DE2240148A1

DE2240148A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohren oder rohrfoermigen koerpern mit unregelmaessig geformter innenwand

Info

Publication number: DE2240148A1
Application number: DE2240148A
Authority: DE
Inventors: Hakumi Hasegawa; Tomiharu Matsushita; Junichi Nakagawa; Masataka Noguchi; Yoshihiro Yamaguchi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1971-08-18
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1973-02-22
Also published as: DE2240148B2; GB1406260A; DE2240148C3; SE412532B; CA965732A; JPS4828360A; JPS5119823B2; BE787739A; US3808860A

Description

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KOBE STEEL Ltd., 3-18, 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-Ku, KOBE (JAPAN)^

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rohren oder rohrförmigen Körpern mit unregelmäßig geformter Innenwand

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren oder rohrförmigen Körpern durch hydrostatisches Extrudieren und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Rohren oder rohrförmigen Körpern mit inneren Stegen oder Rippen bzw. unregelmäßig geformten Innenwänden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Es sind viele Verfahren zum Herstellen von Rohren

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oder rohrförmigen Körpern mit inneren oder äußeren Rippen oder Stegen, die sich auf der Innenseite oder an der Außenwand dieser Gegenstände befinden, bekannt, wobei derartige Rohre oder rohrförmige Körper für Wärmetauscher oder Kühlvorrichtungen dienen. Es ist aber auch bekannt, daß diese Verfahren komplizierte Verfahrensschritte erfordern. Beispielsweise ist es für die Herstellung von Rohren mit inneren Graten unmöglich, das mit einem Druckstempel oder Auspreßkolben arbeitende Extrudierverfahren zu verwenden, weil die Form der fertigen Rohre der Anwendung dieses Verfahrens entgegensteht, während andererseits Rohre mit auf der Außenseite befindlichen Stegen oder Rippen ohne weiteres auf diese Weise hergestellt werden können, weil man hierzu lediglich die Form der verwendeten Matrize abändern mu0. Zum Herstellen von Rohren mit inneren Graten, Stegen oder Rippen kennt man bisher lediglich ein primitives Verfahren, gemäß dem ein Rohrabschnitt und ein Rippenabschnitt getrennt voneinander hergestellt werden, woraufhin man diese beiden Teile zusammenfügt, so daß die Rohre nunmehr mit inneren Stegen, Rippen oder Graten versehen sind. Dieses Verfahren hat jedoch viele Nachteile, weil es komplizierte Verfahrensschritte erfordert, die Verbindung zwischen dem Rohr und den eingesetzten Rippen, Stegen od. dgl. häufig sehr schlecht ist und weil derartige Rohre auch einen schlechten Wärmeübergang besitzen, so daß sie letztlich nicht ideal für Wärmetauscher sind,

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für die sie jedoch vorgesehen sind.

Wie oben angegeben, besteht der Hauptgrund für die Anwendung eines derart komplizierten Verfahrens darin, daß man die bekannten Druckkolben-Extruder nicht zum Erzeugen von Rohren mit inneren Graten, Stegen , Rippen od. dgl. in einem Arbeitsgang verwenden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung von Rohren mit inneren Graten, Stegen, Rippen od. dgl. durch hydrostatisches Extrudieren in einem Arbeitsgang zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen Extruder mit einem Dorn zu verwenden, der eine mit Nuten versehene Spitze aufweist, die die innenliegenden Rippen, Stege, Grate oder sonstigen unregelmäßigen Querschnittsformen bilden. Hierbei ist das erste Problem , das beim Einlegen der Platine in die Druckkammer auftritt, offensichtlich das Problem des Ausleckens durch den genuteten Teil des Domes, wenn dieser genutete Teil des Dornes direkt gegen die innere Stirnfläche der Platine in Gegenwart von Druckmedium gedrückt wird.

Gemäß der Erfindung besitzt daher die Spitze des Dornes eine Form, welche ein vollständiges Abdichten gegen die Stirnseite der Platine er-r möglicht, wenn der Dorn gegen die Matrize gedrückt

