DE19747757C2 - Kontinuierliches Extrusionsverfahren zur Herstellung von quasi-endlos Profilen aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Ex­ trusionsverfahren zur Herstellung von quasi-endlos Profilen aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien, mit dem Profilstränge aus metallischen, keramischen oder solchen Pulvermischungen hergestellt werden können, wobei relativ komplexe Profilformen realisierbar sind. Die so hergestellten Stränge können dann ent­ sprechend umgeformt und/oder durch Konfektionierung in einzelne Teile getrennt werden. Mit der Erfindung können beispielsweise vorteilhaft profilierte Wärme­ tauscher, für die Verwendung in elektronischen Gerä­ ten oder in Verbindung mit elektronischen Bauteilen, Filter- oder Belüftungsrohre, Hochtemperatur-Wärme­ tauscherrohre, Sägeblätter, insbesondere für die Me­ tallbearbeitung, Wolfram-Schweißelektroden, Pleuel- Halbzeuge, Nockenprofile für Nockenwellen, Katalysa­ torträger, Gleitlagerhalbzeuge u. a. m. hergestellt werden.

Bei der Kunststoffverarbeitung haben sich Extru­ sionsverfahren seit langem durchgesetzt und werden für die Herstellung so extrudierter Profile im großen Umfang benutzt.

Auf dem Gebiet der Metallverarbeitung wird die Extru­ sion, wie dies in K. Müller; "Grundlagen des Strang­ pressens", Expert-Verlag, 1995, erwähnt ist, für das Strangpressen eingesetzt.

Außerdem ist es aus US 2,792,302 und US 3,313,622 bekannt, metallische Profile zu extrudieren, wobei das mit einem plastifizierenden Binder versetzte Me­ tallpulver im noch festen, plastischen Zustand des Binders mittels eines Kolbenextruders im Strangpreß­ verfahren geformt wird. Dabei müssen feste Binder verwendet werden, da die dort vorgeschlagenen Binder­ substanzen im teilflüssigen Zustand keine stabilisie­ rende Wirkung auf das hergestellte Profil ausüben und das aus der Düse austretende Material die gewünschte Form ansonsten nicht einhalten kann.

Dem soll nach der in US 2,792,302 beschriebenen Lehre entgegengewirkt werden, in dem die profilierten Bau­ teile einem Nachverdichtungsprozeß unterzogen werden, um reproduzierbare gute Bauteileigenschaften zu er­ halten.

In US 3,313,622 wird dagegen vorgeschlagen, den Ent­ bindungsprozeß durch Zugabe eines inerten Pulvers zu unterstützen.

Bei dem in US 4,582,677 beschriebenen Verfahren wird eine teilflüssige Bindersubstanz dem metallischen Pulver zugegeben, wobei diese Bindersubstanz und das Metallpulver mit Schmiermitteln und Flüssigkeiten versetzt wird, um eine Extrusion zumindest in der Nähe der Raumtemperatur durchführen zu können.

Das dort vorgeschlagene Bindersystem verwendet bei höherer Temperatur aushärtende Kunstharze, deren not­ wendige Entfernung bei der Herstellung hochdichter metallischer Bauteile nur schwierig möglich ist. Au­ ßerdem soll zur Erhöhung der Stabilität und Festig­ keit eine Wabenstruktur ausgebildet werden. Werden die verflüssigten Substanzen und der Binder zumindest teilweise entfernt, wird eine stabilisierende Wirkung durch die Aushärtung der verwendeten Kunstharze er­ reicht. Bei diesem vorbekannten Verfahren müssen je­ doch die Verfahrensparameter sehr genau eingehalten werden, obwohl ein teilflüssiger Binder verwendet wird. Auch bei diesem Verfahren soll ein Kolbenextru­ der Verwendung finden, und es müssen für das Extrudie­ ren Drücke oberhalb 9 MPa eingehalten werden.

Kolbenextruder sind jedoch, wegen des begrenzten Zy­ lindervolumen eines solchen Extruders nur diskonti­ nuierlich betreibbar und es muß in jedem Fall, das zu extrudierende Pulver-Bindergemisch in einem gesonder­ ten Verfahrensschritt und in einem gesonderten Werk­ zeug vor der eigentlichen Formgebung mit dem Kolben­ extruder vorbereitet werden.

