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Title:
CONTINUOUS EXTRUSION PROCESS FOR A METAL-CONTAINING BULK MATERIAL AND METAL-POWDER EXTRUSION INSTALLATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/134018
Kind Code:
A1
Abstract:
Continuous extrusion process for a metal-containing bulk material (13) for producing an extruded body, comprising the following steps: introducing the metal-containing bulk material (13) into a press channel (8) of a metal-powder extrusion installation (1), which is bounded by a rotating extrusion wheel (2) and pressing tool components, which comprise a running-in region having sealing plates (5, 6, 7) and comprise a deflecting region with a counter plate (11) and a feeding plate (10), feeding in the metal-containing bulk material (13) via a peripheral groove (3) of the rotating extrusion wheel (2) to the counter plate (11) and deflecting the compacted metal-containing bulk material (13) in the deflecting region through the feed plate (10), which has an opening, to a die (12), wherein at least one of the sealing plates (5, 6, 7) arranged in the running-in region is cooled by means of a cooling device. The invention also relates to a metal-powder extrusion installation that is suitable for carrying out the extrusion process according to the invention.

Inventors:
STADELMANN CLAUDIA (DE)
BÖHM MARKUS (DE)
WERBLINSKI MATTHIAS (DE)
LIST MATTHIAS (DE)
SINGER ROBERT F (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/083752
Publication Date:
July 26, 2018
Filing Date:
December 20, 2017
Export Citation:
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Assignee:
NEUE MAT FUERTH GMBH (DE)
International Classes:
B22F3/03; B21C23/00; B21C23/01; B21C23/21; B21C29/00; B21C29/04; B22F3/17; B22F3/18; B28B21/52; B30B11/20; B30B15/34; B22F1/00; C22C49/06
Domestic Patent References:
WO2008003275A12008-01-10
Foreign References:
JPH01309716A1989-12-14
GB2372955A2002-09-11
KR101580975B12015-12-31
EP2683502A12014-01-15
JP2009148827A2009-07-09
JPH11197737A1999-07-27
DE102006004622A12007-08-09
Other References:
CLAUDIA STADELMANN: "Extrusion von Metallpulvern durch kontinuierliches Pulverstrangpressen", 19 November 2009 (2009-11-19), pages 1 - 145, XP055077332, Retrieved from the Internet [retrieved on 20130902]
Attorney, Agent or Firm:
DR. GASSNER & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Kontinuierliches Strangpressverfahren für ein metallhaltiges Schüttgut (13) zur Herstellung eines Strangpresskörpers, mit den folgenden Schritten:

- Einführen des metallhaltigen Schüttguts (13) in einen Presskanal (8) einer Me- tallpulverstrangpressanlage (1 ), der von einem rotierenden Extrusionsrad (2) und Presswerkzeugkomponenten begrenzt wird, die einen Dichtungsplatten (5, 6, 7) aufweisenden Einlaufbereich und einen Umlenkungsbereich mit einem Gegenhalter (1 1 ) und einer Zuführplatte (10) umfassen,

- Zuführen des metallhaltigen Schüttguts (13) über eine umlaufende Nut (3) des rotierenden Extrusionsrads (2) zu dem Gegenhalter (1 1 ) und Umlenken des verdichteten metallhaltigen Schüttguts (13) im Umlenkungsbereich durch die eine Öffnung aufweisende Zuführplatte (10) zu einer Matrize (12), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der im Einlaufbereich angeordneten Dichtungsplatten (5, 6, 7) mittels einer Kühleinrichtung gekühlt wird. 2. Strangpressverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine im Umlenkungsbereich angeordnete Presswerkzeugkomponente, nämlich die Zuführplatte (10) und/oder der Gegenhalter (1 1 ), mittels einer oder mittels der Kühleinrichtung gekühlt wird oder werden. 3. Strangpressverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallpulverstrangpressanlage (1 ) mit zwei oder drei in Umfangsrich- tung angeordneten Dichtungsplatten (5, 6, 7) verwendet wird.

4. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung eine Dichtungsplatte (5, 6, 7) auf eine Temperatur zwischen 80 °C und 130 °C gekühlt wird.

5. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Dichtungsplatte (5, 6, 7) auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 100 °C gekühlt wird.

6. Strangpressverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer drei Dichtungsplatten (5, 6, 7) aufweisenden Metallpulverstrang- pressanlage (1 ) zumindest die mittlere Dichtungsplatte (6) gekühlt wird.

7. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung die Zuführplatte (10) auf eine Temperatur zwischen 310 °C und 380 °C gekühlt wird.

8. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung die Zuführplatte (10) auf eine Temperatur zwischen 340 °C und 420 °C gekühlt wird.

9. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung der Gegenhalter (1 1 ) auf eine Temperatur zwischen 340 °C und 430 °C gekühlt wird.

10. Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung der Gegenhalter (1 1 ) auf eine Temperatur zwischen 300 °C und 380 °C gekühlt wird.

1 1 . Strangpressverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (12) bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung auf eine Temperatur zwischen 370 °C und 420 °C und bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 430 °C aufgeheizt wird. 12. Metallpulverstrangpressanlage (1 ), die zum kontinuierlichen Strangpressen eines metallhaltigen Schüttguts (13) ausgebildet ist, mit einem Presskanal (8), der von einem Extrusionsrad (2) und Presswerkzeugkomponenten begrenzt wird, die einen Dichtungsplatten (5, 6, 7) aufweisenden Einlaufbereich und einen Umlen- kungsbereich mit einem Gegenhalter (1 1 ) und einer Zuführplatte (10) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulverstrangpressanlage (1 ) eine Kühleinrichtung aufweist, mit der wenigstens eine der im Einlaufbereich angeordneten Dichtungsplatten (5, 6, 7) kühlbar ist.

13. Metallpulverstrangpressanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich- net, dass sie einen Controller (14) umfasst, der dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Dichtungsplatte (5, 6, 7) auf eine festgelegte Temperatur zu kühlen.

14. Metallpulverstrangpressanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung in den Dichtungsplatten (5, 6, 7) inte- grierte, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle umfasst.

Description:
Kontinuierliches Strangpressverfahren für ein metallhaltiges Schüttgut und Metall- pulverstrangpressanlage

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Strangpressverfahren für ein metallhalti- ges Schüttgut zur Herstellung eines Strangpresskörpers, mit den folgenden Schritten:

- Einführen des metallhaltigen Schüttguts in einen Presskanal einer Metall- pulverstrangpressanlage, der von einem rotierenden Extrusionsrad und Presswerkzeugkomponenten begrenzt wird, die einen Dichtungsplatten aufweisenden Einlaufbereich und einen Umlenkungsbereich mit einem Gegenhalter und einer Zuführplatte umfassen,

- Zuführen des metallhaltigen Schüttguts über eine umlaufende Nut des rotierenden Extrusionsrads zu dem Gegenhalter und Umlenken des verdichte- ten metallhaltigen Schüttguts im Umlenkungsbereich durch die eine Öffnung aufweisende Zuführplatte zu einer Matrize.

Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff„metallhaltiges Schüttgut" umfasst u. a. metallhaltige Pulver, Pulvermischungen, Granulate, und Späne. Es kann sich dabei auch um Mischungen von Metallpulvern mit keramischen Fasern oder Partikeln, d. h. um Verbundwerkstoffe handeln.

Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um ein metallhaltiges Schüttgut zu kompaktieren.

Bauteile aus pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffen können beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie, der Luft- und Raumfahrtechnik sowie im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt werden. Das kontinuierliche Strangpressen ist eine kostengünstige Alternative, um metallhaltige Schüttgüter, insbesondere Metallpulver, zu kompaktieren. Ursprünglich wurde mit diesem Verfahren, das auch als Con- form-Verfahren bezeichnet wird, Gieß- oder Walzdraht aus Aluminium- oder Kupferlegierungen in einem Schritt in komplexere Geometrien umgearbeitet. Später wurden Pressverfahren entwickelt, um Granulate oder Pulver zu verarbeiten. Es hat sich herausgestellt, dass eine stabile Verfahrensführung schwierig ist. Eine industrielle Nutzung derartiger Strangpressverfahren für metallhaltige Schüttgüter findet daher bis jetzt nicht statt.

