DE2528856A1

DE2528856A1 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren von aluminiumprofilen

Info

Publication number: DE2528856A1
Application number: DE19752528856
Authority: DE
Inventors: Masaru Kikuchi; Toshihiro Nagano; Katsuhiko Nakamura; Kazuo Suzuki; Toshiro Takahashi
Original assignee: Riken Keikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Riken Keikinzoku Kogyo KK
Priority date: 1975-06-14
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-12-23
Also published as: JPS51149155A; GB1462163A; JPS554491B2; SU694062A3; FR2314256A1; US4033024A

Description

PATENTANWÄLTE

KLAUS D. KIRSCHNER DR. WOLFGANG DOST

DIPL.-PHYSIKER DIPL.-CH EMI KER

D-8OOO MÜNCHEN 2

BAVARIARING 38 Unser Zeichen:

Our reference : K U 1 '-I

Datum: 27. Juni I975

RIKEN KEIKINZOKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA 3-2-I, Magarikane, Shizuoka-shi, Shizuoka-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum. Extrudieren von Aluminiumprofilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren von Aluminiumprofilen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung extrudierter Konstruktionsprofile aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von Abfallmaterial.

Aluminium und Aluminiumlegierungen (im folgenden als Metall auf Aluminiumgrundlage oder Aluminiummaterial bezeichnet) haben eine breite Anwendung in verschiedenen technischen Gebieten gefunden, da sie ein leichtes Gewicht haben, korrosionsbeständig sind und eine verhältnismäßig hohe mechanische Festigkeit haben. Insbesondere werden Metalle auf Aluminiumgrundlage verbreitet in Form von extrudierten Konstruktionsprofilen für Bauwerke oder dergleichen verwendet. Da die Produktion von Aluminium-Strangpresserzeugnissen steigt, ist auch ein beachtlicher Anstieg in der Menge des Abfallrnaterials zu verzeichnen, beispielsweise Abfälle, die während der Extrusion erzeugt werden, und kleine Metallstücke, die während der Bearbeitung und in der Fertigung erzeugt werden. Es ist zu vermuten, daß die Menge an Abfallmaterial bis zu 20 bis 30% de» barrengewichts beträgt, und es ist erwünscht, diese Abfallmaterialien mit einem entsprechenden Wirkungsgrad zurückzugewinnen.

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ORIGINAL

Bisher wurde Aluminiumabfall dadurch zurückgewonnen, daß man ihn mit Hüttenaluminium verschmolzen hat. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch in Bezug auf Metallverlust und Energieverbrauch nachteilig.

Es ist auch bereits bekannt, Aluminiumabfall ohne Anwendung eines Schmelz Verfahrens zurückzugewinnen. Beispielsweise ist in der US-PS 2 302 98O ein Verfahren beschrieben, bei dem Späne aus Aluminiummaterial unter Wärmeeinwirkung verdichtet werden, um einen Aluminiumpressling herzustellen. Ferner wird in der US-PS 2 391 752 ein Verfahren beschrieben, bei dem Späne aus Aluminiummaterial auf eine Temperatur von etwa 300 C aufgeheizt und

ρ dann unter einem Druck von 0,5 bis 1,25 t/om verdichtet werden, um einen verdichteten Körper zu bilden, der dann auf eine Temperatur von etwa 350 bis 45O⁰C aufgeheizt und in die gewünschte Form extrudiert wird. Daher ist die Rückgewinnung von Aluminiumabfall durch Verdichten des Materials unter einer hohen Temperatur zur Erzeugung eines verdichteten Körpers und durch Extrudieren des verdichteten Materials unter Heißextrusionstemperatur bekannt , wobei kein Verfahrensschritt angewendet wird, bei dem die Materialien geschmolzen werden.

