DE102006045234B3

DE102006045234B3 - Pressbolzen oder Pressblock und Verfahren zum Erwärmen eines Pressbolzens oder Pressblocks in einem Stoßofen

Info

Publication number: DE102006045234B3
Application number: DE102006045234A
Authority: DE
Inventors: Leszek Dr. Poletek; Hans-Peter Höhe; Florian Dr. Schopper; Ali Aydin
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: EP1905521A1; US20080075969A1; US8298681B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pressbolzen bzw. einen Pressblock mit zwei Stirnseiten, wobei die Oberfläche zumindest einer Stirnseite eine dreidimensionale Topographie aufweist, die aus einer im Wesentlichen ebenen Stirnseitenfläche besteht, aus der lokal Erhebungen hervortreten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pressbolzen oder Pressblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Erwärmen von Pressbolzen oder Pressblöcken in einem Stoßofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Zur Erwärmung beispielsweise von Kupferbolzen werden unterschiedliche Ofenanlagen eingesetzt. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist die möglichst vollständige Nutzung der Energie für die Erwärmung der Blöcke. Inwieweit diese Forderung realisiert werden kann, hängt unter anderem davon ab, wie groß die Wärmeverluste des Ofens sind, und wie effizient die Rauchgasenthalpie für die Blockerwärmung genutzt werden kann.
Eine auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtete vorteilhafte Methode ist die Verwendung einer Blockerwärmungsanlage, welche nach dem Stoßofenprinzip ausgeführt ist. Durch den dabei eingesetzten Materialtransportmechanismus kann die Ofenhülle gasdicht geschlossen ausgeführt werden, was zu minimalen Wärmeverlusten des Ofens führt. Des Weiteren wird durch eine 3-stufige Wärmerückgewinnung, in Form einer konvektiven Vorwärmstrecke, Verbrennungsluftvorwärmung und anschließende Nutzung der Kondensationswärme von Wasserdampf im Ofeneingangsbereich, höchstmögliche Wirtschaftlichkeit erreicht.
Ein gravierender Nachteil bei Erwärmung von Kupferbolzen bzw. Kupferlegierungsbolzen mit hohem Kupfergehalt mit einer Stoßofenanlage ist, dass bei hohen Materialtemperaturen von bis zu 960–980°C und die auf die Bolzenstirn seiten einwirkenden hohen Drücke die Bolzen zum Teil massiv miteinander verschweißen. Erklärt werden können diese Verschweißungen durch Diffusionsvorgänge, welche an den Bolzenkontaktstellen auftreten und eine stoffschlüssige Verbindung verursachen.
Derzeit angewandte Verfahren, um diese Verschweißungen zu vermeiden, sind beispielsweise ein Beschichtungsauftrag, ein Abstandshalter oder die Oxidation der Bolzenstirnseiten.
So ist aus der Druckschrift EP 0 727 262 B1 eine Vorrichtung zum Berußen von Pressbolzen bekannt, um eine Trennschicht zwischen einem Pressbolzen und einem Pressstempel zu erzeugen. Dazu wird über eine Düse mit hoher Austrittsgeschwindigkeit Acetylen unter gezielter Sauerstoffzufuhr so verbrannt, dass sich auf der Stirnseite des Pressbolzens eine Rußschicht ausbildet.
Des Weiteren ist aus der DE 30 17 535 C2 ein Verfahren zum Erwärmen von Blöcken in einem Stoßofen bekannt, bei dem am ausgangsseitigen Ende des Ofens die Blöcke über eine Kippkante geschoben werden, um die Blöcke voneinander zu trennen und einen ausreichenden Abstand zwischen den Blöcken zum Weitertransport zu erzeugen.
Auch ist aus der DE 100 24 459 A1 ein Verfahren zum Erwärmen von Walzgut in einem Stoßofen bekannt, bei dem zwischen die einzelnen Walzgutpartien Abstandshalter eingelegt sind.
Alle diese Verfahren haben den Nachteil, dass zum einen keine ausreichende Fertigungssicherheit bezüglich dem Vermeiden von Verschweißungen erreicht werden kann oder zum anderen Fremdstoffe auf die Bolzen aufgetragen werden, welche sich als Rückstände im gepressten Produkt wieder finden. Folglich kann dann eine Verschleppung ungewünschter Materialen in den Recyclingkreislauf nicht verhindert werden.