Desweiteren ist in US 3,313,622 ein Verfahren zur Herstellung poröser Rohre beschrieben. Es wird dort ein Metallpulver-Bindemittelgemisch mit einem diskon­ tinuierlichen Strangpreßverfahren unter Verwendung eines Kolbenextruders zu rohrförmigen Elementen geformt, die anschließend gesintert werden, wobei dabei das Bindemittel entzogen und so die poröse Struktur ausgebildet wird. Für die Entfernung des Bindemittels wird eine dieses aufnehmende Hilfssubstanz mit großer spezifischer Oberfläche ver­ wendet. Diese Hilfssubstanz soll außerdem die Stabilität des noch nicht ausreichend festen rohrförmigen Formlings erhöhen, bevor diese infolge der Sinterung erreicht wird.

R. E. Schwyn beschreibt in "Extruding Cored Wire Electrodes"; Metal Industry; 19.12.1963; S. 894-895, wie Elektroden aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt werden können. In einem ersten Verfah­ rensschritt werden Scheiben, die aus zwei Metallen als gesonderte Schichten bestehen hergestellt. Hier­ für werden Metallpulver mit einem sehr kleinen Anteil Öl bzw. Wachs, der keine Binderfunktion ermöglicht, zu Scheiben verpreßt und anschließend gesintert. Die so erhaltenen Bimetallscheiben werden mit einem Kol­ benextruder kalt verformt und die Elektrodenform hergestellt, wobei der Elektrodenkern aus einem Metall und die Elektrodenhülle aus dem anderen Metall gebildet wird. Die kalte Umformung erfordert sehr hohe Kräfte und es tritt ein erheblicher Verschleiß der Werkzeuge auf. Außerdem ist das beschriebene Ver­ fahren technologisch aufwendig.

In AT 194 228 ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus Metallpulver beschrieben, bei dem das Ausgangspulver in mehreren Stufen durch verschiedene Pressverfahren geformt und mit mehreren Verfor­ mungsgängen die Form der Werkstücke hergestellt wird.

Die Herstellung von Produkten durch plastische Ver­ formung ist in DE 44 19 591 A1 beschrieben. Metal­ lische Teilchen werden z. B. durch Strangpressen vor- und anschließend weiter plastisch verformt.

Mit allen bekannten Fahren kann keine Kalibrierung zur Erzeugung maßhaltiger Bauteile durchgeführt wer­ den.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, Pro­ file mit einem sehr großen Länge/Breite-, Länge/Höhe- und/oder Länge/Wandstärke-Verhältnis herzustellen, die als Ausgangspulver Metalle, Keramik oder solche Mischungen verwenden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs­ formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Verwendung der in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird so vorgegan­ gen, daß metallisches, keramisches Pulver oder eine Mischung von Metall- und Keramikpulver verwendet wird, dem ein Binder oder ein Bindergemisch vor dem Einfüllen in den Extruder oder zeitgleich damit zu­ gegeben wird, so daß die Pulver-Binder-Mischung oder die Einzelkomponenten vom Extruder zur Düse gefördert und dabei plastifiziert bzw. verflüssigt sowie im Falle der Zugabe von Einzelkomponenten zusätzlich vermischt werden. Die Erzeugung der notwendigen Tem­ peratur und des Druckes erfolgt durch Friktion im Extruder bzw. durch eine externe Heizung. Die so er­ haltene fließfähige Mischung wird im Extruder durch eine Düse gepreßt, mit der die gewünschte Profilform des Stranges erhalten werden kann. Der aus der Düse austretende Strang ist dann ausreichend formstabil und weist die gewünschte Profilierung auf. Im Nach­ gang hierzu, kann entweder der profilierte Strang oder aus dem Strang, durch Konfektionierung erhaltene Einzelteile gesintert werden. Beim Sintern kann durch entsprechende Verfahrensführung nochmals Ein­ fluß auf die Werkstoffeigenschaften des fertigen Werkstoffes genommen werden, wobei auf Möglichkeiten hierzu im Weiteren noch einzugehen sein wird.

Als Binder können thermoplastische oder duroplasti­ sche Polymere, Wachse, thermogelisierende Substanzen oder oberflächenaktive Substanzen verwendet werden. Dabei können diese allein oder als Bindergemische mehrerer solcher Komponenten eingesetzt werden. Die Zusammensetzung des Binders sollte jedoch so sein, daß der durch die Düse extrudierte Strang soweit formstabil ist, daß die durch die Düse vorgegebene Profilform ohne weiteres eingehalten werden kann.

