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Blockaufnehmer der erfindungsgemäßen Art werden
zum Verpressen von Metallen zu Halbzeugen, wie Stangen, Hohlstangen
oder Rohren, eingesetzt. Sie weisen in der Regel einen Mantel, eine
in einer Aufnahme des Mantels angeordnete, rohrförmig ausgebildete Zwischenbüchse und
eine in der Innenöffnung
der Zwischenbüchse
angeordnete Innenbüchse
zur Aufnahme eines Rohumformblocks auf. Die einzelnen Bauelemente
des Blockaufnehmers sind dabei durch Schrumpfung miteinander kraftschlüssig verbunden.
In einer Grenzschicht im Bereich des Übergangs von der Zwischenbüchse zum Mantel
kann dabei am jeweiligen Büchsenumfang mindestens
ein in Büchsenlängsrichtung
schraubenlinienförmig
verlaufender Kühlkanal
ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können entsprechend ausgebildete
Kühlkanäle an der
Grenze der Innenbüchse
zur Zwischenbüchse
sein. Im Betrieb wird ein Kühlmittel
durch die Kühlkanäle geleitet,
um die beim Strangpressen entstehende Wärme abzuführen.
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Bei der Herstellung von großen Metallhalbzeugen,
besonders in den dominierenden Feldern "Leichtmetallstrangpressen", bei dem Leichtmetalle, insbesondere
Al-Legierungen verarbeitet werden, oder beim "Schwermetallstrangpressen", bei dem insbesondere
Cu- bzw. Cu-Legierungen verpresst werden, wird vornehmlich mit horizontal
gebauten Strangpressanlagen gearbeitet. Je nach Pressprodukt sind
die bekannten Pressanlagen dabei als Direktpressen oder Indirektpressen
ausgebildet. Die generell guten warmplastischen Eigenschaften der verwendeten
Werkstofffamilien erlauben es, durch Verpressen Halbzeuge, wie Voll-
und Hohlstangen oder Rohre, zu produzieren.
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Für
eine optimale plastische Umformfähigkeit
der metallischen Werkstoffe ist es allerdings in der Regel erforderlich,
dass die jeweiligen Rohumformblöcke
vor ihrer Verpressung erwärmt
werden. Dabei bewegen sich die Umformtemperaturen für das Leichtmetallstrangpressen
typischerweise im Bereich von ca. 400 °C – 500 °C. Beim Strangpressen von Kupfer
und Kupfer-Legierungen verlangt die Strangverpressung Verarbeitungstemperaturen,
die typischerweise zwischen 700 °C – 1100 °C liegen. Schon
aufgrund dieser Vorerwärmung
der zu verpressenden Metallblöcke
unterliegen die Blockaufnehmer (in der Fachsprache auch "Rezipienten" genannt) einer äußerst hohen
wechselnden thermischen und mechanischen Kombinationsbeanspruchung.
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Für
die eigentliche Extrusionsarbeit zur Bildung von Strängen wird
der im profilgebenden Werkzeug zu verformende Rohumformblock in
einem beheizten Blockaufnehmer mittels einem hohen Stempeldruck
in einen fließfähigen Zustand
versetzt. Auch hieraus resultiert für den Blockaufnehmer eine,
je nach Presskraft mehr oder weniger hohe, mechanische Beanspruchung,
die unter der ohnehin gegebenen hohen thermischen Belastung auftritt.
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Um diesen im praktischen Einsatz
auftretenden Belastungen standzuhalten, müssen die einzelnen Blockaufnehmerbuchsen
(Mantel, Zwischen- und Innenbüchse)
aus geeigneten warmfesten Stählen
gefertigt sein. Für
ein qualitativ einwandfreies Arbeiten während des aktiven Pressens
ist es darüber hinaus
notwendig, dass eine optimale Maßhaltigkeit des Öffnungsdurchmessers
für eine
maximale Betriebszeit gewährleistet
ist.
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Bei allen bekannten Rezipienten verschlechtert
sich im Laufe der Betriebszeit die Maßhaltigkeit der formgebenden Öffnung nachhaltig.
