DE4120166C2 - Strangpreßwerkzeug zur Herstellung eines Hartmetall- oder Keramikstabes mit gedrallten Innenbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strangpreßwerkzeug zur Herstellung eines Hartmetall- oder Keramikstabes mit mindestens einer ge­ drallten Innenbohrung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hartmetall- oder Keramikstäbe mit gedrallten, d. h. schrauben­ förmigen, Innenbohrungen, werden beispielsweise zu Bohrern weiterverarbeitet. Die gedrallten Innenbohrungen bilden dabei die späteren Spül- bzw. Kühlkanäle zur Heranführung des Kühl- und Spülmittels. Aus der EP 0 118 035 ist es bekannt, den aus der Strangpreßeinrichtung austretenden Rohling mittels ent­ sprechender Verdrilleinrichtungen mit einer auf den Material­ fluß, auf die gewünschte Bohrergeometrie und auf den Wendel­ verlauf der Kühlkanäle abgestimmten Winkelgeschwindigkeit zu verdrillen. Hierfür werden neben dem eigentlichen Strangpreß­ werkzeug noch zusätzliche Verdrilleinrichtungen und hierauf abgestimmte Steuer- und Regelorgane benötigt. Durch die von außen an dem aus dem Strangpreßwerkzeug austretenden Rohling angreifende Verdrilleinrichtung kommt es zu unerwünschter Bildung von Riefen, Anpreßmarken und Einschnürungen. Aus der DE 36 00 681 A1 ist ein Strangpreßwerkzeug bekanntgeworden, bei dem die Strangpreßmasse bereits während des Strangpreß­ vorgangs wendelförmig verdrillt wird. Zu diesem Zweck weist das Strangpreßwerkzeug eine Düse auf, an deren Innenmantel wenigstens ein in Preßrichtung wendelförmig verlaufender Steg angeordnet ist, der der durch die Düse gepreßten Strangpreß­ masse von radial außen her eine Drallbewegung aufzwingt. Zur Bildung der gedrallten Bohrungen sind elastische Stifte vor­ gesehen, die in den Düseninnenraum ragen und den gewünschten Spülbohrungsdurchmesser aufweisen. Mit diesem Strangpreßwerk­ zeug läßt sich keine gleichmäßige, über den gesamten Quer­ schnitt des Rohlings wirkende Drallbewegung erzeugen, so daß die notwendige Geometrie der gedrallten Innenbohrungen kaum eingehalten und erhalten werden kann. Wegen der am Düsenin­ nenmantel angeordneten Stege läßt sich auch kein Stabmaterial mit glatter Mantelfläche erzeugen; vielmehr weist das erzeug­ te Stabmaterial an seiner Mantel- oder Außenfläche ausgepräg­ te wendelförmige Eindrückungen auf. Außerdem kommt es wegen des abrasiven Verhaltens der verarbeiteten Hartmetall- bzw. Keramikmasse zu einem schnellen Verschleiß der Drallstege, so daß die Standzeit des Werkzeugs gering ist. Die Wiederauf­ arbeitung der Düsen z. B. durch Innenerodieren ist kostspie­ lig und verteuert damit die Herstellung der Hartmetall- bzw. Keramikstäbe.

Aus der EP 0 431 681 A2 ist ein Strangpreßwerkzeug zur Her­ stellung eines Rohlings mit innenliegenden Bohrungen bekannt geworden, bei dem an einer Nabe starre, verdrallte Mittel­ stifte befestigt sind, die in eine zylindrische, innen glatte Düse ragen. Das Arbeitsprinzip dieses bekannten Strangpreßwerkzeuges besteht darin, der Strangpreßmasse über die Stifte aus starrem Material eine Drallbewegung aufzu­ zwingen. Es sind dementsprechend langwierige Versuche erfor­ derlich, um tatsächlich unter Berücksichtigung der Restela­ stizität der Mittelstifte die Kühlkanäle dort in einer sol­ chen Steigung anzuordnen, wie sie tatsächlich benötigt wer­ den, um den Sollverlauf zu erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, daß vom Zentrum der Extrusionsmasse aus über die Mittelstifte eine Drallbewegung auf die austretende Masse übertragen werden muß.