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wird_t um mit der inneren Stirnseite der Platine in Kontakt zu kommen. Zu diesem Zweck ist die eigentliche Spitze des Dornes nicht mit Nuten versehen, jedoch besitzt sie eine glatte äußere Mantelfläche. Wenn beim weiteren Fortschreiten des Extrudiervorganges der Dorn weiter gegen die Platine gedrückt wird,kommt der genutete Abschnitt des Dornes mit dem Material der Platine in Kontakt und schneidet sich in die innere Stirnseite der Platine ein, deren Außenfläche sich jetzt in Kontakt mit der Innenwand der Einlaßöffnung der Matrize befindet. Um dies zu ermöglichen, besitzt der genutete Abschnitt des Domes eine geneigt verlaufende vordere, d.h. zuerst zum Einmtz kommende Kante.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im einzelnen

dadurch gekennzeichnet, daß man eine aus Metall bestehende Platine in eine Druckkammer mit einem konischen inneren Ende der Platine in Kontakt mit einer etwa eine ähnliche konische Einlaßöffnung aufweisende Matrize einsetzt, daß man einen

Dorn in eine sich in axialer Richtung durch die

in die Druckkammer eingesetzte Platine erstreckende öffnung derart einführt, daß sich' die Spitze des Domes dichtend gegen die Innenwand der Platine legt, wobei beim weiteren Vorschieben des Domes der an die Spitze anschließende genutete Teil des

Dornes in die Innenwand der Platine einschneidet,

woraufhin die Platine durch den Spalt zwischen dem

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Dorn und der Matrize ausextrudiert wird und dadurch ein Rohr mit eine unregelmäßige Querschnittsfläche aufweisender Innenseite bzw. mit inneren Stegen, Rippen oder Graten entsteht. Der hierbei angewendete hydrostatische Druck wirkt auf den ringförmigen Raum zwischen dem Dorn und der Platine auf den übrigen Teil derselben.

Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn der genutete Abschnitt des Dornes in die Innenseite der Platine einschneidet, d.h. wenn sich der Dorn in der normalen Extrudierstellung befindet, ein mit dem Dorn einstückig hergestellter Flansch so liegt, daß er die Druckkammer verschießt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren oder rohrförmigen Körpern mit in axialer Richtung verlaufender Durchgangsöffnung geschaffen, das mit hydrostatischer Extrusion arbeitet, wobei diese in axialer Richtung verlaufenden Durchgangsöffnungen Innenwände mit unregelmäßig geformten Querschnitten mit oder ohne Graten, Rippen oder Stegen oder sonstigen Vorsprüngen versehen sind.

Weiterhin ist es durch die Erfindung möglich, Rohre oder Khrförmige Körper in vereinfachter Weise, d.h. in einem einstufigen Extrudiervorgang aus einem Rohling oder einer Platine herzustellen.

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Weiterhin wird gemäß der Erfindung zu Beginn

des Extrudiervorganges eine vollständige Dichtung zwischen der Matrize und der inneren Stirnseite der Platine und zwischen der inneren Stirnseite der Platine und der Spitze des Dornes sichergestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine AusfUhrungsform eines erfindungsgemäßen Extruders, wobei gerade eine aus Metall bestehende Platine durch die Matrize extrudiert wird,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie A-A aus Fig. 1 durch das extrudierte Rohr,

Fig. 3 eine Seitenansicht des vorderen Endes eines im Extruder aus Fig. 1 zu verwendenden Dornes,

Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie B-B aus Fig. 3, woraus der genutete Abschnitt
des Dornes zu erkennen ist,

Fig. 5, 6 und 7 Querschnitte durch extrudierte Rohre mit verschiedene Querschnittsformen aufweisenden Innenwänden,

Fig. 8 einen Teilquerschnitt des Extruders, woraus zu erkennen ist, wie das kegelstumpfförmige

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vordere Ende des Dornes gegen die innere Stirnfläche der Platine gedrückt wird,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Extruders, wobei der Dorn/einem Zylinder geführt ist, und ,

Fig.10 einen Querschnitt nach Linie C-C aus Fig. 9.

Der in Fig. 1 dargestellte Extruder besitzt eine Druckkammer 1 und eine an einem Ende dieser Druckkammer in derselben befestigte Matrize 2. Zwischen der Innenwand der Druckkammer 1 und der eingesetzten Matrize 2 ist eine Dichtung 7 vorgesehen, um ein Auslecken von Druckmedium zwischen der Druckkammer und der Matrize zu verhindern. Am anderen Ende der Druckkammer 1 befindet sich ein nicht dargestellter, über einen Druckkolben bewegbarer Stößel, mit dessen Hilfe der Druck des in der Druckkammer 1 befindlichen Druckmediums erhöht werden kann.

In der Druckkammer 1 befindet sich ein Zylinder 3» der zum Halten eines Dornes 5 dient und mit einem Ende an der Matrize 2 befestigt ist, während sich gegen das andere Ende dieses Zylinders 3 ein Flansch 4 des Dornes 5 legt. Dieser Zylinder 3 ist konzentrisch in der Druckkammer 1 angeordnet,

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ebenso wie der Dorn 5. Der Zylinder 3 enthält raidale Durchgangslöcher 8, während der Flansch 4 des Domes 5 mit in axialer Richtung verlaufenden Durchgangslöchern 9 versehen ist.

