DE2754138A1

DE2754138A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen extrudieren

Info

Publication number: DE2754138A1
Application number: DE19772754138
Authority: DE
Inventors: Marc Moreau
Original assignee: Trefimetaux SAS
Current assignee: Trefimetaux SAS
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1977-12-05
Publication date: 1978-06-08
Also published as: ZA777286B; FR2373339B1; IE46272L; PT67368A; DK541277A; PT67368B; CH617604A5; SE7713786L; PL202657A1; FR2373339A1; NL7713533A; GB1571456A; ES464617A1; JPS5523682B2; FI773614A; BE861535A; CA1069466A; IT1088364B; GR62725B; LU78620A1

Description

IJR. INO. F. WUESTHOFK DH. B. ν. FKClI MAN N

UR. ING. D. BKUHKItS I)IlM.. IN«. R. KOKI¹Z

PATENTANWÄLTE

8OOO MUNCTIEN OO SCH W EIOE HSTHASSE 8 TBLBPOH (Ο88) 66 20 81

TBI..X 824070 27 54138 TBLBOBAMMBI PBOTBOTPATKHT MÜJiCHE»

1A-49 984

Patentanmeldung

Anmelder:

TREFIMETAUX

28, rue de Madrid

75008 Paris, Frankreich

Titel:

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren

809823/0916

DR. INfi. F. WUKSTHOFF DH. E. ν. PECH MANN DH. IN«;. I). UKHHKNS DIPL.. IN«. R. fiOETZ PATENTANWÄLTE

8OOO MÜNCHEN 9O SCIlWEIUtliSTRASSE 2 TELEFON (089) 66 21 TELBX S24070

TELKORAMMK ι PBOTEOTPATENT

1A-49 984

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren, das insbesondere bei Metallen und Legierungen anwendbar ist.

Die klassischen Verfahren der Kaltformgebung von Metalldrähten kreisrunden Querschnitts (auf Drahtzügen) oder beliebigen Querschnitts (im wesentlichen auf Ziehbänken) sind sehr alt. Ihre Nachteile sind bekannt:

Beim Umformen auf Drahtzügen muß zur Erzielung von großen Querschnittsabnahmen an einem warmgewalzten Ausgangsdraht eine ganze Folge von genauen und teueren Ziehsteinen verwendet werden, die häufig rascher Abnutzung unterliegen.

Beim Umformen auf Ziehbänken müssen mehrere Arbeitsgänge ausgeführt werden, um eine allmähliche Formgebung in Gruppen von sehr teueren Ziehsteinen zu erzielen.

Zahlreiche Metalle und Legierungen vertragen diese aufeinanderfolgenden Behandlungen schlecht und müssen, wie Messing, Zwischenbehandlungen und/oder, wie rostfreier Stahl oder Titan, Oberflächenbehandlungen zur Begrenzung der Ziehsteinabnutzung unterworfen werden.

809823/0915 ^/2

- J* - 49 984

075/I Zur Überwindung dieser Nachteile sind Verfahren vorgeschlage worden, bei denen die Querschnittsverkleinerung in einem einzigen Durchgang unter der Wirkung sehr hoher Drücke durchgeführt wird. Dies trifft insbesondere für die Verfahren zu, die in den FR-Patentschriften 2 128 843 und

2 197 665 und in den US-Patentschriften 3 911 705 und

3 934 446 beschrieben sind. Diese Verfahren beruhen jedoch auf der trocknen Reibung Metall auf Metall, die eine sehr starke Erwärmung der Vorrichtung und der behandelten Gegenstände, bei manchen Gegenständen bis zur Schmelztemperatur, hervorruft und eine hohe Antriebsenergie verlangt.

Es sind ebenfalls sogenannte hydrostatische Verfahren zum kontinuierlichen Extrudieren vorgeschlagen worden, bei denen ein Rohling unter der Wirkung eines unter sehr hohen Druck gesetzten viskosen fließfähigen Mediums durch eine Matrize gepreßt wird. Diese Verfahren weisen zahlreiche Vorteile auf, insbesondere

- die Möglichkeit zur Erzielung sehr großer Querschnittsabnahmen, auch bei wenig duktilen Metallen,

- die unter diesen Bedingungen gegebene Möglichkeit zur Erzielung eines stark kalt durchgearbeiteten Metalls, das somit mechanisch sehr fest ist,

- geringe Abnutzung der Werkzeuge,

- Fließen des Metalls ohne tote Zonen, daher gesunde Erzeugnisse, die im Kern frei von von der Oberfläche des Rohlings kommenden Einschlüssen sind.