Schließlich wird auch schon in der europäischen Patentver­ öffentlichung EP 0 465 946 A2 ein Strangpreßwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, das im Inneren eine als Drallschnecke ausgebildete Dralleinrichtung aufweist, mit deren Hilfe die Strangpreßmasse während des Strangpreßvorgangs schon innerhalb des Strangpreßwerkzeugs eine Drallbewegung erhält. Die Strangpreßmasse verläßt das einen glatten zylindrischen Kanal aufweisende Düsenmundstück mit Drall. Die Bildung der wendelförmigen Innenbohrungen erfolgt durch an der Dralleinrichtung befestigten elasti­ schen Fäden oder durch aus der Dralleinrichtung austretendes und in den Massestrom eingepreßtes fadenförmiges Material. In jedem Fall wird der gesamte Strömungsquerschnitt von der Dralleinrichtung erfaßt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Strangpreßwerk­ zeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart wei­ terzubilden, daß es mit größerer Zuverlässigkeit, d. h. mit erhöhter Reproduzierbarkeit gelingt, Rohlinge mit innenlie­ genden, wendelförmig verlaufenden Kanälen auszubilden, deren Geometrie und räumliche Lage, d. h. Steigung und radiale Lage, in engeren Toleranzgrenzen gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird lediglich eine auf die Extru­ sionsgeschwindigkeit der Masse abgestimmte Relativ-Drehbewe­ gung zwischen Fadenträger und Düsenmundstück vorgesehen. Auf diese Weise können die Strömungsverhältnisse im Übergang zwischen Düse und Düsenmundstück wesentlich feiner kontrol­ liert werden, mit der Folge, daß die Lage und der Verlauf der innenliegenden, wendelförmigen Kanäle mit höherer Genauig­ keit eingestellt werden können. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer geringeren Energieeinwirkung auf den Massestrom, was sich in einer Verringerung der Energie­ aufnahme für den Antrieb einerseits und in einer Herab­ setzung der Verschleißerscheinungen an den Strangpreßwerk­ zeugkomponenten andererseits niederschlägt. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eröffnet, sogar mehrere, radial gestufte, d. h. auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern liegende wendelförmige Kühlkanäle im Rohling vorzusehen und mit großer Genauigkeit zu extrudieren. Beim Strangpreßwerkzeug nach der Erfindung rotiert die Strangpreßmasse nicht, wäh­ rend der Fadenträger und/oder das innen glatte Düsenmund­ stück in Rotation gebracht wird bzw. werden. Der Steigungs­ winkel der erzeugten Drallkanäle wird also durch die Rotations­ geschwindigkeit des Fadenträgers bzw. des Düsenmundstücks und die Strömungsgeschwindigkeit der Preßmasse bestimmt. Bei rotierender glatter Düse, also einer Düse bzw. einem Düsen­ mundstück ohne Vorsprünge, Stege od. dgl., wird unter dem hohen Preßdruck der Presse und durch die Oberflächenreibung der Düse erreicht, daß die austretende Preßmasse nahezu schlupffrei mitrotiert. Zum Drehen des Fadenträgers ist inner­ halb der Preßdüse ein Antrieb angeordnet. Der Fadenträger kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als sich zum Düsenmundstück hin verjüngende Nabe gestaltet sein, d. h. sie weist die Form einer Propellernabe ohne Flügel auf. Zweckmäßiger­ weise ist die Nabe dann als Hohlnabe ausgebildet und kann mehrere, auf verschiedenen Teilkreisen liegende Bohrungen aufweisen, in die die Fäden eingehängt sind. Diese Fäden können vorzugsweise an ihrem in das Düsenmundstück ragenden Enden metallische oder andere, ein Magnet- oder elektrisches Feld beeinflussende Teile tragen. Hierdurch kann die Rotationsgeschwin­ digkeit der Fäden und damit indirekt bei bekannter Auspreß­ geschwindigkeit der plastischen Masse die Drallsteigung ge­ messen werden. Durch die in vorbestimmten Abständen und in vorbestimmter Anzahl angeordneten Fäden des Fadenträgers wer­ den im Massestrom stromabwärts rotationssymmetrisch angeord­ nete schraubenförmig verlaufende Kanäle erzeugt, die hohe Präzision aufweisen. Die Drallkanäle können auch durch aus dem Fadenträger austretendes plastisches Material erzeugt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Strangpreßwerkzeug in schema­ tischer abgebrochenen Darstel­ lung und

Fig. 2 die Vorderansicht des Fadenträ­ gers mit Befestigungspunkten für die Fäden auf verschiedenen Teilkreisen.