Geeignete Binderkomponenten sind Polyamide, Polyox­ ymethylen, Polycarbonat, Styrol-Acrylnitril-Copolyme­ risat, Polyimid, natürliche Wachse und Öle, Duropla­ ste, Cyanate, Polypropylene, Polyacetate, Polyäthyle­ ne, Äthylen-Vinyl-Acetate, Polyvinyl-Alkohole, Poly­ vinyl-Chloride, Polystyrene, Polymethyl-Methacrylate, Aniline, Wasser, Mineral-Öle, Agar, Glyzerin, Polyvi­ nyl-Butyryle, Polybutyl-Methacrylate, Cellulose, Öl­ säuren, Phthalate, Paraffin Wachse, Carnauba Wax, Am­ monium Polyacrylate, Diglycerid-Stearate und -Oleate, Glyceryl-Monostearate, Isopropyl-titanate, Lithium- Stearate, Monoglyceride, Formaldehyde, Octyl-Säure- Phosphate, Olefin-Sulfonate, Phosphat-Ester, Stearin­ säure oder Zink-Stearate.

Gegenüber den bekannten Lösungen kann erfindungsgemäß besonders vorteilhaft kontinuierlich gearbeitet wer­ den und die Eigenschaften des entsprechend herge­ stellten Werkstoffes bzw. solcher Werkstücke können ohne größeren Aufwand konstant gehalten werden. Au­ ßerdem verringert sich der Aufwand für die Durchfüh­ rung des Verfahrens und es ist außerdem einfacher automatisierbar.

Die bevorzugt zu verwendenden Ein- oder Mehrschnec­ kenextruder sind außerdem in der Lage, mehrere Ver­ fahrensschritte durchzuführen, so kann das Mischen, das Fördern und die Druckerzeugung mit einem solchen Extruder durchgeführt werden, ohne daß zusätzliche Werkzeuge oder Anlagen erforderlich sind.

Der gemäß der Erfindung zu verwendende Binder oder ein solches Bindergemisch (bevorzugt thermoplastisch) erreicht nach dem Austritt aus dem Extruder, bei ei­ ner Temperatur je nach Zusammensetzung zwischen 50 und 300°C eine ausreichende Festigkeit, wodurch ge­ sichert ist, daß der aus der Düse extrudierte Profil­ strang die gewünschte Form beibehält. Dabei kann auf eine bestimmte Geometrie (Wabenstruktur), wie dies nach der Lehre gemäß US 4,582,677 erforderlich ist, verzichtet werden. Außerdem ist kein aushärtender Binderbestandteil, wie die bei dieser Lösung erfor­ derlichen Kunstharze, erforderlich.

Ein Schneckenextruder hat weiter den Vorteil, gegen­ über den herkömmlich verwendeten Kolbenextrudern, daß wesentlich geringere Drücke bei der Verfahrensführung erforderlich sind. Wobei sich die Herabsetzung der Viskosität der Pulver-Bindermischung hier ebenfalls günstig auswirkt. Im Gegensatz zur aus dem Stand der Technik bekannten Verwendung schwer entfernbarer Bin­ derbestandteile (Kunstharze), können mit der Erfin­ dung hochdichte Geometrien (Profilformen) hergestellt und außerdem gegenüber Kohlenstoff empfindliche Werk­ stoffe verarbeitet werden.

Vorteilhaft kann auch der extrudierte Profilstrang, direkt nach dem Austritt aus der Düse des Extruders kalibriert werden, um so die Formgenauigkeit weiter erhöhen zu können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Urform­ prozeß aus einer teilflüssigen bzw. flüssigen Phase durchgeführt, wobei im Gegensatz dazu bei den her­ kömmlichen Verfahren eine Umformung durchgeführt wird. Im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten Strangpressen oder der Verwendung eines Reibrades mit einer Nut, wie es aus dem Conform-Verfahren bekannt ist, wird mit der Schnecke des Extruders das Pulver- Bindergemisch nicht nur mit einem Druck beaufschlagt, sondern auch das Ganze gemischt und gefördert, wobei der verwendete Druck und die verwendete Temperatur neben der Herabsetzung der Viskosität gegebenenfalls bis hin zur Verflüssigung, auch eine Plastifizierung von bestimmten Binderanteilen bewirken kann. Im Schneckenextruder erfolgt die Formgebung des vorher gegebenenfalls auch unvermischten gestaltlosen Pul­ ver-Bindergemisches nicht durch Scherkräfte innerhalb einer Festkörpermatrix, sondern durch den Druckver­ lust eines die Form vorgebende Düse durchströmenden Fluides, das als Trägersubstanz für die Pulverparti­ kel fungiert. Dabei wird bei einer Temperatur extru­ diert, bei der wesentliche Anteile an Binder zumin­ dest niedrig viskos bis flüssig sind und das Gemisch demzufolge fließfähig wird und eine Förderung mit anschließender Formgebung durch die Düse erreichbar ist. Bei ausreichend hohem Druck und hoher Temperatur wird das Pulver mit Binder benetzt und ist fließfä­ hig. Außerdem treten beim Extrudieren keine Verfor­ mungen oder Verschweißungen des Ausgangspulvers auf. Der verwendete Binder garantiert außerdem eine aus­ reichende Formstabilität des aus der Düse austreten­ den Stranges, die so groß ist, daß der extrudierte Strang sein Profil beibehält und, wenn überhaupt, nur geringfügige Deformationen, die vernachlässigbar sind, der Profilgeometrie auftreten könnten. Der ver­ wendete Binder kann ggf. auch eine Nachbearbeitung in Form einer plastischen Verformung des Extrudates, auch in periodischen Abständen ermöglichen.