Eine herkömmliche, für das Strangpressverfahren geeignete Pulverstrangpressanlage umfasst ein rotierendes Extrusionsrad mit einer umlaufenden Nut und einen stationären Schuh, der die im Umlenkungsbereich angeordnete Zuführplatte und den Gegenhalter umfasst. An die eine Öffnung aufweisende Zuführplatte schließt sich die Matrize an. Die den Einlaufbereich und den Umlenkungsbereich bildenden Presswerkzeugkomponenten erstrecken sich über etwa ein Viertel des Umfangs des Extrusionsrads. Das metallhaltige Schüttgut, insbesondere ein metallhaltiges Pulver, wird bei rotierendem Extrusionsrad durch Reibung in den Einlaufbereich und den Umlenkungsbereich eingezogen. Das metallhaltige Pulver wird dabei auf- gestaut und an dem Gegenhalter verdichtet. Das verdichtete Pulver wird an dem Gegenhalter zu der die Öffnung aufweisenden Zuführplatte und zu einer Matrize abgelenkt. Die einzelnen kalten Pulverpartikel verschweißen auf Grund von Scherkräften zu einem vollständig kompaktierten Strang, ohne dass die Pulverpartikel schmelzen. Die Reibungs- und Verformungskräfte, die durch die Rotation des Extrusionsrads auftreten, erzeugen die erforderlichen Temperaturen und Drücke für die kontinuierliche Extrusion durch die Matrize.

In der Dissertation Stadelmann, C: Extrusion von Metallpulvern durch kontinuierliches Pulverstrangpressen, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 2009, werden Untersuchungen beschrieben, bei denen mit einer modifizierten Pressanlage Metallpulvermischungen kontinuierlich zu einem Strang verpresst werden.

Ein ähnliches kontinuierliches Strangpressverfahren ist aus der DE 10 2006 004 622 A1 bekannt. In der WO 2008/003275 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus dispersionsverfestigten Metalllegierungen beschrieben.

Strangpressverfahren für Metallpulvermischungen werden bisher nicht industriell umgesetzt, da zumeist keine stabile Prozessführung möglich ist. Bei der Durchführung des Strangpressverfahrens treten im Bereich der Pulverzuführung Pulveran- haftungen auf, die den Presskanal verstopfen und eine konstante Nachdosierung der Pulvermischung verhindern. Wenn während des Strangpressverfahrens die Fließspannung zu niedrig wird, ist eine vollständige Kompaktierung des Pulvers nicht möglich. Es baut sich dann kein ausreichend hoher Pressdruck auf, der erforderlich ist, um Partikel des metallhaltigen Schüttguts, insbesondere Pulverpartikel, vollständig miteinander zu verschweißen.

Der bei der Zuführung des metallhaltigen Schüttguts transportierte Volumenstrom pro Radumdrehung ist durch die gegebene Schüttdichte reduziert. Die Strangaustrittsgeschwindigkeiten unterscheiden sich daher deutlich von denen bei Drahtzuführung. Dies wiederum bewirkt längere Verweilzeiten des metallhaltigen, teilweise verdichteten Schüttguts im Presskanal der Matrize, so dass an den Dichtungsplatten und an der Matrize die Gefahr von Anhaftungen und damit Pressfehlern höher ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein kontinuierliches Strang- pressverfahren für ein metallhaltiges Schüttgut anzugeben, das eine stabile Prozessführung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Strangpressverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine der im Einlauf- bereich angeordneten Dichtungsplatten mittels einer Kühleinrichtung gekühlt wird. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch eine kontrollierte Temperierung von Presswerkzeugkomponenten in Form einer Kühlung ein stabiler Prozess sichergestellt werden kann. Dies ist überraschend, da man zunächst vermuten würde, dass eine Erwärmung für einen stabilen Prozess günstig wäre. Man könnte annehmen, dass das Pulver durch Umlagerung leichter fließt und dass dadurch weniger Wärme durch plastische Verformung entsteht (adiabatische Erwärmung). Die geringere interne Wärmeerzeugung müsste eigentlich durch stärkeres Heizen ausgeglichen werden. Stattdessen wurde in Versuchen überraschend festgestellt, dass eine gezielte, gradierte Temperierung in Form einer Kühlung wenigstens ei- ner Dichtungsplatte sich prozessstabilisierend auswirkt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung kann ein Strangpresskörper in einem kontinuierlichen Verfahren mit hoher Qualität hergestellt werden. Es wurde festgestellt, dass durch eine Kühlung des Einlaufbereichs des Presskanals Pulveranhaftungen an den Dichtungsplatten vermieden werden können. Dadurch werden eine kontinuierliche Pulverzuführung und ein gleichmäßiger Druckaufbau gewährleistet.

