DE19644447C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion von mit einem wendelförmigen Innenkanal ausgestatteten Stäben aus plastischem Rohmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur konti­ nuierlichen Extrusion von mit mindestens einem wenigstens abschnittsweise wendelförmigen Innenkanal ausgestatteten Stäben aus plastischem Rohmate­ rial, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentan­ spruchs 6.

Ein derartiges Verfahren sowie Vorrichtungen, d. h. Extrusionsköpfe zur Durchführung eines solchen Verfahrens werden beispielsweise dann an­ gewendet, wenn ein Stabrohling aus einer plastifizierten Pulvermasse, wie z. B. einer pulvermetallurgischen Masse, d. h. einer Hartmetall- oder Ceramid-Masse zu einem Rohling, d. h. einem Sintermetall- bzw. einem Sin­ terkeramik-Rohling geformt werden soll, aus dem dann in einem Sinter- oder Brennprozeß ein Rohling in Form eines zylindrischen Stabes für ein Hochleistungs-Werkzeug entsteht. Diese Rohlinge zeichnen sich durch die verwendeten Werkzeuge bzw. Pulvermischungen durch eine sehr hohe Grund- Festigkeit und zwar sowohl hinsichtlich mechanischer Beanspruchung und Abrieb aus, so daß man dazu übergegangen ist, derartige Rohlinge insbe­ sondere bei der Herstellung von Bohr- oder Fräswerkzeugen heranzuziehen. Da diese Werkzeuge häufig mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten gefah­ ren werden, kommt es darauf an, das verwendete Schmiermittel gezielt und häufig unter sehr hohen Drücken an diejenigen Schneidenbereiche zu brin­ gen, die der höchsten Beanspruchung unterliegen. Dies ist am besten durch eingeformte, innenliegende Kühlkanäle gewährleistet, die dann auf einem vorbestimmten Teilkreis auf der Stirnseite des Werkzeugs, d. h. vorzugs­ weise auf einer Freifläche des Werkzeugs-Anschliffs austreten. Weil ges­ interte Hartmetall-Werkzeuge nur mit kostenintensiven Verfahren bearbeit­ bar sind, ist es wünschenswert, die Form des Rohlings so weit wie möglich der Endgestalt des Werkzeugs anzunähern. Dies gelingt am einfachsten bei Anwendung eines Strangpreßverfahrens, mit dem die Möglichkeit gegeben ist, den Rohling bereits mit fertig geformten innenliegenden Kühlkanälen in einem kontinuierlichen Prozeß herzustellen, was den besonderen zusätzlichen Vorteil hat, daß Werkzeuge selbst großer Längen ohne Veränderung des Verfahrensprozeßes herstellbar sind.

Allerdings ist das Verfahren nur dann wirtschaftlich, wenn es ge­ lingt, den Stab so herzustellen, daß die Geometrie und insbesondere auch die Lage des zumindest einen innenliegenden Schmiermittel- bzw. Kühlka­ nals innerhalb von sehr engen Toleranzgrenzen gehalten wird. Dieses Pro­ blem verschärft sich dann, wenn das herzustellende Werkzeug - wie es bei­ spielsweise bei einem Bohrwerkzeug der Fall ist - mit Spannuten ausge­ stattet werden muß. Weil Vollhartmetall (Vhm)-Bohrwerkzeuge zwischen­ zeitlich mit verhältnismäßig großen axialen Längen hergestellt werden, muß auch der zumindest eine innenliegende Kühlkanal so exakt eingeformt werden, daß er in jedem Querschnitt des Bohrwerkzeugs exakt an der vorbe­ stimmten Stelle des Bohrerstegs zu liegen kommt. Denn nur dann ist ge­ währleistet, daß die Bohrerstabilität über die gesamte Länge gleich hoch ist und beim Nachschleifen des Werkzeugs die Mündungsstelle des innen­ liegenden Kühlkanals in Bezug zur Hauptschneide unverändert bleibt.

Es sind bereits viele Ansätze bekannt, um im Strangpreßverfahren derartige Werkzeugrohlinge aus plastifizierter Pulvermasse so herzustel­ len, daß die Genauigkeitsanforderungen an die Lage und Form der innen­ liegenden Kühlkanäle eingehalten werden.

