DE102018202941A1

DE102018202941A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rohlings aus Extrusionsmasse sowie Extruder

Info

Publication number: DE102018202941A1
Application number: DE102018202941.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwägerl; Herbert Rudolf KAUPER; Fabian Rosenberger; Tim GUTER; Raouf Ben Amor; Augustin Donhardt; Günther Hoyer; Klaus Rödiger; Björn Hoschke
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: DE102018202941B4; US11654465B2; US20190262879A1; CN110193604B; CN110193604A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings, insbesondere eines Rohlings für die Herstellung eines Zerspanungswerkzeugs, wobei mittels eines Extruders (2), welcher einen sich entlang einer Extrusionsachse (4) erstreckenden Extrusionskanal (6) aufweist, ein sich in Richtung der Extrusionsachse (4) erstreckenden Grünkörper (8) aus Extrusionsmasse (10) gefertigt wird, wobei der Extrusionskanal (6) zusammen mit einem bewegbaren Formelement (12) eine Matrize (6,12) des Extruders (2) ausbildet und wobei das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) relativ zum Extrusionskanal (6) sowie innerhalb desselben bewegt wird, wodurch die formgebende Geometrie der Matrize (6,12) geändert wird, so dass hierdurch der fertig extrudierte Grünkörper (8) einen ersten Funktionsabschnitt (14) und einen sich in Richtung der Extrusionsachse (4) daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt (16) aufweist, wobei sich die beiden Funktionsabschnitte (14,16) hinsichtlich ihrer durch die Matrize (6,12) aufgeprägten Geometrien unterscheiden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohlings, insbesondere eines Rohlings für die Herstellung eines Zerspanungswerkzeugs, wobei mittels eines Extruders, welcher einen sich entlang einer Extrusionsachse erstreckenden Extrusionskanal aufweist, ein sich in Richtung der Extrusionsachse erstreckenden Grünkörper aus Extrusionsmasse gefertigt wird.
In einigen Fällen werden bei der Herstellung von Zerspanungswerkzeugen zunächst mittels eines Extruders Grünkörper aus Extrusionsmasse gefertigt. Die so hergestellten Grünkörper oder Grünlinge werden nachfolgend zur Erzeugung von Rohlingen einem Sinterprozess unterzogen. Die entsprechenden Rohlinge weisen dabei üblicherweise eine sehr grobe, noch unfertige Form auf, also beispielsweise eine einfache Zylinderform oder Stabform. Abschließend werden die Rohlinge zur Fertigstellung der Zerspanungswerkzeuge mitunter recht aufwendig nachbearbeitet, wobei beispielsweise durch abtragende Verfahren Spannuten in die Rohlinge eingearbeitet werden sowie in einigen Fällen eine Schneidengeometrie. Alternativ erfolgt eine solche Abtragung von Material noch vor einem Sinterprozess.
Bei derart hergestellten Zerspanungswerkzeugen ist ein Werkzeugschaft eines Zerspanungswerkzeugs typischerweise als eine Art Vollzylinder oder als massiver Zylinder ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Rohlings aus Extrusionsmasse anzugeben sowie einen vorteilhaft ausgestalteten Extruder.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Extruder mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Bevorzugte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen niedergelegt. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
Ein entsprechendes Verfahren dient dabei zur Herstellung eines Rohlings, insbesondere eines Rohlings für die Herstellung eines Zerspanungswerkzeugs, also beispielsweise eines Bohrers oder einer Reibahle. Hierbei wird im Zuge des Herstellungsverfahrens mittels eines Extruders, der einen sich entlang einer Extrusionsachse erstreckenden Extrusionskanal aufweist, ein sich in Richtung der Extrusionsachse oder in Richtung einer Längsachse erstreckender Grünkörper aus Extrusionsmasse gefertigt.
Dabei wird unter anderem auch dafür gesorgt, dass eine ausreichende und insbesondere störungsfreie Luftnachströmung gegeben oder ermöglicht ist, wenn mit der Extrusionsmasse ein Hohlraum, beispielsweise zur Ausbildung eines Kühlkanals, erzeugt wird, so dass die entstehende Hohlform nachfolgend erhalten bleibt und nicht während der weiteren Extrusion wieder zerstört wird.
Der so hergestellte Grünkörper oder Grünling wird dann typischerweise weiterverarbeitet, wobei dieser üblicherweise zur Herstellung eines Rohlings einem Sinterprozess unterzogen wird und wobei der Rohling in den meisten Fällen zur Fertigstellung des Zerspanungswerkzeugs beispielsweise durch Schleifen nachbearbeitet wird.
Hierbei wird zur Herstellung des Grünkörpers ein Extruder eingesetzt, dessen Extrusionskanal zusammen mit zumindest einem bewegbaren Formelement eine Matrize, also quasi eine einstellbare oder verstellbare Matrize, des Extruders ausbildet, wobei das Formelement während der Extrusion des Grünkörpers relativ zum Extrusionskanal sowie insbesondere innerhalb desselben bewegt wird, wodurch die formgebende Geometrie der Matrize während der Extrusion des Grünkörpers geändert wird. Hierdurch wird dann ein Grünkörper gefertigt, der einen ersten Funktionsabschnitt und einen sich in Richtung der Extrusionsachse oder in Richtung der Längsachse des Grünkörpers daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt aufweist, wobei sich die Funktionsabschnitte hinsichtlich ihrer durch die verstellbare Matrize aufgeprägten Geometrien unterscheiden. Das heißt, dass mit Hilfe des Extruders bei einer im Wesentlichen kontinuierlichen Extrusion ein Grünkörper erzeugt wird, dessen Geometrie sich entlang der Extrusionsachse oder entlang der Längsachse des Grünkörpers ändert, der also insbesondere zwei Abschnitte, also den ersten Funktionsabschnitt und den zweiten Funktionsabschnitt, aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Geometrie signifikant unterscheiden.
In Folge dessen weist dann bereits der Grünkörper zumindest im Ansatz nahezu alle wesentlichen geometrischen Formen des fertigen Zerspanungswerkzeugs auf, so dass insbesondere eine aufwändige Nachbearbeitung des Grünlings und/oder des daraus hergestellten Rohlings nicht mehr notwendig ist. Das heißt, dass beispielsweise beim Rohling auf das Einbringen von Materialaussparungen und somit die Abtragung signifikanter Mengen an Material verzichtet wird und lediglich gegebenenfalls eine Feinbearbeitung erfolgt, insbesondere durch Schleifen. Alle größeren Materialausnehmungen werden dagegen bereits während der Extrusion am oder im Grünkörper realisiert, so dass für die Herstellung des Zerspanungswerkzeugs weniger Extrusionsmasse als bisher üblich benötigt wird.
Gemäß dem hier vorgestellten Prinzip wird also zum Beispiel ein Grünkörper hergestellt, der einen Funktionsabschnitt aufweist, welcher beim fertigen Zerspanungswerkzeug einen Werkzeugschaft ausbildet. Dabei weist der entsprechende Funktionsabschnitt des Grünkörpers beispielsweise bereits einen geeigneten Hohlraum derart auf, dass der Werkzeugschaft des fertigen Zerspanungswerkzeug als Hohlschaft ausgestaltet ist, wodurch im Vergleich zu einen massiven Schaft, Vollkörper oder Vollschaft Material eingespart wird. Auf diese Weise lassen sich dann unter anderem auch Kosten einsparen. Zudem bietet ein derartiger Hohlraum den Vorteil, dass über die Schaftlänge des fertigen Zerspanungswerkzeugs hinweg bereits ein großzügiger Freiraum gegeben ist, in dem sich zum Beispiel auch ein Kühlmittel führen lässt. Sind dann in dem fertigen Zerspanungswerkzeug ein oder mehrere Kühlkanäle vorgesehen, so sind diese mit reduzierter Länge auszuführen, da der zuvor genannte Freiraum ja bereits einen Teil der Kühlmittelführung ausbildet. Dies wirkt sich typischerweise günstig auf die Strömung eines eingesetzten Kühlmediums aus, insbesondere dann, wenn Kühlkanäle mit relativ geringem Durchmesser vorgesehen oder zu realisieren sind.
