DE2818927C3 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines Verbundmetallstranges aus verschieden harten Metallen durch Strangpressen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 2 bzw. 3.

Aus der DE-OS 14 52 411 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundstranges bekannt, bei dem von einer Strang­ presse mit einer Matrize Gebrauch gemacht wird. Hierbei befindet sich unmittelbar vor dem formgebenden Querschnitt der Matrize eine vom Profilstrang (Draht) frei durchlaufene Schweißkammer.

Aus der Zeitschrift "Metallkunde", Band 58, 1967, Heft 10, S. 693, Bild 1a-1d ist ebenfalls eine Strangpresse mit einer Matrize bekannt. Auch hierbei ist unmittelbar vor dem formgebenden Querschnitt der Matrize eine vom Profilstrang frei durchlaufene Schweißkammer vorgesehen. Der Pressenstempel wird hierbei parallel zur Förderrichtung des Profilstrangs betätigt.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie diskontinuierlich arbeiten.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist bereits in der DE-OS 27 08 458 vorgeschlagen worden. Es handelt sich hierbei um ein kontinuierliches Verfahren zum Ummanteln von Leichtmetall­ profilsträngen. Man arbeitet hierbei mit einer Vorrichtung, die zwei benachbart zueinander angeordnete Druckerzeugungsräder auf­ weist, deren Umfangsflächen miteinander einen relativ schmalen Spalt bilden. Die zwischen den Rädern angeord­ nete Matrize füllt dabei die in den Umfangsflächen der Räder vorgesehenen Kanäle vollständig aus, so daß das in den Kanälen plastifizierte weichere Metall im wesent­ lichen ohne Veränderung seiner Förderrichtung kurz vor der Matrize mit dem Profilstrang in Kontakt tritt und mit diesem die Matrize passiert.

Bei diesem Verfahren treten aufgrund der im Kanal herrschen­ den unterschiedlichen Reibungsverhältnisse stark unterschied­ liche Geschwindigkeiten über den Querschnitt des weicheren Metalls auf. Durch diese Geschwindigkeitsverteilung ergeben sich beim unmittelbaren Einfließen des weicheren Metalls in den Ummantelungsbereich der Matrize unterschiedliche Zuströmverhältnisse, die zu einer ungleichmäßigen Verbin­ dung des weicheren Metalls mit dem Profilstrang bzw. zu einer ungleichmäßigen Aufbringung auf den Profilstrang führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art zu schaffen, mit dem sich ein Verbund­ metallstrang herstellen läßt, der sich durch eine besonders hohe Gleichförmigkeit über seine Länge auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das im Kanal plastifizierte weichere Metall erst in eine Schweißkammer gepreßt, in der es den Profilstrang umfließt, bevor es in die Matrize eingeführt wird. Dieses Konzept hat den Vorteil, daß durch die Zwischenschaltung einer als Ausgleichs- bzw. Beruhigungsraum wirkenden Kammer mögliche Druck- bzw. Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie aufgrund des verwendeten Formrades auftreten können, ausgeglichen werden und vor der Matrize ein Raum bereitgestellt wird, in dem das plastifizierte weichere Metall unter einem sehr hohen Preßdruck über eine längere Strecke auf den Profilstrang einwirken kann. Hierdurch wird nicht nur eine sehr gute Gleich­ formigkeit der Hülle, sondern auch eine hervorragende Bindung zum härteren Metall des Profilstrangs sicherge­ stellt. Um dies zu gewährleisten, ist die Querschnitts­ fläche der Schweißkammer größer als die des Kanales ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Anordnung der Matrize und der Führung relativ zur vorge­ sehenen Schweißkammer sichergestellt, daß der Profilstrang durch die Schweißkammer geführt wird und dort mit dem weicheren Metall in Kontakt tritt. Der Eintritt des weicheren Metalls aus dem Kanal des Rades in die Schweißkammer erfolgt über eine Öffnung, die durch den Anschlag für den Kanal und den sich über einen Teil des Radumfangs erstreckenden Schuh begrenzt wird.

