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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Rührelementen, welche aus einem durch Massschneiden und durch Schmieren vorbehandelten Ausgangsmaterial durch einen Pressvorgang gebildet und einer Nachbehandlung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbehandelte Material zwischen einem oder mehreren nacheinander angeordneten aktiv verformenden Elementen oder Elementgruppen eines Presswerkzeuges geführt durchgeschoben wird, während es durch eine Presskraft in eine von der Schub- oder Fortbewegungsrichtung abweichende Richtung verdreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material durch die aus dem Schub stammende Presskraft verdreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material konisch und/oder schräg geschnitten wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein zur Erzeugung der Schubkraft geeignetes Mittel sowie wenigstens ein das Material während des Durchschiebens führendes Organ und nacheinander angeordnete aktiv verformende Werkzeugelemente oder Elementgruppen aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein materialschiebendes Element und wenigstens ein das Material konisch und/oder schräg schneidendes Schneidegerät aufweist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Rührelementen gemäss den Oberbegriffen des Patentanspruches 1 bzw. 4.
Die US-Patentschriften Nr. 2 847 649 und 3 286 992 beschreiben Rührelemente, die koaxial in einem Umhüllungs- rohr angeordnet sind und dieses in der Achsrichtung durchwegs in zwei gleiche Teile aufteilen und in einer Schneckenlinie verwunden sind. Solche Rührelemente können auch als Drallelemente bezeichnet werden.
Die ungarischen Patentanmeldungen MU-619 und MU620 beschreiben ähnliche, aber das Umhüllungsrohr in zwei Teile mit sich ständig veränderndem Querschnitt aufteilende, eine von der Rohrachse abweichende Achsrichtung aufweisende, gegebenenfalls schneckenförmig verwundene Rührelemente. Von den vielen möglichen Varianten ist eine auf der beigelegten Zeichnung, in Figur 1 ersichtlich.
Bei dem hier dargestellten Rührelement kann sich ausser der Länge L und des Durchmessers D zum Beispiel der Winkel xp der schneckenförmigen Verwindung zwischen 0 und 1800, die Schräge, d. h. der durch die Längsachse des Rührelementes und die Längsachse des Umhüllungsrohres gebildete Winkel zwischen 0 und 900 und die Konizität d/D, d.h. die Änderung der Breite des Rührelementes in Richtung der Längsachse verändern. Die obigen Rührelemente können in verschiedener Art und Weise hergestellt werden, aber ihre Serienherstellung aus Metall erfolgt vorzugsweise durch Pressen.
Das Pressen bedeutet eine plastische Verformung von Metallen in warmem oder kaltem Zustand durch Druckaus übung. Beim Pressen bewegt sich entweder nur die eine Pressplatte oder bewegen sich beide Pressplatten der Presse, wobei der Werkstoff an der gleichen Stelle bleibt oder in Richtung eines seiner unbeweglichen Punkte gestaucht wird.
Zusammen mit der Pressplatte bewegt sich auch das Presswerkzeug oder wenigstens die aktiven Elemente des Presswerkzeuges, die den mit ihnen in Berührung stehenden Werkstoff, nämlich einen in geeigneter Weise vorbereiteten Ausgangswerkstoff, verformen. wobei sie sich im Vergleich zum feststehenden Material verrücken. Beim warmen Pressen kann der erwärmte Werkstoff im allgemeinen nur einem Pressvorgang unterzogen werden, weil der Werkstoff durch die kalte Werkzeugoberfläche abgekühlt wird. Beim Pressen von Rührelementen komplizierter Form muss aber das Werkstück infolge seiner zusammengesetzten Form (Schneckenwindung, Schräge, Konizität) in mehreren aneinanderfolgenden Arbeitsschritten geformt werden. Zwischen den einzelnen Arbeitsschritten wird je nach Bedarf eine Zwischenerwärmung angewendet.