Eine alternative Anlage zur Vorbereitung von Metallstücken zum Strangpressen ist aus der Druckschrift US 4,677,838 bekannt. Die Anlage besteht aus einem Wärmeofen und einer Schere zum Schneiden der Stangenabschnitte in Stücke geeigneter Länge. Der Ofen weist ein längliches Gehäuse auf, durch das zum Erhitzen die Metallstücke mit einer am Ofeneingang angeordneten Stoßvorrichtung hindurchgeschoben werden. Direkt am ausgangsseitigen Ofenende ist die Schere in Verlängerung zum Ofengehäuse angeordnet. Bei jedem Schneidvorgang verschließen dabei die Schneidbacken der Schere den Ofenausgang.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Pressbolzen oder Pressblöcke so weiterzubilden, dass sie nach einer Temperaturbehandlung in einem Stoßofen leicht voneinander trennbar sind und ein Verfahren anzugeben, mit dem Pressbolzen oder Pressblöcke nach einer Temperaturbehandlung in einem Stoßofen leicht voneinander getrennt werden.
Die Erfindung wird bezüglich eines Pressbolzens oder Pressblocks durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich eines Verfahrens zum Erwärmen von Pressbolzen oder Pressblöcken in einem Stoßofen durch die Merkmale des Anspruchs 10 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung schließt einen Pressbolzen bzw. einen Pressblock mit zwei Stirnseiten ein, wobei die Oberfläche zumindest einer Stirnseite eine dreidimensionale Topographie aufweist, die aus einer im Wesentlichen ebenen Stirnseitenfläche besteht, aus der lokal Erhebungen hervortreten.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, eine definierte Kontaktfläche zwischen den Bolzen zu erzeugen, um ein gezieltes Verkleben zu erreichen, sofern dies aufgrund hoher Prozesstemperaturen nicht zu vermeiden ist. Bei Stoßöfen liegen die Bolzen in Form eines Stranges dicht beieinander. Mit jedem Neuzugang am eingangsseitigen Ende des Ofens wird der Ofeninhalt um einen Schritt weiter transportiert. Am ausgangsseitigen Ende tritt infolge dessen ein erwärmter Bolzen aus dem Ofen. Die Kontaktfläche ist so bemessen, dass beim Austrag eines Bolzens am Ende eines Stoßofens eine einfache Zange ausreicht, um eine mit benachbarten Bolzen verschweißte Oberfläche mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand sicher zu trennen. Dabei lässt sich bereits aus Werkstoffkenngrößen die erforderliche Kontaktflache mittels Berechnungsmethoden für das Kalt- und Warmumformen ermitteln.
Der besondere Vorteil besteht darin, dass die gemeinsame Berührungsfläche mit benachbarten Bolzen entsprechend minimiert ist, um sie im Anschluss an eine Temperaturbehandlung in einem Stoßofen leicht voneinander trennen können.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann ein Stift, ein Plättchen oder eine kalottenförmige Ausbuchtung als lokale Erhebung angeordnet sein. Insbesondere können dabei die Stifte einen so geringen Durchmesser aufweisen, dass sie in einem Stoßofen durch den Transportvorgang durchaus deformiert werden können, dabei jedoch noch knickstabil sind. Die Deformation ist allerdings nur in dem Maße zu akzeptieren, solange es nicht zu einem großflächigen Kontakt benachbarter Bolzenoberflächen kommt.
In bevorzugter Weiterbildung kann ein Stift, ein Plättchen oder eine kalottenförmige Ausbuchtung mittig angeordnet sein. Hierdurch wird für den Transportmechanismus in einem Stoßofen eine zentrale Kraft auf benachbarte Pressbolzen oder Pressblöcke in axialer Richtung erzeugt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass mehrere Stifte, Plättchen oder kalottenförmige Ausbuchtungen über die Stirnseite verteilt angeordnet sein können. Dadurch wird die für den Transport in einem Stoßofen verantwortliche Kraft gleichmäßig auf mehrere lokale Erhebungen aufgeteilt, um einer Deformation entgegenzuwirken.
Vorzugsweise können die Stifte, Plättchen oder kalottenförmige Ausbuchtungen aus demselben Material wie der Pressbolzen sein, beispielsweise aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung. In erster Linie werden so keine Fremdstoffe mit den Bolzen in Verbindung gebracht, die sich als Rückstände im gepressten Produkt wieder finden. Folglich kann dann eine Verschleppung ungewünschter Materialen in den Recyclingkreislauf verhindert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Stifte, Plättchen oder kalottenförmige Ausbuchtungen mit einer Schweißverbindung angebracht sind. Derartige Verbindungen lassen sich einfach herstellen und gewährleisten einen zuverlässigen Stoffschluss mit dem Bolzen- oder Blockmaterial.