Der aus der Düse des Extruders austretende profilier­ te Strang kann und sollte günstigerweise mit einer entsprechenden Vorrichtung abgezogen werden. Hierfür kann eine Ebene oder eine entsprechend profilierte Fördereinrichtung verwendet werden, die dann an das Profil des Stranges angepaßt ist und Verwerfungen desselben verhindert werden können. Bei einer solchen Fördereinrichtung sollten die entsprechende Relativ­ geschwindigkeit mit der Extrudiergeschwindigkeit na­ hezu synchron sein. Eine entsprechend geometrisch ausgebildete Fördereinrichtung kann außerdem formge­ bend, formunterstützend oder kalibrierend wirken, so daß die Genauigkeit der Profilgeometrie und der Pro­ filabmaße erhöht werden kann oder zusätzliche Form­ elemente eingebracht werden können.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann zwischen der Düse und der Abzugseinrichtung eine Kalibriereinrich­ tung angeordnet sein, mit der das Strangprofil und dessen Abmaße in seiner Form und Maßhaltigkeit weiter verbessert werden.

Zusätzlich können Umformvorrichtungen eingesetzt wer­ den, die den hergestellten Strang im teilerstarrten Zustand, sowohl in Extrusionsrichtung, als auch quer dazu, verformen können, so daß z. B. auch bogenförmige Stränge hergestellt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem beson­ ders vorteilhaft weiter gebildet werden, in dem mehr­ phasige Werkstoffe in Form eines Strangprofiles her­ gestellt werden können. Dabei können mindestens zwei verschiedene Pulver-Bindergemische eingesetzt werden, die in einer Alternative im formgebenden Werkzeug des Extruders, also der Düse zusammengeführt werden und diese dann gemeinsam verlassen oder zwei getrennt profilierte Stränge nach dem Austritt aus getrennten Düsen zu einem gemeinsamen Strang, der aus zwei ver­ schiedenen Materialkomponenten gebildet wird, zusam­ mengeführt.

Unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Bin­ ders oder eines Bindergemisches sollten nach dem Ex­ trudieren einzelne Komponenten durch einfaches Ver­ dampfen, Wicking, Destillation, Sublimation, Extrak­ tion, Cracken unter Schutzgas oder katalytisch unter­ stützte chemische Reaktionen aus dem Strang entfernt werden. Einige Binderkomponenten können aber auch beim ohnehin erforderlichen Sintern, beispielsweise während der Aufheizphase und gegebenenfalls dabei eingehaltenen Haltezeiten, entfernt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie­ len näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Beispiele von Bauteilgeometrien für Wärme­ tauscher, die an elektronischen Bauelemen­ ten eingesetzt werden können;

Fig. 2 schematische Aufbauten von rohrförmigen Profilen und

Fig. 3 schematisch die Herstellung eines aus zwei verschiedenen Werkstoffen bestehenden Säge­ blattes mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren.

An einem ersten Beispiel soll etwas ausführlicher die Vorgehensweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Herstellung eines porösen Gleitlagerhalbzeu­ ges in kontinuierlicher Form beschrieben werden, das gegebenenfalls mit Schmierstoffen getränkt und bei Bedarf mit zusätzlichen Festkörperschmierstoffen (z. B. Kohlenstoff, MoS₂) versetzt werden kann.