Zudem entwickeln sich in Folge der thermischen Beanspruchung besonders
an den innenliegenden Büchsen
(Zwischen- und Innenbüchse)
plastische Verformungsreaktionen, wie Werkstofferweichung, Wanddickenreduzierung
und Rissbildung. Je nach Verschleißgrad übt diese Veränderung
direkt einen negativen Einfluss auf die Qualität des erhaltenen Pressproduktes aus.
Diese Qualitätsverschlechterung äußert sich beispielsweise
in Oberflächenfehlern
durch Restschalenteilchen usw.
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Um einer übermäßigen Erwärmung entgegen zu wirken, sind
bei bekannten Blockaufnehmern der eingangs beschriebenen Art in
Längsrichtung des
Blockaufnehmers verlaufende, insbesondere an der Zwischenbüchsenperipherie,
schraubenlinienförmig
ausgebildete Kühlkanäle vorgesehen.
Durch diese Kühlkanäle wird
ein Kühlmedium
gepresst, das die im Pressbetrieb entstehende Betriebswärme abführt. Je
nach Blockaufnehmertyp oder Blockumformcharakter herrschen dennoch
im praktischen Betrieb an der gekühlten Zwischenbüchse Temperaturniveaus, die
zwischen ca. 500 °C
und ca. 680 °C
liegen können.
Diese nach wie vor sehr hohen Temperaturen führen zu einer unerwünschten
Minderung der Festigkeit des Büchsenwerkstoffs
und damit einhergehend zu einer Verschlechterung der Maßhaltigkeit des
Werkzeugs.
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Das Kühlmedium wird über eine
Zuführleitung
dem Blockaufnehmer zu- und im erwärmten Zustand über eine
Abführleitung
aus dem Blockaufnehmer abgeführt.
Im Bereich des Mantels des Blockaufnehmers sind diese Leitungen
dabei als Zu- und Abflusskanäle
ausgeformt, die in geeigneter Weise durch den Mantel verlaufen.
Praktische Erfahrungen zeigen dabei, dass es insbesondere im Bereich
der Zufuhrkanäle
zu Spannungsrissen kommt, die letztendlich zum Ausfall des Blockaufnehmers
führen. Daher
soll in der Regel nur vorerwärmtes
Kühlmedium
in den Blockaufnehmer geleitet werden. Diese Notwendigkeit führt jedoch
zu einer deutlichen Einschränkung
der Effektivität
der in der Praxis eingesetzten Blockaufnehmer.
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Ausgehend von dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, einen
Blockaufnehmer zu schaffen, der bei erhöhten Standzeiten eine höhere Produktivität ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch Blockaufnehmer für Strangpressen
gelöst,
die mit einem Mantel und mit mindestens einer in eine von dem Mantel
umgebene Aufnahme eingesetzten Büchse
ausgestattet ist, wobei im Bereich des Übergangs zwischen dem Mantel
und der Büchse
mindestens ein im Betrieb von einem Kühlmedium durchströmter Kühlkanal ausgebildet
ist, der über
eine durch den Mantel verlaufende Verbindungsleitung mit einer Versorgungseinrichtung
verbunden ist. Erfindungsgemäß ist bei einem
derart ausgebildeten Blockaufnehmer in dem Mantel ein Durchführungskanal
eingeformt, durch den die Versorgungsleitung geführt ist, wobei im Bereich des
Durchführungskanals
zwischen der Außenfläche der
Verbindungsleitung und der Innenfläche des Durchführungskanals
mindestens abschnittsweise ein Medium vorhanden ist, das einen Wärmeübergang
zwischen der Verbindungsleitung und dem Mantel behindert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Blockaufnehmer
ist eine separat durch den Mantel des Aufnehmers geführte Leitung vorgesehen,
die in keinem direkten, wärmeleitenden
Kontakt mit dem Werkstoff des Mantels steht. Das durch die Verbindungsleitung einströmende Kühlmedium
kommt somit im Pressbetrieb nicht mehr direkt mit dem vorgeheizten
Blockaufnehmer in Berührung.