Im Bereich des Gegenhalters bewirkt eine Kühlung der Presswerkzeugkomponenten, insbesondere der Zuführplatte, dass ein ausreichend hoher Pressdruck aufgebaut wird, der zum Aufbrechen von Oxidhäuten und zum Verschweißen von Me- tallpartikeln des metallhaltigen Schüttguts führt. Bei einem Strangpressverfahren, bei dem ein Draht zugeführt wird, würde eine Kühlung im Bereich des Gegenhalters hingegen hohe Pressdrücke und eine erhöhte Spanbildung bewirken, wodurch gegebenenfalls der ganze Prozess behindert oder gestoppt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es bevorzugt, dass wenigstens eine im Umlenkungsbereich angeordnete Presswerkzeugkomponente, nämlich die Zuführplatte und/oder der Gegenhalter, mittels einer oder mittels der Kühleinrichtung gekühlt wird oder werden. Die Presswerkzeugkomponenten bilden mit dem Extru- sionsrad einen Presskanal aus. Der Gegenhalter lenkt den Materialstrom durch die Zuführplatte zur Matrize hin um. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene

Kühlung können Anhaftungen der Metallpulvermischung vermieden werden, die zu instabilen Prozessbedingungen und zu Pressfehlern führen. Außerdem werden hinreichend große Drücke erzeugt.

Das erfindungsgemäße Strangpressverfahren kann an einer Metallpulverstrang- pressanlage mit einer oder mehreren, insbesondere zwei oder drei in Umfangs- richtung angeordneten Dichtungsplatten durchgeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es bevorzugt, dass bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung eine Dichtungsplatte auf eine Tempe- ratur zwischen 80 °C und 130 °C gekühlt wird. Diese Kühlung bewirkt, dass Pul- veranhaftungen vermieden werden und dass ein ausreichend hoher Pressdruck aufgebaut wird.

In ähnlicher weise kann es bei dem erfindungsgemäßen Strangpressverfahren vorgesehen sein, dass bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Dichtungsplatte auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 100 °C gekühlt wird. Demgegenüber treten bei herkömmlichen Verfahren, die ohne Kühlung durchgeführt werden, Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 330 °C auf. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Strangpressverfahren bei einer drei Dichtungsplatten aufweisenden Metallpulverstrangpressanlage zumindest die mittlere Dichtungsplatte gekühlt. Es ist natürlich auch möglich, dass die erste und/oder die dritte Dichtungsplatte (in Umfangsrichtung gesehen) gekühlt wird o- der werden. Darüber hinaus können auch alle drei Dichtungsplatten gekühlt wer- den. Falls zwei Dichtungsplatten vorhanden sind, kann eine der beiden Dichtungsplatten oder alternativ beide gekühlt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit sowohl eine oder mehrere Dichtungsplatten als im Einlaufbereich angeordnete Presswerkzeugkomponenten als auch die Zuführplatte und/oder der Gegenhalter als im Umlenkungsbereich angeordnete Presswerkzeugkomponenten gekühlt werden. Die jeweils gekühlten Presswerkzeugkomponenten werden prozessoptimierend ausgewählt, wodurch in dem Einlaufbereich und gegebenenfalls auch in dem Umlenkungsbereich gezielt ein gewünschtes Temperaturprofil eingestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Strangpressverfahren ist es auch möglich, dass bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung wenigstens eine im Umlenkungsbereich angeordnete Presswerkzeugkomponente, insbesondere die Zuführplatte, auf eine Temperatur zwischen 310 °C und 380 °C gekühlt wird. Demgegenüber treten bei einer Prozessdurchführung ohne Kühlung Temperaturen von mehr als 440 °C auf.

In ähnlicher weise kann es bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen sein, dass wenigstens eine im Umlenkungsbereich angeordnete Presswerkzeugkomponente, insbesondere die Zuführplatte, auf eine Temperatur zwischen 340 °C und 420 °C gekühlt wird.

Neben der Kühlung einer oder mehrerer Presswerkzeugkomponenten ist es auch möglich, den Gegenhalter zu kühlen. Vorzugsweise wird bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung der Gegenhalter auf eine Temperatur zwischen 340 °C und 430 °C gekühlt. Andererseits kann bei dem erfindungsgemäßen Strangpressverfahren bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung der Gegenhalter auf eine Temperatur zwischen 300 °C und 380 °C gekühlt werden.