Mit Hilfe eines zuvor genannten bewegbaren Formelements lassen sich hierbei prinzipiell auch unterschiedliche, also unterschiedlich ausgestaltete oder unterschiedlich dimensionierte, Grünkörper mittels eines einzigen Extruders oder Extruderkopfes fertigen, indem die Matrize des Extruders durch die Bewegung des Formelements an den jeweiligen nachfolgend zu fertigenden Typ Grünkörper angepasst wird. Dieses Prinzip wird dabei als eigenständiger erfinderischer Ansatz angesehen und dementsprechend bleibt die Einreichung einer eigenen, darauf gerichteten Anmeldung ausdrücklich vorbehalten. In einem solchen Fall erfolgt die Bewegung des Formelements bevorzugt nicht während der Extrusion eines Grünkörpers, sondern vor oder nach der Extrusion eines Grünkörpers oder einer beliebigen Anzahl eines Typs Grünkörper. Zudem lassen sich beide Ansätze problemlos miteinander kombinieren und für einige Anwendungsszenarien werden beide Ansätze auch miteinander kombiniert.
Unabhängig davon, welcher der beiden Ansätze verfolgt wird oder ob eine Kombination beider Ansätze verfolgt wird, wird das Formelement typischerweise derart bewegt, dass zumindest ein Abschnitt des Formelements vor und/oder nach der Bewegung innerhalb des Extrusionskanals positioniert ist. Weiter wird das Formelement üblicherweise während der Bewegung von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung überführt, wobei diese Überführung im Falle der Bewegung des Formelements während der Extrusion eines Grünkörpers insbesondere nach der Extrusion des ersten Funktionsabschnitts und vor der Extrusion des sich in Richtung der Extrusionsachse daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitts des Grünkörpers erfolgt. In einigen Fällen bewegt sich das Formelement dabei quasi schlagartig oder schnappartig, so dass zwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnitt ein Art sprunghafter Übergang, zum Beispiel eine sprunghafte Querschnittsreduzierung, realisiert wird, ohne dass hierfür der Extrusionsvorgang angehalten oder unterbrochen werden muss. Alternativ bewegt sich das Formelement eher gleichmäßig oder kontinuierlich, beispielsweise um einen fließenden Übergang zwischen den geometrischen Ausgestaltungen zweier aufeinander folgender Funktionsabschnitte zu realisieren. Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante wird das Formelement synchron bewegt, insbesondere synchron zur Extrusionsmasse.
In bevorzugter Weiterbildung wird das Formelement zyklisch, periodisch oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen bewegt. Eine entsprechende sich wiederholende Bewegung wird dabei insbesondere genutzt, um mehrere gleichartige oder im wesentlichen identische Grünkörper in Folge herzustellen, also zum Beispiel eine Art Endlosstrang mit einer sich wiederholdenden Abfolge von Funktionsabschnitten zu extrudieren, der dann insbesondere zur Fertigstellung von Grünkörpern in regelmäßigen Abständen zerteilt wird. Im Endlosstrang hängen also mehrere Grünkörper zumindest bis zur Zerteilung aneinander. Eine entsprechende Zerteilung erfolgt jedoch typischerweise bereits in einem Bereich am Ausgang des Extruders und zwar insbesondere synchron mit dem Extrusionsprozess, so dass der Begriff Endlosstrang eher dahingehend passend ist, dass der Extrusionsprozess nicht angehalten wird nach der Extrusion eines Grünkörpers und vor der Extrusion eines weiteren Grünkörpers.
Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird das Formelement weiter während der Extrusion derartig bewegt, dass hierdurch in einem Funktionsabschnitt ein Werkzeugschaft, insbesondere ein Hohlschaft, und/oder zumindest eine Spannut und/oder zumindest ein Kühlkanal und/oder ein reduzierter Querschnitt realisiert wird bzw. realisiert werden.
Im Falle eines reduzierten Querschnittes weist der Grünkörper dann im entsprechenden Funktionsabschnitt einen geringeren Querschnitt auf, als in einem sich daran anschließenden Funktionsquerschnitt des Grünkörpers.
Insbesondere wenn ein Zerspanungswerkzeug hergestellt werden soll und in einem Funktionsabschnitt ein Hohlschaft realisiert wird, so kann die Wandstärke des Hohlschaft nicht beliebig gering oder dünn ausgestaltet werden. Zudem ist in der Regel endseitig eine Fixiermöglichkeit zur Fixierung des fertigen Zerspanungswerkzeugs in einer Werkzeugaufnahme zu realisieren und daher auch realisiert, um beispielsweise das fertige Zerspanungswerkzeug mittels einer Anschlagschraube der Werkzeugaufnahme oder einem Anschlagbolzen fixieren zu können. Daher weist der Hohlschaft bevorzugt endseitig einen Abschluss oder Verschluss auf oder es ist innenseitig im Hohlschaft zumindest ein Materialvorsprung realisiert.
Weiter ist hierbei eine entsprechende und insbesondere eine jede Spannut je nach Anwendungsfall als gerade Spannut oder als Spannut mit Drall ausgebildet, also als Spannut, die einen wendelförmigen oder spiralförmigen Verlauf zeigt. Zudem bevorzugt wird die Geometrie und/oder die Tiefe einer entsprechenden Spannut und/oder der Winkel oder die Steigung einer entsprechenden wendelförmigen Spannut für jeden Grünkörper oder jeden Typ Grünkörper variabel vorgegeben und/oder während der Extrusion eines Grünkörpers variiert.
Insbesondere wenn die Geometrie und/oder die Tiefe einer entsprechenden Spannut und/oder die Steigung einer entsprechenden wendelförmigen Spannut während der Extrusion eines Grünkörpers variiert werden soll, ist es zudem günstig, wenn eine (Herstellungs-)Prozessregelung derart realisiert ist, dass während der Extrusion eines Grünkörpers die Geometrie, insbesondere die Oberflächengeometrie, eines bereits extrudierten Teils des Grünkörpers ermittelt oder sensorisch erfasst wird und dass auf der Basis der dadurch gewonnenen Informationen die Bewegung oder weitere Bewegung des Formelements während der weiteren Extrusion des Grünkörpers gesteuert wird, um eine vorgegebene Geometrie oder Oberflächengeometrie beim Grünkörper zu realisieren. Auf diese Weise wird also zum Beispiel die Ausbildung eines Grünkörpers sensorisch überwacht. Hierzu wird beispielsweise die Geometrie durch ein optisches Abtasten oder Messen erfasst und / oder es wird die Steigung einer wendelförmigen Spannut durch eine Oberflächenstrukturanalyse ermittelt. Im Bedarfsfall wird dann durch eine geeignete Ansteuerung und somit eine geeignete Bewegung des Formelements eine Korrektur während der Ausbildung eines Grünkörpers vorgenommen.
Eine derartige (Herstellungs-)Prozessregelung wird dabei als eigenständiger erfinderischer Ansatz angesehen. Speziell wird eine Kombination der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des Kennzeichnenden teils des Anspruchs 15 als eigenständige Erfindung angesehen. Die die Einreichung einer eigenen, darauf gerichteten Anmeldung bleibt ausdrücklich vorbehalten.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Lage, insbesondere die radiale Lage, eines jeden Kühlkanals und/oder die Geometrie eines jeden Kühlkanals und/oder der Durchmesser eines jeden Kühlkanals für jeden Grünkörper oder jeden Typ Grünkörper variabel vorgegeben und/oder während der Extrusion eines Grünkörpers variiert wird. Dabei ist weiter bevorzugt ein Kühlkanal zentral angeordnet. Außerdem folgt gemäß einer Ausführungsvariante beispielsweise die Lage und/oder die Geometrie und/oder der Durchmesser eines jeden Kühlkanals dem Verlauf der Geometrie und/oder der Tiefe einer Spannut und/oder der Steigung einer wendelförmigen Spannut.
