DE2903510B1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrischleitfaehiger granulierter,vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrischleitfaehiger granulierter,vorzugsweise pulvermetallurgischer WerkstoffeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger
granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, bei dem der Werkstoff in ein Gesenk
eingebracht, mittels laufender Hübe eines Stempels in einem Gesenk-Durchlaufkanal gegen einen durch einen
Abschnitt des dort bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand verdichtet, unter dem
Druck des Verdichtungshubes im Gesenk-Durchlaufka-
nal weitergeschoben, bei Erwärmung durch elektrische
Ströme gesintert und über ein Mundstück stranggepreßt wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine
Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einem Gesenk, das einen Gesenk-Durchlaufkanal
zum Durchschieben des Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des
Werkstoffes im Gesenk-Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges über ein Mundstück
aus dem Gesenk, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes in dem Gesenk-Durchlaufkanal
durch elektrische Ströme.
Es ist bekannt (DE-AS 27 33 009), pulvermetallurgische Werkstoffe in einem Gesenk kontinuierlich
strangzupressen, wobei innerhalb eines bestimmten Bereiches, in dem die Sinterung des verdichteten
Werkstoffes stattfindet, eine Aufheizung des Werkstoffes durch Induktion vorgesehen ist Die dabei erzeugten
induktiven Wirbelströme zur Aufheizung des bereits verdichteten Werkstoffstranges führen allerdings
hauptsächlich zur Erwärmung der verwendeten metallischen Gesenke und werden nur in geringem Maße selbst
auf der Oberfläche des Leiterstranges erzeugt. Die für die Sinterung erforderliche Aufwärmung des Gesamtstranges
geschieht somit im wesentlichen durch Wärmeleitung vom Gesenk bzw. der Strangaußenfläche
her in das Stranginnere. Dabei können gewisse Schwierigkeiten derart auftreten, daß die Innenquerschnitte
des Stranges nicht immer zuverlässig erreicht werden bzw. zumindest örtlich relativ stark unterschiedliehe
Temperaturfelder innerhalb des Werkstoffstranges auftreten. Die Wirkung der Induktionsheizung ist
dabei auch beschränkt auf den Ort, wo das elektromagnetische Feld der induktiven Heizanlage am Strang
angreift. Weiterhin ist für die relativ aufwendigen Induktionsheizungen ein ziemlich großer Platzbedarf
vorzusehen. Zudem sind induktive Heizungen auch nicht für alle elektrisch-leitfähigen Materialien einsetzbar,
sondern nur für solche, die magnetisierbar sind.
Es ist weiterhin aus der GB-PS 2 31 292 ein Verfahren zum diskontinuierlichen Strangpressen bekannt, bei
dem das Metallpulver zunächst in ein Gesenk eingegeben und mittels eines Stempels dort vorgepreßt
wird. Anschließend wird das solchermaßen vorgepreßte Pulver in einen dem Gesenk sich anschließenden
Sinterbereich eingeschoben und dort durch am Anfang und Ende des Sinterbereiches angeordnete Elektroden
mittels Stromdurchgangs erwärmt Schließlich wird das gesinterte Material durch eine Preßmatritze gedrückt
und zu einem Draht verformt Bei diesem Verfahren läßt sich zwar eine Erwärmung aller elektrisch-leitenden
Materialien ebenso wie eine gegenüber der induktiven Heizung gleichmäßigere Erwärmung des Stranges über
alle Leiterquerschnitte hinweg erzielen; allerdings ist ein Vorpressen des Metallpulvers auf hohen Druck vor
der Einführung in die Sinterzone erforderlich und überdies eine Erwärmung des Werkstoffstranges in
Abhängigkeit von dessen Verdichtungsgrad nicht möglich. Bei Betrieb der vorbekannten Anlage wird das
vorgepreßte Metallpulver durch eine Öffnung in der am Beginn der Sinterzone angeordneten Elektrode in den
Sinterbereich eingeführt und tritt am Ende der Sinterzone wiederum durch eine Öffnung in der
Elektrode am Ende des Sinterbereiches aus. Die Stromzu- oder -abführung des innerhalb der Sinterzone
befindlichen gepreßten Metallpulvers findet somit bei Eintritt des Werkstoffstranges in die Sinterzone längs
dessen Umfangsbereich (Außenumfang der Durchtrittsöffnung) und gleichermaßen beim Austritt aus der
Sinterzone statt. Hierdurch kann zwar ein gewisser Stromfluß innerhalb des zu sinternden Materiales in
Längsrichtung der Sinterzone erzeugt werden, eine gleichmäßige Erwärmung der Innenquerschnitte des
Werkstoffstranges kann wegen der nur an dessen Umfang vorgenommenen Stromzu- bzw. -abführung
noch immer nicht zuverlässig erreicht werden; es kann somit weiterhin auch zumindest örtlich noch immer zu
relativ stark unterschiedlichen Temperaturfeldern innerhalb des Werkstoffstranges kommen. Die Wirkung
der Heizung ist weiterhin auf den reinen Sinterbereich beschränkt, wobei durch dessen Nachschaltung hinter
den Kompressionsbereich das einzusetzende Gesamtwerkzeug eine recht merkliche Längenausdehnung
erfordert. Überdies ist die Bedienung der vorbekannten Einrichtung sehr umständlich und der apparative
Aufwand nicht unerheblich.
Ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei allen elektrisch leitenden Materialien eine besonders
gleichmäßige Erwärmung des im Gesenk befindlichen Stranges über alle Leiterquerschnitte hinweg durchführ- '
bar und überdies eine mit fallendem Verdichtungsgrad des Werkstoffstranges zunehmende Erwärmung desselben
erzielbar ist, wobei gleichzeitig der apparative Aufwand besonders klein gehalten werden soll
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß zum Sintern eine Erwärmung im gesamten jeweils zwischenstempel und Mundstück im Gesenk-Durchlaufkanal
befindlichen Werkstoff durch Erzeugung eines in Stranglängsrichtung gerichteten Stromes vorgenommen
wird. Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird somit innerhalb des im Gesenk befindlichen
Werkstoffstranges anstelle der bekannten induktiven Wirbelströme ein gerichteter Stromfluß erzeugt, der
über alle Leiterquerschnitte hinweg in Stranglängsrichtung fließt und dadurch auch innenliegende Leiterquerschnitte
unschwer erwärmt. Hierdurch läßt sich eine sehr gleichmäßige Erwärmung über alle Leiterquerschnitte
hinweg für jedes elektrisch-leitende Material erzielen. Bei der Erfindung wird die Erkenntnis
ausgenutzt, daß elektrisch-leitende Materialien, wie beispielsweise Metalle, Metalloide oder sogenannte
»Leiter zweiter Klasse« (z. B. Graphit), mit abnehmender Dichte einen deutlich ansteigenden elektrischen
Widerstand aufweisen. Dies beruht darauf, daß bei abnehmender Dichte die Kontaktstellen benachbarter
Teilchen geringer werden und damit dem fließenden Strom zunehmend ein höherer Widerstand entgegengesetzt
wird. Die dabei auftretenden Verluste werden nahezu ausnahmslos in Wärmeenergie umgesetzt. Unter
Ausnutzung dieser Erkenntnis wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit einer Verdichtung
der eingesetzten pulvermetallurgischen Erzeugnisse unter Druck und gleichzeitig einwirkender Temperatur
derart ausgenutzt, daß sich höchste Festigkeiten für den erzeugten Strang erzielen lassen. Da das Erreichen
dieser Festigkeitseigenschaften jedoch durch die Materialeigenschaften der werkzeugbildenden Teile begrenzt
ist, ist es wünschenswert, für die Herstellung von Sinterteilen (beispielsweise auf Eisenbasis) bei den
einzusetzenden Sintertemperaturen von ca. 1150°C gleichzeitig einen hohen mechanischen Druck aufzubringen.