Derartige Verfahren sind insbesondere bekannt aus den FR-Patentschriften 2 029 568 und 2 160 413t die den US-Patentschriften 3 667 267 bzw. 3 740 985 entsprechen und ein Verfahren beschreiben, für dessen Durchführung eine Vorrichtung von sehr großer Komplexität eingesetzt wird, ferner aus der DT-OS 26 55 207, die ein Verfahren angibt, dessen Durchführung ebenfalls kompliziert ist, und aus der GB-PS 1 430 623, gemäß welcher der Draht im Innern der Hochdruckkammer mit einer in der Kammer selbst angeordneten Ziehtrommel gezogen wird. Dieses letztgenannte Verfahren ist

809823/091 6

49 984

einfach durchzuführen, wenn mit einem verhältnismäßig wenig hohen Druck gearbeitet wird, jedoch ist die durch die Verwendung einer einzigen Kammer erreichbare Querschnittsabnahme für die Kaltverarbeitung der meisten Metalle viel zu gering. Die Anwendung von hintereinandergeschalteten Mehrfachkammern führt dann unter Berücksichtigung der eingesetzten Drücke zur Entwicklung einer extrem schweren und teueren Einrichtung.

Trotz des großen Interesses, das geweckt wurde, ist bis zur Stunde kein Verfahren zum n^SriSYa^isifiefi^xtrudieren in großtechnischem Maßstab verwirklicht und mit zufriedenstellendem Ergebnis durchgeführt worden. Die praktische Schwierigkeit, auf die bis heute die Forschungen auf dem Gebiet der Verfahren zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren gestoßen sind, besteht im wesentlichen im kontinuierlichen Einführen eines Gegenstandes von unbegrenzter Länge in eine Kammer, die ein unter sehr hohem Druck stehendes fließfähiges Medium enthält. Das Extrudieren des Gegenstandes durch eine Matrize hindurch, die außerhalb der Kammer mündet, geschieht dann spontan.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren, wobei die Vorrichtung eine Kammer aufweist, die ein unter sehr hohem Druck stehendes fließfähiges Medium enthält und in die der Gegenstand durch einen Antriebsrotor kontinuierlich eingeführt wird, wobei durch Ausnutzen des Druckes des genannten fließfähigen Mediums zwischen dem Gegenstand und den Wänden einer in den Rotor eingearbeiteten Nut eine Adhäsionskraft erzeugt wird, so daß zwischen dem zu extrudierenden Gegenstand und dem Rotor kein relatives Gleiten in der Antriebsrichtung auftritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren besteht darin, einen Rohling von unbegrenzter Länge zusammen mit einer beträchtlichen Menge eines viskosen fließfähigen Mediums in eine Nut einzuführen,

/4 809823/0916

-Jf- 19 984

die in einen Antriebsrotor eingearbeitet ist und in der der Rohling zwei getrennte konzentrische Zonen begrenzt, von denen die an der Außenseite, einem afi^e8en Rotor angepreßten Deckel bildenden Stator gegenüber gelegene Zone das unter hohem Druck stehende viskose fließfähige Medium durch eine Zuführvorrichtung direkt erhält, welche einen Druck erzeugt, der vom Einlauf, an dem Umgebungsdruck herrscht, bis zur Kammer, in der der Extrudierdruck herrscht, allmählich zunimmt und allgemein höher ist als der Druck, der in der zweiten Zone herrscht, welche an der Innenseite, am Boden der Nut gelegen ist, wobei dieser Druckunterschied auf den Rohling eine Kraft ausübt, die bestrebt ist, den Rohling in die Nut hineinzupressen, und eine Adhäsionskraft erzeugt, die ausreichend ist, damit die Bewegung des Rotors den Rohling schlupffrei vom hinteren, unter Umgebungsdruck stehenden Bereich bis nach vorn zum Einlauf einer unter hohem Druck stehenden Kammer mitnimmt, aus der der Rohling durch Extrudieren in einer Matrize austritt, die mit einer oder mehreren Düsen, fest oder demontierbar und ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.

Die Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren, welche die Durchführung des Verfahrens gestattet und ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist, hat zwei miteinander zusammenwirkende gleichachsige Bauteile, von denen das eine - bewegliche - Bauteil, der Rotor, eine an seiner Oberfläche eingearbeitete Rotations-Nut aufweist, die an die Gestalt des zu extrudierenden Rohlings angepaßt ist, und das andere - feststehende - Bauteil, der Stator, über einem ersten Sektor der den Rohling und ein viskoses fließfähiges Medium enthaltenden Nut einen gegenüber dem fließfähigen Medium im wesentlichen dichten Deckel bildet, weiterhin in einem dem ersten Sektor in Arbeitsrichtung nachgeschalteten zweiten Sektor der Nut eine Nase aufweist, die den Querschnitt der Nut vollständig abschließt und in diese exakt eingepaßt ist, um sie gegen das viskose fließfähige Medium ausreichend abzudichten, und eine Vorrichtung

/5 809823/0915

- fr- 49 984

hat, welche unter hohem Druck stehendes viskoses fließfähiges Medium, das von einem Druckerzeuger geliefert wird, der von bekanntem Typ sein kann, in die Nut einzuspeisen vermag, sowie eine Öffnung aufweist, die dem ersten Sektor der Nut gegenüber in der Nähe des zweiten Sektors angeordnet ist und über eine den Stator durchsetzende lange Leitung in eine Extrudierkammer mündet, die durch wenigstens eine Matrize hindurch nach außen mündet, wobei die Vorrichtung zum Einspeisen viskosen fließfähigen Mediums im ersten Sektor der Nut einen Druckgradienten erzeugt, der vom Einlauf, an dem Umgebungsdruck herrscht, bis zum Einlauf der Leitung verläuft, die in die unter Extrudierdruck stehende Kammer mündet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1, 2 und 3 Darstellungen des Prinzips der Erfindung,