Insbesondere wenn in einem Funktionsabschnitt ein Hohlschaft und/oder zumindest ein Kühlkanal im Grünkörper realisiert werden soll bzw. sollen, wird das Formelement bevorzugt während der Extrusion entlang der Extrusionsachse des Extrusionskanals, diese entspricht typischerweise der Mittellängsachse des Extrusionskanals, bewegt. Das heißt, dass das Formelement quasi im Extrusionskanal vor und zurückbewegt wird, also hin zum Extrusionskanalaustritt oder weg vom Extrusionskanalaustritt. Hierbei ist das Formelement dann beispielsweise zylinderförmig ausgestaltet oder weist eine Zylinderform mit Ausbuchtungen oder Einkerbungen im Zylindermantel, beispielsweise seitliche Nuten, auf. Eine entsprechende zylindrische Grundform ist dabei insbesondere von Vorteil, wenn hiermit ein Hohlschaft ausgebildet werden soll. Außerdem ist das Formelement dabei vorzugsweise zentral im Extrusionskanal angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Formelement einen im Wesentlichen zylinderförmigen Düseneinsatz auf, der im Extrusionskanal einliegt und während der Extrusion des Grünkörpers entlang der Extrusionsachse des Extrusionskanals bewegt wird.
Alternativ lässt sich ein entsprechender Hohlschaft auch dadurch ausbilden, dass die Extrusionsmasse gegen eine gegen die Extrusionsrichtung in den Extrusionskanal eingesteckte Hilfsform getrieben wird, die dementsprechend zeitweise von außen in den Extrusionskanal eingesteckt und fixiert wird.
In einigen Fällen weist das Formelement und insbesondere ein entlang der Extrusionsachse bewegbares Formelement weiter ein Filament auf oder ist durch eine Anordnung mehrerer Filamente ausgebildet. Ein derartiges Filament oder derartige Filamente dienen typischerweise zur Ausbildung eines oder mehrerer Kühlkanäle. Ein solcher Kühlkanal ist hierbei beispielsweise als Sackloch-Kühlkanal oder als sogenannter Y-Kühlkanal mit seitlichem Austritt ausgestaltet. In einigen Fällen werden dabei in einem Grünkörper sowohl zumindest ein Sackloch-Kühlkanal als auch zumindest ein sogenannter Y-Kühlkanal realisiert. Ein entsprechendes Filament weist hierbei typischerweise eine feine, fadenförmige oder nadelartige Grundgeometrie auf und ist beispielsweise durch einen Draht ausgebildet. Trotz dieser meist relativ filigranen Ausgestaltung ist ein solches Filament zweckdienlicherweise zumindest derart formstabil, dass das entsprechende Filament durch die durch den Extrusionskanal getriebene Extrusionsmasse im Wesentlichen nicht verformt wird. Zudem weist ein entsprechendes Filament bzw. weisen die entsprechenden Filamente beispielsweise einen runden Querschnitt oder einen nicht-runden Querschnitt, beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt, auf.
Einer weiteren Ausführung entsprechend ändert sich dabei der Querschnitt eines solchen Filaments entlang der Längsaudehnung des Filaments, insbesondere allmählich. Alternativ ist der Querschnitt eines entsprechenden Filaments im Wesentlichen über die gesamte Längsausdehnung des Filaments hinweg konstant und/oder weist eine endseitige Verdickung, also eine Verdickung im Bereich des Freiendes, auf. Ein solches verdicktes Freiende ist in vorteilhafter Weiterbildung als ausdehnbares oder variabel aufblasbares Element ausgestaltet und beispielsweise aus einem elastischen Material ausgebildet, so dass hiermit der Querschnitt oder der Durchmesser eines damit erzeugten Kühlkanals variabel vorgebbar ist. Dabei wird es prinzipiell als vorteilhaft angesehen, wenn die Ausdehnung und/oder die Form eines hier beschriebenes Filaments und/oder eines hier beschriebenen Formelements variierbar und somit variabel vorgebbar ist, so dass beispielsweisedessen Ausdehnung und/oder dessen Form während der Extrusion eines Grünkörpers verändert werden kann.
Derartige Filamente dienen hierbei, wie bereits zuvor dargelegt, insbesondere zur Realisierung von Kühlkanälen im Grundkörper. Um deren Lage in radialer Richtung, also quer zur Extrusionsachse, variabel vorgeben zu können und/oder um deren Verlauf entlang der Längsachse des Grünkörpers variieren zu können, sind solche Filamente und/oder das Formelement bevorzugt zusätzlich in radialer Richtung bewegbar oder verschiebbar.
Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend ist das Formelement alternativ oder ergänzend zur Führung eines solchen Filaments ausgebildet, welches dann während er Extrusion des Grünkörpers relativ zum Formelement oder zum übrigen Teil des Formelements verschoben wird, zum Beispiel derart, dass dieses zumindest zeitweise und bevorzugt nur zeitweise mit einem Freiende aus dem Formelement heraustritt und in die Extrusionsmasse reicht. Insbesondere bei dieser Ausführungsvariante ist das Formelement dabei im Extrusionskanal, insbesondere zentral im Extrusionskanal, angeordnet und das Freiende des Filaments, das wiederum bevorzugt fadenförmig oder nadelförmig ausgestaltet ist, wird während der Extrusion des Grünlings oder Grünkörpers aus dem Formelement herausgetrieben und in die umgebende Extrusionsmasse hineingetrieben.
Ein derart im Formelement geführtes Filament oder eine entsprechende Anzahl von im Formelement geführter Filamente dienen dabei wiederum insbesondere zur Ausbildung eines Kühlkanals bzw. einer Anzahl von Kühlkanälen. Hierbei weist ein entsprechendes Filament bzw. weisen die entsprechenden Filamente beispielsweise einen runden Querschnitt oder einen nicht-runden Querschnitt, beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt, auf.
In bevorzugter Weiterbildung ist das Filament oder sind die Filamente dabei derart im Formelement geführt, dass das Freiende bzw. die Freienden in einer Richtung mit radialem Anteil oder in radialer Richtung und somit senkrecht zur Extrusionsachse aus dem Formelement herausgetrieben werden. Auf diese Weise werden dann beispielsweise seitliche Austrittöffnungen oder radial nach außen führende Austrittsöffnungen für Kühlkanäle im Grünkörper realisiert. Hierdurch lässt sich also insbesondere eine Anzahl sogenannter Y-Kühlkanäle erzeugen.
Insbesondere zu diesem Zweck wird das Formelement weiter bevorzugt zeitweise mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Richtung mit der Extrusionsmasse im Extrusionskanal mitbewegt und währenddessen wird dann beispielsweise ein Freiende eines Filaments oder die Enden einer Anzahl Filamente einmal aus dem Formelement heraus und wieder hereingefahren, um eben auf diese Weise eine oder mehrere umfangsseitig angeordnete Öffnungen für Kühlkanäle im Grünkörper zu realisieren, deren Form mit der Querschnittsform des Filaments bzw. der Filamente übereinstimmt.
Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend wird das Formelement während der Extrusion entlang einer Querachse quer zur Extrusionsachse des Extrusionskanals bewegt oder zumindest in einer Richtung mit radialem Anteil. Das Formelement wird hierbei insbesondere in den Extrusionskanal hineingetrieben oder aus dem Extrusionskanal herausgezogen, beispielsweise zur Realisierung einer zuvor genannten Querschnittsverjüngung oder Querschnittsreduzierung in einem Funktionsabschnitt des Grünkörpers und/oder zur Realisierung einer oder mehrerer Spannuten und/oder um dem Grünkörper in einem Funktionsabschnitt eine Torsion aufzuprägen.
Ein solches entlang einer Querachse oder zumindest in einer Richtung mit radialem Anteil bewegbares Formelement weist dabei gemäß einer Ausführung an einem dem Extrusionskanal zugewandten Ende ein Filament der zuvor beschriebenen Art auf, wobei dieses weiter bevorzugt durch die Bewegung des Formelements entlang der Querachse zumindest teilweise auch in Richtung der Extrusionsachse, und somit quasi in eine radiale Richtung, getrieben wird. Das heißt also, dass zumindest das Freiende des Filaments in Richtung der Extrusionsachse bewegt wird, wenn das Formelement entlang der Querachse bewegt wird. Das entsprechende Freiende weist dann beispielsweise eine zuvor beschriebene Verdickung auf, oder aber die Dicke des Filaments nimmt vom Freiende ausgehend entlang seiner Längsausdehnung zu, insbesondere stetig zu. Im letzteren Fall weist ein entsprechendes Filament dann beispielsweise eine Art langgetreckte Kegelform auf.
