19. Vorrichtung nach einem der Punkte 16 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß die nicht-leitende Wandung (15) des Mitteldornes (I5t>) kürzer als die Länge des Bereiches des Kontaktes zwischen Mitteldorn (15t>) und Material (7) ausgeführt und der Mitteldorn (15t>) nach Abschalten der Stromführung durch den Oberstempel (8b)
20. Vorrichtung nach einem der Punkte 16 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß Führungen (13) für die Relativbewegung zwischen Kopf- (9) und Zwischenplatte (10) vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Mihrungen (13) aus an der Kopfplatte (9) befestigten Stahlbolzen bestehen, die sich durch die in der Zwischenplatte (10) angebrachten dünnwandigen Hülsen (12) erstrecken,
22. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Punkt 1, mit einem Gesenk, das einen Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges über ein Mundstück auf dem Gesenk, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes in dem Gesenk-Durcblaufkanal durch elektrische Ströme, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandung (3) des Gesenk-DurchlaufkanaIs (2) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material besteht, daß in ihrem mittleren Bereich ein aus elektrisch-leitendem Material bestehender Ring (21) eingelassen ist, dessen innere Ringflache mit der Innenfläche des Gesenk-Durchlaufkanals (2) bündig abschließt, und daß dieser Ring (21) und das Mundstück (4) mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden sind.
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