Vorteilhafterweise können die Stifte jeweils in Bohrungen angeordnet sein. Hierbei können die Stifte auch durch Nietenverfahren am Bolzen befestigt werden. Hierdurch kommen beim Fügen keine Fremdmaterialien zum Einsatz.
Vorteilhafterweise kann die jeweilige Stirnseite am äußeren Umfang Ausbuchtungen aufweisen. Diese können mittels spanloser Umformverfahren durch radiales Anstauchen oder Hämmern erzeugt werden.
In weiterer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann die jeweilige Stirnseite am äußeren Umfang einen ringförmigen Wulst aufweisen. Dies kann durch Anwalzen der Bolzenkante im Übergang der Stirnseite zur Seitenfläche geschehen. Auch mit anderen umformtechnischen Verfahren, wie beispielsweise dem Rückwärtsfließpressen, lassen sich die Stirnseiten entsprechend formen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt ein Verfahren zum Erwärmen von Pressbolzen oder Pressblöcken in einem Stoßofen ein, wobei zumindest eine mit dem jeweils benachbarten Pressbolzen oder Pressblock in Kontakt tretende Stirnseite eine dreidimensionale Topographie aufweist, die aus einer im Wesentlichen ebenen Stirnseitenfläche besteht, aus der lokal Erhebungen hervortreten, wobei die gemeinsame Berührungsfläche so gering ist, dass im Falle einer durch die Erwärmung entstehenden stoffschlüssigen Verbindung der am ausgangsseitigen Ende der Ofens austretende Pressbolzen oder Pressblock mit geringem Kraftaufwand durch eine Trennvorrichtung oder bereits durch sein Eigengewicht vom anhaftenden benachbarten Pressbolzen oder Pressblock getrennt werden kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind das einfache Trennen der in einem Stoßofen transportierten Bolzen infolge einer Verkleinerung der gemeinsamen Kontaktflächen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Bolzens mit vier auf der Stirnseite angeordneten Stifte und die entsprechende Frontansicht,
2 eine Seitenansicht zweier sich berührender Bolzen mit mittiger Anordnung eines Plättchens bei leichtem Schrägschnitt,
3 eine Seitenansicht eines Bolzens mit einer mittig angeordneten Kalotte und die entsprechende Frontansicht,
4 einen Längsschnitt eines Bolzens mit Ausbuchtungen am äußeren Umfang und die entsprechende Frontansicht,
5 einen Längsschnitt eines Bolzens mit einem ringförmigen Wulst und die entsprechende Frontansicht, und
6 einen Ausschnitt eines mittels Rückwärtsfließpressen umgeformten Bolzens vor und nach der Umformung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Pressbolzens 1 mit vier auf der Stirnseite 2 angeordneten Stiften 3 und die entsprechende Frontansicht als eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zusätzliches Material eingesetzt wird. Kleine Stifte 3, aus Gründen des Recyclings aus dem gleichen Material wie der Bolzen 1, werden auf der Stirnseite des Bolzens 1 verteilt angebracht. Die Größe der Gesamtfläche aller Stifte 3 wird über die Reißkraft beim Ausziehen des Bolzens 1 festgelegt.
2 zeigt eine Seitenansicht zweier sich berührender Bolzen 1 mit mittiger Anordnung eines Plättchens 4 auf der Stirnseite 2 des Bolzens 1 bei leichtem Schrägschnitt. Das Plättchen 4 kann zum Beispiel aus Bandmaterial gestanzt sein. Seine Dicke muss zumindest so groß sein, dass auch bei einem leichten Schrägschnitt Bolzen und Gegenbolzen ausschließlich im Bereich des Plättchens 4 miteinander in Kontakt kommen. Die Größe der Fläche wird wiederum über die Reißkraft beim Ausziehen des Bolzens 1 festgelegt. Die Stifte 3 und Plättchen 4 können dann beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder Nieten an den Bolzen angefügt werden.
In 3 ist eine Seitenansicht eines Bolzens 1 mit einer mittig angeordneten kalottenförmigen Ausbuchtung 5 und die entsprechende Frontansicht dargestellt.