Von W. Schatt, "Pulvermetallurgie, Sinter- und Ver­ bundwerkstoffe", Verlag Dr. A. Hüthig, Heidelberg, 1988, wird darauf hingewiesen, daß solche Lager nach den bekannten pulvermetallurgischen Verfahren herge­ stellt werden können, wobei hier Schüttsintern bzw. Pressen der Pulver mit geringem Preßdruck genannt sind. Dabei handelt es sich um diskontinuierliche Verfahrensweisen, die bereits am Anfang des vollstän­ digen Herstellungsprozesses liegen. Mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr aber möglich, solche Gleitlagerhalbzeuge kontinuierlich bis hin zur Konfektionierung der einzelnen Lagerlängen herzustel­ len. Dabei wird ein Schneckenextruder mit einer Rohr­ extrusionsdüse verwendet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, für die Herstellung von linearen, ebenen Lagerprofilen (Gleitschienen u. a.) schlitzförmige oder ähnlich profilierte Düsen einzusetzen. Neben Sinterbronze können dem Buch von W. Schatt auch ande­ re für solche Lager einsetzbare metallische Pulver entnommen werden.

Dem Ausgangspulver Sinterbronze CuSn10 mit einer Korngröße unterhalb 100 µm wird ein Bindergemisch zugegeben, das aus 30 Masse-% Polyäthylen, 59 Masse-% Paraffin, 10 Masse-% Carnauba-Wachs und 1 Masse-% Stearinsäure zusammengesetzt ist.

Das Bindergemischvolumen wird durch die Bestimmung der Volumendifferenz zwischen der theoretischen Dich­ te und der Klopfdichte der pulverförmigen Sinterbron­ ze bestimmt. Die Bestimmung der Klopfdichte des Me­ tallpulvers erfolgt dabei nach ISO-DIN 3953. Dabei sollte das Bindergemischvolumen jedoch so groß sein, daß nahezu das gesamte freie Volumen der Metallpulverschüttung durch Binder penetriert wird.

Das so vorbereitete Pulver-Bindergemisch wird in ei­ nem Knetmischer, bei einer Mischtemperatur von 120°C ca. 60 min geknetet und die Temperatur dabei kontinu­ ierlich auf ca. 80°C abgesenkt. Danach wird die Mi­ schung auf ca. 50°C weiter abgekühlt, aus dem Mischer entnommen und granuliert. Dieses Granulat wird dann in den Extruder gegeben und über dessen Schnecke verdichtet, aufgeschmolzen und im schmelz­ flüssigen Zustand durch die Düse gedrückt, wobei die gewünschte geometrische Profilierung, also die ge­ wünschte Form des Lagerhalbzeuges erhalten wird. Die erforderliche Erwärmung des Pulver-Bindergemisches wird durch die Friktion während des Extrudierens in­ folge der Schneckenrotation und durch externe zusätz­ liche Beheizung des Schneckenzylinders und der Düse erreicht. Im Bereich der Einführung des Pulver-Bin­ dergemisches kann eine Temperatur von ca. 50°C und vor der Düse eine Temperatur von ca. 80°C einge­ stellt werden.

Der aus dem Schneckenextruder extrudierte Strang wird nach der Düse mit Hilfe eines Förderbandes abgezogen und kann dort vollständig erstarren. Der extrudierte Strang erreicht direkt nach dem Austritt aus der Düse eine Festigkeit, die zur Eigenstabilisierung des ge­ wünschten Profiles ausreicht.

Aus dem profilierten Strang können dann die Wachskom­ ponenten in einem Hexanbad, bei einer Temperatur von ca. 30°C während einer Zeit von ca. 3 h entfernt werden. Weitere Binderkomponenten können thermisch ausgetrieben werden, wobei dies in einer oxidierenden Atmosphäre, z. B. Luft, erfolgen kann. Dabei wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2 K/min bis auf 320°C zur restlosen Entfernung der letzten Wachskom­ ponenten aufgeheizt und nachfolgend eine Haltezeit von 0,5 h eingehalten. Wiederum im Anschluß daran, wird mit der gleichen Aufheizgeschwindigkeit weiter bis 450°C erwärmt und diese Temperatur etwa 1 h ge­ halten, um die Polyäthylenanteile zu entfernen.

Im letzten Verfahrensschritt erfolgt das Sintern im Vakuum, wobei zu Beginn mit einer Aufheizgeschwindig­ keit von 5 K/min bis auf 500°C erwärmt und diese Temperatur ca. 1 h gehalten wird, um eventuell noch vorhandene Polymerreste zu entfernen. Im Nachgang dazu kann mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10 K/min auf 850°C weiter geheizt werden und diese Temperatur wieder ca. 1 h gehalten und der Werkstoff so gesintert werden. Nach dem Sintern wird mit 10 K/min abgekühlt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch Wärmetauscher für elektronische Bauteile oder elek­ tronische Geräte hergestellt werden, die relativ großflächig und stark profiliert ausgebildet sein sollen. Entsprechende Profilformen sind in Fig. 1 dargestellt, wobei solche Kühlkörper mit Kühlrippen auf einer Grundplatte angeordnet sind. Auf herkömm­ liche Art und Weise werden solche Kühlelemente aus Aluminiumprofilen hergestellt, wobei eine spanende Bearbeitung, z. B. ein Hochgeschwindigkeitsfräsen, er­ forderlich ist.