Innerhalb der Druckkammer 1 befindet sich außerdem eine als Ausgangsmaterial für zu extrudierende Rohre dienende zylindrische Platine 6.

Der Dorn 5 besitzt eine konische Spitze 11, an die sich ein mit Nuten 12 versehener Abschnitt und daran ein langgestreckter zylindrischer oder stangenartiger Abschnitt anschließt. Der die Nuten 12 enthaltende Abschnitt ist vorgesehen, um im Inneren der zu extrudierenden Rohre in axialer Richtung verlaufende Stege, Rippen od. dgl. zu erzeugen.

Die Spitze 11 des Domes 5 verjüngt sich kegelstumpfförmig nach einem Winkel A , der im Bereich von 1 bis 5° liegt, wodurch man schon zu Beginn des Extrudiervorganges eine vollständige Dichtung zwischen dem inneren Ende der Platine 6 und der Oberfläche der Spitze 11 des Domes 5 erzielt. Der maximale Durchmesser der kegelstumpfförmigen Spitze 11 des Dornes 5 ist so gewählt, daß er geringfügig kleiner als der Durchmesser d eines durch die tiefsten Stellen der Nuten 12 verlaufenden Kreises ist.

Zwischn der Spitze 11 und einem größeren zylindrischer Abschnitt 13 befindet sich ein konischer Abschnitt

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14, der eine Verbindung zwischen der Spitze 11 und den Abschnitt 13 bildet und einen glatten Übergang zu diesen beiden Abschnitten des Domes bildet. Der Neigungswinkel dieses konischen Abschnittes 14 zur Mittellinie der Matrize 2 oder des Domes 5 kann in Abhärg.gkeit vom Neigungswinkel der inneren Wand der sich erweiternden Einlaßöffnung 16 der Matrize 2 gewählt werden.

Die Anzahl der in den Abschnitt 13 eingeformten Nuten 12 kann den jeweiligen Erfordernissen entsprechend gewählt werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 sind beispielsweise insgesamt acht derartige Nuten 12 vorgesehen.

Der konische Abschnitt 14 ist vorgesehen, damit die Nuten 12 Einschnitte in der Innenwand der Platine 6 anbringen, wenn der Dorn 5 weiter in die Einlaßöffnung 16 der Matrize 2 eingeschoben wird. Außerdem unterstützt der konische Abschnitt 14 das Herstellen einer vollständigen Abdichtung zwischen der inneren Stirnseite oder Innenfläche der Platine 6 und der Außenseite des Dornes 5 zu Beginn des Extrudiervorganges. Zu diesem Zweck sollte die innere Stirnseite oder das innere Ende der aus Metall bestehenden Platine 6 vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie in ihrer Form dem konischen Abschnitt 14 angepaßt ist.

In Fig. 8 ist der Beginn des Extrudiervorganges dargestellt, wobei ein Dorn gemäß Fig. 3 und 4 verwendet wird. Aus Fig. 8 ist zu erkennen, daß

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das vorgeformte kegelstumpfförmige Ende 17 der Platine 6 im Bereich a) in dichtendes Kontakt an der Wandung der sich nach außen erweiternden Einlaßöffnung 16 der Matrize 2 anliegt, während andererseits die Innenwand des vorgeformten Endes 17 im Bereich b) dichtend auf der konischen Spitze 11 des Domes 5 steckt, so daß eine vollständige Abdichtung der Druckkammer 1 gegenüber der Auslaßöffnung der Matrize 2 gegeben ist.

Bei der Ausf Uhrungsform gemäß Flg. 9 und 10 liegt das hintere Ende 23 des Dornes 5 in einem Führungszylinder 21, wobei ein Keil 22 zwischen dem Führungszylinder 21. und den hinterem Ende 23 des Dornes 5 vorgesehen ist, der zwar eine axiale Bewegung des Domes 5 zullfit , jedoch ein Verdrehen desselben verhindert.