Die mehreren Arbeitsschritte sind deshalb notwendig, damit die während der plastischen Verformung verwendete Kraft die Fliessgrenze des Materials nicht übersteigt, wodurch das voneinander abweichende Mass der Verformung der einzelnen Pressstücke vermieden werden kann. Im allgemeinen sind umso mehr Arbeitsschritte notwendig, je grösser der Verwindungswinkel ç und je kleiner das Verhältnis L/D ist. Der Nachteil der bekannten, aus mehreren Arbeitsschritten bestehenden Pressverfahren besteht unter anderem darin, dass zu jedem Arbeitsschritt ein besonderes Werkzeug notwendig ist. Ebenfalls besondere Werkzeuge sind zur Herstellung von Rührelementen verschiedener Schräge und Konizität notwendig.
Während der Herstellung wird im allgemeinen aus mehr Material ausgegangen als was für die Rührelemente notwendig ist, und der Uberschuss wird abgeschnitten. Nach dem heutigen Stand der Technik ist also die Herstellung von Rührelementen durch Pressen material-, werkzeug- und zeitaufwendig, das heisst teuer.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche die Herstellung der Rührelemente durch ein einziges Presswerkzeug in einem einzigen Arbeitsschritt ermöglichen, und den notwendigen Materialüberschuss verringern, sogar eventuell völlig beheben.
Die Ausarbeitung der erfindungsgemässen Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass wenn ein mit einer Vorbehandlung vorbereitetes Ausgangsmaterial zwischen den aktiven Elementen des Presswerkzeuges durchgeschoben wird, in überraschender Weise durch einen einzigen Arbeitsschritt reproduzierbar gleiche Rührelemente hergestellt werden können und ihre Herstellung kann infolge der wegen des Schubes veränderten Materialumwandlungsverhältnisse ohne Materialverlust erfolgen.
Eine weitere Erkenntnis besteht darin, dass der Schub des Materials mit dem überraschenden Ergebnis verbunden ist, dass es während des Pressens in eine von der Schub- oder Fortbewegungsrichtung abweichende, sogar im Grenzfall auch in eine senkrechte Richtung verdreht werden kann. Dadurch kann durch Pressen schon in einem einzigen Arbeitsschritt ein Rührelement komplizierter Geometrie hergestellt werden.
Zur Erreichung eines grossen Verwindungswinkels cp, insbesondere bei einem kleinen L/D-Verhältnis, kann der Materialbedarf dadurch verringert werden, dass das Material im Werkzeug zwischen zwei oder mehreren nacheinander angeordneten, aktiven Verformungselement oder -elementengruppe durchgeschoben wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dementsprechend durch die Kennzeichnung des Patentanspruches 1 definiert.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dagegen im Patentanspruch 4 definiert.
Die Erfindung wird ausführlicher anhand der beigelegten Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine mögliche Ausbildung der Rührelemente nach der ungarischen Patentanmeldung MU-619 und MU620;
Figur 2 eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, in schematischer Darstellung;
Figur 3 einen ausgebreiteten Blechabschnitt zur Herstellung eines Rührelementes ohne Konizität und Schräge;
Figur 4 einen ausgebreiteten Blechabschnitt zur Herstellung von konischen und/oder schrägen Rührelementen.
Figur 2 zeigt die Anordnung der aktiven Elemente einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Einrichtung in zwei Ansichten. Die Einrichtung weist ein aus zwei Teilen bestehendes Werkzeuggehäuse auf, in dessen unterem Teil 1 die aktiven, verformenden Werkzeugelemente 2 angeordnet sind. Zum unteren Teil 1 des Werkzeuggehäuses ist ein den zu bearbeitenden, ausgebreiteten Blechabschnitt 4 führender oberer Teil 3 starr befestigt.
Während des Betriebes der Einrichtung wird der zu bearbeitende ausgebreitete Blechabschnitt 4 durch in der Zeichnung nicht dargestellte, materialschiebende Elemente, z. B.
Rollen, Arbeitszylinder usw. in den oberen Teil 3 des Werkzeuggehäuses geschoben. Der obere Teil 3 des Werkzeuggehäuses ist so gestaltet, dass er den ausgebreiteten Blechabschnitt 4 in den Spalt zwischen den aktiven verformenden Werkzeugelementen 2 führt. Der ausgebreitete Blechabschnitt 4 wird durch die materialschiebenden Elemente mit einer Kraft F weitergeschoben, geht durch den Spalt zwischen den aktiven verformenden Werkzeugelementen 2 hindurch und nimmt die gewünschte Rührelementenform an.