Zudem ist eine Ausführung günstig, bei der ein bewegbares Formelement und insbesondere ein solches entlang einer Querachse oder zumindest in einer Richtung mit radialem Anteil bewegbares Formelement nach Art eines Hohlmeißels oder nach Art Hohlnadel ausgebildet ist. Mit einem derartigen Formelement wird dann nicht nur ein Raumbereich besetzt, so dass dieser quasi für Extrusionsmasse gesperrt ist, sondern es wird damit bevorzugt Extrusionsmasse gezielt abgetragen und weggeführt.
Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend weist das Formelement und/oder weist ein zuvor beschriebenes Filament eine spiralförmige Geometrie auf und/oder einen in Richtung seiner Längsausdehnung und/oder in Richtung der Extrusionsachse variierenden und insbesondere kontinuierlich variierenden Durchmesser. Mit Hilfe eines solchen Formelements und/oder eines solchen Filaments wird dann typischerweise ein Kühlkanal erzeugt, wobei durch unterschiedliche Positionierungen des Formelements und/oder des Filaments in Richtung der Extrusionsachse unterschiedliche Durchmesser für den Kühlkanal realisierbar sind oder ein entlang des Kühlkanals variierende Durchmesser realisierbar ist. Durch unterschiedliche Positionierungen in radialer Richtung, also quer zur Extrusionsachse, lässt sich zudem oder alternativ die radiale Lage des Kühlkanals variieren oder dessen Verlauf in radialer Richtung.
Gemäß eine weiteren Ausführung ist das Formelement nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet und beispielsweise nach Art einer Turbinenschaufel ausgestaltet. Ein solches Formelement wird dann zum Beispiel während der Extrusion zumindest zeitweise um die Extrusionsachse gedreht, so dass dieses eine Art Rotationsbewegung um die Extrusionsachse ausführt und hierdurch die Extrusionsmasse in Rotation versetzt oder zumindest abschnittsweise verdrillt.
Günstig ist weiter eine Ausführung, bei der der Extruder mehrere bewegbare Formelemente der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten und insbesondere mehrere verschiedene Formelemente der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten aufweist.
Dabei ist das Formelement zum Beispiel durch ein die Matrize des Extruders mit ausbildendes weiteres bewegbares Formelement ergänzt ist, dass insbesondere zusammen mit dem anderen Formelement eine Art Formelementpaar ausbildet. Die beiden Formelemente des Formelementpaars sind dabei gemäß einer Ausführungsvariante umfangsseitig am Extrusionskanal und insbesondere einander gegenüberliegend umfangsseitig am Extrusionskanal angeordnet. In diesem Fall werden die beiden Formelemente dann während der Extrusion des Grünkörpers typischerweise relativ zum Extrusionskanal bewegt, wobei beide Bewegungen bevorzugt entgegengesetzt sind und weiter bevorzugt beide Bewegungen entlang einer gemeinsamen Querachse quer zur Extrusionsachse erfolgen, insbesondere zeitgleich. Die Formelemente des Formelementpaars weisen dabei gemäß einer Ausführungsvariante jeweils ein zuvor beschriebenes Filament auf.
Je nach Anwendungszweck ist es weiter von Vorteil, wenn ein Formelement, welches entlang der Extrusionsachse und/oder quer dazu bewegt wird mit zumindest einem Formelement oder zumindest einem zuvor genannten Formelementpaar kombiniert wird, welches quer zur Extrusionsachse bewegt wird oder zumindest in einer Richtung mit radialem Anteil. Einer weiteren Ausführung entsprechend sind zudem oder alternativ zwei Formelementepaare kombiniert, bei denen eines zuvor beschriebene Filamente aufweist und eines keine Filamente aufweist.
Alternativ oder ergänzend zu den hierher beschriebenen Ausführungsvarianten wird bei der Extrusion des Grünkörpers ein bewegbares Drallelement genutzt, welches dem Extrusionskanal in Extrusionsrichtung nachgelagert ist, wobei das Drallelement während der Extrusion des Grünkörpers bewegt wird, insbesondere um die Extrusionsachse des Extrusionskanals gedreht wird. Jenes Drallelement dient dabei insbesondere dazu, dem Grünkörper in zumindest einem Funktionsabschnitt eine Torsion aufzuprägen. Die Stärke der Torsion wird dabei durch die Vorgabe der Drehgeschwindigkeit des Drallelements vorgegeben.
Die Nutzung eines entsprechenden Drallelements wird dabei als eigenständiger erfinderischer Ansatz angesehen und dementsprechend bleibt die Einreichung einer eigenen, darauf gerichteten Anmeldung ausdrücklich vorbehalten. Speziell wird daher eine Merkmalskombination des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des Anspruchs 13 als eigenständig erfinderisch angesehen.
Im einfachsten Fall ist das Drallelement dabei nach Art eines Hohlzylinders ausgestaltet, wobei die innere Mantelfläche des Drallelements bei einer Drehung des Drallelements eine Kraft auf die Extrusionsmasse im Bereich des Drallelements überträgt, durch welche der Grünkörper eine Torsion erfährt.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist das Drallelement oder die Verdrallhülse derart ausgestaltet, dass dessen oder deren Durchmesser variabel vorgebbar ist. Der Durchmesser lässt sich somit einstellen und insbesondere auch während der Extrusion eines Grünkörpers ändern. Hierzu weist das Drallelement dann beispielsweise eine dehnbare, verschleißfeste Membran auf, die zum Beispiel Teil eines hydraulischen Systems ist.
Einer weiteren Ausgestaltungsvariante entsprechend weist das Drallelement alternativ und ergänzend zu einer Hohlzylindergeometrie zumindest einen nach innen gerichteten Vorsprung, eine nach innen gerichtete Nase oder einen nach innen gerichteten Stift auf. Ein solches zusätzliches, quasi hervorstehendes Element greift dann typischerweise in eine zumindest in einem Abschnitt bereits ausgebildete Spannut ein, wodurch der Querschnitt der Spannut auch bei einer Aufprägung einer Torsion erhalten bleibt, so dass quasi aus einer zuvor geraden Spannut eine verdrillte Spannut wird.
Die Rotationsgeschwindigkeit eines entsprechenden Drallelements wird weiter bevorzugt mit der Extrusionsgeschwindigkeit synchronisiert, insbesondere um nachfolgend beliebige Drallwinkel zu beliebiger Zeit realisieren zu können.
Günstig ist hierbei eine (Herstellungs-)Prozessregelung derart - insbesondere analog der zuvor beschriebenen Art - dass während der Extrusion eines Grünkörpers der Drallwinkel eines bereits extrudierten Teils des Grünkörpers ermittelt oder sensorisch erfasst wird und dass auf der Basis der dadurch gewonnenen Informationen der Extruder gesteuert wird, insbesondere die Torsion der austretenden Extrusionsmasse. Es erfolgt daher insbesondere eine Regelung des Extruders in Abhängigkeit des erfassten Drallwinkels. Speziell erfolgt eine Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit des Drallelements, um einen vorgegebenen Drallwinkel oder Drallwinkelverlauf zu realisieren. Durch diese Regelung wird beispielsweise gewährleistet, dass eingebrachte Kühlkanäle und eingebrachte Spannuten den gleichen Drallwinkel aufweisen.
Dabei wird bevorzugt auf die Einbringung einer Testnut oder Markierung im Zuge des Messverfahrens verzichtet. Stattdessen wird bevorzugt ein vollständig berührungsloses Messverfahren eingesetzt, um die Oberflächenstruktur zu erfassen. Mit den so ermittelten Messdaten wird dann der Drallwinkel ermittelt und geregelt.
Die (Herstellungs-)Prozessregelung wird dabei als eigenständiger erfinderischer Ansatz angesehen und dementsprechend bleibt die Einreichung einer eigenen, darauf gerichteten Anmeldung ausdrücklich vorbehalten.