Im Gegensatz zu der aufwendigen herkömmlichen Her­ stellung kann eine solche Geometrie mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren sehr einfach und kontinuier­ lich hergestellt werden. Nach dem Extrudieren kann das noch teigige, teilerstarrte Profil quer zur Ex­ trusionsrichtung mit einer entsprechenden Schneidvor­ richtung, mit nur geringem mechanischem Aufwand in den erforderlichen Abmessungen konfektioniert und vereinzelt werden. Dabei ist auch die Grundplatten­ geometrie mit der entsprechend ausgebildeten Düsen­ form ohne weiteres, wie dies auch für die Kühlrippen zutrifft, herstellbar und kann der geometrischen Struktur des jeweiligen zu kühlenden Bauelementes ohne weiteres angepaßt werden. Mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren kann eine bessere und freiere Legie­ rungsauswahl, entsprechend den jeweiligen Anforderun­ gen gewählt und so die Werkstoffeigenschaften des Bauteiles besser berücksichtigt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch rohrförmige Stränge hergestellt werden, die als Fil­ ter- und Belüfterrohre eingesetzt werden können.

In der Abwasser-Aufbereitungstechnik (Kläranlagen) und auch in anderen chemisch-technischen Anlagen wer­ den häufig in Wandrichtung (radial) permeable Rohre eingesetzt, um Gase kontrolliert in Flüssigkeiten einzuleiten bzw. Gase und Fluide zu filtrieren. Sol­ che Rohre werden bereits pulvermetallurgisch herge­ stellt, wobei hierfür bisher das diskontinuierliche Schüttsintern, auch unterstützt durch die sogenannte Zentral-Zentrifugal-Pulvermetallurgie (P. Neumann, V. Arnhold, "Innovative poröse Bauteile und Möglichkei­ ten ihrer Charakterisierung", Pulvermetallurgie in Wissenschaft und Praxis, Band 9, VDI-Verlag, 1993), angewendet worden ist.

Mit der Erfindung können solche Rohre jedoch kontinu­ ierlich hergestellt werden und durch sogenannte Coex­ trusion ist es möglich, bei Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Pulver-Bindergemischen, die jewei­ ligen Filtereigenschaften lokal, in radialer und/oder axialer Richtung gezielt zu beeinflussen. Verschiede­ ne Möglichkeiten mit verschiedenen Werkstoffen oder Pulverfraktionen, die lokal getrennt angeordnet sind und verschiedene Porösitäten, also verschiedene Fil­ tereigenschaften aufweisen, sind in Fig. 2 darge­ stellt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch Wärmetauscherrohre, die im Hochtemperaturbereich ein­ gesetzt werden sollen, hergestellt werden. Um den Wirkungsgrad von Wärmetauschern zu erhöhen, ist es erforderlich, deren Arbeitstemperaturen möglichst sehr hoch zu halten. Dies ist durch den Einsatz ent­ sprechender Werkstoffe möglich. So kann beispielswei­ se eine Y₂O₃-teilchenverstärkte ODS-Legierung (PM 2000, MA956) oder eine intermetallische Phase verwen­ det werden. Solche Legierungen können ausschließlich pulvermetallurgisch hergestellt und verarbeitet wer­ den, wie dies auf bekanntem Wege mit dem CIP, dem Strangpressen des CIP-Bolzens in Rohrform oder Rohr­ walzen bisher durchgeführt wurde. Durch die starke Kornverformung erfolgt jedoch eine Rekristallisation in den Vorzugsrichtungen, die in unerwünschter Form zu extremem Grobkorn und zu Disharmonien in der Über­ einstimmung der Raumrichtung der höchsten Werkstoff­ beanspruchung und höchsten Werkstoffestigkeit und -verformbarkeit führt. So ist es von M. Knüwer in "Un­ tersuchungen zum Einfluß des Korngefüges auf das Kriechen von Rohren aus der dispersionsverfestigten Legierung PM 2000", Diplomarbeit, MLU Halle/KFA-Jü­ lich, 1996, bekannt.