Bereits in der US-PS 2,422,994 wird ein Strangpreßverfahren be­ schrieben, bei dem eine plastifizierte pulvermetallurgische Masse durch eine Strangpreßdüse gepreßt wird. Die Innenoberfläche der Strangpreßdüse hat Vorsprünge vorbestimmten Querschnitts, und im Bereich des Zentrums der Düse erstrecken sich axial ausgerichtete, stabförmige Körper, die an einem stromauf der Strangpreßdüse liegenden Dorn befestigt sind, der von der plastifizierten Masse umströmt ist. Dieses Verfahren arbeitet mehr­ stufig, wobei das plastifizierte Rohmaterial zuerst in einen Rohling mit zumindest einer geradlinig verlaufenden, außenliegenden Nut geformt wird, woraufhin der in dieser Weise vorgeformte Rohling durch eine Relativ- Drehbewegung zwischen der Strangpreßdüse und dem Rohmaterial verdrillt wird. Ein solcher, zweistufiger Formgebungsprozeß ist jedoch für die mei­ sten der zwischenzeitlich verwendeten Rohmassen schon deshalb ungünstig, weil der auf der Strangpreßdüse austretende Rohling extrem druckempfindlich ist. Selbst kleinste, auf den Rohling einwirkende Kräfte würden zu unerwünscht großen Verformungen insbesondere der innenliegenden, ein­ geformten Kanäle, wodurch der Rohling unmittelbar unbrauchbar wird.

In der DE 36 01 385 C2 wird zur Beseitigung dieses Problems ein Ex­ trusionsverfahren beschrieben, bei dem der wendelförmige Verlauf des zu­ mindest einen innenliegenden Kühlmittelkanals gleichzeitig mit der Extru­ sion der plastischen Masse erzeugt wird, hier muß allerdings das Düsen­ mundstück innenseitig mit einem wendelförmigen Profil ausgestattet Wert den. Im Zentrum der Strangpreßdüse sind elastische Stifte vorgesehen, die mit ihren stromauf gelegenen Enden an einem Düsendorn befestigt sind und deren Elastizität so groß gewählt ist, daß die Stifte der durch die In­ nenkontur des Düsenmundstücks induzierten Drallströmung folgen können. Es hat sich gezeigt, daß es schwierig ist, mit diesem Strangpreßkopf die Kühlkanalwendel in den Rohlingen genau genug auszubilden. Die Vorsprünge und Vertiefung auf der Innenoberfläche des Düsenmundstücks mußten in großer Zahl vorgesehen werden, um den Massestrom entsprechend in Rotation zu versetzen. Dies hat zur Folge, daß das Düsenmundstück relativ teuer wird und darüber hinaus die am gesinterten Rohling vorhandenen Vorsprünge zunächst abgeschliffen werden müssen, was zu Materialverlusten führt.

In dem Dokument EP 465 946 A1 wird ein Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 beschrieben, mit dem es gelingt, den Ver­ fahrensschritt des Außenrundschleifens der fertig gesinnterten Schneid­ teil-Rohlinge einzusparen.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion von Stäben aus pla­ stischem Rohmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 ist aus dem Dokument DE 38 14 687 C2 bekannt. Die Strömungsleitflächenanordnung ist hier entweder vor oder nach Abschluß eine Extrudiervorgangs verstell­ bar. Das Düsenmundstück ist allerdings nach wie vor - entsprechend der Lehre gemäß DE 36 01 385 C2 - innenseitig mit einem wendelförmigen Profil ausgestattet, wodurch die vorstehend erwähnten Probleme nach wie vor be­ stehen.

Bei dem Verfahren gemäß EP 459 946 A1 wird die Innenoberfläche des Düsenmundstücks von der Mantelfläche eines Kreiszylinders gebildet. Dem Düsenmundstück ist eine innerhalb des Massestroms liegende Drallein­ richtung vorgeschaltet. Entsprechend einer Alternative wird der Strang­ preßmasse mittels dieser Dralleinrichtung eine gleichmäßig über den Quer­ schnitt des Strangs wirkende Drallbewegung aufgezwungen, während gemäß der zweiten Alternative der Dralleinrichtung durch die Strangpreßmasse eine Drall- bzw. Rotationsbewegung aufgezwungen wird. Zur Bildung des zu­ mindest einen innenliegenden Kanals ragt in den Massestrom ein der Drall- bzw. Rotationsbewegung folgendes, fadenförmiges Material hinein. Somit wird der Teilkreisdurchmesser, auf dem der Querschnitt des zumindest ei­ nen innenliegenden Kühlkanals beim extrudierten Rohling zu liegen kommt, durch die Strömungsgeschwindigkeit und durch die Reibungsverluste im Dü­ senmundstück beeinflußt. Gemäß einer weiteren Variante dieses bekannten Verfahrens wird deshalb vorgeschlagen, daß Düsenmundstück drehbar auszu­ bilden, wobei durch die Drehbewegung eine Korrektur der Rotationsbewegung des Massestroms ermöglicht wird.

