DE102011112559A1

DE102011112559A1 - Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge

Info

Publication number: DE102011112559A1
Application number: DE102011112559A
Authority: DE
Inventors: Prof. Bruhnke Ulrich; Dipl.Ing. Anderseck Ralf; Peter Stolfig
Original assignee: TechMag AG
Current assignee: TechMag AG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: DE112012003751A5; WO2013034135A1; DE102011112559B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierungen umfassend eine Einrichtung zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln und wenigstens eine Anlage zur Verarbeitung dieser zu fertigenden Bauteilen oder Halbzeugen. Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus einer Verkettung einer Einrichtung (1) zur Herstellung von Preßbolzen, einer Einrichtung (2) zur Lagerung der Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine Temperatur von 250°C bis zu 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpreßeinrichtung (3), wobei die Einrichtungen (1, 2, 3) mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierungen umfassend eine Einrichtung zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln und wenigstens eine Anlage zur Verarbeitung dieser zu fertigenden Bauteilen oder Halbzeugen.
Das einfachste eine Dauerform nutzende Verfahren zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln für Strangpressen ist der Sturzguß, der vornehmlich bei Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt Anwendung findet. Eine meist zweiteilige Form, deren Innenseite die Konturen des Gußstückes wiedergibt, wird mit Schmelze gefüllt, nach kurzer Zeit bildet sich eine Erstarrungsschicht und das Gußstück wird nach weiterer Abkühlung der Form entnommen. Derartig hergestellte Blöcke, Bolzen oder Knüppel werden dann zur Weiterverarbeitung an entsprechende Firmen zum Einsatz in Strangpreßanlagen geliefert. Dort werden die Blöcke, Bolzen oder Knüppel, die die unterschiedlichsten prismatischen Formen aufweisen können, auf Verformungstemperatur erwärmt und in Strangpreßmaschinen verarbeitet.
Wesentliche Nachteile dieser Herstellungsverfahren liegen zum einen in den dezentralen Herstellungsorten und zum anderen in einer verhältnismäßig niedrigen Produktivität. Desweiteren liegt ein weiterer Nachteil in einem relativ hohen Energiebedarf für die Erwärmung der Blöcke, Bolzen oder Knüppel auf Verformungstemperatur.
Eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Bolzen besteht im Stranggießen. Der Stranggießprozeß kann als diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Prozeß erfolgen. Beim diskontinuierlichen Prozeß werden Preßbolzen – auch Ronden genannt – durch die Anlage in vorgegebener Länge hergestellt. Beim kontinuierlichen Prozeß wird der gegossene Strang nach Erreichen einer bestimmten Länge beispielsweise von einer fliegenden Säge zerteilt und das bei Fortdauer des Gießprozesses. Entsprechend der Kokillenanordnung wird zwischen horizontalem und vertikalem Stranggießen unterschieden. Beim Gießen von Preßbolzen kommen vorzugsweise Kokillensysteme zum Einsatz. Diese ermöglichen das Gießen von mehreren Preßbolzen gleichzeitig. Die Kokillen weisen einen Primärkühlkreislauf auf, durch welchen der Strang äußerlich rasch abkühlt. Zur weiteren Abkühlung und Verfestigung wird der Strang in ein Kühlbecken Sekundärkühlung) abgezogen. Durch die Größe des Kühlbeckens ist die Länge des zu gießenden Stranges beschränkt. Eine derartige Anlage ist beispielsweise aus der DE 196 33 620 C2 bekannt.
Eine weitere Möglichkeit bietet das Stranggießen mit einer Anlage die einen Bogenstranggießabschnitt aufweist. Derartige Anlagen sind beispielsweise aus der DE 41 39 242 C3 , DE 10 2010 007 660 A1 , EP 0804 981 B1 oder WO 2006 056 423 A1 bekannt. Hierbei wird der Gießstrang aus der Vertikalen in die Horizontale überführt. Die Gießanlagen umfassen eine Stranggießkokille mit einem nachgeordneten Bogenstranggießabschnitt und eine Fördereinrichtung des Gießstranges zur nachgeschalteten Bearbeitungsstrecke, wo der Strang umgeformt, gerichtet und weitergefördert wird. Gegebenenfalls schließen sich hier weitere Bearbeitungen wie Reduzieren oder Walzen des Gießstranges an. Während des Austritts des Gießstranges aus dem Bogenstranggießabschnitt und der Förderung durch die Bearbeitungsstrecke wird dieser kontinuierlich gekühlt, vorzugsweise durch Abspritzen mit Kühlwasser.
Alle bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß die Herstellung der Blöcke. Bolzen oder Knüppel und die Weiterverarbeitung dieser in Strangpreßanlagen an unterschiedlichen Produktionsstandorten stattfindet, wodurch die Blöcke, Bolzen oder Knüppel vor dem Strangpressen wieder auf Verformungstemperatur erwärmt werden müssen, wodurch eine negative Energiebilanz entsteht.
Hier setzt die Erfindung ein.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung zu schaffen, die zeitlich und räumlich die Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln für den Strangprozeß und die Verarbeitung dieser in Strangprozeßanlagen zu fertigenden Bauteile oder Halbzeugen in einer Anlage vereinigt, wobei die Abwärme aus dem Herstellungsprozeß für die Blöcke, Bolzen oder Knüppel ausgenutzt wird, um eine positive Energiebilanz zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anlage aus einer Verkettung einer Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen, einer Einrichtung zur Lagerung der Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine Temperatur von 250°C bis 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpreßeinrichtung besteht, wobei die Einrichtungen mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.