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Zu diesem Zweck ist zwischen der
Innenwand eines zur Durchführung
der Verbindungsleitung im Mantel ausgebildeten Durchführungskanals
ein wärmeisolierendes
Medium vorgesehen, das verhindert, dass dem Mantel in der Umgebung
der Verbindungsleitung in übermäßigem Umfang
Wärme entzogen
wird. Eine über
einen Toleranzbereich hinausgehende Abkühlung der Umgebung des Durchführungskanals
durch ein im kalten Zustand durch den Mantel strömendes Kühlfluid wird so wirkungsvoll vermieden.
Damit einhergehend wird extremen, beim Stand der Technik in Folge
von Temperaturdifferenzen im Mantel des Blockaufnehmers örtlich begrenzt auftretenden
Spannungen wirksam vorgebeugt. Infolgedessen ist auch die Gefahr
der Entstehung von Spannungsrissen im Bereich der Zuführung des Kühlmediums
in den Blockaufnehmer auf ein Minimum reduziert.
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Gleichzeitig ist durch die erfindungsgemäß vorgesehene
isolierte Durchführung
der Zuführleitung
durch einen Durchführungskanal
des Mantels sichergestellt, dass die thermischen Belastungen des Mantels
im Bereich dieser Durchführung
auf einem Niveau gehalten wird, das die thermische und mechanische
Dauerbelastbarkeit nicht überschreitet. Ein
erfindungsgemäßer Blockaufnehmer
für das Strangpressen
weist daher eine gegenüber
dem Stand der Technik deutlich längere
Standzeit auf. Gleichzeitig ist bei ihm eine effizientere Kühlung möglich mit
dem Ergebnis, dass der Werkstoff der einzelnen Teile des Blockaufnehmers
weniger schnell ermüdet
und eine hohe Maßhaltigkeit
der Werkzeugöffnung über eine
deutlich verlängerte
Betriebszeit gewährleistet
ist.
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Gemäß einer praxisgerechten Ausgestaltung der
Erfindung kann die Verbindungsleitung durch ein Rohr gebildet sein,
das durch den Durchführungskanal
mit Abstand zu dessen Innenwandungen geführt ist. Das betreffende Rohr
kann dabei Teil einer längeren
Verbindungsleitung sein, die zu einer Kühlmittelversorgung führt. Ebenso
kann es jedoch auch zweckmäßig sein,
die im Mantel des Blockaufnehmers sitzende Verbindungsleitung als
Hülse auszubilden,
an die dann eine zur Kühlmittelversorgung führende Versorgungsleitung
angeschlossen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung ist eine Demontage des
erfindungsgemäßen Blockaufnehmers
besonders einfach möglich.
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Grundsätzlich kann im Bereich zwischen
der Verbindungsleitung und den Innenwänden des Durchführungskanals
jedes Medium eingesetzt werden, das eine ausreichende Wärmeisolation
der Leitung gegenüber
dem Material des Mantels gewährleistet.
So können
als wärmeisolierende
Medien beispielsweise Keramiken oder andere Feuerfestmaterialien
eingesetzt werden. Genauso ist die Verwendung von ausreichend hitzebeständigen Kunststoffen als
Isolatoren denkbar. Praktische Versuche haben allerdings gezeigt,
dass befriedigende Ergebnisse auch schon dann erreicht werden, wenn
als den Wärmeübergang
zwischen der Verbindungsleitung und dem Mantel behinderndes Medium
Luft verwendet wird. Indem ein von Luft als wärmeisolierendes Medium gefüllter Zwischenraum
zwischen der Außenwand
der Verbindungsleitung und der Innenwand des Durchführungskanals
vorgesehen wird, lässt
sich die Erfindung unkompliziert und kostengünstig realisieren.