Dies führt zu Teilen höchster Festigkeit und optimaler Dichte, wobei bislang das Erreichen dieses
Zieles an der Werkzeugfrage deshalb scheiterte, da zum einen auch hochwarmfeste Stähle bei solchen Temperaturen
keine Eigenfestigkeit mehr aufweisen, andererseits die einsetzbaren Keramikwerkstoffe, wie beispielsweise
Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, bei solchen Temperaturen zwar eine entsprechende Temperaturbeständigkeit
und Eigenfestigkeit aufweisen, jedoch nicht mehr In der Lage sind, auch nur geringe Zugspannungen
auszuhalten. Da solche Zugspannungen jedoch innerhalb eines Gesenkes beim Verpressen eines Werkstoffes
unvermeidbar eintreten, war bislang die gleichzeitige Anwendung hoher Drücke bei solchen Sintertemperaturen
nicht möglich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird hier eine Möglichkeit geschaffen, die zu
bislang ungekannt guten Eigenschaften des erzeugten Endstranges führt Beim Einsatz von Induktionsheizungen
wurde die Erwärmung elektrisch-leitender Werkstoffe auch dadurch begrenzt, daß die ggf. verwendeten
Stützwerkstoffe für die eingesetzte keramische Matrize innerhalb der Gesenkbohrung ebenfalls induktiv erregt
wurden und/oder bei hohen Temperaturen (z. B. über 10000C) keine für das Verpressen mehr ausreichende
Festigkeit aufweisen. Eine Widerstandsbeheizung von außen war aus gleichen Gründen bislang ebenfalls
ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, unter Ausnutzung der hohen thermischen
Druckfestigkeit von Keramik und deren elektrischen Isolationseigenschaften den steigenden Eigenwiderstand
elektrisch-leitender Materialien mit abnehmender Dichte für deren Eigenerwärmung auszunutzen. Dabei
nimmt die Temperatur innerhalb des verdichteten Stranges vom Druckstempel her zum Mundstück stark
ab, weil im Bereich des Mundstückes bereits die höchste Verdichtung vorliegt und gleichzeitig dort auch ein
ausgezeichneter Kontaktschluß gegeben ist. Andererseits wird wegen des auftretenden hohen Eigenwiderstandes
des am oberen Strangende zu verdichtenden, nachgefüllten Materiales während des Preßvorganges
eine sehr starke Eigenerwärmung gerade innerhalb dieses zu verdichtenden Materiales erzeugt und damit
eine Sinterung unter Druck ermöglicht, die zu den bemerkenswerten Festigkeitseigenschaften des erzeugten
Stranges führt
Vorzugsweise wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Stromfluß jedoch nicht gleichzeitig mit
der ersten Berührung des Druckstempels mit dem zu verdichtenden, oben im Gesenk befindlichen Werkstoff
ausgelöst, sondern vielmehr erst dann, wenn der Stempel bei jedem Verdichtungshub bereits etwa die
Hälfte seines Verdichtungshubes zurückgelegt hat. Hierdurch läßt sich vermeiden, daß, z. B. durch
Funkenüberschlag, ein Anbrennen des Pulvers an den Kontakten (Stempel, Mundstück) eintreten kann. Bei
Verwendung des Oberstempels als Gegenkontakt empfiehlt es sich somit, den elektrischen Strom erst
einzuschalten, wenn das zu verdichtende Material ca. 50% der erzielbaren Dichte erreicht hat.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der
Stromfluß entweder am Ende jedes Verdichtungshubes oder, manchmal besonders vorzugsweise, erst um eine
einstellbare Zeitspanne nach Beendigung des Verdichtungshubes unterbrochen wird. Hierdurch läßt sich
erreichen, daß im bereits verdichteten Material auch nach Beendigung des Verdichtungshubes immer noch
für einen gewissen Zeitraum Strom fließt und dadurch eine entsprechende Erwärmung stattfindet.
Vorzugsweise werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Spannung für den Erwärmungsstrom 2 bis
5 Volt eingesetzt, die sich aus der üblichen Netzspannung ohne Schwierigkeiten bei gleichzeitiger Erhöhung
des Stromflusses herabtransformieren lassen.
Es ist von Vorteil, wenn die Dauer der Zeitspanne zwischen Einschalten des Stromflusses und Beginn des
Verdichtungshubes und/oder Ausschalten des Stromflusses und Ende des Verdichtungshubes wiederum
einstellbar ist In manchen Fällen ist es besonders
ίο vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt des Einschal tens des
Stromflusses in Abhängigkeit von einem repräsentativen Wert für den Verdichtungsgrad des Werkstoffes
unterhalb des Stempels, d. h. des Werkstoffes zwischen Stempel und oberem Ende des bereits verdichteten
Stranges, eingestellt wird.