In Figur 2 ist in den Teilen 1 und 3 des Werkzeuggehäuses ein Paar aktive verformende Werkzeugelemente 2 angeordnet. Das aktive verformende Werkzeugelement kann aus einem Stück bestehen, aber es kann auch als eine aus mehreren Elementen bestehende Elementengruppe ausgebildet werden. In den Teilen 1 und 3 des Werkzeuggehäuses können mehrere aktive verformende Werkzeugelemente 2, -elementengruppen oder -elementenpaare angeordnet werden.
In diesem Fall wird der ausgebreitete Blechabschnitt 4 durch die nacheinander angeordneten aktiven verformenden Werkzeugelemente 2 oder -elementenpaare hindurchgeschoben.
Die Einrichtung kann auch periodisch betrieben werden.
In diesem Fall wird das fertige Rührelement durch den nächstkommenden zu bearbeitenden ausgebreiteten Blechabschnitt 4 herausgeschoben. Die Einrichtung kann aber auch kontinuierlich betrieben werden. In diesem Fall werden keine gesonderte Blechabschnitte 4 in das Werkzeug hineingeschoben, sondern nur ein Blechband und die aus dem Werkzeug kontinuierlich herausgeschobene Rührelementenmenge wird in einzelne Stücke aufgeschnitten.
Sowohl während des periodischen als auch des kontinuierlichen Betriebes kann das herausgeschobene Rührelement nach Bedarf durch nach dem Presswerkzeug angeordnete Schneidegeräte, z. B. durch ein Kreissägeblatt, eine Schleif- oder Trennschleifscheibe usw. schräg und/oder konisch zugeschnitten werden.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Einrichtung wird nachstehend durch Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Zur periodischen Herstellung eines Rührelementes ohne Konizität und Schräge wird ein ausgebreiteter Blechabschnitt nach Figur 3 verwendet. Das Verhältnis von a zu b hängt von dem Verhältnis L/D und dem Winkel zp ab. Der Blechabschnitt wird mit seiner Seite a zwischen die materialschiebenden Elemente gelegt und mit deren Hilfe durch das Werkzeug hindurchgeschoben. Durch das dem Einlegen des nächsten Blechabschnittes folgenden Durchschieben wird das erste Rührelement aus dem Werkzeug herausgeschoben.
Der Blechabschnitt nach Figur 3 kann aus einem einzigen Stück, aber auch aus zwei oder mehreren Stücken mit einer Seitenlänge b bestehen, die nebeneinander gelegt die volle Breite a ergeben.
Beispiel 2
Zur kontinuierlichen Herstellung des Rührelementes nach dem Beispiel 1 wird zwischen die materialschiebenden Elemente ein Blechband mit einer Breite a hineingeführt.
Das aus dem Werkzeug heraustretende verwundene Band gewünschter Form wird an sich bekannter Weise auf Stücke mit einer Länge L geschnitten.
Beispiel 3
Zur periodischen Herstellung eines konischen und/oder schrägen Rührelementes wird von einem ausgebreiteten Blechabschnitt nach Figur4 ausgegangen. Das Verhältnis der Seiten a und b hängt von dem Verhältnis L/D sowie dem Winkel (p ab, es ist also eine Funktion der Konizität und der Schräge. Der Blechabschnitt wird nach dem Beispiel 1 verarbeitet.
Beispiel 4
Zur kontinuierlichen Herstellung eines konischen oder schrägen Rührelementes wird von einem Band mit einer Breite a ausgegangen. Das Band wird wie im Beispiel 2 verarbeitet. Das aus dem Werkzeug heraustretende, verwundene Band gewünschter Form wird mit Hilfe von nach dem Werkzeug angeordneten Schneidemitteln, wie z. B. Kreissägeblatt, Schleif- oder Trennschleifscheibe, konisch und/ oder schräg geschnitten und dann in bekannter Weise auf Rührelemente mit einer Länge L zerlegt.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Lösung besteht darin, dass sämtliche Rührelemente mit der Breite a mit dem gleichen Werkzeug hergestellt werden können, unabhängig von der Schräge und der Konizität des Rührelementes. Weiterhin können auch einige durch zusammengehörende Werte L/D und zp gekennzeichnete Rührelemente mit dem gleichen Werkzeug hergestellt werden. Die relativ komplizierten konischen und schrägen Rührelemente können in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt werden. Der ausgebreitete Blechabschnitt enthält im allgemeinen keinen Materialüberschuss, wodurch im Vergleich zu anderen Verfahren auch eine Materialersparnis erzielt werden kann.