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Um einen sicheren Halt der Verbindungsleitung
im Durchführungskanal
auch unter den im praktischen Einsatz auftretenden hohen Erschütterungen des
Blockaufnehmers dauerhaft zu gewährleisten,
ist die Verbindungsleitung zweckmäßigerweise durch in den Durchführungskanal
eingesetzte Einsatzstücke mit
Abstand zu den Innenwandungen des Durchführungskanals gehalten, die
vorzugsweise mindestens im Bereich der Mündungsöffnungen des Durchgangskanals
sitzen. Die betreffenden Einsatzstücke sollten dabei aus einem
den Wärmeübergang
zwischen der Verbindungsleitung und dem Mantel behindernden Material
hergestellt sein.
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Wie beim Stand der Technik kann selbstverständlich auch
bei einem erfindungsgemäßen Blockaufnehmer
in der Aufnahme des Mantels eine Zwischenbüchse sitzen, die eine weitere
Aufnahme für die
Innenbüchse
besitzt.
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Ebenso ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Blockaufnehmer
die Büchse
in ebenfalls an sich bereits bekannter Weise in mehr als ein Segment
aufgeteilt ist, von denen jedes in die Aufnahme des Mantels eingeschoben
ist.
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Um eine über die Längserstreckung des Blockaufnehmers
möglichst
gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten,
können
in einen erfindungsgemäßen Blockaufnehmer
mehr als ein Durchführungskanal
in den Mantel eingeformt sein, in denen in erfindungsgemäßer Weise
jeweils eine Versorgungsleitung hinsichtlich des Wärmeübergangs
isoliert gegenüber dem
Mantel sitzt.
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Durch immer wiederkehrende Instandsetzungsarbeiten
an Blockaufnehmern, die im Wesentlichen durch Wechseln von Innen-
und Zwischenbüchsen
gekennzeichnet sind, hat sich herausgestellt, dass durch eine Isolierung
des kalten Kühlmediums vom
vorgewärmten
Mantel diese Temperaturwechselrisse vermieden werden.
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Der besondere Vorteil der Erfindung
liegt darin, dass die konstruktive Ausführung eines erfindungsgemäßen Blockaufnehmers
problemlos so gewählt
werden kann, dass die Betreiber der Blockaufnehmer keine Änderung
von bisherigen Anschlüssen oder
Steuerungen vornehmen müssen.
So eignet sich die Erfindung insbesondere zum Nachrüsten in der
Praxis bereits eingesetzter Blockaufnehmer. Auch für zukünftig weiterhin
notwendige Instandsetzungsarbeiten bleibt der Arbeitsablauf unverändert bestehen.
Die für
eine erfindungsgemäße Herrichtung
eines Blockaufnehmers erforderlichen konstruktiven Änderungen
sind lediglich ein einmaliger Aufwand bei Neubestellungen oder Umbauten
von vorhandenen Blockaufnehmern. Bisher notwendige Reparaturarbeiten
wie Ausfugen von Rissen und aufwendige Schweißarbeiten werden durch die
vorliegende Erfindung vermieden, so dass auch insoweit die Betriebskosten
erfindungsgemäßer Blockaufnehmer
gegenüber
dem Stand der Technik vermindert sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen schematisch:
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1 einen
Blockaufnehmer in einer längsgeschnittenen
perspektivischen Ansicht,
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2 eine
vergrößerte Detailansicht
des in 1 gekennzeichneten
Ausschnitts X.
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Der aus einem aus einem warmfesten,
austenitischen Stahlwerkstoff hergestellte Blockaufnehmer B (Rezipient)
weist einen als Hohlzylinder ausgebildeten äußeren Mantel 1 auf.
In der Aufnahmeöffnung 2 des
Mantels 1 ist eine ebenfalls hohlzylindrische Zwischenbüchse 3 eingesetzt,
die wiederum eine sich über
die Länge
der Zwischenbüchse 3 erstreckende
innere Aufnahmeöffnung 4 besitzt.
In der Aufnahmeöffnung 4 der
Zwischenbüchse 3 ist
eine Innenbüchse 5 eingesetzt,
die ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist. Die Öffnung 6 der
Innenbüchse bildet
die Öffnung,
durch deren Innenmaß das
Außenmaß des zu
erzeugenden Strangpressproduktes bestimmt wird.