Eine weitere, vorteilhafte Möglichkeit zur Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die speziellen
Gegebenheiten des Einzelfalles besteht auch darin, daß die Geschwindigkeit des Stempels oder die Stärke des
Stromflusses durch den Werkstoff während des Verdichtungshubes gesteuert verändert wird. Dabei
wird vorzugsweise der Stromfluß mit anwachsendem Hubweg des Stempels vergrößert.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, elektrisch-leitende Materialien herzustellen,
deren Sintertemperaturen weit über den bisher erreichbaren Temperaturen liegen. So lassen sich z. B.
auch Eisenwerkstoffe, deren Sintertemperaturen im Bereich von ca. 11500C liegen, aus pulvermetallurgisehen
Werkstoffen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im kontinuierlichen Strangpreßverfahren
herstellen.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zu schaffen. Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen der Werkstoffe im Gesenk der
Stempel und das Mundstück mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden sind und die Wand des
Gesenk-Durchlaufkanales aus einem elektrisch nichtleitenden Material, vorzugsweise aus einem keramischen
Werkstoff, wie Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, besteht.
Für die Erzeugung von Hohlsträngen wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mit einem
Stempel aus einem zentral angeordneten Mitteldorn und einem relativ zu diesem bewegbaren und um ihn
herum angeordneten, zur Verdichtung des Werkstoffes
so im Gesenk vorgesehenen Oberstempel eingesetzt, wobei der Oberstempel aus elektrisch-leitendem Material
besteht und mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, während der Mitteldorn längs des
Bereiches, der mit dem Werkstoffstrang im Durchlaufkanal in Berührung kommt, eine Wandung aus
elektrisch nicht-leitendem Material aufweist. Hierdurch wird eine elektrische Isolation des Mitteldornes bei
gleichzeitig hoher Eigenfestigkeit unter Temperatur erreicht. Der Rest des Mitteldornes besteht vorzugsweise
aus Stahl, wobei dieser Stahlkern zur Erhaltung der Eigenfestigkeit des Mitteldornes etwa radial innerhalb
der Keramikhülse mit einer zusätzlichen Kühlung angerüstet sein kann. Der Oberstempel stellt hier den
für den Stromfluß erforderlichen Gegenkontakt dar.
Vorzugsweise wird der Oberstempel an einer Zwischenplatte befestigt, die sich ihrerseits unter
isolierender Zwischenschaltung einer Elastizität an einer mit dem Mitteldorn verbundenen Kopfplatte
abstützt. Vorteilhafterweise besteht dabei die Elastizität aus zwischen Kopfplatte und Zwischenplatte angeordneten
Tellerfedern, deren Auflagefläche auf der Zwischenplatte aus dünnwandigen, elektrisch nicht-leitenden
Hülsen besteht. Wesentlich ist dabei, daß eine elektrische Isolation zwischen Kopfplatte und Zwischenplatte
stets aufrechterhalten ist. Durch die Elastizität werden Kopfplatte und Zwischenplatte im
entspannten Zustand auf einem bestimmten Hubabstand gehalten, wobei die Federkraft vorzugsweise so
ausgelegt wird, daß nach ca. 30% des Hubweges die erforderliche Preßkraft für den ringförmigen Querschnitt
erreicht ist und dann bis zu maximal dem l,5fachen des errechneten Verdichtungsdruckes ansteigen
kann.
In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die nicht-leitende
Wandung des Mitteldornes kürzer als die Länge des Bereiches des Kontaktes zwischen Mitteldorn und
Werkstoff ausgeführt und der Mitteldorn nach Abschalten der Stromführung durch den Oberstempel seinerseits
an den entsprechenden Pol der Spannungsquelle anschließbar. Bei der Herstellung solcher rohrförmiger
Querschnitte ist es denkbar, Mitteldorn und Oberstempel abwechselnd stromführend zu halten. Durch
entsprechende Verkürzung der Keramikhülse in dem Gesenk kann der Mitteldorn nach dem Abschalten der
Stromführung des Oberstempels als stromführender Pol geschaltet werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht,
daß im bereits verdichteten Material nach wie vor ein Strom fließt und eine entsprechende Erwärmung
stattfindet. Dabei wird auch gleichzeitig die Amplitude des wahrscheinlich sinusförmigen Temperaturverlaufes
während des Preßvorganges etwas abgeschwächt.
Vorteilhafterweise werden bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen Kopf- und Zwischenplatte
Führungen· für die Relativbewegung beider Platten zueinander vorgesehen. Diese Führungen
können vorzugsweise aus gehärteten Stahlbolzen bestehen, die an der Kopfplatte befestigt sind und sich
durch in der Zwischenplatte angebrachte dünnwandige Hülsen hindurch erstrecken. Wesentlich ist auch hier
wieder, daß die elektrische Isolation zwischen Kopfplatte und Zwischenplatte trotz der Führungen und der
zwischengeschalteten Elastizität stets aufrechterhalten wird.