Alternativ oder ergänzend lässt sich eine entsprechende Torsion auch abschnittsweise durch zumindest ein stiftartiges Formelement mit geeignet geformtem Freiende und/oder durch zumindest ein nach Art einer Turbinenschaufel ausgebildetes Formelement aufprägen und/oder dadurch, dass der entsprechende Abschnitt nach dem Austreten aus dem Extruder nachbearbeitet wird, wobei der entsprechende Abschnitt beispielsweise zwischen zwei ebene Körper verbracht wird, die dann bei gleichbleibendem Abstand zwischen den zwei ebenen Körpern relativ zueinander bewegt werden, so dass die beiden ebenen Körper linear gegeneinander verschoben werden. Dabei handelt es sich letztendlich um dasselbe Prinzip, gemäß dem ein Bäcker ein Ende einer Teigrolle auf einer ebenen Arbeitsfläche mit der flachen Hand über die Arbeitsfläche rollt, während das andere Ende quasi festgehalten wird.
Außerdem ist eine Ausführungsvariante vorteilhaft, bei der der Grünkörper einteilig ausgestaltet ist, dabei allerdings aus zumindest zwei unterschiedlichen Extrusionsmassen hergestellt wird und zwar insbesondere derart, dass der Grünkörper in seiner Längsausdehnung gesehen oder in Längsrichtung, diese fällt zumindest zeitweise mit der Extrusionsachse zusammen, mehrere Abschnitte aufweist, wobei ein jeder dieser Abschnitte aus genau einer Extrusionsmasse oder einem Typ Extrusionsmasse hergestellt ist und wobei verschiedene Abschnitte aus verschiedenen Extrusionsmassen oder verschiedenen Extrusionsmassetypen hergestellt sind. Dabei wird zum Beispiel für einen Abschnitt, der einen Schneidenbereich ausbildet, ein relativ hochwertiges und damit typischerweise relativ teures Material eingesetzt, während für einen anderen Abschnitt, ein weniger hochwertiges Material eingesetzt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu werden unterschiedliche Materialien nicht oder nicht nur zum Zwecke der Kostenoptimierung ausgewählt und eingesetzt sonder auch oder alternativ zum Zwecke der Einsatzoptimierung.
Ein hierfür ausgebildeter Extruder weist dann beispielsweise einen zwischen zwei Stellungen verschiebbaren Schieberegler auf, der je nach Stellung eine von zwei Extrudermasse-Zuführungen hin zum Extrusionskanal freigibt, wobei der Schieberegler während der Extrusion des Grünkörpers zumindest einmal zwischen den zwei Stellungen verschoben wird. Dabei lässt sich durch ein Verschieben und insbesondere durch ein schlagartiges Verschieben des Schiebereglers ein einteiliger Grünkörper mit Abschnitten aus zwei unterschiedlichen Extrusionsmassen hergestellten, ohne dass der Extrusionsprozess hierfür angehalten oder unterbrochen werden muss.
Das hierbei zugrunde liegende Prinzip wird dabei als eigenständig erfinderisch angesehen und dementsprechend bleibt die Einreichung einer eigenen, darauf gerichteten Anmeldung ausdrücklich vorbehalten. Jenes Prinzip lässt sich jedoch nicht nur unabhängig von den zuvor genannten Ausführungsvarianten realisieren, sondern auch vorteilhaft mit den zuvor genannten Ausführungsvarianten, also mit jeder der zuvor genannten Ausführungsvarianten, kombinieren.
In jedem Fall ist es dabei weiter von Vorteil, wenn der Schieberegler zyklisch bewegt wird oder in regelmäßigen Zeitabständen, um beispielsweise unterschiedliche Funktionsabschnitte eines Grünkörpers aus unterschiedlichen Extrusionsmassen herzustellen. Bevorzugt wird mit Hilfe der regelmäßigen Bewegung des Schiebereglers ein einteiliger Grünkörper hergestellt, bei dem ein erster Abschnitt eines ersten Funktionsabschnitts aus einer ersten Extrusionsmasse und ein zweiter Abschnitt des ersten Funktionsabschnitts aus einer zweiten Extrusionsmasse sowie ein erster Abschnitt eines zweiten Funktionsabschnitts aus der zweiten Extrusionsmasse und ein zweiter Abschnitt des zweiten Funktionsabschnitts aus der ersten Extrusionsmasse hergestellt wird. Die Extrusionsmassen unterscheiden sich dabei zum Beispiel hinsichtlich ihrer Wertigkeit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher erläutert.
Figurenliste
Diese zeigen jeweils in vereinfachten, schematisierten Darstellungen:

1 in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführung eines Extruders mit einem Formelement und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
2 in einer Schnittdarstellung eine zweite Ausführung des Extruders mit einem Formelement und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
3 in einer Schnittdarstellung eine dritte Ausführung des Extruders mit einem Formelement und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
4 in einer Schnittdarstellung eine vierte Ausführung des Extruders mit drei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
5 in einer Schnittdarstellung eine fünfte Ausführung des Extruders mit drei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
6 in einer Schnittdarstellung eine sechste Ausführung des Extruders mit fünf Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
7 in einer Schnittdarstellung eine siebte Ausführung des Extruders mit einem Formelement, einem Drallelement und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
8 in einer perspektivischen Ansicht ein erster Grünkörper vor einer Torsion,
9 in einer Schnittdarstellung eine achte Ausführung des Extruders mit fünf Formelementen, einem Drallelement und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
10 in einer Schnittdarstellung ein zweiter Grünkörper,
11 in einer Rückansicht der zweite Grünkörper,
12 in einer Schnittdarstellung eine neunte Ausführung des Extruders mit fünf Formelementen und einem Schieberegler in einer ersten Stellung,
13 in einer Schnittdarstellung die neunte Ausführung des Extruders mit fünf Formelementen und dem Schieberegler in einer zweiten Stellung,
14 in einer Rückansicht ein dritter Grünkörper,
15 in einer Rückansicht ein vierter Grünkörper,
16 in einer Schnittdarstellung eine zehnte Ausführung des Extruders mit vier Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
17 in einer Schnittdarstellung eine elfte Ausführung des Extruders mit einem Düseneinsatz in einer ersten Stellung,
18 in einer Schnittdarstellung die elfte Ausführung des Extruders mit dem Düseneinsatz in einer zweiten Stellung,
19 in einer Schnittdarstellung eine zwölfte Ausführung des Extruders mit einem teilweise gefertigten Grünkörper,
20 in einer Schnittdarstellung eine dreizehnte Ausführung des Extruders mit zwei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
21 in einer Schnittdarstellung eine vierzehnte Ausführung des Extruders mit zwei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
22 in einer Schnittdarstellung eine fünfzehnte Ausführung des Extruders mit vier Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
23 in einer Schnittdarstellung eine sechzehnte Ausführung des Extruders mit zwei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper,
24 in einer Schnittdarstellung eine siebzehnte Ausführung des Extruders mit zwei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper sowie
25 in einer Schnittdarstellung eine achtzehnte Ausführung des Extruders mit zwei Formelementen und einem teilweise gefertigten Grünkörper.

Hierbei werden die verwendeten Begriffe, insbesondere die Bezeichnungen für Bauteile sowie Baugruppen, und die verwendeten Bezugszeichen nach und nach eingeführt, wobei typischerweise in verschiedenen Abschnitten jeweils auf eine ausgewählte Figur Bezug genommen wird. Da die meisten Ausführungsvarianten Gemeinsamkeiten aufweisen, also zum Beispiel eine Anzahl gleichartiger Bauteile, lassen sich jedoch diverse Ausführungen in verschiedenen Abschnitten der Beschreibung auf mehrere Figuren lesen oder übertragen. Dies wird auch dadurch deutlich, dass in den Figuren gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes Verfahren dient zur Herstellung eines Rohlings, insbesondere eines Rohlings für die Herstellung eines Zerspanungswerkzeugs, also beispielsweise eines Bohrers oder einer Reibahle. Dabei wird im Zuge des Verfahrens zunächst mittels eines Extruders 2, welcher in 1 bis 7, in 9, in 12, in 13 sowie in 16 bis 25 in diversen Ausführungsvarianten dargestellt ist und welcher einen sich entlang einer Extrusionsachse 4 erstreckenden Extrusionskanal 6 aufweist, ein sich in Richtung der Extrusionsachse 4 erstreckenden Grünkörper 8 aus Extrusionsmasse 10 gefertigt. Der fertige Grünkörper 8 wird dann typischerweise einem Sinterprozess unterzogen und in einigen Fällen erfolgt abschließend noch eine Feinbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen.