Fig. 4 und 5 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Nut in den Umfang des Rotors eingearbeitet ist,

Pig. 6 und 7 eine andere Ausführungsform, bei der die Nut in die Fläche des Rotors eingearbeitet ist, die dem einen Deckel bildenden Stator gegenüberliegt,

Fig. 8 eine spezielle Formgebung des Deckels in dem dem Rohling gegenüberliegenden Bereich mit Anpassung an die Gestalt des Rohlings,

Fig. 9 eine vereinfachte Formgebung des Deckels,

Fig. 10 ein Diagramm, das die Verteilung der Drücke am Rohling längs des ersten Sektors der Nut zeigt, und

Fig. 11 und 12 einen vertikalen Schnitt durch js eine vollständige Vorrichtung nach der Erfindung, einschließlich der Hilfseinrichtungen, zum

/6 809823/091S

49 984

275A138

kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren, wobei die Vorrichtung gemäß Pig. 11 einen Stator hat, der nach dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Prinzip den Rotor umschließt, die Vorrichtung gemäß Fig. 12 einen Stator, der nach dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Prinzip die Gestalt eines flachen Deckels aufweist.

Anhand Fig. 1, 2 und 3 wird zuerst das Prinzip des Verfahrens erläutert.

In einen Rotor 1 ist eine in Fig. 1 im Schnitt dargestellte kreisförmige Nut 2 eingearbeitet. In der Nut 2 ist ein zu extrudierender Gegenstand 3 so angeordnet, daß er die beiden Seitenwände 4 und 4' und/oder den Boden 5 der Nut 2 berührt. Auf die Oberseite des Gegenstandes 3 wirkt der Druck P eines viskosen fließfähigen Mediums.

Der zu extrudierende Gegenstand 3» der hier mit einem kreisförmigen Querschnitt dargestellt ist, jedoch jeden anders gestalteten Querschnitt haben kann, ist an die Seitenwände 4 und 4' der Nut 2 auf dem Niveau der beiden Erzeugenden an Stellen X und Y angepreßt. In einer Innenzone 7 der Nut 2 herrscht ein Druck, der an allen Stellen kleiner als P oder, örtlich begrenzt, allenfalls gleich P ist und, wenn diese Innenzone 7 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dem Umgebungsdruck gleich sein kann.

Der zu extrudierende Gegenstand 3 unterteilt somit die Nut 2 in zwei Zonen, nämlich in eine Außenzone 6, in der ein Druck P herrscht, und in die Innenzone 7» in der ein Druck ρ herrscht.

Der Druck P verändert sich progressiv entlang der Nut 2. Betrachtet man einen Abschnitt von der Länge X am Gegenstand 3, dann ist der mittlere Druck hinter diesem Abschnitt gleich P_Q und der mittlere Druck vor diesem Abschnitt

809823/0915

49 984

gleich P₁, wobei die Angaben "hinter" und "vor" auf die Richtung der Bewegung bezogen sind, die dem Gegenstand 3 in Richtung der Extrudierkairaner erteilt werden soll. Auf den Abschnitt mit der Länge K wirken gemäß Fig. 2 die vier Drücke P, p, P und P₁, welche an diesem Abschnitt aufgetragene Kräfte erzeugen.

Die Voraussetzung, bei der dieser Abschnitt vom Rotor 1 schlupffrei angetrieben wird, ist, daß die Adhäsionskraft des Gegenstandes 3 in der Nut 2 wenigstens gleich ist der Widerstandskraft aufgrund des Gradienten des Druckes P, einer Kraft, die das Bestreben hat, ein Zurückgleiten dieses Abschnittes nach hinten hervorzurufen. Diese Bedingung kann unter Vernachlässigung insbesondere des Einflusses des mechanischen Eigenwiderstandes des Gegenstandes 3 in der folgenden Weise ausgedrückt werden:

(P - p)£. a- K> (P₁ - P₀) s, oder auch:

P - ρ Xp₁ - P₀)-

P der mittlere Druck ist, der in der Außenzone 6 der Nut über dem Gegenstand 3 herrscht,

ρ der mittlere Druck, der in der Innenzone 7 der Nut 2 unter dem Gegenstand 3 herrscht,

P der mittlere Druck, der in dem Bereich der Nut 2 herrscht, welcher am hinteren Ende des betrachteten Gegenstandsabschnittes gelegen ist,

P₁ der mittlere Druck, der in dem Bereich der Nut 2 herrscht, welcher am vorderen Ende des betrachteten Gegenstandsabschnittes gelegen ist,

X die Länge des betrachteten Abschnittes des Gegenstandes 3,

a die Breite der Nut 2 in dem Bereich, in dem sie vom Gegenstand 3 in die Außenzone 6 und die Innenzone 7 unterteilt ist,

s der Querschnitt des Gegenstandes 3,

K ein Adhäsionskoeffizient, der von der Gestalt und der Art der sich berührenden Flächen abhängig ist.