Die Matrize der Metallpulverstrangpressanlage wird nicht gekühlt. Stattdessen wird sie bei der Verarbeitung von Kupfer oder einer Kupferlegierung auf eine Temperatur zwischen 370 °C und 420 °C aufgeheizt. Bei der Verarbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird die Matrize auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 430 °C aufgeheizt. Die angegebenen Temperaturbereiche werden beispielhaft für Legierungen angegeben, die Kupfer bzw. Aluminium als Hauptbestandteil enthalten. Die Prozessführung, insbesondere die Temperaturführung muss jeweils in Abhängigkeit der verwendeten Legierung angepasst werden. Andere Einflussgrößen sind u.a. die Partikelgröße des metallischen Schüttguts, die Partikelrauigkeit, der Oxidgehalt der Partikel und die Partikelform. Wenn eine dieser Einflussgrößen geändert wird, ändert sich auch das Pressverhalten, sodass die Temperaturführung angepasst werden muss. Der für die Verarbeitung geeignete Temperaturbereich ist auch von der Drehzahl des Extrusionsrads und dessen Durchmesser und somit von der Umdrehungsgeschwindigkeit abhängig.

Daneben betrifft die Erfindung eine Metallpulverstrangpressanlage, die zum konti- nuierlichen Strangpressen eines metallhaltigen Schüttguts ausgebildet ist, mit einem Presskanal, der von einem Extrusionsrad und Presswerkzeugkomponenten begrenzt wird, die einen Dichtungsplatten aufweisenden Einlaufbereich und einen Umlenkungsbereich mit einem Gegenhalter und einer Zuführplatte umfassen. Die erfindungsgemäße Metallpulverstrangpressanlage zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Kühleinrichtung aufweist, mit der wenigstens eine der im Einlaufbereich angeordneten Dichtungsplatten kühlbar ist.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Metallpulverstrangpressanlage sieht vor, dass sie einen Controller umfasst, der dazu ausgebildet ist, we- nigstens eine Dichtungsplatte auf eine festgelegte Temperatur zu kühlen. Vorzugsweise ist der Controller auch dazu ausgebildet, die Zuführplatte und/oder den Gegenhalter zu kühlen.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Metallpulverstrangpressanlage in den Dichtungsplatten integrierte, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle umfasst. Analog können auch die Zuführplatte und der Gegenhalter entsprechende Kühlkanäle aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug- nähme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: 1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Metallpulverstrangpressanlage im Bereich des Presskanals bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht von Fig. 1 im Bereich des Presskanals.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Metallpulverstrangpressanlage 1 , die zur Herstellung von Strangpresskörpern aus einer Metallpulvermischung durch ein Strangpressverfahren geeignet ist.

Die Metallpulverstrangpressanlage 1 umfasst ein rotierendes Extrusionsrad 2, das an seiner Außenseite eine umlaufende Nut 3 aufweist. Das Extrusionsrad 2 wird mit einer festgelegten Geschwindigkeit durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) angetrieben.

An einem stationären Werkzeugschuh 4 sind Dichtungsplatten 5, 6, 7 nebeneinander entlang einer kreissegmentförmigen Bahn angeordnet. Die Dichtungsplatten 5, 6, 7 bilden gemeinsam mit dem Extrusionsrad 2 einen Presskanal 8. Über eine in diesem Ausführungsbeispiel rohrförmige Zuführung 9 wird eine Metallpulvermi- schung in den Presskanal 8 eingebracht. Wie am besten in der vergrößerten Ansicht von Fig. 2 erkennbar ist, umfassen die Presswerkzeugkomponenten im Um- lenkungsbereich eine Zuführplatte 10 mit einer Öffnung für das konnpaktierte metallische Schüttgut 13. Bei der Durchführung des Strangpressverfahrens fließt das kompaktierte metallische Schüttgut durch die Öffnung zu einer Matrize. In dem Umlenkungsbereich ist auch ein Gegenhalter 1 1 angeordnet, der eine Umlenkung des bereits fast vollständig kompaktierten metallischen Schüttguts 13 um ca. 90° bewirkt. Nach dem Passieren der Öffnung der Zuführplatte 10 gelangt das nahezu vollständig kompaktierte metallische Schüttgut 13 in eine Matrize 12, durch die die Außenkontur des hergestellten Strangpresskörpers festgelegt wird. Es sind auch alternative Ausführungen möglich, bei denen eine Matrize die Innenkontur oder sowohl die Innenkontur als auch die Außenkontur des Strangpresskörpers definiert. Die Matrize 12 kann beispielsweise einen kreisförmigen, rechteckigen o- der komplexeren Querschnitt aufweisen.