Das Strangpreßwerkzeug besteht im wesentlichen aus dem Gehäu­ se 1, das in die einstückig mit ihm ausgebildete, sich konisch verjüngende Düse 2 übergeht. Das Düsenmundstück 3 weist einen glatten zylindrischen Kanal 4 auf und ist entweder einstückig mit der Düse 2 oder aber als getrenntes Teil, wie dargestellt, ausgebildet. Innerhalb der Preßdüse 2 ist in koaxialer Anord­ nung ein Dorn 5 vorgesehen, an dem der Fadenträger 6 befestigt ist. Dieser Fadenträger 6 ist in der Art einer Propellernabe etwa paraboloidförmig gestaltet und hohl ausgebildet. Wie in Fig. 2 zu erkennen, sind am Fadenträger 6 mehrere Befesti­ gungsbohrungen 7 angeordnet, die auf verschiedenen Teilkrei­ sen liegen, d. h. von der Längsachse 8 verschieden großen ra­ dialen Abstand besitzen. In diesen Bohrungen 7 sind jeweils elastische Fäden 9 befestigt, und zwar in einer Anzahl, die der Anzahl der späteren gedrallten Innenbohrungen entspricht. Die Fäden 9 ragen in das Düsenmundstück 3 hinein. Das Düsen­ mundstück 3 kann feststehend ausgebildet sein. Es kann aber auch drehbar sein. Auch der Fadenträger 6 kann feststehend oder aber drehbar ausgebildet sein. Im Falle der drehbaren Ausbildung von Fadenträger 6 und Düsenmundstück 3 ist jeweils ein Antrieb vorgesehen, um den Fadenträger 6 bzw. das Düsen­ mundstück 3 in Rotation zu versetzen. In Fig. 1 ist innerhalb des Dorns 5 ein Antrieb 10 angeordnet, der über die Welle 11 mit dem Fadenträger 6 in Verbindung steht und diesen in Rotation versetzt, wie durch den Pfeil A angedeutet. Die Ro­ tation des Düsenmundstücks 3 ist durch den Pfeil B symboli­ siert. Die innerhalb des Ringspalts 12 zwischen Dorn 5 und Gehäuse 1 bzw. Düse 2 befindliche Keramik- bzw. Hartmetall­ masse wird durch eine nicht weiter gezeigte Preßvorrichtung (Extruder, Kolben usw.) am Fadenträger 6 vorbei in das Düsen­ mundstück 3 gepreßt und tritt als Stabrohling 13 aus, der anschließend durch Sintern weiterbehandelt wird.

Es bestehen nun verschiedene Möglichkeiten, um in diesem Stab­ rohling 13 die gedrallten Innenbohrungen 14 zu erzeugen. Zum einen kann der Fadenträger 6 in Rotation versetzt werden. Hierbei wird der Träger 6 von innen her durch den Antrieb 10 mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit angetrieben, um die gewünschte Drallform zu erzeugen. Die Strangpreßmasse wird ausgepreßt und rotiert nicht. Die Rotationsgeschwindig­ keit des Fadenträgers 6 und die (axiale) Strömungsgeschwin­ digkeit der Preßmasse bestimmen den Steigungswinkel der er­ zeugten Drallkanäle 13. Das Düsenmundstück 3 steht fest, d. h. rotiert nicht. In einem anderen Falle, bei dem das Düsenmund­ stück 3 drehbar ist und der Fadenträger 6 feststeht, d. h. keinen Antrieb aufweist, wird das glatte Düsenmundstück 3 in Rotation gemäß Pfeil B versetzt. Es hat sich gezeigt, daß durch den hohen Preßdruck der Presse und die Oberflächenreibung in der glatten rotierenden Düse 3, obwohl diese keinerlei Vor­ sprünge od. dgl. aufweist, die austretende Preßmasse fast schlupffrei mitrotiert. Es werden deshalb auch auf diese Weise Rohlinge mit exakt gedrallten Innenbohrungen erzielt. Schließ­ lich können sowohl der Fadenträger 6 als auch das Düsenmund­ stück 3 rotierend ausgebildet sein, so daß eine Überlagerung der Rotationsbewegung der Düse 3 und des Fadenträgers 6 erhal­ ten wird. Bei gleichgerichteten Rotation von Düse und Faden­ träger findet also eine Verstärkung der Rotation, bei entge­ gengesetzter Rotation von Düse und Fadenträger eine Abschwa­ chung der Rotation und damit des Dralls der Innenbohrungen statt. Der Fadenträger 6 kann beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit rotieren, während die Rotationsgeschwindigkeit der Düse 3 variabel ist und evtl. Drallfehler ausgleicht. Um die Rotationsgeschwindigkeit der Fäden 9 zu messen und damit bei bekannter Auspreßgeschwindigkeit der Masse die Drallstei­ gung festzustellen, tragen die Enden der Fäden 9 im Bereich innerhalb des Düsenmundstücks 3 metallische oder andere, ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld beeinflussende Teile. Mit einer außen angeordneten, nicht weiter gezeigten Meßein­ richtung kann sodann die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt und je nach den Erfordernissen geändert werden. Insgesamt er­ gibt sich als ein einfach aufgebautes Strangwerkzeug, mit dem an der Mantelfläche völlig glatte Stabrohlinge mit hoch­ präzis gedrallten Innenbohrungen erzeugt werden können.