Die Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen aus einem Gießformlager, einer Gießformtransporteinrichtung, einer Kühleinrichtung und einer Entformungseinrichtung besteht. Die Transporteinrichtung kann als umlaufende Transporteinrichtung oder als Karussell mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet sein. Die Transporteinrichtung ist mit einer separaten Einrichtung zur Kühlung der Gießform beim Befüllen der Gießformen mit der Schmelze versehen, wobei diese in der Höhe verfahrbar ausgebildet ist.
Die Einrichtung zur Kühlung der Gießform an der Transporteinrichtung ist unterhalb des Ausgusses der Metallschmelzenzuführung positioniert und kann aus einem Flüssigkeitsbad oder einem Düsenring zum Aufspritzen von Flüssigkeit auf die Gießform bestehen. Die Kühleinrichtung an der Transporteinrichtung und/oder die separate Kühleinrichtung können mit mindestens einer wärmetauschenden Einrichtung verbunden werden. Die wärmetauschende Einrichtung kann mit einer Absorptionskälteanlage zur Temperierung der Kühlmedien gekoppelt sein
Die wärmetauschende Einrichtung kann mit der Lagereinrichtung und/oder den Werkzeugen der Strangpreßeinrichtungen verbunden sein.
Die Lagereinrichtung erfüllt in der erfindungsgemäßen Anlage zwei Aufgaben. Zum einen dient sie als Pufferspeicher für die Preßbolzen und zum anderen dient sie dazu, die Preßbolzen auf eine entsprechende Verarbeitungstemperatur zu halten. Die Abwärme aus der Kühleinrichtung der Transporteinrichtung und der separaten Kühleinrichtung wird über eine wärmetauschende Einrichtung dem Kühlmedium entzogen. Die Abwärme kann zum einen für das Warmhalten der Preßbolzen in der Lagereinrichtung und zum anderen für das Vorwärmen von Werkzeugen der Strangpreßeinrichtungen genutzt werden. Desweiteren kann ein Teil der Abwärme einer Absorptionskältemaschine zugeführt werden, mit dessen Hilfe die Kühlmedien für die Kühleinrichtung der Transporteinrichtung und der Kühleinrichtung temperiert werden können.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die dazugehörige 1 zeigt die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anlage. Die Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung 1 zur Herstellung von Preßbolzen, einer Lagereinrichtung 2 für die Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine entsprechende Verarbeitungstemperatur werden und einer Strangpreßeinrichtung 3, die durch Transfereinrichtungen miteinander verkettet sind. Die Einrichtung 1 zur Herstellung von Preßbolzen besteht aus einem Gießformlager 4, einer Transporteinrichtung 6 für die Gießformen, einer Metallschmelzenzuführung 5, einer Kühleinrichtung 7 und einer Einrichtung 8 zur Entformung.
Die Transporteinrichtung 6 ist als umlaufende Transporteinrichtung mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet. Die Gießformen sind als Blockkokillen mit einem Längen/Durchmesserverhältnis von 3,5:1 ausgebildet, wobei die Innenwandung leicht konisch ist. Das bedeutet, daß bei einem Durchmesser von 250 mm die Länge des Preßbolzen etwa 800 mm beträgt. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann die Außenfläche der Gießform mit Rippen versehen sein. Die Gießformen werden dem Gießformenlager 4 entnommen und in die entsprechenden Aufnahmen der Transporteinrichtung 6 eingesetzt und in Richtung der Metallschmelzenzuführung transportiert. Unterhalb der Transporteinrichtung 6 befindet sich eine Kühleinrichtung in Form eines Wasserbades. Während des Gießvorganges wird die Kühleinrichtung in Richtung des Ausgusses der Metallschmelzenzuführung 5 verfahren, und zwar derart, daß sich der Flüssigkeitsspiegel der Kühleinrichtung immer auf der Höhe des Schmelzenspiegels in der Gießform befindet.
Die Gießform besitzt zunächst eine große kalte Materialmenge, zu deren Aufheizung eine beträchtliche Wärmemenge erforderlich ist. Diese Wärmemenge wird beim Gießen und nach dem Gießen der Schmelze entzogen, indem sie in die Gießformwand abfließt. Durch die während des Füllvorganges der Gießform nachgeführte Kühleinrichtung erfolgt nicht wie beim herkömmlichen Gießvorgang, wo die Gießform schlagartig über die gesamte Länge gekühlt wird, sondern es erfolgt quasi eine scheibenweise Kühlung des zu gießenden Preßbolzens. Hierbei wird jenen Teilen der Schmelze, die sich in der Nähe der Gießformwand befinden, die meiste Wärme entzogen und es bildet sich eine feste Außenhaut. Nach dem Abschluß des Befüllvorganges der Gießform wird die Kühleinrichtung nach unten gefahren und die befüllten Gießformen können in die Kühleinrichtung 7 transportiert werden, wo eine weitere Abkühlung der Gießform und damit des Preßbolzens auf ein Temperaturniveau von ca. 450°C Dieses Temperaturniveau entspricht dem Temperaturniveau der Preßbolzen aus einer Magnesiumlegierung beim Strangpressen. Nach dem Durchlauf der Kühleinrichtung 7 wird die Gießform einer Einrichtung 8 zum Entformen übergeben. Hier wird der Preßbolzen der Form entnommen und in einer Lagereinrichtung 2 zwischengelagert. Die Gießform wird anschließend in das Gießformenlager 4 zurückgeführt. Die Lagereinrichtung 2 erfüllt in der erfindungsgemäßen Anlage zwei Aufgaben. Zum einen dient sie als Pufferspeicher für die Preßbolzen und zum anderen dient sie dazu, die Preßbolzen auf eine Verarbeitungstemperatur von ca. 450°C zu halten. Die Abwärme aus der Kühleinrichtung der Transportstrecke 6 und der Kühleinrichtung 7 wird über die wärmetauschende Einrichtung 9 dem Kühlmedium entzogen. Die Abwärme kann zum einen für das Warmhalten der Preßbolzen in der Lagereinrichtung 2 und zum anderen für das Vorwärmen von Werkzeugen genutzt werden. Desweiteren kann ein Teil der Abwärme einer Absorptionskältemaschine zugeführt werden, mit dessen Hilfe die Kühlmedien für die Kühleinrichtung der Transporteinrichtung 6 und der Kühleinrichtung 7 temperiert werden können, wobei die wärmetauschende Einrichtung 9 aus einer Kombination von Wärmetauschern und einer Absorptionskälteanlage besteht.
Bezugszeichenliste