Bei einer anderen vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in die Matrize
aus elektrisch nicht-leitendem Material in deren mittlerer Höhe ein elektrisch leitender Ring eingelassen,
dessen Innenfläche mit der Innenfläche des Gesenk-Durchlaufkanales bündig abschließt. Anstelle des
Oberstempels wird dabei dieser Ring und das Mundstück mit den Polen einer Spannungsquelle
verbunden, wodurch unabhängig von der Bewegung des Oberstempels ein dauernder Stromfluß zwischen den
bereits verdichteten Metallpartikeln des im Gesenk befindlichen Werkstoffstranges fließen kann. Durch
geeignete Wahl der Höhenlage dieses Ringes innerhalb der Matrize können ggf. auch besondere Erwärmungs-Verhältnisse
in dem verdichteten Metallpulver erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 einen Prinzipquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines kontinuierlichen
Vollstranges;
F i g. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlstranges.
Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 ist eine Füllplatte 1 erkennbar, die oberhalb eines Gesenkes mit einem
Gesenk-Durchlaufkanal 2 angeordnet ist. Dieser Kanal 2 wird von einer Wandung 3 (Matrize) aus einem
elektrisch nicht-leitenden, vorzugsweise keramischen Material umgeben, das radial von außen durch eine
Stützwand 6 gehalten und abgestützt ist. Am unteren Ende der Öffnung des Durchlaufkanales 2 ist ein
Mundstück 4 eingesetzt, das eine sich radial nach innen hin etwas verjüngende Kalibrieröffnung aufweist. Ein
Stützring 5 dient zur Aufnahme der auf das Mundstück 4 wirkenden Kräfte während des Auspreßvorganges.
Weiterhin ist ein Stempel 8 vorgesehen, der von oben her zur Verdichtung des Materiales 7 in dem
Gesenk-Durchlaufkanal 2 dient. Der Stempel 8 und das Mundstück 4 sind (in F i g. 1 nicht gezeigt) mit den Polen
einer Stromquelle (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden. Bei der Herstellung eines Vollmateriales wird der
Oberstempel somit als Gegenkontakt verwendet, wobei der elektrische Strom erst in dem Augenblick
eingeschaltet wird, wenn das zu verdichtende Material etwa 50% der erzielbaren Dichte erreicht hat. Sobald
der Stempel 8 den vollen Verdichtungshub ausgeführt hat, wird er wieder nach oben abgezogen, dadurch der
Stromfluß im innerhalb des Gesenk-Durchlaufkanales 2 befindlichen Material 7 unterbrochen, von oben über die
Füllplatte neues Granulat in das Gesenk eingefüllt und anschließend der Stempel 8 wieder zur Durchführung
eines neuen Verdichtungshubes nach unten bewegt. Hierdurch ist die Herstellung eines kontinuierlichen
Stranges möglich, bei dem eine Sinterung bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hohem Druck stattfinden
kann, wobei durch den Stromfluß vom Mundstück 4 zum Stempel 8 und die dadurch bedingte Aufheizung
des gesamten innerhalb des Gesenkes befindlichen Strangabschnittes auch noch ein geringes Nachsintern
selbst bereits verdichteter und gesinterter Strangabschnitte bis zum Erreichen des Mundstückes 4 erfolgen
kann.
In F i g. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der die
kontinuierliche Herstellung rohrförmiger Körper möglich ist. Dabei ist wiederum eine Füllplatte 1 vorgesehen,
an die sich ein Gesenk mit einem Gesenk-Durchlaufkanal 2 anschließt, der wiederum von einer elektrisch
nicht-leitenden Matrize 3 umgeben ist, die sich ihrerseits radial außen über eine Stützwand 6 abstützt. Am
unteren Ende der Matrize 3 ist, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, ein Mundstück 4 aus elektrisch-leitendem
Material vorgesehen, das mit einem Pol einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Ein
Stützring 5 stützt das Mundstück 4 axial nach außen ab.
Anstelle des in F i g. 1 verwendeten einzigen Druckstempels
8 ist bei der hier gezeigten Ausführung eine Stempelanordnung vorgesehen, die aus einem Mitteldorn
8a und einem diesen radial umgebenden, relativ zum Mitteldorn verschiebbaren Oberstempel Sb besteht.
