Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgicher Werkstoffe, mit einem Gesenk-Durchlaufkanal zum Durchschieben des Werkstoffes einem Stempel zum Verdichten und Weiterschieben des Werkstoffes im Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoff- stranges über ein am Ende des Gesenk-Durchlaufkanales angeordnetes Mundstück, und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes im Durchlaufkanal durch elektrische Ströme.

[0002] Es ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt (DE-B-27 33 009), bei welcher der jeweils zu verarbeitende pulvermetallurgische Werkstoff in einem Gesenk-Durchlaufkanal kontinuierlich stranggepreßt wird, wobei innerhalb eines bestimmten Bereiches, in welchem die Sinterung des verdichteten Werkstoffes stattfinden soll, eine induktive Aufheizung des Werkstoffes erfolgt. Die dabei erzeugten induktiven Wirbelströme zur Aufheizung des bereits verdichteten Werkstoffstranges führen allerdings hauptsächlich zur Erwärmung des eingesetzten metallischen Gesenk-Durchlaufkanales 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 rein durch Wärmeleitung vom Gesenk-Durchlaufkanal bzw. von der Strangaußenfläche her in das Stranginnere. Dabei können gewisse Schwierigkeiten derart auftreten, daß nämlich die Innenquerschnitte des Stranges nicht immer zuverlässig erreicht werden bzw. zumindest örtlich relativ stark unterschiedliche Temperaturfelder innerhalb des Werkstoff- stranges auftreten. Die Wirkung der bei der vorbekannten Vorrichtung eingesetzten 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 ähnlich großer Platzbedarf vorgesehen. Zudem ist induktives Aufheizen auch nicht für alle elektrisch-leitfähigen Materialien einsetzbar, sondern nur für solche, die magnetisierbar sind.

[0003] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung derart zu verbessern, daß bei ihrem Einsatz eine Verarbeitung aller elektrisch-leitenden Materialien ermöglicht eine gegenüber der induktiven Heizung gleichmäßbigere Erwärmung des im Gesenk-Duchlaufkanales befindlichen Stranges über alle Leiterquerschnitte hinweg erzielbar und überdies eine mit fallendem Verdichtungsgrad des Werkstoffstranges zunehmende Erwärmung desselben erzeugbar ist, wobei gleichzeitig auch der apparative Aufwand besonders klein gehalten sein soll.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs dadurch gelöst, daß die Wand des Geserik-Durchlaufkanales aus einem elektrisch nicht-leitendem Material besteht, in das im mittleren Bereich der Wand ein aus elektrisch leitendem Material bestehender Ring eingeschlossen ist, dessen innere Ringfläche mit der Innenfläche des Gesenk-Durchlaufkanales bündig abschließt, und daß dieser Ring mit dem einen und das Mundstück mit dem anderen Pol einer Spannungsquelle verbunden sind.

[0005] Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt die Erkenntnis aus, 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 Kontakstellen benachbarter Teilchen geringer werden und damit dem fließenden Strom zunehmend ein höherer Widerstand entgegengesetzt wird. Die hierbei auftretenden Verluste werden nahezu ausnahmslos in Wärmeengergie umgesetzt. Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Verdichtung der eingesetzten pulvermetallurgischen Erzeugnisse unter Druck und gleichzeitig einwirkender Temperatur derart erzielt, daß sich höchste Festigkeiten un große Dichtewerte ergeben. Der Einsatz eines Gesenk- Durchlaufkanales mit einer Wand aus elektrisch nicht-leitendem Material ermöglicht es, unter Ausnutzung der hohen thermischen Druckfestigkeit von z.B Keramik und deren elektrischen Isolationseigenschaften den steigenden Eigenwiderstand elektrisch-leitender Materialien mit abnehmender Dichte für die Eigenerwärmung des zu verpressenden Stranges auszunutzen. Dabei nimmt die Temperatur innerhalb des verdichteten Stranges vom eingelassenen Ring her zum Mundstück stark ab, weil im Bereich des Mundstückes bereits die höchste Verdichtung vorliegt und gleichzeitig dort auch ein ausgezeichneter Kontaktschluß gegeben ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein andauernder Stromfluß in dem Abschnitt des Werkstoff-Stranges im Gesenk-Durchlaufkanal, der sich zwischen Ring und Mundstück befindert, stets sichergestellt. In vielen Fällen wird es von Vorteil sein, den Ring etwa in der Hälfte der Höhe des Gesenk-Durchlaufkanales anzubringen.

[0006] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert. Die Fig. zeigt einen Prinzipquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichrichtung zur Herstellung eines Hohlstranges.

[0007] Die in der Fig. gezeigte Vorrichtung ermöglicht die kontinuierliche Herstellung rohrförmiger Körper. Dabei ist eine Füllplatte 1 vorgesehen, an die sich ein Gesenk mit einem Gesenk-Durchlaufkanal 2 anschließt, der 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 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.

[0008] Weiterhin ist eine Stempelanordnung vorgesehen, die aus einem Mitteldorn 8a und einem diesen radial umgebenden, realtiv zum Mitteldorn 8a verschiebbaren Oberstempel 8b besteht. Dabei ist der Oberstempel 8b 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 über 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 abgeordnet sind, durch welche die Kopfplatte 9 und die 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 ringförmigen Querschnitt erreicht ist und bei voller Eindrückung des möglichen Hubweges bis zu maximal dem 1,5-fachen des errechnten Verdichtungsdruckes ansteigen kann. Die als Führungen ausgebildeten Stahlbolzen 13 (von denen in der Fig. nur einer beispielshalber gezeigt ist) ragen zu einer präzisen Führung in als Führungshülsen ausgebildete, sogenannte "Kugelhülsen" 20 hinein, die in der Zwischenplatte 10 eingepreßt sind. Zwischen den Führungshülsen 20 und der Zwischenplatte 10 ist jeweils eine elektrisch nicht-leitende, dünnwandige Auflagehülse 12 eingepreßt. 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.