Anstelle der elastischen Fäden 9 kann zur Erzeugung der Drall­ kanäle 14 auch plastisches Material in den Massestrom einge­ preßt werden. Dabei tritt dieses plastische Material faden­ förmig aus den Bohrungen 7 des Trägers 6 aus, wobei die Boh­ rungen 7 noch mit nicht weiter dargestellten Kanälen und einer entsprechend ausgebildeten Preßkammer od. dgl. in Verbindung stehen. Das plastische fadenförmige Material enthält als Füll­ masse ein metallisches Pulver, das das Magnet- oder elektri­ sche Feld einer ebenfalls nicht weiter gezeigten Meßeinrich­ tung beeinflußt und zur Bestimmung der Rotationsgeschwindig­ keit herangezogen wird. Auch mit dieser Variante des Strang­ preßwerkzeugs lassen sich Stabrohlinge mit glatter Mantel­ fläche und exakten Drallbohrungen herstellen.

Claims (7)

1. Strangpreßwerkzeug zur Herstellung eines Hartmetall- oder Keramikstabes (13) mit mindestens einer gedrallten Innenbohrung (14), mit einer Preßdüse (2), deren Mund­ stück (3) einen glatten zylindrischen Kanal (4) aufweist und einem an einem Dorn (5) koaxial innerhalb der Preßdüse (2) angeordnetem Träger (6), der eine der An­ zahl der Innenbohrungen (14) entsprechende Anzahl von in das Düsenmundstück (3) hineinragende elastische Fäden (9) und/oder Kanälen bzw. Bohrungen (7) zum fadenförmi­ gen Einpressen eines plastischen Materials in den Masse­ strom aufweist, die entsprechend der Lage der zumindest einen Innenbohrungen (14) in vorbestimmten radialen Ab­ ständen von der Achse (8) befestigt bzw. angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als flügelloser Nabenkörper (6) ausgebildet ist, und daß dem Nabenkörper (6) und/oder dem Düsenmundstück (3) eine Antriebsein­ richtung (10 bzw. B) zugeordnet ist, mit der zur Erzeu­ gung des zumindest einen gedrallten Innenkanals im ex­ trudierten Rohling eine vorbestimmte, auf die Auspreßge­ schwindigkeit der Masse abgestimmte Relativ-Drehbewegung zwischen Nabenkörper (6) und Düsenmundstück (3) erzeug­ bar ist.

2. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nabenkörper (6) den Dorn (5) der Preßdüse (2) axial verlängert.

3. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Nabenkörper (6) zum Düsen­ mundstück (3) hin verjüngt.

4. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nabenkörper die Form eines Paraboloids hat.

5. Strangpreßwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der zumindest eine elastische Faden (9) an seinem in das Düsenmundstück (3) ragenden Ende metallische oder andere entsprechende, ein Magnet- oder elektrisches Feld beeinflussende Teile aufweist.

6. Strangpreßwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das in den Massestrom einge­ preßte plastische Material als Füllmasse ein metalli­ sches Pulver zur Beeinflussung des Magnet- oder elektri­ schen Feldes einer Meßeinrichtung enthält.

7. Strangpreßwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (6) als Hohl­ nabe ausgebildet ist und mehrere Bohrungen (7) auf ver­ schiedenen Teilkreisen aufweist, in die die Fäden (9) eingehängt sind bzw. aus denen das plastische Material herauspreßbar ist.