1: Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen
2: Lagereinrichtung
3: Strangpreßeinrichtung
4: Gießformlager
5: Metallschmelzenzuführung
6: Gießformtransporteinrichtung
7: Kühleinrichtung
8: Einrichtung zum Entformen
9: Wärmetauschende Einrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19633620 C2 [0004]
DE 4139242 C3 [0005]
DE 102010007660 A1 [0005]
EP 0804981 B1 [0005]
WO 2006056423 A1 [0005]

Claims

Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge aus Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen, vorzugsweise einer Magnesiumlegierungen mittels Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage aus einer Verkettung einer Einrichtung (1) zur Herstellung von Preßbolzen, einer Einrichtung (2) zur Lagerung der Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine Temperatur von 250°C bis zu 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpreßeinrichtung (3) besteht, wobei die Einrichtungen (1, 2, 3) mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Herstellung von Preßbolzen aus einem Gießformlager (4), einer Gießformtransporteinrichtung (6), einer Kühleinrichtung (7) und einer Entformungseinrichtung (8) besteht.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformtransporteinrichtung (6) mit einer separaten Einrichtung zur Kühlung der Gießformen beim Befüllen der Gießform mit der Schmelze versehen ist, wobei diese in der Höhe verfahrbar ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung der Gießform aus einem Flüssigkeitsbad besteht.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung der Gießform aus einem Düsenring zum Aufspritzen von Flüssigkeit auf die Gießform besteht.
Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung an der Transporteinrichtung (6) und/oder die Kühleinrichtung (7) mit mindestens einer wärmetauschenden Einrichtung (9) verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (9) mit einer Absorptionskälteanlage gekoppelt ist.
Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (9) mit der Lagereinrichtung (2) und/oder den Werkzeugen der Strangpreßeinrichtung (3) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) als umlaufende Transporteinrichtung mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) als umlaufendes Karussell mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet ist.