Mit diesem bekannten Verfahren lassen sich plastifizierte Massen im Strangpreßverfahren zu Rohlingen verarbeiten, die sich hinsichtlich ihrer äußeren Abmessungen und der Geometrie und der Lage des zumindest einen innenliegenden Kühlkanals durch eine sehr hohe Genauigkeit auszeichnen. Allerdings besteht bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens das Be­ dürfnis, die Arbeitsgenauigkeit weitgehend unabhängig von den Betriebsparametern des Verfahrens, wie z. B. von den Strömungsbedingungen im Einlaufbereich des Düsenmundstücks, von der Zusammensetzung der plastifizierten Masse und von den Strömungsgeschwindigkeiten durch das Düsenmundstück und dergleichen zu halten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 derart weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Stör­ größen mit geringem Aufwand unterdrückt werden können, so daß die Herstellungsgenauigkeit selbst dann erhalten bleibt, wenn systembedingte Parameterschwankungen auftre­ ten.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 ge­ löst.

Erfindungsgemäß wird in das Düsenmundstück eine Strö­ mungsleitflächenanordnung integriert, deren Anstellung zur Längsachse des Düsenmundstücks durch eine Stelleinrichtung, welche vorzugsweise durch eine äußere Stellkraft betätigbar ist, einstellbar ist. Abgesehen davon, daß hierdurch bei Vereinfachung des Strangpreßkopfes eine Vielzahl von Geome­ trien des extrudierten Rohlings ohne aufwendige Umrüstmaß­ nahmen herstellbar sind, ergibt sich dadurch der besondere Vorteil, daß die Rotationsbewegung des plastischen Rohmate­ rials während des Extrusionsprozesses laufend derart korri­ gierbar ist, daß die Lage und der Verlauf des zumindest ei­ nen innenliegenden Kühlkanals innerhalb enger Toleranzgren­ zen gehalten werden kann. Schwankungen der Verfahrenspara­ meter des Strangpreßverfahrens können auf diese Weise zu­ verlässig ausgeregelt bzw. kompensiert werden. Dabei ist nach wie vor der Vorteil gegeben, daß das Verfahren sehr materialsparend arbeitet, wobei eine nachträgliche teure Bearbeitung des gesinterten Rohlings entfallen kann. Der Rohling wird mit einer glatten kreiszylindrischen Außenflä­ che extrudiert, die - unter Berücksichtigung des betreffen­ den Schwindmaßes - so gehalten wird, daß ein möglichst ge­ ringer Materialabtrag bei der Endbearbeitung des Rohlings anfällt. Weil der Anstellwinkel der Strömungsleitflächenan­ ordnung während des Extrusionsvorgangs jederzeit nachregel­ bar ist, kann die Wendelsteigung des zumindest einen innen­ liegenden Kanals in bislang nicht erreichbaren engen Gren­ zen gehalten werden, und zwar selbst dann, wenn sich der Massendurchsatz der plastifizierten Masse und/oder andere physikalische Bedingungen des Strangpreßvorgangs ändern sollten.

Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten, die Strö­ mungsleitflächenanordnung am Strangpreßkopf anzuordnen. Be­ sonders vorteilhaft ist die Weiterbildung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 2 bzw. die Weiterbildung der Vor­ richtung nach dem Patentanspruch 10. Gemäß dieser Weiterbildung gelangt die durch das Düsenmundstück strömende plastifizierte Masse aufgrund des Anstellwinkels der Leitflächen zur Längsachse des Düsenmundstücks und über die Haftreibung an der Innenwandung des Düsenmundstücks in eine Autorotation. Die Rotationsgeschwindigkeit ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der plastifizierten, zuströmenden Masse einerseits und vom jeweils vorliegenden, vorgewählten Anstellwinkel der Strömungsleitflächenanordnung andererseits. Hierdurch können Geschwindigkeitsschwankungen der Masseströmung ausgeglichen werden, weil die Drehgeschwindigkeit der Leitflächenanordnung bzw. des Düsenmundstücks automatisch an die Geschwindigkeit der Masseströmung angepaßt wird. Die Wendelsteigung des zumindest einen innenliegenden Kühlkanals in den erzeugten Rohlingen wird somit konstant gehalten, und zwar unabhängig davon, ob die plastifizierte Masse schnell oder langsam in das Düsenmundstück einströmt.

Durch die Eigenkompensation der Störgrößen aufgrund vorliegender Parameterschwankungen des Extrusionsverfahrens eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung für die Verarbeitung eines großen Spektrums von pulvermetallurgischen plastifizierten Massen. Bevorzugte Materialien sind im Unteranspruch 4 angegeben. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß auch andere Mi­ schungen und Zusammensetzungen selbst extrem unterschiedli­ cher physikalischer Eigenschaften und damit unterschiedli­ cher Strömungsverhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren verarbeitbar sind, ohne die vorstehend angegebenen Vor­ züge aufgeben zu müssen.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Strömungs­ leitflächenanordnung ergibt sich mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 7. Es hat sich gezeigt, daß sich der Masse­ strom, der bei der Umströmung der Leitschaufel kurzzeitig im Randbereich der Strömung aufgetrennt wird, aufgrund der extrem hohen, im Düsenmundstück herrschenden Preßdrücke, unmittelbar stromab der Leitschaufel wieder zu einem Voll- Kreisquerschnitt schließt. Die Strömung der Masse wird damit so geringfügig wie möglich gestört, wodurch die Gefügequalität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohlings auf einem sehr hohen Niveau gehalten werden kann.