Wenn ein Rohr 20 mit nach innen vorstehenden Rippen 19 extrudiert werden soll, wird zunächst eine rohrförmige Platine 6 mit einer vorgeformten konischen Spitze 17 zusammen mit Druckmedium in die Druckkammer 1 eingesetzt, welche außerdem eine Matrize 2 und einen Zylinder 3 aufnimmt. Dann wird ein Dorn 5, der einen Flansch 4 trägt, in die Platine 6 so weit eingeschoben, daß sich die Spitze 11 konzentrisch in der zum Extrudieren bestimmten Auslaßöffnung 15 der Matrize 2 befindet, wodurch eine Dichtung zwischen der Innenwand des konischen Endes 17 der Platine 6 und der Spitze des Dornes 5 einerseits und der Außenwand der konischen Spitze 17 und der Innenwand der Einlaß-

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öffnung 16 der Matrize andererseits erzielt wird, so daß mit Hilfe des Druckmittels im Inneren der Druckkammer 1 ein Druck aufgebaut werden kann. Dann wird der Dorn 5 mit dem Plansch 4 durch diesen aufgebauten Druck weiter vorgeschoben, so daß der konische Abschnitt 14 , von dem die Nuten 12 ausgehen, zur Anlage an die Innenwand der Platine 6 kommt und die Nuten 12 dementsprechend in die Platine 6 einschneiden. In diesem Augenblick hat der Flansch 4 gerade die Druckkammer 1 geschlossen. Damit beginnt das Extrudieren eines mit inneren Stegen oder Rippen 19 versehenen Rohres 20. Das Druckmedium übt einen gleichförmigen Druck durch die Durchgangslöcher 8 und 9 dm ringförmigen Raum zwischen der Außenseite des Domes 5» der Innenwand des Flansches 4 und der Innenwand des Zylinders 3 und auch im ringförmigen Raum auf der Außenseite des Zylinders 3 aus. Dieser Druck wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Druckkolbens erzeugt. In Fig. 1 ist dieser hohe und gleichförmige Druck des Druckmediums durch Pfeile angedeutet. Das Druckmedium bewirkt somit das Extrudieren der ringförmigen Platine 6 durch den Spalt zwischen der Innenwand der Auslaßöffnung 15 der Matrize 2 und der konischen Spitze 11 , 14 des Dornes 5.

Bei einem derartigen erfindungsgemäßen Extruder wird zu Beginn des Extrudiervorganges eine vollständige Dichtung zwischen der Matrize und der rohrförmigen Platine 6 einerseits und zwischen der

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Platine und dem konischen Ende des Domes andererseits erzielt, so daß Rohre oder rohrförmige Körper mit an der Innenseite befindlichen Stegen, Rippen oder Graten oder ähnlichen unregelmäßigen Formen in einem Durchgang hydrostatisch extrudiert werden können.

Selbst wenn bei bekannten Bxtrudierverfahren der Dorn mit genuteten Abschnitten versehen wäre, würde sich eine schlechte Schmierung oder ein großer Reibungswiderstand im genuteten Bereich ergeben, was zu Verschleiß und Beschädigungen des Domes führt und eine übermäßig große Extrudierkraft erforderlich machen würde. Im Gegensatz hierzu erreicht man durch die vorliegende Erfindung wegen der hydrostatischen Extrusion eine gute Schmierung für das Extrudieren der Platine, was wiederum den Kraftbedarf senkt und Beschädigungen oder Zerstörungen des Domes ausschließt. Vielmehr ist es gemäß der Erfindung mit gutem Wirkungsgrad möglich, Rohre oder rohrförmige Körper mit inneren Rippen, Stegen oder Graten oder sonstigen unregelmäßigen inneren Querschnitten in einem Durchgang zu extrudieren.

In einem Versuch wurde eine rohrförmige Platine aus Aluminium durch eine Matrize mit einer Anordnung gemäß Fig. 1 extrudiert. Das Rohr besaß eine Wandstärke von 0,7 mm, einen äußeren Durchmesser von 16 mm und Rippen mit einer Höhe von 3,75 mm. Dieses Rohr wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min, aus einer rohrförmigen

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Aluminiumplatine mit einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm extrudiert. Der hierzu benötigte Extrudierdruck war nur 20% höher als der Druck, den man zum hydrostatischen Extrudieren eines gleichen Rohres ohne innere Stege oder Rippen benötigt.

Dies beweist, daß man durch die Erfindung Rohre oder rohrförmige Körper mit inneren Stegen, Rippen, Graten od. dgl. oder einer inneren Wand mit unregelmäßigem Querschnitt in derselben Weise wie übliche normale Rohre wirkungsvoll und einfach herstellen kann.

Rohre der in Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Art mit inneren Wänden verschiedener Querschnittsformen können durch Verändern des Domes und der Matrize hergestellt werden. Wenn außerdem die inneren und äußeren Formen der Rohre in gewisser Relation zueinander stehen sollen, kann man den in Fig. 9 und 10 dargestellten geführten Dorn verwenden, so daß sich der Dorn nicht um seine Längsachse und damit auch nicht gegenüber der Druckkammer verdrehen kann.

