DE2635304A1

DE2635304A1 - Extrusionsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE2635304A1
Application number: DE19762635304
Authority: DE
Inventors: Derek Green
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1977-02-17
Also published as: SE7608795L; JPS5219761A; FR2320177A1; JPS5935292B2; FR2320177B1; US4061011A; CA1062423A; IT1069894B

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 27 554- » 5. AU6.1975

UNITED KINGDOM ATOMIC
ENERGY AUTHORITY
11 Charles II Street
London SWlY IiQP
Grossbritannien

Extrusionsverfahren und -vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Extrusionsverfahren sowie auf eine Extrusionsvorrichtung und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren eines Eohrs.

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(ORO) 98 X2 72 8 München 80, Mauerkirchcrsiralle 45 Banken: Bayerische Vereinsbank. München 453100

987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3890002624

983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

ORIGINAL IMSPEGTED

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Die GB-PS 1 370 894- der Anmelderin beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Extrudieren von Werkstoffen zu Stäben, Drähten, Profilen und Rohren, wobei im letzteren Falle mit einem Dorn oder Kern zusammenwirkende Formen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ein von dem in der genannten GB-PS abweichendes Verfahren zum kontinuierlichen Extrudieren von Rohren, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Herstellen von Rohren^ durch kontinuierliches Extrudieren vorgesehen, daß ein zu extrudierender Werkstoff einem zwischen ersten und zweiten Teilen gebildeten Durchlaß mit stetig abnehmendem Querschnitt zugeführt wird, und daß die ersten und zweiten Teile relativ zueinander bewegt werden, um den Werkstoff durch Reibung entlang dem Durchlaß zu transportieren und es durch einen mit dem Durchlaß strömungsverbundenen, ringförmigen Extruderauslaß zu pressen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß auf den Werkstoff ein örtlicher Radialdruck ausgeübt wird, welcher während der Bewegung des Werkstoffs durch den Extruderauslaß um diesen herum wandert.

Die Erfindung schafft ferner eine Verrichtung zum Herstellen von Rohren durch kontxnuierlxches Extrudieren, mit einem für die Zufuhr eines Werkstoffs bestimmten,

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sich stetig verkleinernden Querschnitt aufweisenden Durchlaß zwischen einem ersten, einen Teil des Durchlasses begrenzenden Teil und einem einen kleineren Teil des Durchlasses begrenzenden zweiten Teil, relativ zu welchem das erste Teil drehbar ist, und mit einem mit dem ersten und dem zweiten Teil zusammenwirkenden Formring, welcher einen ringförmigen Extruderauslaß sowie im Zusammenwirken mit dan ersten Teil einen größeren Teil des Durchlasses begrenzt.

Der lOrmring kann unabhängig vom ersten und zweiten Teil oder aber gemeinsam mit dem ersten Teil drehbar sein, jedoch um eine gegenüber der Drehachse des ersten Teils versetzte Achse, um damit einen örtlichen Radialdruck auf den Werkstoff auszuüben,,welcher bei der Bewegung des Werkstoffs entlang dem ringförmigen Extruderauslaß um diesen herumwandert.

Im Betrieb der Vorrichtung wird ein dem Durchlaß zugeführter Werkstoff bei der Drehung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil durch Reibung entlang dem Durchlaß mitgenommen und dadurch komprimiert und durch den ringförmigen Extruderausiaß ausgepreßt. Ist der Formring, wie vorstehend erwähnt, versetzt angeordnet, so übt er während des Extrudierens einen örtlichen Radialdruck auf den Werkstoff aus, wobei der Druckbereich aufgrund der exzentrischen Anordnung des Formrings gegenüber dem ersten Teil kreisförmig um den extrudierten Werkstoff herum wandert.

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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren aus der Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung in Richtung der Pfeile I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer zweiten Ausfürhrungsform der .erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie HI-III in Fig. 4 und

Fig. 4- eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zum Herstellen von Rohrung durch kontinuierliches Extrudieren hat eine angetriebene Welle 1 mit einem Teil 2 größeren Durchmessers nahe einem Ende. Das Teil 2 kann einstückig mit der Welle 1 geformt oder in Form eines Rings getrennt von ihr hergestellt und drehfest darauf befestigt sein. Die Welle 1 ist von einem (nicht gezeigten) Antrieb im Uhrzeigersinn, d.h. in Richtung des Pfeils in Fig. 1 antreibbar.