Anstelle eine Vorrichtung mit nur einem Druckerzeugungs­ rad kann gemäß Patentanspruch 3 auch eine solche mit zwei symmetrisch zueinander und zur Schweißkammer liegen­ den Druckerzeugungsrädern gewählt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzel­ nen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbunddrahtes;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Verbunddrah­ tes;

Fig. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 3; und Fig. 5 einen Schnitt längs Linie V-V in Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundmetalldrahtes gezeigt. Ein drehbares Rad 10 als Druckerzeugungsrad ist an seinem Umfang mit einer Umfangs­ nut 12 mit einem etwa U-förmigen Querschnitt versehen. Das drehbare Rad 10 ist an einer Antriebswelle 11 angebracht, um eine Drehung in einer vorbestimmten Richtung zu ermöglichen. Ein Schuh 13 ist auf einer Unterlage (nicht gezeigt) befestigt, um einen engen Paßsitz mit dem drehbaren Rad 10 einzuhalten. Ein enger Kanal 15 ist zum Einführen eines Preßguts aus weicheren Metall, z.B. einer aus Aluminiumstange 14 zwischen der Umfangsnut 12 des drehbaren Rades 10 und der Paßober­ fläche des festen Schuhs 13 vorgesehen. Dieser Kanal 15 weist gemäß der vorliegenden Bestimmung eine behälterartige Funktion für die Aluminiumstange 14 auf und ist derart geformt, daß er eine Querschnittsfläche besitzt, die sich über die halbe Strecke verringert und von dort aus bis zur Rückseite des Kanales vergrößert, wie durch d₁ und d₂ dargestellt ist, die einen großen bzw. kleinen Abschnitt der Quer­ schnittsfläche in Fig. 1 bezeichnen.

Eine Schweißkammer 18 ist an einer Stelle rechtwinklig zur Rückseite des Kanales 15 vorgesehen und mit einer formgebenden Matrize 16 und einer Zuführung 17 am vorderen Abschnitt bzw. rückwärtigen Abschnitt versehen. Ein Stahl­ draht 19 wird als Profilstrang aus härterem Metall durch die Zuführung 17 in die Schweißkammer 18 eingeführt. Ein Anschlag 22 ist am Ende des Kanals 15 angeordnet, und eine Öffnung 20 ist unmittelbar oberhalb des Anschlags 22 vorgesehen.

Die Querschnittsfläche der Schweißkammer 18 ist größer als die des Kanals 15 sowie die der Öffnung 20. Die Anwesen­ heit der Kammer 18 mit einer größeren Fläche sowie der Öffnung 20 mit verringerter Fläche ermöglicht es dem Strang­ preßdruck, der für die Herstellung des Verbundmetalldrahts erforderlich ist, während des Herstellungsbetriebes stabil zu bleiben, wie nachfolgend im einzelnen ausgeführt wird.

Der Anschlag 22 ist dazu eingerichtet, das Ende des Kanals 15 durch seine enge Zusammenwirkung mit der Hut 12 zu schließen.

Im Betrieb wird das Strangpressen des Verbundmetalldrahtes mit der Drehung des Rades 10 in Pfeilrichtung und dem Zuführen der Aluminiumstange 14 in den Kanal 15 bewirkt. Die Aluminiumstange 14 ist dem von der Nut 12 ausgeübten Reibungswiderstand ausgesetzt, wenn sich das drehbare Rad 10 dreht, so daß die Aluminiumstange 14 durch Reiban­ trieb zum Ende des Kanals 15 gefördert und dann im Zustand der Fließfähigkeit in die Schweißkammer 18 eingeführt wird. Das fließende Aluminium 21 umgibt den Stahldraht 19 in der Kammer 18 derart, daß ein aluminiumplattierter Stahldraht 22 durch die Matrize 16 ausgepreßt wird.

Es wird nun auf die Fig. 3 bis 5 übergegangen; dort ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundmetalldrahtes gezeigt, die zwei Druckerzeugungsräder 10 und 10a besitzen.

Die beiden Räder 10 und 10a sind symmetrisch auf Antriebs­ wellen 11 bzw. 11a angeordnet und an ihrem Umfang mit Umfangsnuten 12 und 12a versehen, die jeweils einen U- förmigen Querschnitt aufweisen. Ein gemeinsamer Schuh 13 ist an einer Unterlage (nicht gezeigt) befestigt, um eine enge Passung mit den drehbaren Rädern 10 und 10a einzuhalten. Enge Kanäle 15 und 15a sind zur Einführung von Aluminium­ stangen 14 und 14a zwischen den Umfangsnuten 12 und 12a der drehbaren Räder 10 und 10a bzw. den Paßflächen des festen Schuhs 13 angeordnet.