Dabei ist der Oberstempel Sb an einer Zwischenplatte 10 befestigt, während der Mitteldorn 8a
durch die Zwischenplatte 10 nach oben hindurchreicht und weiter oben an einer Kopfplatte 9 befestigt ist. An
der Kopfplatte 9 sind gleichzeitig aus gehärtetem Stahl bestehende Führungsbolzen 13 ber Gewinde 14
eingeschraubt. Diese Führungsbolzen 13 dienen zur Führung der Zwischenplatte bei einer Relativbewegung
zur Kopfplatte, wobei weiterhin Tellerfedern 11 um die Führungsbolzen 13 herum angeordnet sind, durch die
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Kopfplatte 9 und Zwischenplatte 10 in einem bestimmten Hubabstand voneinander gehalten werden. Dabei ist
die Federkraft so ausgelegt, daß nach etwa 30% des zwischen Zwischenplatte 10 und Kopfplatte 9 möglichen
Hubweges die erforderliche Preßkraft für den ringförigen Querschnitt erreicht ist und bei voller
Eindrückung des möglichen Hubweges bis zu maximal dem l,5fachen des errechneten Verdichtungsdruckes
ansteigen kann. Die als Führungen ausgebildeten Stahlbolzen 13 (von denen in Fig.2 nur einer
beispielshalber gezeigt ist) ragen zu einer präzisen Führung in sogenannte »Kugelhülsen« 20 hinein, die in
der Zwischenplatte 10 eingepreßt werden. Die zwischen Kopfplatte 9 und Zwischenplatte 10 erforderliche
elektrische Trennung wird dadurch erreicht, daß zwischen den Führungshülsen 20 und der Zwischenplatte
10 jeweils eine elektrisch nicht-leitende, dünnwandige Hülse 12 eingepreßt wird. Bei einer Relativbewegung
der Kopfplatte 9 zur Zwischenplatte 10 kann dabei jeder Führungsbolzen 13 innerhalb der Kugelhülsen 20
gleiten, wodurch eine genaue Führung der beiden Platten zueinander gewährleistet ist.
Der Mitteldorn 8a besteht aus Stahl, ist jedoch innerhalb des Sinterungs- und Verdichtungsbereiches
des im Gesenk befindlichen Werkstoffes mit einer Keramikhülse 15 umgeben. Damit wird eine elektrische
Isolation bei gleichzeitig hoher Eigenfestigkeit unter Temperatur erreicht. Der Stahlkern 16 innerhalb der
Keramikhülse 15 kann zur Erhaltung seiner Eigenfestigkeit mit einer zusätzlichen Kühlung ausgerüstet werden,
wozu sich jede übliche, geeignete Kühlung eignet. Den Gegenkontakt für den Stromfluß stellt bei dieser
Vorrichtung der Oberstempel 8b dar, der auf der beweglich angeordneten Zwischenplatte befestigt und
mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden ist.
Die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt (was gleichzeitig analog für die Arbeit der Vorrichtung
nach F i g. 1 gilt):
In den Gesenkaufbau wird zunächst ein ringförmiges Teil entsprechend dem Auslaßquerschnitt zwischen
Mundstück 4 und Mitteldorn 8a lose eingeführt, nachfolgend über die Füllplatte 1 granulierter Werkstoff
zugeführt und diskontinuierlich solange nachverdichtet, bis der ursprünglich eingebrachte Ring als sogenannter
»verlorener Kopf« ausgestoßen wird. Hiernach wird das Mundstück 4 einerseits und der Oberstempel 8b
andererseits an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen, wobei folgender Vorgang abläuft:
In dem zunächst kaltverdichteten Material mit relativ geringem Eigenwiderstand fließt der Strom vom
Mundstück 4 bis in den oberen Teil des im Gesenk befindlichen Werkstoffstranges, wo nur eine geringfügige
Aufschüttung des Pulvers vorliegt. Beim Aufwärtshub entlastet der an seinem Ende konisch ausgebildete,
mit einer Mutter 17 verschlossene Mitteldorn, der zuerst nach unten geführt wird, wonach dann eine Verdichtung
des Werkstoffes über den Oberstempel 8b erfolgt, während gleichzeitig der Oberstempel stromführend
wird. Während dieses Verdichtungsvorganges ist im langsam verdichteten Pulver der ursprünglich hohe
elektrische Widerstand abgebaut, wobei gleichzeitig eine entsprechende Umsetzung des Stromes in Wärme
erfolgt. Weiterhin kann jedoch noch ein Temperaturgefälle nachgewiesen werden, da die Verdichtung des
stranggepreßten Rohres zum Mundstück 4 hin zunimmt. Während der Oberstempel 8b nun gleichzeitig mit dem
Mitteldorn 8a eine parallel laufende Bewegung zur
weiteren Verdichtung des Werkstoffes bzw. zum Ausschieben des Werkstoffstranges im Gesenk 2
ausführt, findet über das Mundstück 4 eine Nachverdichtung von außen her statt.