Die Herstellung von Pressformlingen oder Strangpresserzeugnissen aus Spänen, die aus einem Metall auf Aluminiumgrundlage bestehen, wie es in den US-Patentschriften 2 302 98O und 2 391 752 beschrieben ist, kann nicht zur Rückgewinnung von Abfallmaterialien verwendet werden, die beim Strangpressen oder bei der Maschinenbearbeitung und in der Produktion erzeugt werden. Die Abfallmaterialien haben gewöhnlich verschiedene Querschnittsformen und sind etwa 30 bis 200 cm lang, so daß sie in kleine Stücke zerkleinert werden müssen, damit die bekannten Verfahren angewendet werden können. Es ist jedoch praktisch unmöglich, solche Abfallmaterialien mit verschiedenen Querschnittsformen in kleine Stücke oder Späne zu zerteilen, ohne eine sehr komplizierte und teure Vorrichtung zu verwenden, weil das Metall auf Aluminiumgrundlage so weich ist, daß die Gefahr besteht, daß es an den Schneidklingen haftet, und weil die große Vielfalt von !ücken- und Breitenabmessungen die Herstellung von Stückchen gleicher Abmessung verhindert. Selbst wenn

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man versucht, Abfallm*terialien unter hoher Temperatur dadurch zu extrudieren, daß man sie in ein Extrudergehäuse in der Form einführt, wie sie gerade vorliegen, ist es unmöglich, die erforderliche Materialmenge zu laden, um ein Strangpresserzeup,nis der gewünschten Länge mit einem einzigen Extrusionshub zu erzeugen. Desweiteren wird Luft in den Zwischenräumen zwischen den Abfallmaterialien eingeschlossen und bildet Lunker, Einschlüsse und rauhe Oberflächen in den extrudierten Profilen. Dieser Nachteil bewirkt auch eine Herabsetzung der mechanischen Festigkeit des Endproduktes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren von Aluminiumprofilen aus Abfallmaterialien aus Metall auf Aluminiumgrundlage anzugeben, wobei die Abfallmaterialien ohne Zerkleinerung in kleine Stückchen extrudiert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem ersten Verfahrensanspruch bzw. in dem ersten Vorrichtungsanspruch gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Ansprüchen.

Bei der Erfindung werden verhältnismäßig lange Abfallmaterialien gebündelt, um eine zylindrische Anordnung zu bilden, die sich für die Extrusion eignet, und der zylindrische Körper des Abfallmaterials wird während der Extrusion einem Saugdruck oder Vakuum unterworfen. Daher kann jeder schädliche Effekt eingeschlossener Luft eliminiert werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung extrudierten Produkte haben keine Lufteinschlüsse oder Lunker und haben glatte Oberflächer . Ferner haben die Produkte eine hohe mechanische Festigkeit. Ia verhältnismäßig lange Abfallmaterialien aufeinandergestapelt werden, ist es möglich, die gewünschte Materialmenge in den Extruder zu laden. In dem zylindrischen Körper der auf diese Weise zusammengefügten Abfallmaterialien werden durchgehende Längskanäle für die Luft gebildet, wodurch der Entgasungseffekt verbessert wird.

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Wesentliche Merkmale einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können wie folgt zusammengefasst werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Extrudieren von Aluminiumprofilen aus Aluminium aus Abfallmaterialien auf Aluminiumbasis werden die Abfallmaterialien unter Zimmertemperatur oder unter einer Temperatur, die für die Heißextrusion geeignet ist, in einen ζ/lindrischen Körper verdichtet, der solche Abmessungen hat, daß er sich für das Einführen in einen Extruder eignet. Der verdichtete Körper hat eine mittlere Dichte von 70 bis 86 % der Aluminiumdichte und weist in Längsrichtung verlaufende Luft-Durchtrittskanäle auf. Ein Saugdruck oder Vakuum wird an den Innenraum des Extruders beim Extrudiren angelegt, um die in den Körper eingeschlossene Luft zu entfernen, die sonst Lufteinschlüsse in den extrudierten Produkten bilden würde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Beispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung der Vorrichtung, in der die Herstellung eines verdichteten, zylindrischen Körpers aus länglichem Abfallmaterial auf Aluminiumbasis hergestellt und der verdichtete Körper durch einen Extruder extrudiert wird; und

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführung der Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Körpers aus Abfallmaterial.

Gemäß Fig. 1 werden die Abfallmaterialien 1 aus Metall auf Aluminiumgrundlage bereitgestellt, in dem man sie auf eine geeignete Länge zurechtschneidet. Diese Materialien werden in an sich bekannter Weise gereinigt, um öl, organische Stoffe und andere Fremdstoffe vo.i der Oberfläche des Abfallmaterials zu entfernen.