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Mantel 1, Zwischenbüchse 3 und
Innenbüchse 5 sind
dabei durch Schrumpfmontage miteinander kraftschlüssig verbunden.
Die Zwischenbüchse 3 und
/ oder die Innenbüchse 5 können dabei
in an sich bekannter Weise aus mehreren Einzelsegmenten aufgeteilt
sein. So ist beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
die Zwischenbüchse 3 beispielsweise
durch drei in Längsrichtung
des Mantels 1 aufeinander folgend in dessen Aufnahmeöffnung 2 eingeschobene
Zwischenbüchsensegmente 3a,3b,3c gebildet.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
beträgt
die Wandstärke
des Mantels 1 etwa das Fünffache der Wandstärke der
Zwischenbüchse 3.
Die Wandstärke
der Innenbüchse 5 ist
etwa halb so groß wie
die Wandstärke
der Zwischenbüchse 3.
Selbstverständlich
sind andere Dimensionierungen der Wandstärke von Mantel 1,
Zwischenbüchse 3 und
Innenbüchse 5 erforderlich,
wenn dies die im praktischen Betrieb auftretenden Belastungen erlauben bzw.
erforderlich machen.
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In den Mantel 1 sind in
entsprechend geformte Ausnehmungen achsparallel zur Längsachse
des Blockaufnehmers B sich erstreckende Widerstandsheizpatronen 7 eingesetzt.
Mittels der Widerstandsheizpatronen 7 lässt sich der Blockaufnehmer B abschnittsweise
auf eine für
die Pressverformung optimale Betriebstemperatur vorerwärmen.
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Um gleichzeitig die in Folge des
Umformvorgangs entstehende Abwärme
abführen
zu können, sind
Kühlkanäle 8 vorgesehen.
Die Kühlkanäle 8 sind in
der Grenzschicht der Zwischenbuchse 3 zum Mantel 1 ausgebildet.
Die Kühlkanäle 8 sind
dazu in die Oberfläche
der Zwischenbüchse 3 eingeformt
und erstrecken sich schraubenlinienförmig in Längsrichtung der Zwischenbüchse 3.
Beim den den Enden der Aufnahmeöffnung 2 des
Mantels 1 zugeordneten Segmenten 3a und 3c münden die
Ein- und die Abströmöffnung des
jeweiligen Kühlkanals
jeweils in einer Umfangsnut 8a,8b, die jeweils
benachbart zu einer der Stirnflächen
der betreffenden Zwischenbüchsensegmente 3a,3c in
deren Umfangsfläche
eingeformt sind. Beim zwischen den Segmenten 3a,3c sitzenden
Zwischenbüchsenelement 3b dagegen
ist im mittleren Bereich eine erste Umfangsnut 8c vorgesehen, über die
die Kühlmittelzufuhr
erfolgt, während
an den beiden stirnseitigen Enden des Segments 3b jeweils
eine Umfangsnut 8d bzw. 8e ausgebildet ist, über die
die Abfuhr des Kühlmediums
erfolgt. Zwischen den Umfangsnuten 8c,8d,8e erstreckt
sich jeweils ein schraubenförmig
das Segment 3b umgebender Kühlkanal B.
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Die einzelnen Segmente 3a,3b,3c der
Zwischenbüchse 3 bilden
so Kühlregionen 9,10,11.
Jeder der Kühlzonen 9–11 ist
ein in den Mantel 1 eingeformter, sich radial erstreckender
Durchführungskanal 12,13,14 zugeordnet.
Die Durchführungskanäle 12–14 münden mit
ihrem der Zwischenbüchse 3 zugeordneten
Ende im Bereich der Umfangsnut des jeweiligen Zwischenbüchsenelements 3a-3c, über die die
Kühlmittelzufuhr
des jeweiligen Kühlkanals 8 erfolgt.