Wenn das Düsenmundstück drehfest am Extrusionskopf be­ festigt wird, ist es von Vorteil, wenn die Strömungsleit­ flächenanordnung sich über einen maßgeblichen Anteil der Gesamtlänge des Düsenmundstücks erstreckt.

Wenn demgegenüber - entsprechend der weiteren Variante des Anmeldungsgegenstandes - das Düsenmundstück drehbar am Extrusionskopf gehalten ist, wobei die Drehachse der Zentrumsachse des Düsenmundstücks zusammenfällt, ist es vorzu­ ziehen, daß die Strömungsleitflächenanordnung so gestaltet wird, daß sie sich lediglich über einen axial begrenzten Einlaufabschnitt des Düsenmundstücks erstreckt. Dadurch ist sichergestellt, daß die durch die Strömungsleitflächenan­ ordnung induzierte Rotationsbewegung des Düsenmundstücks zuverlässig in der Lage ist, über die Rest-Strömungslänge des Massestroms im Düsenmundstück der Masse über die Haftreibungsbedingungen an der Innenwandung des Düsenmund­ stücks die Eigen-Rotationsbewegung aufrecht zu erhalten bzw. zu stabilisieren. Vorzugsweise wird dabei die Strömungsleitflächenanordnung derart gestaltet bzw. an die Geometrie des Düsenmundstücks angepaßt, daß der extrudierte Massestrom bei Austritt mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit des Düsenmundstücks rotiert. Die Justierung und Einregelung der Rotationsbewegung des Massestroms wird auf diese Weise noch genauer was sich be­ sonders vorteilhaft dann auswirkt, wenn die Stelleinrich­ tung für die Strömungsleitflächenanordnung in einen Regel­ kreis der Strangpreßeinrichtung integriert wird.

Grundsätzlich ist es möglich, den Anstellwinkel der Strömungsleitflächenanordnung in Stufen einzustellen. Be­ sonders vorteilhaft ist dies jedoch, wenn die Einstellung stufenlos bzw. in extrem kleinen Schritten, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Schrittmotors, vorgenommen wird. Es kann somit jeder gewünschte Drallwinkel des innenliegenden Kühlkanals erzeugt und kontrolliert werden.

Wenn die zumindest eine Leitschaufel sich zumindest über eine maßgebliche Strecke vorzugsweise flächig an der Innenoberfläche des Düsenmundstücks abstützt, können größe­ re Kräfte aufgenommen werden. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, daß die radiale Erstreckung der Leitschaufel vergrößert werden kann, mit der Folge, daß die Kopplung zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit des Düsenmundstücks und damit der Dreiströmung exakter wird.

Um störende Schwingungen des Strangpreßsystems zu un­ terdrücken, ist es von Vorteil, wenn die Stelleinrichtung für die Strömungsleitflächenanordnung eine Schwingungsdämp­ fungseinrichtung besitzt. Diese Schwingungsdämpfungsein­ richtung wird vorteilhafterweise in ein Stellgetriebe ein­ gegliedert, und zwar vorzugsweise in Form einer gedämpften Elastizität. Eine derartige Schwingungsdämpfungseinrichtung ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Stel­ leinrichtung in ein Regelsystem für die Geometrie des zu­ mindest einen innenliegenden Kühlkanals eingegliedert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unter Verwen­ dung von biegeschlaffen bzw. hochelastischen Fäden, die dann ortsfest mit ihrem stromauf gelegenen Ende vorzugs­ weise im Einlaufbereich des Düsenmundstücks festgelegt wer­ den. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, daß Verfahren un­ ter Verwendung von Fäden bzw. Innenstäben durchzuführen, die zur Erhöhung der Formstabilität einen höheren E-Modul haben, wobei diese dünnen Stäbe bzw. Stifte dann an einem Träger gehalten sind, der um eine Drehachse drehbar gela­ gert ist, welche mit der Achse des Düsenmundstücks zusam­ menfällt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird anhand einer schematischen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den stromab liegenden Bereich eines Strangpreßkopfs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Strangpreß­ kopf bezeichnet, mit dem ein Verfahren zur kontinuierlichen Extrusion von mit mindestens einem wenigstens abschnitts­ weise wendelförmigen Innenkanal ausgestatten Stäben aus plastischem Rohmaterial durchgeführt werden kann. Das pla­ stische Rohmaterial kann z. B. aus einer pulvermetallurgi­ schen oder keramischen Masse bestehen, wobei das Pulver vorzugsweise aus der Gruppe der keramischen Pulver, der Hartmetallpulver, wie z. B. einer Wolframcarbid-Kobalt-Mi­ schung und der Metallpulver, sowie aus Mischungen dieser Bestandteile, wie z. B. der Ceramid-Mischungen ausgewählt ist. Die Figur zeigt, das stromab gelegene Ende des Strang­ preßkopfs, der sich konusförmig verjüngt, und den Ein­ laufabschnitt 12 eines Düsenmundstücks 14 bildet. Im Ein­ laufabschnitt 12, d. h. im Strangpreßkopf 10 ist eine mit 16 bezeichnete Halteeinrichtung angeordnet, an der stromauf gelegene Enden von Fäden 18 festgelegt sind, mit denen wäh­ rend des Extrudierens des plastifizierten Rohmaterials in­ nenliegende Kühlkanäle 22 im extrudierten kreiszylindri­ schen Rohlingsstab 24 erzeugbar sind.