Die gereinigten Materialien werden dann an eine Formgebungsstation 2 übertragen, wo sie in einen zylindrischen Körper mit einer mittleren Dichte von 70 bis 86 % der Aluminiumdichte geformt werden. Die Abfallmaterialien können auf Temperatur oberhalb 300⁰C aufgeheizt werden, bevor sie an die Formgebungsstation übertragen werden, oder der zylindrische Körper kann auf

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die Heißextrusionstemperatur nach der Formgebung aufgeheizt werden.

In der Formgebungsstation 2 ist eine Pressformeinrichtung 3 vorgesehen, die einen stationären Amboß 5 mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Ausnehmung 4 und einem beweglichen Preßstempel 7 mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Ausnehmung 6 aufweist, die mit der Ausnehmung 4 zusammenwirkt. Der Preßstempel 7 ist mit einer Antriebseinrichtung 8 verbunden, so daß er in senkrechter Richtung zwischen einer angehobenen Position und einer abgesenkten Position angetrieben werden kann. Der Preßstempel 7 hat eine Endplatte 10, die an einer seiner Endwände befestigt ist. Die Endplatte 10 ist so angeordnet, daß sie entlang einer angrenzenden Endwand 9 des Amboßes 5 gleitet. An der anderen Endwand des Preßstempels 7 ist eine weitere Endplatte 11 befestigt, die entlang der anderen Endwand des Amboßes 5 gleiten kann. Die Endplatte 11 ist an ihrer Unterseite mit einer Schneidkante 13 versehen, um die Abfallmaterialien in geeignete Längen zum Einführen in einen Extruder zurechtzuschneiden. Die Endplatte 10 hat in senkrechter Richtung eine solche Abmessung, daß, wenn der Preßstempel 7 in der angehobenen Position ist, sie immer noch das angrenzende Ende der Ausnehmung 4 überdeckt.

Im Betrieb wird der Preßstempel 7 nach oben in die angehobene Position bewegt, so daß die untere Kante der Endplatte 11 von der angrenzenden Endwand des Amboßes 5 wegbewegt wird. Die gereinigten Abfallmaterialien 1 werden dann in die Ausnehmung 3 in Längsrichtung eingeführt, bis die vorderen Enden der Materialstücke an der Endplatte 10 anstoßen, die das angrenzende Ende der Ausnehmung 4 abdeckt. Danach wird der Preßstempel 7 abgesenkt, um ias Abfallmaterial 1 bei der Schneidkante 13 an der Endplatte 11 durchzuschneiden und gleichzeitig das Abfallmaterial 1 in der Ausnehmung ¹J mit einem geeigneten Druck, der vorzugsweise oberhalb 80 kg/cm liegt, -δ\χ verdichten. Auf diese Weise werde die Abfiille in einen zylindrischen Körper mit einer Dichte von 70 bis 86 % der Aluminiumdichte verdichtet. Der verdichtete, zylindrische Körper besteht aus Abfallstücken, die aneinander haften, jedoch durch-P-pH^nde und in Längsrichtung verlaufende Luftkanäle aufweint. Es besteht keine Möglichkeit, dass die Abfälle während ri<=>s Trans-

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ports d?3 verdichteten Körpers von einer Station zu einer anderen voneinaider getrennt werden. Ferner verbessern, wie noch beschrieben wird, die in Längsrichtung verlaufenden Luftkanäle die Entgasung während der Extrusion. Wenn die Abfälle auf eine Temperatur von 300 bis 400°C erhitzt werden, bevor sie verdichtet

ο werden, kann ein Druck von 80 bis 700 kg/cm bei dem Verdichten angelegt werden. Wenn die Abfälle unter Zimmertemperatur ver-

2 dichtet werden, kann ein Druck von I50 bis 1000 kg/cm angelegt werden, um einen verdichteten Körper mit einer mittleren Dichte von 70 bis 86 % der Aluminiumdichte zu erhalten.