809823/0915

49 984

4% 2 7 5 Λ 1 3 8

Bei Betrachtung beispielsweise eines Abschnittes von 10 mm Durchmesser und 5 cm Länge eines metallischen Drahtes von ungefähr kreisrundem Querschnitt ergibt sich: t = 5 . 10~² m

a ~ 1O~² m

s- 0,8 · 10~⁴ m².

Gemäß den beim hydrostatischen Extrudieren gewonnenen Erfahrungen wird angenommen:

P₀ = 5000 « 10⁵ Pascal (5000 bar) P₁ = 6000 « 10⁵ Pascal (6000 bar) K = 0,1.

Die Gleichgewichtsbedingung wird geschrieben:

p - ρ > 1000 · io⁵.

5 ' 0,1

P - ρ > 1600 . 10⁵ Pascal (1600 bar). Diese Bedingung kann sehr leicht erfüllt werden.

Die gleichen Überlegungen gelten für den Pail, daßcter zu extrudierende Gegenstand einen anderen als kreisrunden Querschnitt hat, beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt 8. Die untere oder Innenzone 7, in der der niedrige Druck ρ herrscht, ist hier gemäß Pig. 3 in Form von Kanälen 9 ausgebildet, die in den Boden 5 der Nut 2 eingearbeitet sind.

Es ist in diesen verschiedenen Fällen also möglich, einen bei Umgebungsdruck erfaßten Gegenstand mittels eines Rotors schlupffrei anzutreiben und ihn in eine Extrudierkammer einzuführen, die ein unter sehr hohem Druck stehendes fließfähiges Medium enthält.

Die auf der Verwirklichung dieser Überlegungen beruhende Erfindung unterscheidet sich somit von den bekannten Verfahren,

809823/0915 ^/9

-9"'- 49 984

bei denen beim Antrieb des Rohlings sehr große Reibung Metall auf Metall mitspielt.

Bei der in Fig. 4 im Schnitt rechtwinklig zur Achse 0 eines Rotors 10 dargestellten Vorrichtung tritt ein zu extrudierender Gegenstand 11 am Einlauf 12 an der Stelle N in den ersten Sektor einer Nut 13 ein, die in den Rotor 10 eingearbeitet ist. Der erste Sektor der Nut13 erstreckt sich etwa zwischen den Radien OA und OB. An der Stelle N sind die weiter oben schon definierten Drücke P und ρ dem Umgebungsdruck gleich. Das viskose fließfähige Medium wird unter dem Extrudierdruck über einen Einfüllatvtzen 15, der einen Stator 16 durchdringt, in eine erste konzentrische Zone 14 eingeleitet. Die Nut 13 ist in dem zwischen den Radien OB und OC gelegenen zweiten Sektor durch eine Nase 17 des Stators 16 gegen das fließfähige Medium im wesentlichen dicht abgeschlossen.

Der zu extrudierende Gegenstand oder Rohling 11 muß bei Auslösen des Arbeitsvorganges in eine lange Leitung 18, in eine Extrudierkammer 19 und in den Einlauf einer Matrize 20 eingesetzt sein. Mit "Extrudierkammer" ist der Abschnitt der Leitung 18 bezeichnet, der sich in Arbeitsrichtung unmittelbar vor der Matrize 20 befindet. Die Extrudierkammer 19 kann hinsichtlich der Gestalt und der Abmessungen wahlweise gleich oder sehr verschieden von der Leitung 18 sein, ohne daß der Extrudiervorgang dadurch beeinflußt würde. Die Matrize ist mit einem Dichtglied 21 am Ende der Leitung 18 abdichtend befestigt; auf diese Weise ist der Druck des fließfähigen Mediums auf der ganzen Länge der Leitung 18 und in der Extrudierkammer 19 konstant und gleich

Es ist möglich, einen oder mehrere Einfüllstutzen, z.B. einen Einfüllstutzen 22 vorzusehen, mit dem bzw. denen sich viskoses fließfähiges Medium mit einem Druck P' einspritzen läßt, dessen Höhe zwischen der des Umgebungsdruckes und des hohen Druckes P„_x liegt.

809823/0915

49 984

In Fig. 5, die einen Querschnitt in einer Ebene zeigt, die auf der Höhe des Einfüllstutzens 15 durch die Achse O geht, ist zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 16 in Dichtungg^ zonen Z₁ und Z₂ eine Trennfuge zu erkennen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit größer gezeichnet ist, als sie in Wirklichkeit ist. In der Praxis läßtHfch in Hundertstelmillimetern messen. Gleiches gilt für alle nachfolgend beschriebenen Figuren.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine and ere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Rotor und der Stator nicht mehr mit ihrem Außen- bzw. Innenumfang miteinander zusammenwirken, sondern mit ihren zur Drehachse rechtwinkligen Flächen 23 und 24. In die mit der Fläche 24 des Stators zusammenwirkende Fläche 23 des Rotors ist eine Nut 25 eingearbeitet. Der auf die Drehachse bezogene rechte Teil der Fig. 6 ist ein Halbschnitt durch den Einspritzkanal oder Einfüllstutzen 15 für viskoses fließfähiges Medium, der am in Arbeitsrichtung vorderen Ende des ersten Sektors der Nut 25 angeordnet ist. Der linke Teil der Fig. 6 ist ein Halbschnitt durch eine Nase 27 zum Abschließen der Nut 25 in ihrem zweiten Sektor. In einer Außenzone 28 herrscht der Druck P, in einer Innenzone 29 der Druck p.