Zur Herstellung eines Strangpresskörpers wird metallisches Schüttgut in Form ei- ner Metallpulvermischung über die Zuführung 9 eingebracht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Metallpulvermischung um eine Kupferlegierung. Die Pulverpartikel gelangen in den Presskanal 8, der einerseits von der Nut 3 des Extrusionsrads 2 und andererseits von den Dichtungsplatten 5, 6, 7 als Presswerkzeugkomponenten gebildet wird. Beim Passieren des Presskanals 8 wird die Metallpulvermischung kompaktiert. Der beim Passieren des Presskanals 8 entstehende Pressdruck bewirkt, dass die metallischen Pulverpartikel kompaktiert werden. Im Bereich des Gegenhalters 1 1 erfolgt eine Umlenkung der konnpaktierten Metallpulvermischung 13 um 90°. Anschließend wird die kompaktierte Metallpulvermischung 13 durch die Matrize 12 extrudiert. Um einen stabilen Prozess zu gewährleisten, ist es wesentlich, dass die Dichtungsplatten 5, 6, 7 gekühlt werden. Die Tatsache, dass eine Kühlung der Dichtungsplatten 5, 6, 7 und somit eine Kühlung der zu kompaktierenden Metallpulvermischung 13 erforderlich ist, ist überraschend, da man bisher angenommen hat, dass die bei der Kompaktierung entstehende Wärme ein leichteres Fließen der Metallpulvermischung ermöglicht. Versuche haben jedoch ergeben, dass bei hohen Prozesstemperaturen, die durch die Kompaktierung im Presskanal 8 entstehen, eine niedrige Fließspannung vorliegt. Es baut sich dann kein ausreichend hoher Pressdruck auf, der die metallischen Pulverpartikel vollständig miteinander verschweißt. Daher werden die Dichtungsplatten 5, 6, 7 jeweils durch zugeordnete Kühleinrichtungen gradiert gekühlt. Eine Kühleinrichtung umfasst in einer Dichtungsplatte 5, 6, 7 integrierte Kühlkanäle, die von einem Kühlmedium durchströmt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient Wasser als Kühlmedium. Mittels der gekühlten Dichtungsplatten 5, 6, 7 wird bei der Kompaktierung der Metallpulvermischung 13 entstehende Wärme kontrolliert abgeführt. Darüber hinaus ist auch der Zuführplatte 10 eine Kühlkanäle aufweisende Kühleinrichtung zugeordnet, um die Zuführplatte 10 zu kühlen. Demgegenüber wird die Matrize 12 nicht gekühlt. Stattdessen ist dieser eine Heizeinrichtung (nicht gezeigt) zugeordnet. Darüber hinaus sind alternative Ausführungen möglich, bei denen die Matrize optional kühlbar ist. Dabei kann der Einlaufbereich vor der Extrusionskammer, eine Vorkammer oder ein vor der Matrize ange- 5 ordneter Abstandsring gekühlt werden.

Entlang der Dichtungsplatten sind Temperatursensoren angeordnet, die als Thermoelement ausgebildet und in der zu kühlenden Komponente, d. h. entweder in einer Dichtungsplatte 5, 6, 7 oder in der Zuführplatte 10, integriert sind. Die Diehl o tungsplatte 5 weist einen Kühlkanal 15 auf. Die Dichtungsplatte 6 weist einen