Im Gegensatz dazu ist es mit der Erfindung möglich, solche Rohre herzustellen, ohne daß die einzelnen Pulverteile selbst verformt werden und demzufolge bei der Rekristallisation extreme Anisotropien der mecha­ nischen Eigenschaften erzeugt werden. Dabei kann ebenso verfahren werden, wie dies bei der Herstellung der Filter- und Belüftungsrohre beschrieben worden ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aber auch die Herstellung von Sägeblättern, die insbesondere für die Metallbearbeitung geeignet sind, durchgeführt werden. Solche Sägeblätter können aus mehrkomponenti­ gen Materialien hergestellt werden. Sie weisen dann eine Schneidenschicht, z. B. aus einem HSS-Stahl und eine Trägerschicht aus einem preiswerteren Stahl ge­ ringerer Härte und ausreichender Festigkeit auf. Durch eine Coextrusion verschieden zusammengesetzter Metallpulver-Bindergemische ist es dann möglich, mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Schlitzdüse und verschiedener Einspeisepunkte ein HSS- oder Hart­ metall-Pulver-Bindergemisch mit einem Stahlpulver- Bindergemisch parallel zu extrudieren und so ein aus zwei verschiedenen Materialien bestehendes Sägeblatt zu erhalten. Die Herstellung und der Aufbau eines solchen Sägeblattes sind schematisch in der Fig. 3 dargestellt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch Wolfram-Schweißelektroden, die beim Wolfram-Inertgas- Schweißen (WIG) eingesetzt werden, hergestellt wer­ den. Die nicht abbrennenden Wolfram-Schweißelektroden werden gegenwärtig in einem aufwendigen vielstufigen Herstellungsprozeß hergestellt (O. Prause, "Der Ein­ fluß von elektronenemissionsfördernden Dotierungen auf die Herstellung und die Anwendung von Wolframe­ lektroden", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1997). Der Her­ stellungsprozeß umfaßt kaltisostatisches Verdichten (CIP), Sintern im direkten Stromdurchgang, Kaltumfor­ mung, Rekristallisation. Diese aufwendige Verfahrens­ führung ist durch die Werkstoffeigenschaften und Be­ sonderheiten des höchstschmelzenden Wolframmetalles bedingt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich der Verfahrensablauf dadurch vereinfachen, daß die Prozeßschritte CIP, Kaltumformung und Rekristal­ lisation eingespart werden können. Nach der Extrusion ist nur noch der Entbindungs- und Sinterschritt er­ forderlich und es kann gegebenenfalls eine Kalibrie­ rung und Konfektionierung durchgeführt werden.

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Halb­ zeugen für Pleuelstangen. Die Pleuelstangen für klei­ nere Verbrennungsmotore werden gegenwärtig durch Gießen, Schmieden oder Sinterschmieden hergestellt. Trotz des möglichen relativ hohen Automatisierungs­ grades, werden immer diskontinuierliche Prozesse ver­ wendet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dagegen möglich, ein Halbzeug mit dem Profil des Pleuels kontinuierlich zu extrudieren und quer zur Extrusionsrichtung, scheibenförmig, entsprechend der gewünschten Pleuelstärke zu zertrennen. Das so erhal­ tene Halbzeug kann dann, wie bereits beschrieben, von Bindern befreit und gesintert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch die Herstellung von Nockenwellen vereinfacht werden.

Üblicherweise werden die Nockenwellen für Verbren­ nungsmotore gegossen. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung solcher Nockenwellen, ist der Bau dieser Nockenwellen aus einem Rohr und den zugehörigen Noc­ ken durch Aufschrumpfen der vorher erwärmten Nocken auf das Rohr oder durch radiale Dehnung des Rohres mit Hilfe hohen Druckes von innen.