Fig. 7 zeigt in einer zur Drehachse rechtwinkligen Ebene eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 6. Der Rohling 11 läuft links in die Nut 25 des Rotors ein und tritt als gezogenes Erzeugnis 26 aus der Matrize 20 aus.

Sowohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 als auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6, 7 und 8 ist die Differenz P - ρ abhängig von der Höhe des in die Außenzone 14 bzw. 28 der Nut 13 bzw. 25 eingeleiteten Druckes P, von der Anordnung der Einspritzstellen bzw. Einfüllstutzen 15 bzw. 22, falls mehrere davon vorhanden sind, und vom Querschnitt und der Gestalt der Innen- und Außenzonen 29 bzw. 14 und 28 der Nut I3 bzw. 25.

/11 809823/0915

49 984

Das Diagramm in Fig. 10 zeigt die Verteilung der Drücke P und ρ in einem speziellen Fall, wo zwei Zuführungen für fließfähiges Medium vorhanden sind, eine an einer Stelle M (Fig. 4) mit dem Extrudierdruck Pg_x, die andere an einer Stelle R mit dem Druck Ρ·=ρ_.,/2. Die Stelle M entspricht der Öffnung zum Einspritzen des unter dem hohen Druck P_„ stehenden viskosen fließfähigen Mediums am in Arbeitsrichtung vorderen Ende des ersten Sektors der Nut. Die Stelle N entspricht der Einlaufstelle für den zu extrudierenden Gegenstand in die Nut am hinteren Ende des ersten Nutsektors. Die Stelle R entspricht der Öffnung zum Einspritzen des unter dem Druck P¹ = Pjrjr/2 stehenden viskosen fließfähigen Mediums.

Die Differenz P - ρ ist stets verhältnismäßig groß, außer an der Stelle N, wo P = ρ = Umgebungsdruck, und an der Stelle M, wo die Gleichheit von P und ρ notwendig ist, damit der zu extrudierende Gegenstand aus der Nut austreten kann, um in die Leitung 18 in Richtung der Extrudierkammer 19 einzudringen.

Die Kurve P hat weniger stark ausgeprägte Krümmungsradien als die Kurve p. Dies geht darauf zurück, daß der Querschnitt des von der Außenzone der Nut gebildeten axialen Leckkanals in Arbeitsrichtung von hinten nach vorn zunimmt. Diese Erscheinung kann durch eine entsprechende maschinelle Bearbeitung des Stators herbeigeführt werden, sie neigt jedoch zu spontanem Auftreten aufgrund der Tatsache, daß die Wände des Kanals unter der Wirkung der vom viskosen fließfähigen Medium ausgeübten Drücke elastisch nachgeben. Umgekehrt neigt der Querschnitt des innen gelegenen Kanals wegen des Anpressens des Rohlings an den Boden der Nut dazu, sich in Arbeitsrichtung von hinten nach vorn zu verkleinern.

Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsfora: ist es möglich, das Profil des Endes 30 desjenigen Abschnitts des Deckels, der dem ersten Sektor der Nut 25 gegenüberliegt, gemäß Fig. 8 so zu gestalten, daß der Querschnitt der Außenzone 28 verkleinert wird, was den Verlustmengendurchsatz des fließfähigen Mediums in der der Vorschubbewegung des zu extrudierenden Gegenstandes entgegengesetzten Richtung merklich verringert. 809823/091B

9 984

754138

Andererseits ist es möglieft, die Konstruktion des Stators gemäß Fig. 9 zu vereinfachen, wo die Dichtheitszonen z.B. auf Z₂ örtlich begrenzt sind.

Die beiden Möglichkeiten können miteinander kombiniert werden.

Die Gesamtverlustmenge des Systems wird durch Pumpeneinrichtungen ausgeglichen, die nach eventueller Reinigung, Filtrierung und Temperaturregulierung die Wiedereinspritzung des viskosen fließfähigen Mediums besorgen, das an den verschiedenen Trennfugen zwischen dem Rotor, dem Stator und dem zu extrudierenden Gegenstand ausgetreten war, Trennfugen, die für ein normales Funktionieren der Vorrichtung unerläßlich sind, die jedoch in bekannter Weise so stark wie möglich verkleinert werden sollten, damit die von den Pumpeneinrichtungen aufgenommene Leistung nicht zu groß ist. Im gleichen Sinne soll das Hydraulikfluid eine verhältnismäßig hohe Viskosität aufweisen.