Der verdichtete, zylindrische Körper 14, der auf diese Weise hergestellt ist, wird dann an eine Extruderstation 15 übertragen, wo der Körper 14 bei einer Temperatur gehalten wird, die für die Heißextrusion geeignet ist, und der Körper wird dann in das Gehäuse des Extruders 12 eingeführt. Sodann wird das Gehäuse 15 einem Saugdruck oder Vakuum unterworfen, das durch eine Vakuumeinrichtung 16 aufgebracht wird, so daß der Druck in dem Gehäuse 15 auf 20 bis 60 mmilg herabgesetzt wird. Danach wird ein Extrusionsstempel 17 betätigt, um das Material durch eine Extrusionsmatrize l8 mit der gewünschten Querschnittsform zu extrudieren.

Der Extruder 12 (Fig. 1) hat eine Öffnung 19 in der Wand des Extrudergehäuses 15 an dem hinteren Abschnitt des Gehäuses. Die Öffnung 19 ist über eine Rohrleitung 20 und einen Vakuumbehälter mit einer Vakuumpumpe P verbunden. Die Matrize 18 ist an dem vorderen Ende des Extrudergehäuses 15 montiert.

Wenn der Extruderstempel 17 aus dem Extrudergehäuse 15 abgezogen ist, wird der aufgeheizte und verdichtete, zylindrische Körper 14 in das Gehäuse 15 eingesetzt. Dann wird der'Stempel 17 in das Gehäuse 15 bis zu einer Position eingeführt, wo die Öffnung I9 zu dem Innenraum des Gehäuses 15 noch offen ist. Die Matrizenöffnung 23 der Matrize l8 ist mit einem geeigneten Stopfen 24 vorschlossen, um den Innenraum des Gehäuses 15 abzudichten. Ein geeigneter Dichtkörper 26 ist vorgesehen, um eine luftdichte Abdichtung um den Stempel 17 herum zu schaffen. Dann wird die Vakuumeinrichtung 16 in Gang gesetzt, um in dem Innenraum des Gehäuses 15 ein Vakuum zu

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erzeugen, das vorzugsweise bei so tiefen Werten wie 20 bis 60 mmHg liegt. Dann wird die Vakuumeinrichtung 16 gestoppt, und der Stempel 17 wird vorgeschoben, um den zylindrischen Körper Ik in der c^ewünschten Querschnittsform zu extrudieren. Da der verdichtete, zylindrische Körper in Längsrichtung verlaufende Luftkanäle aufweist, wird der Innenraum des Körpers wirksam entgast.

Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung des verdichteten, zylindrischen Körpers. Die Vorrichtung 27 weist eine hohle, zylindrische Führung 29, durch die ein Bündel 28 aus Abfallmaterial hindurchgeführt werden kann, und mehrere Sätze von Walzeneinrichtungen 31 auf, die Walzen 30 enthalten. Das Bündel aus Abfallmaterial, das durch die Führung 29 gelaufen ist, wird Schritt für Schritt verdichtet, während es durch die jeweiligen Walzeneinrichtungen hindurchtritt, so daß ein verdichteter, zylindrischer Körper mit einer Form hergestellt wird, die sich zum Einführen in das Extrudergehäuse eignet, wobei der Körper eine mittlere Dichte von 70 bis 86 % der Aluminiumdichte aufweist. Der kontinuierliche, zylindrische Körper, der auf diese Weise hergestellt worden ist, wird in eine geeignete Länge geschnitten. In dieser Vorrichtung wird der auf das Abfallmaterial ausgeübte Druck dadurch eingestellt, daß man die Positionen der Walzen ändert. In der gezeigten Vorrichtung weist jede Walzeneinrichtung 31 drei Walzen auf, die in dreieckiger Anordnung vorgesehen sind. Es können jedoch auch andere Walzeneinrichtungen verwendet werden.