Hierbei bildet der Extrusionskanal 6 zusammen mit einem bewegbaren Formelement 12 eine Matrize, quasi eine verstellbare Matrize, des Extruders 2 aus und das Formelement 12 wird während der Extrusion des Grünkörpers 8 relativ zum Extrusionskanal 6 bewegt. Durch diese Bewegung und somit durch die Verstellung der Matrize wird die formgebende Geometrie der Matrize geändert, so dass hierdurch der fertig extrudierte Grünkörper 8 einen ersten Funktionsabschnitt 14 und einen sich in Richtung der Extrusionsachse 4 oder in Längsrichtung des Grünkörpers 8 daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt 16 aufweist, wobei sich die Funktionsabschnitte 14,16 hinsichtlich ihrer durch die Matrize aufgeprägten Geometrien unterscheiden.
Auf diese Weise wird dann beispielsweise in einem der Funktionsabschnitte 14,16 ein Hohlschaft 18 und/oder ein reduzierter Querschnitt 20 und/oder zumindest eine Spannut 22 und/oder zumindest ein Kühlkanal 24 im Grünkörper 8 realisiert. Typisch ist dabei insbesondere eine Ausführung, bei der im ersten Funktionsabschnitt 14 ein gegenüber dem zweiten Funktionsabschnitt 16 reduzierter Querschnitt 20, eine Anzahl Spannuten 22 sowie eine Anzahl Kühlkanäle 24 realisiert werden und bei der im sich daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt 16 ein Hohlschaft 18 realisiert wird, der entweder, so wie in 14 angedeutet, endseitig offen oder, sowie in 10, 11 und 15 gezeigt, endseitig abgeschlossen ist.
Insbesondere zur Realisierung eines Hohlschaftes 18 und/oder zur Realisierung von Kühlkanälen 24 wird das Formelement 12 dabei, wie z.B. in 1 angedeutet, während der Extrusion des Grünkörpers 8 entlang der Extrusionsachse 4 bewegt. Das Formelement 12 wird dabei insbesondere während der Extrusion des Grünkörpers 8 von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung überführt und typischerweise zu einem späteren Zeitpunkt wieder zurück in die Ausgangsstellung, wobei das Formelement 12 in einer der Stellungen einen Freiraum im Grünkörper 8 erzeugt, der dann beispielsweise einen Hohlschaft 18 und/oder eine Anzahl Kühlkanäle ausbildet, wohingegen das Formelement 12 in der anderen Stellung keinen entsprechenden Freiraum erzeugt. Die einen Freiraum erzeugende Stellung ist z.B. in 1 wiedergegeben.
Weiter weist das Formelement 12 zur Schaffung eines Hohlschaftes 18 beispielsweise eine Zylinderform auf und ist bevorzugt zentral im Extrusionskanal 6 angeordnet. Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend weist das Formelement 12 eine zylindrische Grundgeometrie auf, wobei im Bereich des Zylindermantels Vorsprünge und/oder Einbuchtungen ausgebildet sind, um beispielsweise in einem der Funktionsabschnitte 14,16 einen Querschnitt für den Grünkörper 8 zu realisieren, wie er in 14 angedeutet ist. Hier ist eine Variante gezeigt, bei der der Grünkörper 8 auf der Innenseite langgestreckte Vorsprünge aufweist, die in den Hohlschaft 18 hineinragen.
In vorteilhafter Weiterbildung ist das Formelement 12 zur Schaffung eines Hohlschaftes 18 und/oder zur Schaffung einer Anzahl Kühlkanäle 24 als eine Art Düseneinsatz 28, insbesondere als ein zylinderförmiger Düseneinsatz 28, ausgebildet, der im Extrusionskanal 6 einliegt und während der Extrusion des Grünkörpers 8 entlang der Extrusionsachse 4 bewegt wird. Der Düseneinsatz 28 wird dabei insbesondere einmal vor Beginn der Extrusion eines der beiden Funktionsabschnitte 14,16 und einmal am Ende der Extrusion des entsprechenden Funktionsabschnitts 14,16 bewegt und dabei bevorzugt zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung hin und her bewegt. Diese Situation und die beiden Stellungen sind in den Darstellungen 17 und 18 wiedergegeben.
Alternativ wird ein entsprechender Hohlschaft 18 dadurch erzeugt, dass die Extrusionsmasse 10 in Extrusionsrichtung 30 gegen eine gegen die Extrusionsrichtung 30 in den Extrusionskanal 6 eingesteckte Hilfsform 32 getrieben wird. Diese Hilfsform 32 wird dann nach Ausbildung des Hohlschafts 18 wieder entfernt. Die Situation mit eingesteckter Hilfsform 32 ist in 19 gezeigt.
Insbesondere zur Ausbildung einer Anzahl von Kühlkanälen 24 weist das Formelement 12 gemäß einer weiteren Ausführungsvariante zumindest ein Filament 34 auf und/oder ist zur Führung eines entsprechenden Filaments 34 ausgebildet. Ein entsprechendes Filament 34 ist dabei typischerweise nadelartig oder fadenförmig ausgestaltet. Dennoch weist ein solches Filament 34 dabei eine Formstabilität derart auf, dass das entsprechende Filament 34 durch die durch den Extrusionskanal 6 getriebene Extrusionsmasse 10 im Wesentlichen nicht verformt wird. Je nach Anwendungsfall weist ein solches Filament 34 weiter einen sich entlang der Längsausdehnung des Filaments 34 ändernden Querschnitt auf, also beispielsweise einen Querschnitt, der von einem Freiende 36 des Filaments 34 ausgehend stetig zunimmt, so wie dies im Fall der beiden Filamente 34 gemäß 16 der Fall ist.
Auf diese Weise lässt sich durch ein Verschieben des Filaments 34 bzw. der Filamente 34 während der Extrusion des Grünkörpers 8 entlang der Extrusionsachse 4 nicht nur vorgeben, ob dieses bzw. diese einen Freiraum bzw. Freiräume zur Ausbildung eines Kühlkanals 24 bzw. zur Ausbildung von Kühlkanälen 24 erzeugen, sondern je nach Stellung des Filaments 34 bzw. der Filamente 34 im Extrusionskanal 6 auch welchen Durchmesser der entsprechende Freiraum bzw. die entsprechenden Freiräume haben. Das heißt im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 16, dass die Querschnitte der beiden Kühlkanäle 24 umso größer sind, je weiter die Filamente 34 in Richtung der Austrittsöffnung des Extrusionskanals 6 positioniert werden. Alternativ oder ergänzend hierzu lässt sich auch die Lage der Kühlkanäle 24 variabel vorgeben, indem für jedes Filament 34 individuell eine radiale Position durch eine radiale Verschiebung quer zur Extrusionsachse 4 des entsprechenden Filaments 34 vorgegeben wird.
Prinzipiell variiert hierbei die Anzahl der Filamente 34 je nach Anwendungszweck und/oder die Querschnittsform der Filamente 34 wird an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst. So sind, wie in 15 angedeutet, in einigen Fällen runde Querschnitte und in anderen Fällen beispielsweise trapezförmige Querschnitte vorgesehen.
Wie bereits zuvor erwähnt weist das Formelement 12 in einigen Fällen nicht einfach nur eines oder mehrere Filamente 34 auf, sondern ist zur Führung eines Filaments 34 oder mehrerer Filamente 34 ausgebildet. In diesem Fall wird dann das Filament 34 bzw. werden die Filamente 34 während der Extrusion des Grünkörperse 8 relativ zum Formelement 12 verschoben, sodass das Filament 34 mit einem Freiende 36 bzw. die Filamente 34 jeweils mit einem Freiende 36 aus dem Formelement 12 zumindest zeitweise heraustritt bzw. heraustreten und in die Extrusionsmasse 10 reicht bzw. reichen. Eine solche Ausführungsvariante ist z. B. in den Darstellungen 2 und 3 wiedergegeben. Im Falle des Ausführungsbeispiels 3 sind die beiden Filamente 34 dabei derart im Formelement 12 geführt, dass die Freienden 36 in einer Richtung mit radialem Anteil aus dem Formelement 12 herausgetrieben werden, um auf diese Weise seitlich oder umfangsseitig am Grünkörper 8 ausgebildete Öffnungen von Kühlkanälen 24 auszubilden.