Fig. 11 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine vollständige Vorrichtung zum hydrostatischen Extrudieren nach der Erfindung in der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform. Der Rotor 31 ist durch einen Untersetzungs-Getriebemotor 32 in Drehung antreibbar. Der Stator 33 ist durch den Arbeitszylinder in Arbeitsstellung verfahrbar und in dieser festhaltbar. Der Rohling 33 läuft in die Extrudiervorrichtung am Einlauf 36 ein, und der extrudierte Draht 37 tritt aus der Matrize 38 aus. Das unter dem hohen Druck Pg_x stehende viskose fließfähige Medium wird an einer Einfüllstelle 39 am in Arbeitsrichtung vorderen Ende des ersten Sektors der Nut im Rotor durch einen Tandem-Druckübersetzer 40 eingespritzt, der selbst von der Mitteldruckpumpe 41 gespeist wird.

Ein zweiter Tandem-Druckübersetzer 42 speist eine Zwischeneinfüllstelle 43 mit einem Druck P*, der, wie weiter oben erläutert, kleiner ist als P™. Der Tandem-Druckübersetzer 42 wird ebenfalls von der Mitteldruckpumpe 41 gespeist.

/13 809823/0916

49 984

Die gesamte Vorrichtung ist über einem Graben 44 angeordnet, in den das aus den verschiedenen Leckstellen kommende viskose fließfähige Medium abläuft und in dem eine Vorrichtung von bekanntem Typ zum Regulieren der Temperatur des fließfähigen Mediums angeordnet sein kann. Das von der Niederdruckpumpe 45 angesaugte viskose fließfähige Medium gelangt nach Fixierung in den Niederdruckspeicher 46, aus dem die Tandem-Druckübersetzer 40 und 42 gespeist werden.

Der Arbeitszylinder 34, der den Stator 33 in Stellung und in Anlage bringt, wird aus derselben Quelle wie die Tandem-Druckübersetzer 40 und 42 gespeist. Daher ist die Kraft, mit der der Stator 33 am Rotor 31 gehalten wird, dem Extrudierdruck proportional, was einen genauen Ausgleich der auf den Rotor 31 und den Stator 33 wirkenden Trennkraft gestattet.

Fig. 12 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine andere vollständige Vorrichtung zum hydrostatischen Extrudieren nach der Erfindung. In Pig. 12 sind alle Bauteile, die die gleichen Aufgaben erfüllen, mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 11 bezeichnet. Die eigentliche Extrudiervorrichtung ist von dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Typ. Die Leckmengen des fließfähigen Mediums werden in einem Kasten 47 aufgefangen, der eine Umlenkplatte 48 und eine nicht gezeichnete Vorrichtung bekannter Ausbildung für die Temperaturregulierung aufweist; aus dem Kasten 47 wird das fließfähige Medium von der Niederdruckpumpe 45 angesaugt und in den Niederdruckspeicher 46 zurückgeleitet.

BEISPIEL

Übereinstimmend mit Fig. 11 und dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Prinzip wurde eine Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren gebaut, mit einem Rotor von 500 mm Durchmesser (gemessen am Boden der Nut), der mit einem synthetischen Öl auf Polyoxyäthylen-Basis mit einer Viskosität von 500 St. bei 20 ⁰C gespeist wurde.

/H 809823/091 5

49

27

84

4138

Bei einem ersten Versuch wurde ein Rohling aus unlegiertem Kupfer von 10 mm Durchmesser eingeführt und die Vorrichtung wurde mit viskosem fließfähigem Medium unter einem Extrudierdruck von etwa 16 kbar gespeist. Die Austrittsmatrize hatte einen Durchmesser von 1,6 mm.

Die Drehgeschwindigkeit des Rotors war auf 34 UpM eingestellt, was einer Einlaufgeschwindigkeit des Rohlings von 0,9 m/s und einer Austrittsgeschwindigkeit des auf den Durchmesser 1,6 mm extrudierten Drahtes von 35 m/s entspricht.

Fahrend des Betriebes betrug der mittlere Verlustmengendurchsatz des viskosen fließfähigen Mediums 30 ml/s* Auf diese Weise wurde ein Draht erzielt, dessen Oberfläche keinen Fehler aufwies und der völlig frei von Einschlüssen war.

Bei einem zweiten Versuch wurde ein Rohling aus Messing der Qualität UZ 15 (15# Zink-Anteil) mit 10 ma Durchmesser eingeführt. Für die Querschnittsäbnahme wurde der Faktor 3 festgelegt (Querschnitt beim Einlauf S » 78,5 mm , Querschnitt beim Austritt s = 25,5 mm j Rechteckprofil von etwa 8,5 x 3 mm). Die Drehgeschwindigkeit war auf 34 UpM eingestellt, die Einlaufgeschwindigkeit des Rohlings betrug 6,9 m/s, und die Austrittsgeschwindigkeit des extrudierten Profils 2,8 m/s. Das viskose fließfähige Medium wurde unter einem Druck von etwa 8 kbar eingeleitet, der Verlustmengendurchsatz hatte die Größenordnung von 25 ml/s* Der extrudierte Draht hatte eine ausgezeichnete Oberflächengüte und zeigte weder Einschlüsse noch Oxydationsspuren. Die mechanischen Eigenschaften entsprachen denen eines kaltverformten Metalls.