Die Fäden 18 bestehen bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel aus biegeschlaffem bzw. hochelastischem Material, wie z. B. aus Kunststoff bzw. aus einer Kette, deren Kettengliedern beweglich aneinander hängen. Die Fäden 18 haben ein stromab gelegenes Ende 18a, das sich über die Stirnseite 26 des Düsenmundstücks 14 hinaus erstreckt. Die Fäden 18 sind an der Halteeinrichtung 16 auf einem Teil­ kreisdurchmesser TKD1 befestigt, und zwar vorzugsweise ein­ stellbar, um eine Anpassung an das betreffende Düsenmund­ stück 14, d. h. an den Außendurchmesser D des herzustellen­ den Rohlingstabs 24 vornehmen zu können.

Mit den Pfeilen S ist die in das Düsenmundstück 14 ein­ tretende Parallelströmung der plastifizierten Pulvermasse bezeichnet, wobei - wie die Figur erkennen läßt - diese Parallelströmung die hochelastischen bzw. biegeschlaffen Fäden 18 parallel ausrichtet. Im Düsenmundstück 14 ist eine Strömungsleitflächenanordnung in Form von mehreren, über den Umfang gleichmäßig verteilten Leitschaufeln 28 vorgese­ hen, die verstellbar im Düsenmundstück 14 gelagert sind. Zu diesem Zweck sind im wesentlichen radial verlaufende Boh­ rungen 30 vorhanden, durch die sich eine Stellachse 32 der betreffenden Leitschaufel 28 erstreckt. Durch den Pfeil R ist angedeutet, daß die betreffenden Leitschaufeln 28 mit­ tels einer nicht näher dargestellten Stelleinrichtung der­ art verstellbar sind, daß der Anstellwinkel der Leitschau­ fel 28 zur Längsachse AL des Düsenmundstücks 14 verstellbar ist, und vorzugsweise stufenlos. Die Figur zeigt, daß die Verstellung der Leitschaufeln 28 durch eine äußere Stell­ kraft erfolgen kann, mit der Folge, daß die Anstellung der Strömungsleitflächenanordnung in Form der Leitschaufeln 28 jederzeit während des Extrusionsvorgangs veränderbar ist.

Mit dem Bezugszeichen 36 ist schematisiert ein Lager angedeutet, über das das Düsenmundstück drehbar am Strang­ preßkopf 10 festgelegt ist, und zwar derart, daß die Dreh­ achse mit der Längsachse AL des Düsenmundstücks 14 zusam­ menfällt, der eine konzentrische zylindrische Innenbohrung 38 hat. Die Leitschaufeln 28 sind derart gestaltet bzw. im Düsenmundstück 14 angeordnet, daß ihre axiale Erstreckung EA nur einen Bruchteil der gesamten Baulänge LB des Düsen­ mundstücks 14 ausmacht. Ferner befindet sich die stromab gelegene Kante 40 der Leitschaufeln 28 in einem Mindestab­ stand BA vom Austrittsende, d. h. von der Stirnseite 26 des Düsenmundstücks, der ausreichend groß ist, um sicherzustel­ len, daß die von den Leitschaufeln 28 aufgetrennte Strömung der plastifizierten Masse stromab der Leitschaufeln 28 wie­ der zu einem vollen Kreisquerschnitt geschlossen wird.

Der in der Figur gezeigte Aufbau führt zu folgender Funktionsweise der Strangpreßvorrichtung:

Auf der in der Figur linken Seite tritt die plastifi­ zierte Masse in den Einlaufabschnitt 12 des Düsenmundstücks 14 ein, und zwar derart, daß sie beim Eintreten in das Dü­ senmundstück 14 als Parallelströmung vorliegt. Diese Paral­ lelströmung trifft nun auf die unter dem Anstellwinkel α eingestellten Leitschaufeln 28, über die - bedingt durch die Strömungskräfte - das Düsenmundstück 14 in eine Autoro­ tation gebracht wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Dü­ senmundstücks 14 ist abhängig von der Strömungsgeschwindig­ keit der anströmenden plastifizierten Masse und vom An­ stellwinkel α.