Kühlkanal 16 auf. Die Dichtungsplatte 7 weist einen Kühlkanal 17 auf. In der Dichtungsplatte 5 ist ein Temperatursensor 18 integriert. Die Dichtungsplatten 6, 7 weisen entsprechende Temperatursensoren 19, 20 auf. Ein Temperatursensor 21 ist in der Zuführplatte 10 integriert, die einen Kühlkanal 22 aufweist. Die Kühlkanäle 15 15, 16, 17, 22 der Dichtungsplatten 5, 6, 7 und der Zuführplatte 10 bilden jeweils einen separaten Kühlkreislauf. Jeder Kühlkreislauf umfasst eine Pumpe, durch die die Kühlflüssigkeit im Kreislauf bewegt wird. Die Temperatursensoren 18, 19, 20, 21 sind über nicht dargestellte Leitungen mit einem Controller 14 verbunden. Mittels der Temperatursensoren wird durch den Controller 14 eine Regelung des 20 Kühlvorgangs vorgenommen. Auf diese Weise können die Dichtungsplatten 5, 6, 7 sowie die Zuführplatte 10 individuell und separat geregelt werden, um in jedem Abschnitt des Presskanals 8 eine bestimmte Temperatur oder einen Temperaturbereich einzustellen. Jeder Dichtungsplatte 5, 6, 7 und der Zuführplatte 10 ist dabei ein eigener Regelkreis zugeordnet. Durch die kontrollierte Kühlung kann ein 25 stabiler quasi-stationärer Zustand erzeugt werden, so dass das Strang pressverfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Die Wahl eines geeigneten Temperaturbereichs ist abhängig von der zu verarbeitenden Metallpulvermischung. Für Kupfer oder Kupferlegierungen wird die zweite 30 Dichtungsplatte 6 in diesem Ausführungsbeispiel auf eine Temperatur von 80 °C bis 140 °C gekühlt. Die benachbarten Dichtungsplatten 5 und 7 können auf eine niedrigere bzw. höhere Temperatur gekühlt werden. Die Zuführplatte 10 wird auf eine Temperatur zwischen 320 °C und 380 °C gekühlt. Der Gegenhalter 1 1 wird auf eine Temperatur zwischen 360 °C und 430 °C gekühlt. Die Matrize 12 wird auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 450 °C aufgeheizt. Für die Verarbeitung von Aluminium, d. h. reines Aluminium, sowie Aluminiumlegierungen haben sich beispielsweise folgende Temperaturen als geeignet herausgestellt:

Die zweite Dichtungsplatte 6 wird auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 100 °C gekühlt. Die Zuführplatte 10 wird auf eine Temperatur zwischen 340 °C und 430 °C gekühlt. Der Gegenhalter 1 1 wird auf eine Temperatur zwischen 310 °C und 380 °C gekühlt. Die Matrize wird auf eine Temperatur zwischen 380 °C und 450 °C aufgeheizt. Die angegebenen Temperaturen sind als Beispiele zu verstehen, die in Abhängigkeit des verwendeten metallischen Schüttguts, der Pulvercharakteristik (Partikelgröße, Partikelform, Partikeloberfläche, Mischungsverhältnis mehrerer Komponenten) angepasst werden müssen. Die Temperatur der Matrize muss an das zu verarbeitende metallische Schüttgut und das herzustellende Profil (Querschnittsflä- che, Mehrfachdurchbrüche, Expansionsverhalten) angepasst werden.

Bei der Durchführung des Strangpressverfahren wird durch die gezielte Kühlung ein Aufheizen der Dichtungsplatten 5, 6, 7 verhindert. Daraus ergeben sich die Vorteile einer geringeren Werkzeugbelastung, kein Verlust des benötigten Press- drucks sowie ein deutlich verbessertes Einzugsverhalten der zugegebenen Metallpulvermischung.

Ein weiterer Effekt der Kühlung im Einzugsbereich des Presskanals 8 ist, dass die Temperatur im Extrusionsbereich an der Matrize 12 konstant bleibt. Eine Aufhei- zung der Matrize 12 ist insbesondere bei kleinen Querschnitten des Strangpresskörpers erforderlich, da der Pressdruck ansonsten so groß wird, dass das konnpaktierte Material nicht durch die Matrize 12 fließt, sondern seitlich am Gegenhalter 1 1 vorbei als Span herausgequetscht wird. In diesem unerwünschten Fall sind die Temperaturen an der Zuführplatte 10 und am Gegenhalter 1 1 deutlich höher als an der Matrize 12. Wenn dieser Temperaturunterschied hingegen durch Beheizung der Matrize 12 und Kühlung der Zuführplatte 10 ausgeglichen wird, er- folgt die gewünschte Extrusion durch die Matrize 12.

Das kontinuierliche Strangpressverfahren für metallisches Schüttgut ermöglicht die Herstellung eines Strangpresskörpers mit hoher und gleichmäßiger Qualität.

Bezugszeichenliste

1 Metallpulverstrangpressanlage

2 Extrusionsrad

3 Nut

4 Werkzeugschuh

5, 6, 7 Dichtungsplatte

8 Presskanal

9 Zuführung

10 Zuführplatte

1 1 Gegenhalter

12 Matrize

13 Metallpulvernnischung

14 Controller

15, 16, 17 Kühlkanal

18, 19, 20, 21 Temperatursensor

22 Kühlkanal