Gegenüber den Verfahren zum hydrostatischen Extrudieren

und insbesondere gegenüber der DT-OS 26 21 581 hat die

Erfindung u.a. folgende Vorteile:

- Die Matrize ist außerhalb der Nut angeordnet, so daß ihre Gestalt und ihre Außenabmessungen optimal festgelegt werden können, ohne durch die sehr kleinen Abmessungen der Nut eingeschränkt zu sein, und sie bequem montiert und demontiert werden kann.

809823/0915 /15

49 984

- Der schlupffreie Antrieb des Rohlings durch den Rotor gestattet es, auf eine Längeneinheit eine sehr große Antriebskraft zu entwickeln und in der Praxis einen Antriebsrotor verringerter Abmessungen zu verwenden (z.B. im Falle eines Rohlings von 10 mm Durchmesser einen Rotor von 500 mm Durchmesser statt 2000 mm wie in der DT-OS 26 21 581 angegeben). Das Verfahren und die Vorrichtungen zum hydrostatischen Extrudieren gemäß der vorstehenden Beschreibung eignen sich sowohl zum Extrudieren von Metallen und Legierungen selbst von geringer Duktilität als auch zum Extrudieren unterschiedlicher Werkstoffe, z.B. von Kunststoffen. Sie lassen sich in einem weiten Temperaturbereich einsetzen, der abhängig ist von der Natur des extrudierten Werkstoffs, vom viskosen fließfähigen Medium und von den Werkzeugen.

Aus verschiedenen Gründen, insbesondere zum besseren Ausgleichen der wirksamen hydraulischen Kräfte, zur Steigerung oder zur Diversifikation der Fertigung, ist es bei der in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform möglich, gleichzeitig oder alternativ mehrere Vorrichtungen nach der Erfindung einzusetzen, wobei bestimmte Bauteile gemeinsam verwendet werden, z.B. die Hochdruckerzeuger oder der Rotor, der eine Nut aufweisen kann, die mit einem als Stator wirkenden Deckel aus mehreren Bauteilen abgedeckt ist, und sogar mehrere Nuten von gleicher oder ungleicher Ausbildung haben kann, von denen jede mit einem Deckel aus einem oder mehreren Bauteilen abgedeckt ist, die als Stator wirken. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig oder nacheinander zwei oder mehrere Rohlinge extrudieren.

Zur Verbesserung der Maßbeständigkeit des Rohlings oder zum Entfernen der Haut des Rohlings, die schleifend wirkende Teilchen abgibt, welche das viskose fließfähige Medium verunreinigen, kann es vorteilhaft sein, den Rohling vor seinem Einlaufen in die Nut in wenigstens einem Arbeitsgang abzuschaben oder zu profilieren. Die vom Rotor aufgebrachte

/16

809823/0915

- Λ?- 49 984

Antriebskraft kann ausgenutzt werden, um den Rohling durch die Schab- oder Profiliervorrichtung hindurchzuziehen, die von beliebiger bekannter Ausbildung sein kann.

Es ist ebenfalls möglich, zusammengesetzte oder Verbundstoffe durch gemeinsames Fließpressen mehrerer voneinander verschiedener Einzelstoffe zu extrudieren, die gemeinsam
in die Hut des Rotors eingeführt und im Augenblick ihres Durchlaufes durch die Extrudiermatrize fest zusammengepreßt werden. Auf diese Weise läßt sich z.B. ein kupferummanteltes Aluminiumprofil herstellen, ausgehend von einem Kern aus Aluminium, um den eine Kupferfolie angeordnet worden ist.

809823/0915

Claims

1A-49 984 PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren eines

Rohlings von unbegrenzter Länge in einen Gegenstand von ebenfalls unbegrenzter Länge» jedoch verschiedenen Querschnitts, dadurch gekennzeichnet , daß der Rohling (11) zusammen mit einer beträchtlichen Menge eines viskosen fließfähigen Mediums in eine Nut (13) eingeführt wird, die in einen Antriebsrotor (10) eingearbeitet ist und in der der Rohling (11) zwei getrennte konzentrische Zonen (14) begrenzt, von denen die an der Außenseite, einem einen an den Rotor (10) angepreßten Deckel bildenden Stator (16) gegenüber gelegene Zone (14) das unter hohem Druck stehende viskose fließfähige Medium durch eine Zuführvorrichtung (Einfüllstutzen 15) direkt erhält, welche einen Druck (P) erzeugt, der vom Einlauf (12), an dem Umgebungsdruck herrscht, bis zur Kammer (19)» in der der Extrudierdruck (Ρτ?γ) herrscht, allmählich zunimmt und allgemein höher ist als der Druck (p), der in der zweiten Zone herrscht, welche an der Innenseite, am Boden der Nut (13) gelegen ist, wobei dieser Druckunterschied (P - p) auf den Rohling (11) eine Kraft ausübt, die bestrebt ist, den Rohling (11) in die Nut (13) hineinzupressen, und eine Adhäsionskraft erzeugt, die ausreichend ist, damit die Bewegung des Rotors (10) den Rohling (11) schlupffrei vom hinteren, unter umgebungsdruck stehenden Bereich nach vorn zum Einlauf einer unter hohem Druck stehenden Kammer (19) mitnimmt, aus der der Rohling (11) durch Extrudieren in wenigstens einer Düse einer Matrize (20) austritt.