Durch die Haftbedingung der durch das Düsenmundstück 14 durchtretenden Strömung an der Innenoberfläche 38 des Dü­ senmundstücks, wird die plastifizierte Masse ebenfalls in eine Rotationsbewegung um die Achse AL versetzt, wobei das Maß LB letztlich bestimmt, mit welcher Rotationsgeschwin­ digkeit die plastifizierte Masse das Düsenmundstück 14 ver­ läßt, d. h. mit welcher Rotationsgeschwindigkeit um die Achse AL der Stabrohling 24 aus dem Düsenmundstück 14 aus­ tritt. Durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine luftgestützte Lagerung des austretenden Stabrohlings 24 kann zuverlässig verhindert werden, daß sich der druckemp­ findliche Stabrohling 24 während des rotierenden Austritts in unzulässiger Weise verformt.

Durch die Rotation der plastifizierten Masse und des austretenden Stabrohlings 24 werden auch die biegeschlaffen bzw. hochelastischen Fäden 18 mit der Strömung der plasti­ fizierten Masse ausgerichtet, d. h. sie werden durch die hindurchtretende Strömung der plastifizierten Masse in eine wendelförmige Form gebracht, deren Steigung durch den An­ stellwinkel α in gewünschter Weise einstellbar ist. Mit an­ deren Worten, durch die an den Leitschaufeln 28 angreifende äußere Stelleinrichtung kann der Verlauf der innenliegenden Kühlkanäle 22 ebenso wie die Lage der Kühlkanäle 22, d. h. der Teilkreisdurchmesser TKD2 im fertig extrudierten Roh­ lingstab 24 exakt festgelegt werden.

Vorzugsweise sind die Stellachsen 32 der Leitschaufeln 28 Bestandteil eines zentralen Stellgetriebes, beispiels­ weise in Form eines Planetengetriebes, so daß die Anstell­ winkel α der Leitschaufeln synchron und gleichmäßig verän­ derbar sind. Um zu verhindern, daß in der Strangpreßein­ richtung bzw. im Stellsystem Schwingungen auftreten, kann eine geeignete Schwingungsdämpfung vorgesehen sein. Diese Schwingungsdämpfung ist beispielsweise von elastischen Kom­ ponenten mit Eigendämpfungsverhalten gebildet.

Am Ausgang des Strangpreßkopfes, d. h. im Bereich des austretenden Rohlingsstabs 24 ist vorteilhafterweise eine Meß- und Überwachungseinrichtung für die Geometrie des zu­ mindest einen innenliegenden Kühlkanals 22 bzw. für die Be­ stimmung der Lage und der Größe des Teilkreisdurchmessers TKD2 vorgesehen. Diese Meß- und Erfassungseinrichtung ist Bestandteil eines Regelkreises, in dem das entsprechende Meßsignal auf die Stelleinrichtung für die Leitschaufeln 28 rückgeführt wird, so daß die gewünschte Lage und Geometrie des zumindest einen innenliegenden Kühlkanals 22 unabhängig von den auftretenden Störgrößen, wie z. B. der Strömungsge­ schwindigkeit und der physikalischen Eigenschaften der pla­ stifizierten Masse eingeriegelt werden kann. Aus der vor­ stehenden Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemä­ ße Strangpreßsystem bereits Systemimmanent eventuell auf­ tretende Geschwindigkeitsschwankungen der Masseströmung da­ durch ausgleicht, daß die Rotationsgeschwindigkeit der in Autorotation befindlichen Düse 14 sich ständig und automa­ tisch der Geschwindigkeit der Masseströmung anpaßt. Die Wendelsteigungen der im Strangpreßverfahren erzeugten in­ nenliegenden Kühlkanäle in den Stabrohlingen 24 ist dadurch unabhängig von der Durchtrittsgeschwindigkeit stets gleich groß, wodurch sich wesentlich engere Toleranzen bezüglich Lage und Geometrie der innenliegenden Kühlkanäle erzielen lassen.

Mit der erfindungsgemäßen äußeren Stelleinrichtung ist es darüber hinaus möglich, mit ein und demselben Düsenmund­ stück 14 Stäbe mit unterschiedlichen Steigungen der innen­ liegenden Kühlkanäle herzustellen. Im Extremfall kann die Strömungsleitflächenanordnung in Form der Leitschaufeln 28 so eingestellt werden, daß die Leitschaufeln 28 einen An­ stellwinkel α von 0° besitzen, so daß ein Rohlingstab 24 mit geradlinigen innenliegenden Kanälen hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Konzept ist gleichermaßen anwend­ bar für den Fall, daß das Düsenmundstück drehfest am Strangpreßkopf 10 festgelegt wird. In diesem Fall sorgen die durch die Stelleinrichtung einstellbaren Leitschaufeln 28 allein dafür, daß die als Parallelströmung in das Düsen­ mundstück 14 eintretende plastifizierte Masse in die ge­ wünschte Drall- bzw. Rotationsbewegung versetzt wird, deren Größe durch den einstellbaren Anstellwinkel α bestimmt wird. Auch in diesem Fall läßt sich die Stelleinrichtung für die Strömungsleitflächenanordnung in ein Regelsystem integrieren, bei dem die Stelleinrichtung entsprechend den Meßsignalen angesteuert wird.