Wenn andererseits wendelförmig verlaufende innere Stege, Rippen, Grate od. dgl. in ein Rohr eingeformt werden sollen, können die Nuten des genuteten Abschnittes des Dornes gegenüber der Längsachse des Dornes geneigt verlaufen.

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Claims

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KOBE STEBL Ltd., 3-1θ, 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-Ku, KOBE (JAPAN)

Patentansprüche:

Verfahren zum Herstellen von Rohren oder
rohrförmigen Körpern mit unregelmäßige
Querschnittsformen aufweisenden inneren
Wänden durch hydrostatische Extrusion,
dadurch gekenn ζ ei ο h η e t , daß man eine rohrförmige Platine mit einer vorgeformten konischen Spitz· von innen gegen eine in einer Druckkammer befindliche Matrize einsteckt und einen Dorn in die axiale
Durchgangsöffnung der Platine einschiebt, wobei dieser Dorn eine konische Spitze und einen genuteten Abschnitt aufweist und die konische Spitze des Domes so geformt ist, daß sie praktisch mit der in ähnlicher Weise konisch verlaufenden Einlaßöffnung der
Matrize übereinstimmt, woraufhin man unter Druck stehendes Druckmedium in die Druckkammer einleitet, um den Dorn gegen die innere
Stirnseite der Platine zu schieben, so daß die konische oder kegelstumpfförmige Spitze und der genutete Abschnitt des Domes eine vollständige Dichtung zwischen der Platine und der Spitze des Domes und zwischen der -2·-

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Spitze der Platine und der inneren Wand der Einlaßöffnung der Matrize erzeugt, und daß der Druck des Druckmediums dann erhöht wird, um den für das Extrudieren der Platine zu einem Rohr oder rohrförmigen Körper erforderlichen Druck zu erreichen.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schritt der Druck in' der Druckkammer erzeugt, der Dorn vorgeschoben und die Platine zu einem Rohr oder rohrförmigen Körper ausextrudiert wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Platine derart vorgeformt ist, daß die innere Stirnfläche oder die innere Fläche der Spitze derselben mit de,r konischen Spitze des Domes übereinstimmt, bevor die rohrförmige Platine in die Druckkammer eingesetzt wird.
4.) Vorrichtung zum Extrudieren von Rohren oder rohrförmigen Körpern mit eine unregelmäßige Querschnittsfläche aufweisenden Innenwänden zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Druckkammer (l) mit einer an einem Ende derselben in diese eingesetzten Matrize (2), einen in der Druckkammer (1) befindlichen Zylinder (3) zur Aufnahme und zum Halten einer Platine (6), der am inneren Ende der Matrize (2) befestigt ist und wenigstens ein Durchgangsloch (8) enthält, und einen

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axial verschiebbaren Dorn (5) aufweist, der eine konische Spitze (11), einen genuteten Abschnitt (13) und einen längeren schaftartigen vollen Abschnitt und am hinteren Ende einen radialen Flansch (4) aufweist, welcher einstückig mit diesem hergestellt ist und Durchgangslöcher (9) enthält, wobei die Durchgangslöcher (8}9) des Zylinders (3) und des Flansches (4) zum Einleiten eines von einer Druckquelle kommenden Druckmediums dienen und wobei die konische Spitze (11,14) des Domes (5) zusammen mit der inneren Stirnfläche bzw. dem Ende (17) der Platine (6) gegen die innere Wand der Einlaßöffnung (16) der Matrize (2) gedrückt wird.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Spitze (11) des Dornes (5) eine um einen Winkel von 1 bis 5° gegenüber der Längsachse des Dornes geneigt verlaufende Hantelfläche aufweist.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genutete Abschnitt (13) des Dornes (5) eingeschnittene Nuten (12) mit einer geneigt verlaufenden, zuerst zum Einsatz kommenden Kante bzw. Bodenfläche aufweist.
7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

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dadurch gekennzeichnet,daß sie einen Führungszylinder (21) zum Führen des hinteren Endes (23) des Domes (5) aufweist, wobei dieser Führungszylinder (21) einen Keil (22) enthält, der außerhalb der Druckkammer (1) in einer Nut des feststehenden FührungsZylinders angeordnet ist und in das hintere Ende (23) des Dornes (5) eingreift.
8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Nuten (12) im genuteten Abschnitt (13) des Dornes (5) gegenüber der Längsachse des Dornes geneigt verlaufen.

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