Hierbei baut sich gleichzeitig der Druck der Federn 11 auf, bis der gesamte gewünschte Hubweg erreicht ist.
Beim nachfolgenden Entlastungsvorgang baut sich zunächst der Druck der Federn 11 ab, wodurch
gewährleistet ist, daß eine Kalibrierung des Rohres im Gesenk von innen her erfolgen kann. Zur gleichen Zeit
ruht aber noch der Druck des Oberstempels 8b auf dem Strang. Werden die beiden Stempel langsam wieder
hinaufbewegt, dann findet nur auf dem letzten Bewegungsabschnitt vor der kompletten Entlastung der
Federn 11 noch eine Bewegung des Mitteldorns 8a allein
statt, während der Oberstempel 8b keine Berührung mehr zum gepreßten Strang aufweist. In diesem
Augenblick setzt der Nachfüllvorgang ein.
Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, daß ein Auseinanderreißen des Stranges während der unterschiedlichen
Relativbewegung von Oberstempel 8b und Mitteldorn 8a zueinander sicher vermieden ist.
Bei diesem Verfahren wird die übliche Netzspannung von 220 Volt auf einen Wert zwischen 2 und 5 Volt bei
gleichzeitigem Fließen eines hohen Stromes herabtransformiert (Prinzip eines Schweißtransformators). Nach
etwa 50% des Verdichtungsweges wird dabei jeweils der Stromdurchfluß freigegeben, wodurch vermieden
wird, daß durch Funkenüberschlag ein Anbrennen des Pulvers an den Kontakten eintreten kann. Es können
aber auch Mitteldorn 8a und Oberstempel 8b abwechselnd stromführend gehalten werden, was aber eine
entsprechende Verkürzung der Keramikhülse des Mitteldornes voraussetzt, damit nach dem Abschalten
der Stromführung des Oberstempels 86 der Mitteldorn 8a auch tatsächlich als stromführender Pol geschaltet
werden kann. Hierbei kann erreicht werden, daß im bereits verdichteten Material nach wie vor ein Strom
fließt und eine entsprechende Erwärmung stattfindet.
Da selbst Graphit als »Leiter zweiter Klasse« den aufgezeigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten der
Abhängigkeit des Eigenwiderstandes vom Verdichtungsgrad unterliegt, ist es durchaus möglich, selbst
Graphitrohre nach dem aufgezeigten Verfahren herzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anstelle eines stromführenden
Oberstempels 8 bzw. 8b ein in die Matrize eingelassener Ring 21 verwendet, wie dies in Fig.2 in
gestrichelter Darstellung wiedergegeben ist. Dieser Ring 21 ist dann über eine Verbindungsmöglichkeit 22
zusammen mit dem Mundstück 4 mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden. Hierdurch kann ein andauernder
Stromfluß in dem Abschnitt des Werkstoffstranges im Gesenk 2, der sich zwischen dem Ring 22
und dem Mundstück 4 befindet, sichergestellt werden. Dieser Ring 21 wird dabei vorzugsweise etwa in der
Hälfte der Höhe der Matrize 3 angebracht, um auch bei aus dem Gesenk herausfahrendem Oberstempel 8b bzw.