In 4 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, bei dem kein zusätzliches Material benötigt wird. Prinzipielles Ziel ist es, erfindungsgemäß Erhebungen auf der Stirnseite des Bolzens 1 zu erzielen. Die Figur zeigt einen Längsschnitt eines Bolzens 1 mit Ausbuchtungen am äußeren Umfang 6 und die entsprechende Frontansicht. Zur Herstellung der Ausbuchtung 6 wird im Bereich der umlaufenden Kante des Bolzens ein Stempel radial in das Bolzenmaterial gedrückt. Je nach Möglichkeiten der axialen Abstützung des Bolzens 1 kann die Kante gebrochen werden. Das verdrängte Material fließt in Richtung des geringsten Widerstands und bildet so eine Beule auf der freien Stirnseite 2 aus. Einige weitere lokal angeordnete Beulen können über den Umfang verteilt werden. Der Ausschnitt A zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Ausbuchtung 6.
5 zeigt einen Längsschnitt eines Bolzens 1 mit einem ringförmigen Wulst 7 und die entsprechende Frontansicht. Der Wulst 7 wird durch Anwalzen der Bolzenkante im Übergang der Stirnseite zur Seitenfläche erzeugt.
6 zeigt einen Ausschnitt eines mittels Rückwärtsfließpressen umgeformten Bolzens 1 vor und nach der Umformung mit einem Presswerkzeug 8. Der Werkstoff fließt entgegen der Wirkrichtung der Werkzeugbewegung. Durch ein stirnseitiges Stauchen des Bolzens 1 mit einem Werkzeug wird das Bolzenmaterial zum Fließen gebracht. Das Werkzeug 8 muss so aufgebaut sein, dass es Aussparungen für die stiftförmigen Ausbuchtungen 3 hat. Ist der Fließwiderstand in die übrigen Raumrichtungen zu groß, wird das Material durch die Aussparungen gegen die Werkzeugbewegung fließen. Gegebenfalls muss der Bolzen 1 entsprechend abgestützt werden.

1: Pressbolzen oder Pressblock
2: Stirnseite
3: Stifte
4: Plättchen
5: kalottenförmige Ausbuchtungen
6: Ausbuchtungen am äußeren Umfang
7: ringförmiger Wulst
8: Presswerkzeug

Claims

Pressbolzen oder Pressblock (1) mit zwei Stirnseiten (2) dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zumindest einer Stirnseite (2) eine dreidimensionale Topographie aufweist, die aus einer im Wesentlichen ebenen Stirnseitenfläche besteht, aus der lokal Erhebungen hervortreten.
Pressbolzen oder Pressblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift (3), ein Plättchen (4) oder eine kalottenförmige Ausbuchtung (5) als lokale Erhebung angeordnet ist.
Pressbolzen oder Pressblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (3), das Plättchen (4) oder die kalottenförmige Ausbuchtung (5) mittig angeordnet ist.
Pressbolzen oder Pressblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stifte (3), Plättchen (4) oder kalottenförmige Ausbuchtungen (5) über die Stirnseite (2) verteilt angeordnet sind.
Pressbolzen oder Pressblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (3), Plättchen (4) oder kalottenförmige Ausbuchtungen (5) aus demselben Material wie der Pressbolzen sind.
Pressbolzen oder Pressblock nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (3), Plättchen (4) oder kalottenförmige Ausbuchtungen (5) mit einer Schweißverbindung angebracht sind.
Pressbolzen oder Pressblock nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (3) jeweils in Bohrungen angeordnet sind.
Pressbolzen oder Pressblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Stirnseite (2) am äußeren Umfang Ausbuchtungen (6) aufweist.
Pressbolzen oder Pressblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Stirnseite (2) am äußeren Umfang einen ringförmigen Wulst (7) aufweist.
Verfahren zum Erwärmen von Pressbolzen oder Pressblöcken (1) in einem Stoßofen dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer mit dem jeweils benachbarten Pressbolzen oder Pressblock (1) in Kontakttretenden Stirnseite (2) eine dreidimensionale Topographie ausgebildet wird, die aus einer im Wesentlichen ebenen Stirnseitenfläche besteht, aus der lokal Erhebungen (4, 5, 6, 7) hervortreten, wobei die gemeinsame Berührungsfläche so gering wird, dass im Falle einer durch die Erwärmung entstehenden stoffschlüssigen Verbindung der am ausgangsseitigen Ende des Ofens austretende Pressbolzen oder Pressblock (1) mit geringem Kraftaufwand durch eine Trennvorrichtung oder bereits durch sein Eigengewicht vom anhaftenden benachbarten Pressbolzen oder Pressblock (1) getrennt wird.