In der Figur sind die Leitschaufeln 28 lediglich sche­ matisch dargestellt. Vorzugsweise stützen sich die Leit­ schaufeln 28 flächig an der Innenoberfläche 38 des Düsen­ mundstücks ab, wobei zusätzlich ein Kraftschluß vorgesehen sein kann. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Leitschau­ feln 28 so gestaltet werden, daß sich die Leitflächen beim Verstellen des Anstellwinkels α ständig an die Innenwandung 38 des Düsenmundstücks 14 anschmiegen. Dies ist beispiels­ weise dann möglich, wenn die Leitschaufeln aus Gliedern aufgebaut werden, die sich federnd gegen die Innenoberflä­ che drücken.

Selbstverständlich sind Abweichungen von den zuvor be­ schriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Grund­ gedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es beispiels­ weise möglich, daß erfindungsgemäße Verfahren unter Zuhil­ fenahme von begrenzt elastischen Stiften zu betreiben, die anstelle der Fäden 18 an einer Halteeinrichtung befestigt sind, die drehbar um die Zentrumsachse des Düsenmundstücks im Strangpreßkopf gelagert ist. Die Stifte, d. h. der zu­ mindest eine Stift kann in eine wendelförmige Form vorver­ drillt sein, die bereits weitgehend derjenigen Wendelform entspricht, die der zumindest eine innenliegende Kühlkanal nach dem Extrudieren des Strangpreßrohlings aufweisen soll. Es ist möglich, für die Halterung dieses Kernstiftes aus einem Material mit hohem E-Modul einen separaten Antrieb vorzusehen, über den bei Eingliederung in einen geeigneten Regelkreis, eine Feinabstimmung des Wendelverlaufs möglich ist.

Ferner ist es möglich, Leitschaufeln 28 hinsichtlich Zahl, Größe und Anordnung zu variieren. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, die Leitschaufeln 28 in gleichmäßi­ gem Umfangsabstand anzuordnen. Aus schwingungstechnischen Gründen kann es sinnvoll sein, eine unregelmäßige Anordnung über den Umfang vorzusehen. Darüber hinaus kann in Abwand­ lung des gezeigten Ausführungsbeispiels vorgesehen sein, daß über eine weitere Antriebseinrichtung eine Korrektur der Rotationsbewegung des extrudierten Rohlingstabs 24 er­ folgt. Dieser zusätzliche Antrieb kann entweder am Düsen­ mundstück 14 selbst oder aber stromab von dieser Komponente vorgesehen sein.

Die Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur kontinuierlichen Extrusion von mit mindestens einem, wenigstens abschnittsweise wendelförmigen Innenkanal ausgestatteten Stäben aus plastischem Rohmaterial, wie z. B. einer pulvermetallurgischen oder keramischen Masse. Das plastische Rohmaterial wird aus einem Düsenmundstück her­ ausgepreßt, wobei sie unter Mitwirkung einer darin vorgese­ henen Strömungsleitflächenanordnung in eine Rotationsbewe­ gung versetzt wird, die zumindest einen stromauf des Düsen­ mundstücks exzentrisch zur Stabsachse gehaltenen und sich durch das Düsenmundstück erstreckenden Faden aus biege­ schlaffem oder elastischem Material mitnimmt und in eine Wendelform mit vorbestimmter Steigung bringt. Zur Steige­ rung der Herstellungsgenauigkeit und der Herstellungstole­ ranzen des extrudierten Rohlingstabs bei gleichzeitiger Vereinfachung der zugehörigen Vorrichtung sieht die Erfin­ dung vor, daß zur Justierung der Lage und/oder der Steigung des zumindest einen wendelförmigen Innenkanals die Rota­ tionsbewegung des plastischen Rohmaterials durch eine äuße­ re, die Anstellung der Strömungsleitflächenanordnung zur Längsachse des Düsenmundstücks verändernde Stellkraft ein­ gestellt wird.