Zusätzlich
sind sich ebenfalls radial erstreckende Abführbohrungen 15 (Segment 3a),16a,16b (Segment 3b)
und 17 (Segment 3c) in den Mantel 1 eingeformt,
deren der der Zwischenbüchse 3 zugeordneten
Enden jeweils im Bereich der Umfangsnuten) der Segmente 3a,3b,3c münden, über die
das aus den Kühlkanälen 8 abströmende Kühlmedium
abgeführt
wird.
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Als Kühlmedium wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kalte Druckluft verwendet, die beispielsweise aus der allgemeinen
Druckluftversorgung des Werks entnommen wird, in dem der Blockaufnehmer B betrieben
wird. Es können
jedoch auch unterstützend
noch zusätzliche
Kompressoren zur Druckluftversorgung vorgesehen sein.
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Wie in 2 im
Einzelnen dargestellt, sitzt in jedem der Durchführungskanäle 12-14 eine
als Hülse ausgebildete
Verbindungsleitung 18. Der Außendurchmesser der Verbindungsleitung 18 ist
dabei jeweils so viel kleiner als der Innendurchmesser des jeweiligen
Durchführungskanals 12-14, dass
bei koaxialer Ausrichtung im jeweiligen Durchführungskanal 12-14 zwischen
der Außenfläche der
Verbindungsleitung 18 und der Innenwand des Durchführungskanal 12,13 bzw. 14 ein
Freiraum 19 vorhanden ist. Die Verbindungsleitung 18 ist
dabei durch Einsatzstücke 20,21 in
ihrer koaxial zur Längsachse
des jeweiligen Durchführungskanals 12-14 ausgerichteten
Position gehalten, von denen jeweils das eine Einsatzstück 20 im
Bereich des einen Endes und das andere Einsatzstück 21 im Bereich des
anderen Endes des jeweiligen Durchgangskanals 12,13 bzw. 14 angeordnet
ist. Die für
die Fixierung der Verbindungsleitung 18 notwendigen Einsatzstücke 20,21 sind
vorzugsweise aus austenitischem Stahl mit geringerer Wärmeleitfähigkeit
gefertigt. Sie sind schrumpftechnisch im Mantel 1 fixiert.
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Der Zwischenraum 19 ist
mit Luft gefüllt,
die als wärme
isolierendes Medium einen Wärmeübergang
zwischen der Verbindungsleitung 18 und dem Stahlmaterial
des Mantels 1 behindert. In die jeweilige Verbindungsleitung 18 kalt einströmendes Kühlmedium
führt somit
im Bereich der Durchgangskanäle 12,13,14 nur
zu einer geringen Abnahme der Temperatur des Mantels 1.
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Durch die erfindungsgemäße Wärmeisolierung
der Verbindungsleitungen 18, durch die die Versorgung der
Kühlkanäle 8 mit
Kühlmedium
(Druckluft) erfolgt, wird beim Blockaufnehmer B die notwendige
vorgeheizte Manteltemperatur auch an den spannungstechnisch hochbelasteten
Durchgangskanälen 12,13,14 gleichmäßig und
konstant gehalten. So wird die Gefahr von Rissbildung wirksam unterdrückt, die
andernfalls von einer durch Thermoschockbelastung und durch Oxidation
hervorgerufenen Oberflächenverletzung
ausgehen würde.
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BEZUGSZEICHEN
- B
- Blockaufnehmer
(Rezipient)
- 1
- Mantel
- 2
- Aufnahmeöffnung des
Mantels 1
- 3
- Zwischenbüchse
- 4
- Aufnahmeöffnung der
Zwischenbüchse 3
- 5
- Innenbüchse
- 6
- Öffnung der
Innenbüchse
5
- 7
- Widerstandsheizpatronen
- 8
- Kühlkanäle
- 3a,3b,3c
- Segmente
der Zwischenbüchse
3
- 8a,8b
- Umfangsnuten
der Segmente 3a,3c
- 8c,8d,8e
- Umfangsnuten
des Segments 3b
- 9,10,11
- Kühlregionen
- 12,13,14
- Durchführungskanäle
- 15,16,17
- Abführbohrungen
- 18
- Verbindungsleitung
- 19
- Freiraum
- 20,21
- Einsatzstücke