Das Teil 2 größeren Durchmessers bzw. der Ring 2 ist in einigem Abstand vom kegelstumpfförmig zulaufenden freien Ende 3 der Welle 1 angeordnet (Fig. 2). Dieses Endstück

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der Welle ragt mit einigem Spiel in einen Formring 4-hinein, welcher frei drehbar in einem Druck/Radiallager gelagert ist. Die Bohrung des Formrings 4· hat einen größeren Durchmesser als die Welle 1, so daß dazwischen ein ringförmiger Extruderauslaß in Form eines Spalts 6 gebildet ist. Der Formring 4· begrenzt zusammen mit dem an der Welle 1 befestigten oder geformten Ring 2 eine das Endstück der Welle umgebende Ringnut 7 mit einer durch den Spalt 6 gebildeten ringförmigen öffnung an ihrem inneren Teil.

Zwei im wesentlichen identische Schuhe 8, 9 begrenzen zusammen mit der Ringnut 7 einen geschlossenen Durchlaß 7'» welcher sich über den größten Teil des Umfangs der Welle erstreckt. Wie man in Fig. 1 erkennt, erstreckt sich jeder Schuh über einen Winkel von nahezug 180° um die Achse der Welle herum. Die einander zugewandten Enden der Schuhe begrenzen jeweils eine öffnung 10, 11 für die Zufuhr eines Werkstoffs 12 zum Durchlaß 7'. Jeder Schuh trägt einen Steg 13, dessen Breite im wesentlichen gleich der der Ringnut 7 ist und welcher in im Drehsinn der Welle stetig zunehmender Tiefe in die Nut hineinragt. Dadurch nimmt die Querschnittsfläche des Durchlasses 7' unterhalb jedes Schuhs in Richtung der Drehung der Welle 1 von einem Ende zum anderen stetig ab.

An,der der Ringnut 7 abgewandten Seite des Rings 2 ist die Welle 1 von einem Druck/Radiallager 14- umgeben.

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Der zugeführte Werkstoff 12 kann etwa ein Metallstab sein. Dieser wird über die öffnungen 10, 11 in den unter dem jeweiligen Schuh 8, 9 gebildeten Durchlaß 7' eingeführt. Aufgrund des Auflaufprofils der Stege 13 wird der Werkstoff in Richtung auf den Boden des Durchlasses 7¹ gepreßt, während er um die Welle 1 herum mitgenommen wird. Die dem Lager 14- abgewandte Seite des an der angetriebenen Welle 1 befestigten oder geformten Rings 2 nimmt den Werkstoff durch Reibung entlang dem Durchlaß 7¹ mit, wobei der durch die stetige Abnahme des Durchlaßquerschnitts bewirkte Druckanstieg zur Folge hat, daß der Werkstoff in Form eines Rohrs 15 durch den Spalt 6 hindurch extrudiert wird. Der Innendurchmesser des Rohrs 15 ist durch den Durchmesser des Endstücks 3 der Welle 1 bestimmt, und seine Wandstärke durch die Breite des Spalts 6 zwischen dem Formring 4- und dem Endstück der Welle 1.

In der dargestellten Ausführung hat die Vorrichtung zwei einander diametral gegenüber um die Welle 1 herum angeordnete Schuhe 8, 9« In der Praxis kann es vorteilhaft sein, mehr als zwei Schuhe vorzusehen, von denen jeder einen zugeordneten Werkstoffeinlaß hat, wodurch eine erhöhte Drehzahl der Welle und damit eine hohe Extrudiergeschwindigkeit erzielbar ist. Andererseits kann die Vorrichtung auch mit nur einem Schuh versehen sein, welcher um die Welle herum angeordnet ist und einen einzigen Werkstoffeinlaß hat. Eine solche Ausführungsform ist im folgenden beschrieben.

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In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung wird der Werkstoff in einer zur Drehachse der Welle 1 und zur Achse des extrudierten Eohrs 15 in wesentlichen normalen Richtung zugeführt, und die Schuhe 8, 9 üben einen radial einwärts gerichteten Druck auf ihn aus. Anderenfalls ist es auch möglich, den Werkstoff im wesentlichen in der Richtung der Drehachse der Welle und der Achse des extrudierten Rohrs zuzuführen. Bei einer solchen (nicht gezeigten) Anordnung hat ein die Welle koaxial umgebender länglicher Schuh eine konvergierende Bohrung, welche einen ringförmigen Durchlaß mit von einem Ende zum anderen stetig abnehmender Querschnittsgröße um die Welle herum begrenzt. Der Werkstoff wird in Windungen um die Welle gelegt und in das weitere Ende des Durchlasses eingeführt. Bei der Drehung der Welle wird der Werkstoff in den sich verengenden Durchlaß gezogen, wobei die Windungen innerhalb des Schuhs in Axialrichtung der Welle zusammengepreßt werden. Die Zunahme des axialen Drucks bei der Bewegung der Windungen in Richtung auf das verengte Ende des Durchlasses kann ein plastisches Fließen des Werkstoffs bewirken, so daß er in Form eines Rohrs durch den ringförmigen Spalt an dem betreffenden Ende des Schuhs extrudiert wird.

Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit einem Gehäuse 21 und zwei in gegenseitigem Abstand darin angeordneten Kugellagern 22, 23, in denen eine Welle 24- mit einem Zapfen-

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für den Angriff eines (nicht gezeigten) Antriebs drehbar gelagert ist. Für das kontinuierliche Extrudieren ist ein starker Antrieb notwendig, beispielsweise ein Hydraulikmotor oder auch ein Elektromotor. Die Welle 24· hat einen verbreiterten Sitz 26 für den Innenring des Kugellagers 23, trägt zwischen den beiden Lagern 22 und 23 eine Abstandsmuffe 27 und ist zusammen mit den Lagern mittels eines in das Gehäuse 21 geschraubten Halterings 28 in ihrer Lage geichert.

Von dem Sitz 26 leitet eine Radialstufe 29 über zu einem Endstück 30 der Welle, dessen Durchmesser kleiner ist als der des gelagerten Teil derselben. Der Durchmesser des Endstücks 30 entspricht dem Innendurchmesser des zu extrudierenden Rohrs, so daß das Endstück also als Dorn oder Formkern wirksam ist. Darüber hinaus bildet das Endstück 30 den Boden eines Durchlasses 31» dessen eine, in Fig. 3 linke, Seitenwand durch die Stufe 29 dargestellt ist. Damit entsprechen die Stufe 29 und das Endstück 30 der Welle dem eingangs erwähnten ersten Teil. Die andere, in Fig. 3 rechte Seitenwand des Durchlasses 31 ist durch die Stirnfläche 32 eines Formrings gebildet, welcher mittels zweier in gegenseitigem Abstand angeordneter Kugellager 34-, 35 im Gehäuse 21 gelagert ist. Der Formring 33 stützt sich mit einer Stufe 36 an dem einen Lager 34- ab, trägt zwischen den beiden Lagern 34-, 35 eine Abstandsmuffe 37 und ist durch einen in das Gehäuse 21 geschraubten Haltering 38 in seiner

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Lage gesichert. Die Drehachse D des Formrings 33 ist um einen kleinen Betrag gegenüber der Drehachse S der Welle 24 versetzt (Fig. 3)· Zwischen dem durch die Stirnfläche 32 begrenzten Endstück des Formrings 33 und dem Endstück 30 der Welle ist ein ringförmiger Extruderauslaß in Form eines Ringspalts 39 gebildet, dessen Achse mit der versetzten Achse D zusammenfällt.

Der Abschluß des Durchlasses 31 ist durch einen aus zwei Teilen 40, 42 zusammengesetzten, dem eingangs erwähnten zweiten Teil entsprechenden, feststehenden Schuh gebildet. Die Teile 40, 42 des Schuhs haben jeweils einen Steg 41 bzw. 43, dessen Breite im wesentlichen gleich der des durch die Stufe 29, die Stirnfläche und das Endstück 30 der Welle begrenzten Durchlasses ist und welcher in diesen hineinragt. Dabei nimmt die Tiefe, um welche die Stege 41, 43 in den Durchlaß 31 hineinragen, im Drehsinn der Welle stetig zu, so daß sich die Querschnittsfläche des an der Außenseite von den Stegen 41, 43 begrenzten Durchlasses im Drehsinn der Welle 24 von einem Ende zum anderen stetig verringert. (Fig. 4). Wie man in Fig. 4 ferner erkennt, erstreckt sich das Teil 40 des Schuhs mit seinem Steg über ca. 90° des Umfangs der Welle und begrenzt ein erstes Teil des Durchlasses, in welchem der Werkstoff einer Vorkompression unterworfen ist. Das Teil 42 des Schuhs erstreckt sich mit seinem Steg 43 über ca, 180° des Umfangs der Welle und bewirkt eine weitere Kompression des Werkstoffs sowie das Einführen desselben in den

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Extruderauslaß 39» bei dessen Durchströmung der Werkstoff, wie im folgenden erläutert, einem Radialdruck unterworfen wird. Die Teile 40, 42 des Schuhs begrenzen einen Einlaß für den zu ext rudi er enden Werkstoff F. Dieser kann ein Metallstab oder ein vorkomprimierter Strang aus einem verdichtbaren Material, etwa einem Metallpulver, einem keramischen Pulver, einem thermoplastischen G-rabulat od. dergl.sein. Das Gehäuse 21 hat an entsprechender Stelle eine öffnung 44 zum Einführen des Werkstoffs F. Der dem Durchlaß zugeführte Werkstoff F wird durch Reibung an der Stufe 29 und am durch das Endstück 30 der Welle gebildeten Boden des Durchlasses 31 mitgenommen und dabei aufgrund der Abnahme des Querschnitts des Durchlasses Je nach Materialart komprimiert, verdichtet oder weiter verdichtet. Die Drehung der Welle 24 wird über den den Durchlaß 31 ausfüllenden Werkstoff auf die Stirnfläche 32 des Formrings 33 übertragen, so daß dieser relativ zur Welle exzentrisch in Drehung versetzt wird. Die einzigen feststehenden Teile des Durchlasses 31 sind somit die ihn nach außen begrenzenden Innenflächen der Stege 41 und Die Reibung und der durch die abnehmende Höhe des Durchlasses 31 hervorgerufene Druck bewirken zusammen, daß der Werkstoff durch den Spalt 39 zwischen dem Formring und dem Endstück 30 der Welle extrudiert wird. Dabei wird der Werkstoff während seiner Bewegung durch den Extruderauslaß 39 aufgrund der exzentrischen Versetzung