8 einen kontinuierlichen Stromfluß innerhalb des dann noch im Gesenk verbleibenden Werkstoffstrang-Abschnittes
sicherzustellen, d. h. die Höhenlage des Ringes 21 innerhalb der Matrize 3 sollte so gewählt sein, daß
stets — auch bei ausgefahrenem Oberstempel 8b — leitender Kontakt mit dem im Gesenk 3 verbliebenen
Teil des Werkstoffstranges vorliegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (16)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise
pulvermetallurgischer Werkstoffe, bei dem der > Werkstoff in ein Gesenk eingebracht, mittels
laufender Hübe eines Stempels in einem Gesenk-Durchlaufkanal gegen einen durch einen Abschnitt
des dort bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand verdichtet, unter dem Druck
des Verdichtungshubes im Gesenk-Durchlaufkanal weitergeschoben, bei Erwärmung durch elektrische
Ströme gesintert und über ein Mundstück stranggepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Sintern eine Erwärmung im gesamten jeweils zwischen Stempel und Mundstück im Gesenk-Durchlaufkanal
befindlichen Werkstoff durch Erzeugung eines in Stranglängsrichtung gerichteten Stromes vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß bei jedem Verdichtungshub
erst ausgelöst wird, wenn der Stempel bereits die Hälfte seines Verdichtungshubes zurückgelegt
hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß am Ende jedes
Verdichtungshubes unterbrochen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß erst um eine einstellbare
Zeitspanne nach Beendigung des Verdichtungshubes unterbrochen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannung für den
Erwärmungsstrom 2 bis 5 Volt eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Einschaltens des
Stromflusses in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad des Werkstoffes eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit ■*«
des Stempels während des Verdichtungshubes gesteuert verändert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des
Stromflusses durch den Werkstoff während des Verdichtungshubes gesteuert verändert wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Gesenk, das einen
Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum ™
Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges
über ein Mundstück auf dem Gesenk, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes
in dem Gesenk-Durchlauf kanal durch elektrische 1^
Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des Werkstoffes (7) im Gesenk (2) der Stempel
(8; 8b) und das Mundstück (4) mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden und die Wand (3) des
Gesenk-Durchlaufkanales (2) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, wie Siliciumnitrid oder
Aluminiumoxid, besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch*), bei der zur Erzeugung von Hohlsträngen der Stempel aus einem
zentral angeordneten Mitteldorn und einem relativ b5
zu diesem bewegbaren und um ihn herum angeordneten, zur Verdichtung des Werkstoffes im Gesenk
vorgesehenen Oberstempel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberstempel (8b) aus
elektrisch leitendem Material besteht und mit dem einen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist,
während der Mitteldorn (8a) längs des Bereiches, der mit dem Werkstoffstrang im Durchlaufkanal (2) in
Berührung kommt, eine Wandung (15) aus elektrisch nicht-leitendem Material aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberstempel (fib) an einer
Zwischenplatte (10) befestigt ist, die sich ihrerseits unter isolierender Zwischenschaltung einer Elastizität
(11 bis 14) an einer mit dem Mitteldorn (8a) verbundenen Kopfplatte (9) abstützt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität zwischen Kopfplatte
(9) und Zwischenplatte (10) angeordnete Tellerfedern (11) aufweist, deren Auflageflächen auf
der Zwischenplatte (10) aus dünnwandigen, elektrisch nicht-leitenden Hülsen (12) bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-leitende Wandung (15) des Mitteldornes (15b) kürzer als die
Länge des Bereiches des Kontaktes zwischen Mitteldorn (15b) und Werkstoff (7) ausgeführt und
der Mitteldorn (15) nach Abschalten der Stromführung durch den Oberstempel (8b) seinerseits an den
entsprechenden Pol der Spannungsquelle anschließbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß Führungen (13) für
die Relativbewegung zwischen Kopf- (9) und Zwischenplatte (10) vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen aus an der
Kopfplatte (9) befestigten Stahlbolzen (13) bestehen, die sich durch die in der Zwischenplatte (10)
angebrachten dünnwandigen Hülsen (12) erstrecken.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 mit einem Gesenk, das einen Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des
Werkstoffes aufweist, mit einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im
Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges über ein Mundstück auf dem Gesenk, und
mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes in dem Gesenk-Durchlaufkanal durch elektrische
Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3) des Gesenk-Durchlaufkanales (2) aus einem elektrisch
nicht-leitenden Material besteht, daß in ihrem mittleren Bereich ein aus elektrisch-leitendem
Material bestehender Ring (21) eingelassen ist, dessen innere Ringfläche mit der Innenfläche des
Gesenk-Durchlaufkanales (2) bündig abschließt, und daß dieser Ring (21) und das Mundstück (4) mit den
Polen einer Spannungsquelle verbunden sind.
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