[0009] 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 Isoliation 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.

[0010] In die Matrize 3 ist ein Ring 21 eingelassen, der in der Fig. in gestrichelter Darstellung wiedergegeben ist. Dieser Ring 21 ist über eine geeignete Verbindung 22 mit dem einen Pol einer Spannungsquelle verbunden, mit deren anderem Pol das Mundstück 4 in Verbindung steht. 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. Der Ring 21 wird dabei etwa in der Hälfte der Höhe der Matrize 3 angebracht, um auch bei aus dem Gesenk herausfahrendem Oberstempel 8b einen kontinuierlichen Stromfluß innerhalb des dann noch im Gesenk verbleibenden Werkstoffstrang-Abschnittes sicherzustellen.

[0011] Die in der Fig. gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:

In den Gesenkaufbau wird zunächst eine ringförmiges Teil entsprechend dem Auslaßquerschnitt zwischen Mundstück 4 und Mitteldorn 8a lose eingeführt, nachfolgend über die Füllplatte 1 granulierter Werkstoff zugeführt und diskontinuierlich so lange nachverdichtet, bis der ursprünglich eingebrachte Ring als sogenannter "verlorener Kopf" ausgestoßen wird. Hiernach wird das Mundstück 4 einerseits und der Ring 21 andererseits an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen, wobei folgender Vorgang abläuft:

In dem zunächst halbverdichteten Material mit relativ geringem Eigenwiderstand fileßt der Strom vom Mundstück 4 bis in den Teil des im Gesenk befindlichen Werkstoffstranges nahe dem Ring 21. Beim Abwärtshub wird der an einem Ende konisch ausgebildete, mit einer Mutter 17 verschlossene Mitteldorn 8a entlastet, der zuerst nach unten geführt wird, wonach dann eine Verdichtung des Werkstoffes über den Oberstempel 8b erfolgt. Während der Oberstempel 8b nun gleichzeitig mit dem Mitteldorn 8a eine parallel laufende Bewegung zur weiteren Verdichtung des Werkstoffes 7 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 maximale 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 aufwärts bewegt, 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.

[0012] Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, daß ein Auseinanderreißen des Stranges während der unterschiedlichen Relativbewegungen vom Oberstempel 8b und Mitteldorn 8a zueinander sicher vermieden ist.

[0013] 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).

[0014] Da selbst Graphit als "Leiter zweiter Klasse" den aufgezeigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Abhängigkeit des Eigenwiderstandes vom Verdichtungsgrad unterliegt, ist es durchaus möglich, selbst Graphitrohre mit dieser Vorrichtung herzustellen.

Ansprüche

Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen elektrisch-leitfähiger, granulierter, vorzugsweise pulvermetallurgischer Werkstoffe, mit einem Gesenk-Durchlaufkanal (2) zum Durchschieben des Werkstoffes, einem Stempel (8a, 8b) zum Verdichten und Weiterschieben des Workstoffes im Durchlaufkanal und zum Auspressen des Werkstoffstranges (18) über ein am Ende des Gesenk-Durchlaufkanales (2) angeordnetes Mundstück (4), und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstoffes (7) im Durchlaufkanal durch elektrische Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3) des Gesenk-Durchlaufkanales (2) aus einem elektrisch nicht-leitendem Material besteht, in das im mittleren Bereich der Wand (3) ein aus elektrischleitendem Material bestehender Ring (21) eingeschlossen ist, dessen innere Ringfläche mit der Innenfläche des Gesenk-Durchlaufkanales (2) bündig abschließt, und daß dieser Ring (21) mit dem einen und das Mundstück (4) mit dem anderen Pol einer Spannungsquelle verbunden sind.

Claims

Apparatus for the continuous extrusion of electrically conductive granulated and preferably powder metallurgy material, with a die duct (2) for moving the material through, a punch (8a, 8b) for compressing and further displacing the material in the duct and forcing the extrudate (18) out through a nozzle (4) arranged at the end of the die duct (2), and with a device for heating the material (7) in the duct by an electrical current, characterized in that the wall (3) of the die duct (2) is made from an electrically non-conductive material, whilst in the central area of wall (3) is enclosed a ring (21) made from an electrically conductive material, whose inner ring surface terminates flush with the inner surface of the die duct (2), and that ring (21) is connected to one terminal of a power supply, whilst the nozzle (4) is connected to the other terminal thereof.

Revendications

Dispositif d'extrusion continue de matières électriquement conductrices, granulées, de préférence des métaux à fritter, comportant un canal de passage de matrice (2) pour faire passer la matière, un poinçon (8a, 8b) pour densifier et continuer à faire avancer la matière dans le canal de passage et faire sortir le boudin d'extrusion (18) par un embouchure (4) placée à l'extrémité du canal de passage (2), et comportant un dispositif pour chauffer la matière (7) se trouvant dans le canal de passage par des courants électriques, caractérisé en ce que la paroi (3) du canal de passage (2) est en un matériau électriquement non-conducteur, dans lequel est inséré dans la zone centrale de la paroi (3), un anneau (21) en matériau électriquement conducteur dont la surface annulaire intérieure affleure avec la surface intérieure du canal de passage (2), et en ce que cet anneau (21) est relié à l'un des pôles d'une source de tension, tandis que l'embouchure (4) est reliée à l'autre pôle.

Zeichnung