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des Formrings 33 gegenüber dem Endstück 30 der Welle nochmals einem Druck unterworfen. Dieser Druck tritt als örtlicher Radialdruck auf und wandert um den ringförmigen Extruderauslaß herum, während sich der Formring mit der gleichen Drehzahl exzentrisch zum Endstück 30 der Welle dreht. Die Wandstärke 46 des extrudierten Rohrs entspricht damit im wesentlichen der kleinsten Breite des Spalts 39 zwischen dem Formring und dem Endstück 30 der Welle. Bei kontinuierlicher Zufuhr des Werkstoffs zum Durchlaß 31 wird das Rohr 45 auf diese Weise kontinuierlich extrudiert.

Unter gewissen Umständen, etwa beim Auftreten von Schlupf, kann es vorteilhaft sein, den Formring 33 unmittelbar anstatt über den Werkstoff im Durchlaß 31 anzutreiben. In diesem Falle kann der Formring 33 aus dem Gehäuse heraus verlängert und über ein Getriebe beispielsweise von der Welle 24 oder deren Antrieb aus vorzugsweise mit einer der der Welle 24 gleichen Drehzal angetrieben sein.

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Claims

Patentansprüche:

1. J Verfahren zum Herstellen eines Rohrs durch kontinuierliches Extrudieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu extrudierender Werkstoff einem zwischen ersten und zweiten Teilen gebildeten Durchlaß mit stetig abnehmendem Querschnitt zugeführt wird, und daß die ersten und zweiten Teile relativ zueinander bewegt werden, um den Werkstoff durch Reibung entlang dem Durchlaß zu transportieren und ihn durch einen an den Durchlaß anschließenden, mit ihm strömungsverbundenen, ringförmigen Extruderauslaß zu pressen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Werkstoff ein örtlicher Radialdruck ausgeübt wird, welcher während der Bewegung des Werkstoffs durch den ringförmigen Extruderauslaß um diesen herum wandert.

3. Vorrichtung zum Herstellen eines Rohrs durch kontinuierliches Extrudieren, gekennzeichnet durch einen mit dem zu extrudierenden Werkstoff (11, 12;F) gespeisten, sich stetig verkleinernden Querschnitt aufweisenden Durchlaß (7¹ ; 31) zwischen einem ersten, einen Teil des Durchlasses begrenzenden Teil und einem einen kleineren Teil des Durchlasses begrenzenden zweiten Teil (41, 43), relativ zu welchem das erste Teil (1,2,3; 24, 30) drehbar ist, und durch einen mit dem ersten und dem zweiten Teil

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zusammenwirkenden Formring (4; 33), welcher einen ringförmigen Extruderauslaß (6; 39) und im Zusammenwirken mit dem ersten Teil einen größeren Teil des Durchlasses begrenzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formring (4; 33) unabhängig von den ersten und zweiten Teilen (1,2,3; 24,30 bzw. 13; 41,43) drehbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formring (4; 33) gemeinsam mit dem ersten Teil (1,2,3; 24,30) oder durch Antriebsübertragung vom ersten Teil durch Reibung mit dem Extrusionswerkstoff antreibbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Formring (33) um eine gegenüber der Drehachse (S) des ersten Teils (24,30) versetzte Achse (D) drehbar ist, so daß er auf den Werkstoff einen örtlichen Radialdruck ausübt, welcher während der Bewegung des Werkstoffs durch den Extruderauslaß (39) um diesen herum wandert.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil aus zwei Teilen (8, 9) zusammengesetzt ist, und daß zwei im wesentlichen um 180° zueinander versetzte Einlasse für den zu extrudierenden Werkstoff (12) vorhanden sind.

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8. Vorrichtung nach, wenigstens einem der Ansprüche

bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil aus zwei Teilen (40, 42) zusammengesetzt ist, und daß nur ein Einlaß für den zu extrudierenden Werkstoff (F) vorhanden ist.

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