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PATENT CLAIMS
1. A process for the production of stirring elements which are formed from a starting material pretreated by dimensional cutting and lubrication by a pressing process and are subjected to a post-treatment, characterized in that the pretreated material is guided between one or more successively arranged actively deforming elements or element groups of a pressing tool is rotated by a pressing force in a direction other than the pushing or moving direction.
2. The method according to claim 1, characterized in that the material is rotated by the pressing force originating from the thrust.
3. The method according to claim 1, characterized in that the material is cut conically and / or obliquely.
4. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it has at least one means suitable for generating the thrust force and at least one organ guiding the material during the pushing through and successively arranged actively deforming tool elements or groups of elements.
5. Device according to claim 4, characterized in that it has at least one material-pushing element and at least one material tapering and / or sloping cutting device.
The invention relates to a method and a device for producing stirring elements according to the preambles of claims 1 and 4, respectively.
US Pat. Nos. 2,847,649 and 3,286,992 describe stirring elements which are arranged coaxially in a sheathing tube and which, in the axial direction, divide the same into two equal parts and are twisted in a screw line. Such stirring elements can also be referred to as swirl elements.
The Hungarian patent applications MU-619 and MU620 describe similar stirring elements, which, however, divide the sheathing tube into two parts with a constantly changing cross-section, have an axial direction that deviates from the tube axis, and may have a helical twist. One of the many possible variants can be seen in the attached drawing in FIG. 1.
In the case of the stirring element shown here, in addition to the length L and the diameter D, for example the angle xp of the helical twist between 0 and 1800, the slope, d. H. the angle formed by the longitudinal axis of the stirring element and the longitudinal axis of the sheathing tube between 0 and 900 and the taper d / D, i.e. change the width of the stirring element in the direction of the longitudinal axis. The above stirring elements can be manufactured in various ways, but their series production from metal is preferably done by pressing.
Pressing means plastic deformation of metals in hot or cold condition by applying pressure. During pressing, either only one press plate moves or both press plates of the press move, the material remaining in the same place or being compressed in the direction of one of its immovable points.
Together with the press plate, the press tool or at least the active elements of the press tool, which deform the material in contact with them, namely a starting material prepared in a suitable manner, also moves. whereby they move in relation to the fixed material. In hot pressing, the heated material can generally only be subjected to a pressing process because the material is cooled by the cold tool surface. When pressing stirring elements of a complicated shape, however, the workpiece must be formed in several successive work steps due to its composite shape (screw thread, bevel, taper). Between the individual work steps, intermediate heating is used as required.
The several work steps are therefore necessary so that the force used during the plastic deformation does not exceed the yield point of the material, which means that the degree of deformation of the individual pressing pieces which differs from one another can be avoided. In general, the more work steps are necessary, the larger the torsion angle ç and the smaller the ratio L / D. The disadvantage of the known pressing method, consisting of several work steps, is, among other things, that a special tool is necessary for each work step. Special tools are also required for the production of stirring elements of various bevels and taper.
During production, more material is generally used than is necessary for the stirring elements, and the excess is cut off. According to the current state of the art, the production of stirring elements by pressing is material, tool and time-consuming, which means expensive.
The aim of the invention is to provide a method and a device for carrying out the method, which enable the production of the stirring elements by a single pressing tool in a single work step and reduce the necessary excess material, even possibly completely eliminate it.
The elaboration of the solution according to the invention is based on the knowledge that if a starting material prepared with a pretreatment is pushed between the active elements of the pressing tool, surprisingly the same stirring elements can be reproducibly produced in a single work step and their production can be changed due to the thrust Material conversion ratios take place without loss of material.
Another finding is that the thrust of the material is associated with the surprising result that it can be rotated during pressing in a direction that deviates from the direction of thrust or locomotion, even in a vertical direction even in the limit case. As a result, a stirring element of complicated geometry can be produced in a single step by pressing.