/2

809823/0915

ORIGINAL INSPECTED

- 2 - 49 984

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose fließfähige Medium in die Nut (13) durch wenigstens eine in den Stator (16) eingearbeitete Öffnung unter einem hohen Druck eingeführt wird, der von einem Druckerzeuger (Tandem-Druckübersetzer 40; 42) von bekanntem Typ erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Rohling (11) vor dem Einlaufen in die Nut (13) des Rotors (10) in wenigstens einem Arbeitsgang abgeschabt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (11) vor dem Einlaufen in die Nut (13) des Rotors (10) in wenigstens einem Arbeitsgang profiliert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose fließfähige Medium, das aus der Vorrichtung durch die verschiedenen, zu ihrem Funktionieren unerläßlichen Trennfugen austritt, aufgefangen und in den Kreis des Hochdruckerzeugers (40; 42) wieder eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß dank des Vorhandenseins eines aus zwei gleichen Bauteilen zusammengesetzten Stators zwei Rohlinge gleichzeitig extrudiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß dank des Vorhandenseins eines wenigstens zwei Nuten aufweisenden Rotors und eines die Nuten abdeckenden Deckels aus wenigstens zwei Bauteilen, von denen jedes als Stator wirkt, wenigstens zwei Rohlinge gleichzeitig extrudiert werden.

/3 809823/0915

- 3 - 49

8. Vorrichtung zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren eines

Rohlings ■ von unbegrenzter Länge in einen . Gegenstand von ebenfalls unbegrenzter Länge, jedoch verschiedenen Querschnitts, gekennzeichnet durch zwei miteinander zusammenwirkende gleichachsige Bauteile, von denen das eine - bewegliche - Bauteil, der Rotor (10), eine an seiner Oberfläche eingearbeitete Rotations-Nut (13) aufweist, die an die Gestalt des zu extrudierenden Rohlings (11) angepaßt ist, und das andere feststehende - Bauteil, der Stator (16), über einem ersten Sektor der den Rohling (11) und ein viskoses fließfähiges Medium enthaltenden Nut (13) einen gegenüber dem fließfähigen Medium im wesentlichen dichten Deckel bildet, weiterhin in einem der ersten Sektor in Arbeitsrichtung nachgeschalteten zweiten Sektor der Nut (13) eine Nase (17) aufweist, die den Querschnitt der Nut (13) vollständig abschließt und in diese exakt eingepaßt ist, um sie gegen das viskose fließfähige Medium ausreichend abzudichten, und eine Vorrichtung (Einfüllstutzen 15) hat, welche unter hohem Druck stehendes viskoses fließfähiges Medium, das von einem Druckerzeuger (Tandem-Druckübersetzer 40; 42) geliefert wird, der von bekanntem Typ sein kann, in die Nut (13) einzuspeisen vermag, sowie eine Öffnung aufweist, die dem ersten Sektor der Nut (13) gegenüber in der Nähe des zweiten Sektors angeordnet ist und über eine den Stator (16) durchsetzende lange Leitung (18) in eine Extrudierkammer (19) mündet, die durch wenigstens eine Düse einer Matrize (20) hindurch nach außen mündet, wobei die Vorrichtung (15) zum Einspeisen viskosen fließfähigen Mediums im ersten Sektor der Nut (13) einen Druckgradienten erzeugt, der vom Einlauf (12), an dem Umgebungsdruck herrscht, bis zum Einlauf der Leitung (18) verläuft, die in die unter Extrudierdruck (P™) stehende Kammer (19) mündet.

/4 809823/0915

- 4 - 49 984

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Extrudieren mit einer Matrize (20) geschieht, die demontierbar und von außerhalb des Stators (16) zugänglich ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Matrize von wenigstens zwei demontierbaren Bauteilen gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren mit einer Matrize geschieht, die wenigstens zwei Pließkanäle aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor eine Nut aufweist, die mit einem Deckel aus wenigstens zwei gleichen Bauteilen abgedeckt ist, von denen jedes als Stator wirkt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor wenigstens zwei Nuten aufweist, die mit einem Deckel aus wenigstens zwei Bauteilen abgedeckt sind, von denen jedes als Stator wirkt.

14. Anwendung des Verfahrens zum kontinuierlichen hydrostatischen Extrudieren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Rohling von mehreren, voneinander verschiedenen Einzelstoffen gebildet ist, die in die Nut des Rotors zusammen eingeführt und bei ihrem Durchlauf durch die Extrudiermatrize fest zusammengepreßt werden.

909823/0915