Die Herstellung solcher Nockenwellen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vereinfacht werden, in dem die Nockenprofile, analog, wie die Profile der Pleuel kontinuierlich hergestellt werden. Unter Be­ rücksichtigung des Rohrdurchmessers der Nockenwelle wird das so hergestellte Nockenprofil jedoch nur vor­ gesintert, konfektioniert und die Nocken mit der Nockenwelle zusammengebaut und fertig gesintert. Die Verbindung Nocken-Rohr kommt dabei sowohl durch me­ chanische Verklammerung kraftschlüssig, wie auch durch einen Vorgang des Versinterns, ähnlich dem, der beim Diffusionsschweißen auftritt, stoffschlüssig zustande.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Kata­ lysatorträger hergestellt werden. Im Unterschied zu keramischen Katalysatorträgern, haben metallische Katalysatorträger eine weit bessere Wärmeleitfähig­ keit und demzufolge eine schnellere Reaktionszeit bei Erwärmung oder Abkühlung. Metallische Katalysatorträ­ ger werden üblicherweise durch ein Umformverfahren von Blech mit hohen Umformgraden und/oder Blechfüge­ schritten als Strukturen mit offenen Kanälen herge­ stellt. Mit den bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, harte und feste Werkstoffe zu verar­ beiten, die bei der Blechumformung nur stark einge­ schränkt eingesetzt werden können. Für die Herstel­ lung von Katalysatorträgern sind jedoch als Werkstoff Refraktärmetalle, insbesondere Wolfram, Tantal, Ti­ tanlegierungen, Eisenbasiswerkstoffe mit hohem Cr- bzw. Al-Gehalt sowie intermetallische Verbindungen besonders geeignet. Diese können jedoch mit dem er­ findungsgemäßen Verfahren problemlos verarbeitet und entsprechende Katalysatorträger hergestellt werden.

Claims (12)

1. Kontinuierliches Extrusionsverfahren zur Her­ stellung von quasi-endlos Profilen aus pulver­ förmigen Ausgangsmaterialien, bei dem metalli­ sches, keramisches oder eine Mischung solcher Pulver mit einem Binder oder Bindergemisch, bei einem Druck und einer Temperatur, bei der der Binder oder das Bindergemisch zumindest niedrig­ viskos ist, als fließfähige Mischung mit einem Schneckenextruder durch eine die Profilform vor­ gebende Düse gepreßt und der Binderanteil zumin­ dest so eingestellt wird, daß der aus der Düse austretende Strang formstabil ist und der profi­ lierte Strang oder durch Konfektionierung erhal­ tene Teile davon, gesintert wird/werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangspulver als Binder thermoplasti­ sche oder duroplastische Polymere, thermogeli­ sierende Substanzen, Wachse oder oberflächenak­ tive Substanzen oder daraus erhaltene Mischungen zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Binder Po­ lyamide, Polyoxymethylen, Polycarbonat, Styrol- Acrylnitril-Copolymerisat, Polyimid, natürliche Wachse und Öle, Duroplaste, Cyanate, Polypropy­ lene, Polyacetate, Polyäthylene, Äthylen-Vinyl- Acetate, Polyvinyl-Alkohole, Polyvinyl-Chloride, Polystyrene, Polymethyl-Methacrylate, Aniline, Wasser, Mineral-Öle, Agar, Glycerin, Polyvinyl- Butyryle, Polybutyl-Methacrylate, Cellulose, Ölsäuren, Phthalate, Paraffin Wachse, Carnauba Wachs, Ammonium Polyacrylate, Diglycerid-Steara­ te und -Oleate, Glyceryl-Monostearate, Isopro­ pyl-titanate, Lithium-Stearate, Monoglyceride, Formaldehyde, Octyl-Säure-Phosphate, Olefin-Sul­ fonate, Phosphat-Ester, Stearinsäure oder Zink- Stearate, verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Binder in einer Men­ ge zugegeben wird, so daß nahezu das gesamte oder das gesamte freie Volumen der Ausgangspul­ verschüttung mit dem Binder ausgefüllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindervolumen­ anteil durch Ermittlung der Volumendifferenz zwischen theoretischer Dichte und Klopfdichte des Ausgangspulvers bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulver und der Binder, bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur vermischt und nach gezielter Abküh­ lung in einen Extruder gegeben, dort durch Frik­ tion und zusätzliche Beheizung erwärmt und dann durch die Düse extrudiert wird oder aber als getrennte Bestandteile in den Extruder gegeben werden, so daß die Vermischung von Pulver und Binder im Extrusionsaggregat selbst abläuft.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sintern, Binder oder Binderanteile durch Verdampfung, Destillation, Sublimation, Extraktion, Cracken unter Schutzgas und/oder katalytisch unterstütz­ te chemische Reaktionen entfernt wird/­ werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei ver­ schiedene Pulver-Bindergemische so extrudiert werden, daß ein Strang aus zwei- oder mehrphasi­ gem Werkstoff hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Pulver-Bindergemische im Bereich oder direkt an der Düse zusammengeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Pulver-Bindergemische getrennt extrudiert und im Anschluß an die Extrusion zusammengeführt wer­ den.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Extrudieren eine Kalibrierung des Strangprofiles durchge­ führt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Strangprofil im teilerstarrten Zustand zur Ver­ besserung der Formgenauigkeit, wie auch für eine weitere bewußte Umformung in periodischen oder nichtperiodischen Abständen umgeformt wird.