Insbesondere im Falle dieses Ausführungsbeispiels wird dabei das Formelement 12 zumindest zeitweise während der Extrusion des Grünkörpers 8 mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Richtung, also in Extrusionsrichtung 30, mit der Extrusionsmasse 10 im Extrusionskanal 6 mitbewegt. Insbesondere im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 3 werden zudem weiter bevorzugt genau während dieser Mitbewegung die Freienden 36 der beiden Filamente 34 einmal aus dem Formelement 12 heraus und wieder hereingefahren, um sicherzustellen, dass die Freienden 36 Öffnungen der Kühlkanäle 24 erzeugen, deren Querschnitt dem Querschnitt der Freienden 36 der Filamente 34 entspricht.
Alternativ oder ergänzend zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist der Extruder 2 ein Formelement 12 auf, welches während der Extrusion des Grünkörpers 8 in einer Richtung mit radialem Anteil und insbesondere entlang einer Querachse 38 quer zur Extrusionsachse 4 des Extrusionskanals 6 bewegt wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist z.B. in 4 wiedergegeben. Das Formelement 12 wird dabei beispielsweise in den Extrusionskanal 6 hineingetrieben oder aus dem Extrusionskanal 6 herausgezogen, insbesondere um einen reduzierten Querschnitt 20 und/oder zumindest eine Spannut 22 zu realisieren.
Ergänzt wird ein solches entlang der Querachse 38 bewegbares Formelement 12 typischerweise durch ein weiteres ebenfalls die Matrize des Extruders 2 mit ausbildendes bewegbares Formelement 12, so dass beispielsweise ein Formelementepaar ausgebildet ist. Die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars sind dabei bevorzugt einander gegenüberliegend umfangsseitig am Extrusionskanal 6 angeordnet. Des Weiteren werden die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars bevorzugt zeitgleich und insbesondere entlang einer gemeinsamen Querachse 38 bewegt, wobei die Bewegungen üblicherweise entgegengesetzt sind, sodass sich die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.
Sollen mithilfe der Formelemente 12 eines Formelementepaars zwei Spannuten 22 erzeugt werden, so ist es weiter von Vorteil, wenn die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars, so wie z.B. in 20 angedeutet, stiftförmig ausgebildet sind und jeweils in den Extrusionskanal 6 ragendes Ende aufweisen, das halbkugelförmig ausgestaltet ist. Auf diese Weise lassen sich dann in einem der beiden Funktionsabschnitte 14,16 zwei gerade Spannuten 22 realisieren. Sollen dagegen mithilfe der Formelemente 12 des Formelementepaars wendelförmige Spannuten 22 ausgebildet werden, so werden Formelemente 12 eingesetzt, deren Enden eine abweichende Form aufweisen, so wie dies z.B. in 21 angedeutet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist es zudem von Vorteil, wenn die Formelemente 12 des Formelementepaars, so wie angedeutet, um ihre jeweilige Längsachse verdrehbar sind. Mithilfe dieser Formelemente 12 wird dem Grünkörper 8 dann im entsprechenden Funktionsabschnitt 14,16 eine Torsion aufgeprägt.
Zudem ist auch eine nicht explizit gezeigte Ausführung günstig, bei zumindest ein Formelement 12 und insbesondere die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars nach Art eines Hohlmeißels oder nach Art Hohlnadel ausgebildet ist bzw. sind. Mit derartigen Formelementen werden dann nicht nur Raumbereiche besetzt, so dass diese quasi für die Extrusionsmasse gesperrt sind, sondern es wird damit bevorzugt Extrusionsmasse gezielt abgetragen und weggeführt, während die Extrusionsmasse in Extrusionsrichtung 30 getrieben wird.
Weitere Ausführungsvarianten eines Formelementepaars aus zwei Formelementen 12 zur Ausbildung zweier Spannuten 22 sind z. B. in den Darstellungen 23 bis 25 abgebildet. Während im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß 23 und 24 die beiden Formelemente 12 des Formelementepaars stiftförmig ausgebildet und entlang der Längsachse linear verschiebbar sind, weisen die Formelemente 12 im Ausführungsbeispiel gemäß 25 eine Ringform oder Scheibenform auf und sind jeweils um eine Drehachse 40 verdrehbar. Dabei weist jedes ringförmige Formelement 12 eine Abflachung 42 auf, die immer dann durch eine Verdrehung der Formelemente 12 um die Drehachsen 40 in Richtung des Extrusionskanals 6 gedreht wird, wenn keine Spannuten 22 ausgebildet werden sollen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weist ein in einer Richtung mit radialem Anteil oder ein entlang der Querachse 38 bewegbares Formelement ein Filament 34 der zuvor beschriebenen Art oder mit einer endseitigen Verdickung auf, so wie dies z.B. in 5 wiedergegeben ist. Dabei wird bevorzugt das Freiende 36 des Filaments 34 entlang der Extrusionsachse 4 bewegt, wenn das Formelement 12 entlang der Querachse 38 bewegt wird. Hierfür weist dann ein entsprechendes Filament 34 eine gewisse Flexibilität auf, sodass dieses durch eine Führung im Extruder 2, nicht aber durch die Extrusionsmasse 10, verformbar ist.
Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend ist dem Extrusionskanal 6 in Extrusionsrichtung 30 zusätzlich oder alternativ ein bewegbares Drallelement 44 nachgelagert, wobei das Drallelement 44 während der Extrusion des Grünkörpers 8 bewegt wird und insbesondere um die Extrusionsachse 4 des Extrusionskanals 6 gedreht wird. Hierdurch wird dem Grünkörper dann in zumindest einem der Funktionsabschnitte 14,16 eine Torsion aufgeprägt. Diese Situation ist z.B. in 7 gezeigt. Ein solches Drallelement 44 ist dabei beispielsweise hohlzylinderförmig ausgestaltet, so wie dies z.B. in 7 angedeutet ist, oder weist zum Beispiel eine zylindrische Grundgeometrie mit zusätzlichen Stiften, so wie in 22 gezeigt. Die zusätzlichen Stifte greifen dabei in die noch gerade verlaufenden Spannuten 22 ein und verhindern eine Querschnittsverformung der Spannuten 22 bei der Aufprägung einer Torsion.
Alternativ lässt sich eine entsprechende Torsion auch nachträglich durch eine Nachbearbeitung aufprägen, indem beispielsweise der entsprechende Funktionsabschnitt 14,16 zwischen zwei ebenen Körpern positioniert wird, die eine Art Scherbewegung bei gleich bleibendem Abstand ausführen. Diese Vorgehensweise ist in 8 angedeutet.
Die zuvor beschriebenen Formelemente 12 werden je nach Anwendungszweck auf unterschiedlichste Weise miteinander kombiniert, wobei die Darstellungen gemäß 6 und 9 zwei weitere Ausführungsvarianten wiedergeben.
Alternativ oder ergänzend zu den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten wird mithilfe des Verfahrens ein einteiliger Grünkörper 8 erzeugt, der aus zumindest zwei unterschiedlichen Extrusionsmassen 46,48 hergestellt ist. Dabei wird zum Beispiel ein Grünkörper 8 hergestellt, bei dem entlang der Extrusionsachse 4 gesehen der erste Funktionsabschnitt 14 mittels einer ersten Extrusionsmasse 46 ausgebildet wird und bei der der zweite Funktionsabschnitt 16 mittels einer zweiten Extrusionsmasse 48 realisiert wird.
Bevorzugt wird weiter ein in 10 und 11 abgebildeter einteiliger Grünkörper 8 hergestellt, bei dem ein erster Abschnitt 50 des ersten Funktionsabschnitts 14 aus der ersten Extrusionsmasse 46 hergestellt ist, bei dem ein zweiter Abschnitt 52 des ersten Funktionsabschnitts 14 aus der zweiten Extrusionsmasse 48 hergestellt ist, bei dem ein erster Abschnitt 54 des zweiten Funktionsabschnitts 16 aus der zweiten Extrusionsmasse 48 hergestellt ist und bei dem ein zweiter Abschnitt 56 des zweiten Funktionsabschnitts 16 wiederum aus der ersten Extrusionsmasse 46 hergestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Extrusionsmasse 46 dabei höherwertiger und das fertige Zerspanungswerkzeug weist nach Fertigstellung in den Abschnitten 50,56, die aus der ersten Extrusionsmasse 46 gefertigt sind, eine höhere Widerstandsfähigkeit, insbesondere eine höhere Härte, auf. Im ersten Abschnitt 50 des ersten Funktionsabschnitts 14 ist dann beispielsweise beim fertigen Zerspanungswerkzeug zumindest eine Schneide positioniert.