Beispiel 1

Aluminium-Abfallstücke wurden in eine Länge von 36O mm geschnitten und durch Eintauchen in eine 6 prozentige Natronlauge und nach Wässern durch Eintauchen in eine 10 prozentige wässrige Lösung von · HNO, während einer Minute gereinigt. Das gereinigte Abfallmaterial 'wird dann auf eine Temperatur von 400°C aufgeheizt und unter einem Druck von 270 km/cm verdichtet, um einen zylindrischen Presskörper mit einem Durchmesser von 175 mm und einer Länge von 36O mm zu bilden. Der Presskörper hatte eine mittlere Dichte von 78 % der Aluminiumdichte. Der zylindrische Presskörper wird dann einem Vakuum von etwa 50 mmHg unterworfen und extrudiert. Das auf diene Weise hergestellte Extrusionserzeugnis hatte eine Zugfestig-

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keit größer als 20 kg/mm , eine G,2 %-Streckgrenze größer als

2
15 kg/mm und eine Bruchdehnung größer als 8 %.

Beispiel 2

Das Abfallmaterial wurde wie in Beispiel 1 gereinigt und einem

2
Druck von 5¹^O kg/cm ausgesetzt, der von einer Presse ausgeübt wurde, um einen zylindrischen Presskörper zu bilden, der im wesentlichen die gleiche. Form und Dichte wie in Beispiel 1 hat,te. Dann wurde der zylindrische Körper auf eine Temperatur von etwa ^0O⁰C aufgeheizt und unter den selben Bedingungen wie in Beispiel 1 extrudiert, um ein Extrusionserzeugnis zu bilden, das im wesentlichen die gleichen mechanischen Eigenschaften wie bei Beispiel 1 hatte.

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Claims

-9-Patentansprüche

1.) Verfahren zum Extrudieren von Aluminiumprofilen aus Abfallmaterial aus Metall auf Aluminiumgrundlage, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial gebündelt wird, um einen im wesentlichen zylindrischen Körper zu bilden, der in ein Extrudergehäuse einführbar ist, daß der Körper auf die Heißextrucionsteirperatur aufgeheizt wird, daß der geheizte Körper in das Extrudergehäuse eingeführt wird und daß ein Saugdruck an den Innenraum des ttxtrudergehäuses angelegt und der Körper zu einem Konstruktom profil mit Soll-Querschnitt extrudiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gebündelte Abfallmaterial durch Aufbringen eines Druckes in Querrichtung verdichtet wird, um einen zylindrischen Presskörper zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gebündelte Abfallmaterial dadurch verdichtet wird, daß es durch eine Fornif;ebungs-Walzeneinrichtung geschickt wird.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper eine mittlere Dichte hat, die größer als 70 % der Aluminiumdichte ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper eine mittlere Dichte hat, die zwischen 70 und 86 % der Aluminiumdichte liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial einem Verdichtungsdruck von mehr als 80 kg/cm unterworfen wird, um einen zylindrischen Presskörper zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial verdichtet wird, während es auf eine Temperatur oberhalb 300⁰C aufgeheizt ist, um einen zylindrischen Presskörper zu bilden, und daß der Presskörper extrudiert wird, während er noch heiß ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial unter Zimmertemperatur verdichtet wird, um einen zylindrischen Presskörper zu bilden, der dann extrudiert wird, nachdem er auf eine Temperatur von etwa 400 bis 500 C aufgeheizt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Extrudergehäuses einem Saugdruck von weniger als 60 mmHg während der Extrusion unterworfen wird.

10. Vorrichtung zum Extrudieren von Aluminiumprofilen unter Verwendung von Abfallmaterial auf Aluminiumgrundlage, gekennzeichnet durch eine Formgebungsstation (2,27) zur Herstellung eines zylindrischen Presskörpers (14) aus dem Abfallmaterial, und durch einen Extruder (12), in dem der Presskörper (14) im Heißextrusions· verfahren extrudierbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsstation (2) aus einem stationären Amboß (5) und einem beweglichen Preßstempel (7) besteht, die im Querschnitt halbkreisförmige Ausnehmungen (4,6) aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsstation (27) mehrere Walzenanordnungen (3D» um einen kontinuierlichen Strang aus Abfallmaterial zu verdichten, und eine Schneideinrichtung aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (15) des Extruders (12) eine zum Innenraum des Gehäuses (15) führende Öffnung (19), die mit einer Vakuumeinrichtung (16) verbunden ist, und ein Stopfen (24) in der Extruderöffnung vorgesehen ist, wobei im Innenraum des Extruders (12) ein Vakuum zur Entgasung des Presskörpers (14) erzeugbar ist.

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