In order to achieve a large torsion angle cp, in particular with a small L / D ratio, the material requirement can be reduced by pushing the material in the tool between two or more active deformation elements or element groups arranged one after the other.
The method according to the invention is accordingly defined by the characterization of patent claim 1.
The device for performing the method, however, is defined in claim 4.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
Figure 1 shows a possible design of the stirring elements according to the Hungarian patent application MU-619 and MU620;
Figure 2 shows an example embodiment of the device according to the invention, in a schematic representation;
Figure 3 shows a spread sheet metal section for producing a stirring element without taper and slope;
Figure 4 shows a spread sheet metal section for the production of conical and / or inclined stirring elements.
Figure 2 shows the arrangement of the active elements of an embodiment of the proposed device in two views. The device has a tool housing consisting of two parts, in the lower part 1 of which the active, deforming tool elements 2 are arranged. To the lower part 1 of the tool housing, an upper part 3, which guides the expanded sheet metal section 4 to be machined, is rigidly attached.
During operation of the device, the spread sheet metal section 4 to be processed is replaced by material-pushing elements, e.g. B.
Rollers, working cylinders, etc. pushed into the upper part 3 of the tool housing. The upper part 3 of the tool housing is designed in such a way that it leads the expanded sheet metal section 4 into the gap between the active deforming tool elements 2. The expanded sheet metal section 4 is pushed forward by the material-pushing elements with a force F, passes through the gap between the active deforming tool elements 2 and takes on the desired shape of the stirring elements.
In Figure 2, a pair of active deforming tool elements 2 is arranged in parts 1 and 3 of the tool housing. The active deforming tool element can consist of one piece, but it can also be formed as a group of elements consisting of several elements. In parts 1 and 3 of the tool housing, several active deforming tool elements 2, element groups or pairs of elements can be arranged.
In this case, the expanded sheet metal section 4 is pushed through the active deforming tool elements 2 or pairs of elements arranged one after the other.
The device can also be operated periodically.
In this case, the finished stirring element is pushed out by the next spread sheet section 4 to be processed. The device can also be operated continuously. In this case, no separate sheet metal sections 4 are pushed into the tool, but only a sheet metal strip and the amount of stirring elements continuously pushed out of the tool is cut into individual pieces.
Both during the periodic and the continuous operation, the pushed-out stirring element can be arranged as required by cutting devices arranged after the pressing tool, e.g. B. be cut obliquely and / or conically by a circular saw blade, a grinding or cutting disc, etc.
The application of the inventive method and the inventive device is explained in more detail below by examples.
example 1
A spread sheet section according to FIG. 3 is used for the periodic production of a stirring element without conicity and bevel. The ratio of a to b depends on the ratio L / D and the angle zp. The side of the sheet metal section is placed between the material-pushing elements and pushed through the tool with their help. By pushing through the insertion of the next sheet metal section, the first stirring element is pushed out of the tool.
The sheet metal section according to FIG. 3 can consist of a single piece, but also of two or more pieces with a side length b, which, when placed side by side, give the full width a.
Example 2
For the continuous production of the stirring element according to Example 1, a sheet metal strip with a width a is inserted between the material-pushing elements.
The twisted band of the desired shape emerging from the tool is cut in a manner known per se into pieces with a length L.
Example 3
For the periodic production of a conical and / or inclined stirring element, a spread sheet section according to FIG. 4 is assumed. The ratio of the sides a and b depends on the ratio L / D and the angle (p, so it is a function of the taper and the slope. The sheet metal section is processed according to Example 1.
Example 4
For the continuous production of a conical or inclined stirring element, a band with a width a is assumed. The tape is processed as in Example 2. The twisted band emerging from the tool of the desired shape is cut with the aid of cutting means arranged after the tool, such as. B. circular saw blade, grinding or cutting disc, conical and / or cut obliquely and then disassembled in a known manner on stirring elements with a length L.
The advantage of the solution according to the invention is that all stirring elements with the width a can be produced with the same tool, regardless of the slope and the taper of the stirring element. Furthermore, some stirring elements identified by the corresponding values L / D and zp can also be produced with the same tool. The relatively complicated conical and inclined stirring elements can be manufactured in a single manufacturing step. The spread sheet section generally does not contain any excess material, which means that material savings can also be achieved in comparison with other processes.