Dass zumindest bevorzugt auch der zweite Abschnitt 56 des zweiten Funktionsabschnitts 16 aus der zweiten Extrusionsmasse 48, die typischerweise höherwertig ist, gefertigt wird, ist dem Umstand geschuldet, dass vorzugsweise im Fall aller zuvor genannten Verfahrensvarianten ein kontinuierlicher Extrusionsprozess vorgesehen ist, bei dem aus dem Extrusionskanal 6 eine Art Endlosstrang austritt, der dann zur Fertigstellung der Grünkörper 8 in regelmäßigen Abständen zerteilt wird. Die Durchtrennung erfolgt dabei typischerweise am Ende eines jeden zweiten Funktionsabschnitts 16 eines Grünkörpers 8, an den sich im Endlosstrang ein erster Funktionsabschnitt 14 eines weiteren Grünkörpers 8 anschließt. Durch die Ausbildung des zweiten Abschnitts 56 des zweiten Funktionsabschnitts 16 aus der ersten Extrusionsmasse 46 ist dann sichergestellt, dass in jedem Fall der erste Abschnitt 50 des ersten Funktionsabschnitts 14 eines jeden Grünkörpers 8 vollständig aus erster Extrusionsmasse 46 ausgebildet ist.
Für die Fertigung eines Grünkörpers 8 aus zwei unterschiedlichen Extrusionsmassen 46,48 ist es dabei von Vorteil, wenn der Extruder 2 einen Schieberegler 58 aufweist, der insbesondere zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist und der je nach Stellung eine von zwei Extrusionsmasse-Zuführungen 60 hin zum Extrusionskanal 6 freigibt, so dass nachfolgend nur die durch diese Extrusionsmasse-Zuführung 60 zugeführte Extrusionsmasse 46,48 durch den Extrusionskanal 6 getrieben wird. Die beiden Stellungen sind in 12 und 13 angedeutet. Während der Extrusion des Grünkörpers 8 wird dann der Schieberegler 58 in eine dieser Stellungen verbracht, um nachfolgend einen Abschnitt des Grünkörpers 8 aus einer der Extrusionsmassen 46,48 zu fertigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rohlings, insbesondere eines Rohlings für die Herstellung eines Zerspanungswerkzeugs, wobei mittels eines Extruders (2), welcher einen sich entlang einer Extrusionsachse (4) erstreckenden Extrusionskanal (6) aufweist, ein sich in Richtung der Extrusionsachse (4) erstreckenden Grünkörper (8) aus Extrusionsmasse (10) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionskanal (6) zusammen mit einem bewegbaren Formelement (12) eine Matrize (6,12) des Extruders (2) ausbildet und dass das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) relativ zum Extrusionskanal (6) sowie innerhalb desselben bewegt wird, wodurch die formgebende Geometrie der Matrize (6,12) geändert wird, so dass hierdurch der fertig extrudierte Grünkörper (8) einen ersten Funktionsabschnitt (14) und einen sich in Richtung der Extrusionsachse (4) daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt (16) aufweist, wobei sich die beiden Funktionsabschnitte (14,16) hinsichtlich ihrer durch die Matrize (6,12) aufgeprägten Geometrien unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Extrusionsmasse (10) ein Hohlraum (24), insbesondere ein Kühlkanal (24), erzeugt wird, wobei für eine ausreichende Luftnachströmung in den Hohlraum (24) gesorgt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) derart bewegt wird, dass hierdurch in einem der beiden Funktionsabschnitte (14,16) ein reduzierter Querschnitt (20), ein Hohlschaft (18), zumindest eine Spannut (22) und/oder zumindest ein Kühlkanal (24) realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) entlang der Extrusionsachse (4) des Extrusionskanals (6) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) einen zylinderförmigen Düseneinsatz (28) aufweist, der im Extrusionskanal (6) einliegt und während der Extrusion des Grünkörpers (8) entlang der Extrusionsachse (4) des Extrusionskanals (6) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) zur Führung eines Filaments (34) ausgebildet ist, welches während der Extrusion des Grünkörpers (8) relativ zum Formelement (12) verschoben wird, so dass dieses zumindest zeitweise mit einem Freiende (36) aus dem Formelement (12) heraustritt und in die Extrusionsmasse (10) reicht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Freiende (36) des Filaments (34) in einer Richtung mit einem radialen Anteil aus dem Formelement (12) heraustritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) und/oder das Filament (34) während der Extrusion des Grünkörpers (8) zumindest zeitweise mit gleicher Geschwindigkeit mit der Extrusionsmasse (10) im Extrusionskanal (6) mitbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) in eine Richtung mit einem radialen Anteil und insbesondere entlang einer Querachse (38) quer zu Extrusionsachse (4) des Extrusionskanals (6) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) an einem dem Extrusionskanal (6) zugewandten Ende ein Filament (34) aufweist und dass während der Extrusion des Grünkörpers (8) ein Freiende (36) des Filaments (34) in Richtung der Extrusionsachse (4) des Extrusionskanals (6) getrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament (34) einen über seine Längsausdehnung hinweg variierenden, insbesondere kontinuierlich variierenden, Durchmesser aufweist oder ein Freiende (36), dessen Durchmesser variabel einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (12) durch ein die Matrize (6,12) des Extruders (2) mitausbildendes weiteres bewegbares Formelement (12) ergänzt ist, wobei insbesondere die beiden Formelemente (12) einander gegenüberliegend umfangseitig am Extrusionskanal (6) angeordnet sind und wobei die beiden Formelemente (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) relativ zum Extrusionskanal (6) bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Extrusionskanal (6) in Extrusionsrichtung (30) ein bewegbares Drallelement (44) nachgelagert ist und dass das Drallelement (44) während der Extrusion des Grünkörpers (8) bewegt wird, insbesondere um die Extrusionsachse (4) des Extrusionskanals (6) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper (8) aus zwei unterschiedlichen Extrusionsmassen (46,48) hergestellt wird, wobei der Extruder (2) insbesondere einen zwischen zwei Stellungen verschiebbaren Schieberegler (58) aufweist, der je nach Stellung eine von zwei Extrudermasse-Zuführungen (60) hin zum Extrusionskanal (6) freigibt und wobei der Schieberegler (58) während der Extrusion des Grünkörpers (8) zwischen den zwei Stellungen verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der Extrusion eines Grünkörpers (8) die Geometrie eines bereits extrudierten Teils des Grünkörpers (8) sensorisch erfasst wird und dass auf der Basis der dadurch gewonnenen Informationen die weitere Bewegung des Formelements (12) während der weiteren Extrusion des Grünkörpers (8) gesteuert wird, um eine vorgegebene Geometrie beim Grünkörper (8) zu realisieren.
Extruder (2) ausgebildet für die Herstellung von Grünkörpern (8) mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen sich entlang einer Extrusionsachse (4) erstreckenden Extrusionskanal (6) sowie ein bewegbares Formelement (12) aufweist, wobei der Extrusionskanal (6) zusammen mit dem bewegbaren Formelement (12) eine Matrize (6,12) ausbildet, und dass dieser derart eingerichtet ist, dass in zumindest einem Betriebsmodus ein sich in Richtung der Extrusionsachse (4) erstreckenden Grünkörper (8) aus Extrusionsmasse (10) gefertigt wird, wobei das Formelement (12) während der Extrusion des Grünkörpers (8) relativ zum Extrusionskanal (6) sowie innerhalb desselben bewegt wird, wodurch die formgebende Geometrie der Matrize (6,12) geändert wird, so dass hierdurch der fertig extrudierte Grünkörper (8) einen ersten Funktionsabschnitt (14) und einen sich in Richtung der Extrusionsachse (4) daran anschließenden zweiten Funktionsabschnitt (16) aufweist, wobei sich die beiden Funktionsabschnitte (14,16) hinsichtlich ihrer durch die Matrize (6,12) aufgeprägten Geometrien unterscheiden.