Claims (19)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Extrusion von von mit min­ destens einem wenigstens abschnittsweise wendelförmigen Innenkanal ausgestatteten Stäben aus plastischem Rohmate­ rial, wie z. B. einer pulvermetallurgischen oder kerami­ schen Masse, bei dem das plastische Rohmaterial aus einem Düsenmundstück heraus gepreßt wird, wobei sie unter Mit­ wirkung einer darin vorgesehenen Strömungsleitflächenan­ ordnung in eine Rotationsbewegung versetzt wird, welche zumindest einen stromauf des Düsenmundstücks (14) exzen­ trisch zur Stabachse (AL) gehaltenen und sich durch das Düsenmundstück (14) erstreckenden Faden (18) aus biege­ schlaffem oder elastischem Material mitnimmt und in eine Wendelform mit vorbestimmter Steigung bringt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des Extrusionsverfahrens über am Düsenmundstück angeordnete, verstellbare Leitschaufeln zur Justierung der Lage und/oder der Steigung des zumin­ dest einen wendelförmigen Innenkanals (22) die Rotations­ bewegung des plastischen Rohmaterials (24) durch eine äu­ ßere, die Anstellung (α) der die Strömungsleitflächenan­ ordnung bildenden Leitschaufeln (28) zur Längsachse (AL) des Düsenmundstücks (14) verändernde Stellkraft einge­ stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (28) vorzugsweise mit einem Leitflä­ chenträger (14) mit dem plastischen Rohmaterial (24) gleichsinnig rotiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächenanordnung ortsfest gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das plastische Rohmaterial eine plastifizierte Pulvermasse ist, wobei das Pulver vorzugsweise aus der Gruppe der keramischen Pulver, der Hartmetallpul­ ver, wie z. B. einer Wolframcarbid-Cobalt-Mischung, und der Metallpulver, sowie aus Mischungen dieser Bestand­ teile, wie z. B. der Cermet-Mischungen ausgewählt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rotationsbewegung des plastischen Rohmaterials durch vorzugsweise stufenlose Verstellung der Strömungsleitflächenanordnung eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion von mit mindestens einem wenigstens abschnittsweise wendel­ förmigen Innenkanal ausgestatteten Stäben aus plastischem Rohmaterial, wie z. B. einer pulvermetallurgischen oder keramischen Masse, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Dü­ senmundstück (14), in dem eine Strömungsleitflächenanord­ nung vorgesehen ist und durch das sich zumindest ein stromauf des Düsenmundstücks (14) exzentrisch zur Sta­ bachse (AL) gehaltener Faden (18) aus biegeschlaffem oder elastischem Material erstreckt, wobei der Anstellwinkel ( α) der Strömungsleitflächenanordnung (28) zur Längsachse (AL) des Düsenmundstücks (14) mittels einer Stelleinrich­ tung (R, 30, 32) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächenan­ ordnung (28) zumindest eine Leitschaufel (28) aufweist, die am Düsenmundstück (14) einstellbar festgelegt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenmundstück drehfest an einem Extrusionskopf ge­ halten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Düsenmundstück (14) drehbar an einem Extrusionskopf (10) gehalten ist, wobei die Drehachse (AL) mit der Zentrumsachse des Düsenmundstücks (14) zusammenfällt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strömungsleitflächenanordnung bildenden Leit­ schaufeln (28) sich über einen axial begrenzten Einlau­ fabschnitt (LB-BA) des Düsenmundstücks (14) erstreckt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (α) der Strömungs­ leitflächenanordnung (28) zumindest abschnittsweise stu­ fenlos veränderbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenmundstück (14) eine glatte kreiszylindrische Innenoberfläche (38) hat, und die Strö­ mungsleitflächenanordnung (28) in einem ausreichend gro­ ßen Abstand (BA) vor dem Austrittsende (26) des Düsen­ mundstücks (14) endet, so daß der extrudierte Stab eine glatte Oberfläche hat.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Leitschaufel (28) sich zumindest über eine maßgebliche Strecke (EA) vor­ zugsweise flächig an der Innenoberfläche (38) des Düsen­ mundstücks (14) abstützt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang verteilte Leitschaufeln (28) vorgesehen sind, die mittels der Stel­ leinrichtung (R, 30, 32) vorzugsweise synchron verstell­ bar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (R, 30, 32) für die Strömungsleitflächenanordnung (28) eine Schwingungs­ dämpfungseinrichtung besitzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (R, 30, 32) in ein Regelsystem für die Geometrie und/oder die Lage des zumindest einen in­ nenliegenden Kanals (22) eingegliedert ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung ein Stellge­ triebe beispielsweise in Form eines Planetengetriebes aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächenanordnung mehrere axial gestaffelte Leitschaufelanordnungen auf­ weist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Faden (18) sich über die Stirnseite (26) des Düsenmundstücks (14) hinaus erstreckt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Faden zur Erhöhung der Formstabilität einen hohen E-Modul hat und an einem Träger gehalten ist, der um eine Drehachse drehbar gela­ gert ist, die mit der Achse des Düsenmundstücks zusammen­ fällt.