Jeder der Kanäle 15 und 15a ist so geformt, daß er eine Querschnittsfläche aufweist, die sich über die Hälfte seiner Strecke verringert und von dort aus bis zum Ende des Kanals vergrößert wird, wie es beim vorausgegangenen Ausführungsbeispiel eingehend erläutert wurde. Eine Schweiß­ kammer 18 ist an einer Stelle rechtwinklig zu den entsprechen­ den Rückseiten der Kanäle 15 und 15a angeordnet und mit einer formgebenden Matrize 16 und einer Führung 17 am vorderen bzw. rückwärtigen Abschnitt versehen. Ein Stahl­ draht 19 wird in die Kammer 18 eingeführt. Anschläge 22 und 22a sind so angeordnet, daß sie die jeweiligen Enden der Kanäle 15 und 15a verschließen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jede der Aluminium­ stangen 14 und 14a einen Durchmesser von 8 mm und der Stahldraht 19 einen Durchmesser von 2,6 mm auf.

Die Antriebsleistung der drehbaren Räder 10 und 10a beträgt 22,4 kW, und ihre Drehzahl beträgt 10 min ^-1. Die Umfangsnu­ ten 12 und 12a sind rechtwinklig mit einer Breite von 8 mm ausgebildet, so daß ihre Querschnittsfläche 64 mm² beträgt. Ferner beträgt die Querschnittsfläche in der Kammer 18 200 mm², während die der Öffnungen 20 und 20a 50 mm² beträgt.

Die Aluminiumstangen 14 und 14a werden in die Kanäle 15 bzw. 15a eingebracht, nachdem sie einer Vorerwärmung bis auf 300 bis 450°C unterzogen wurden. Es wird mit einem Strangpreßdruck von 147 bis 392 N/mm² in der Kammer 18 gearbeitet. Der Stahldraht 19 wird vorab auf eine Tempera­ tur von 250 bis 350°C erwärmt und einer nach vorne gerich­ teten Zugkraft von 1470 bis 2940 N ausgesetzt.

Im Falle der Herstellung eines aluminiumplattierten Stahl­ drahtes 23 beträgt die Strangpreßgeschwindigkeit 150 m/min. Der Außendurchmesser des aluminiumplattierten Stahldrahtes 23 beträgt 3,2 mm, während die Dicke des Aluminiumüberzugs 0,3 mm beträgt. Wie oben ausgeführt ist, ist die Querschnittsfläche der Kammer 18 größer als die der Kanäle 15 und 15a.

Dies erlaubt es, daß eine hinlängliche Menge an fließen­ dem Aluminium in der Kammer 18 enthalten ist, um eine geringfügige Variation im Strangpreßdruck durch seine Viskosität aufzunehmen, selbst wenn eine derartige Va­ riation für die Aluminiumstangen 14 und 14a in den Kanälen 15 und 15a stattfindet. Dementsprechend wird der Strang­ preßdruck ständig stabil gehalten, wenn das Aluminium 21 metallurgisch mit dem Stahldraht 19 verbunden wird. Die eine geringere Fläche aufweisenden Öffnungen 20 und 20a sind zwischen der Kammer 18 und den Kanälen 15 bzw. 15a angeordnet. Dies hindert das fließfähige Aluminium 21 daran, zurück in die Kanäle 15 und 15a zu strömen, wenn der Strangpreßdruck infolge der Schwankung des Reibungswiderstandes in den Kanälen 15 und 15a übermäßig verringert wird. Dementsprechend dienen sowohl die Kammer 18 mit einer größeren Querschnittsfläche als auch die Öffnungen 20 und 20a, deren Querschnittsfläche verringert ist, dem Zweck der Stabilisierung des Strangpreßdrucks. Das drehbare Rad 10 ist mit einem passenden, abgesetzten Abschnitt 25 versehen, während der feste Schuh 13 mit zwei passend abgesetzten Abschnitten 25a an beiden Seiten der Nut ausgebildet ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Dementsprechend ist das drehbare Rad 10 dem festliegenden Schuh 13 mit mehr als zwei Passflächen zugewandt. Ferner ist der festliegende Schuh 13 mit einem Paar flacher Nuten 26 zwischen den beiden Passflächen derart versehen, daß, selbst wenn Späne des weicheren Metalls Aluminium 14 erzeugt werden, diese leicht freigesetzt werden.

Obwohl das Auftreten derartiger Späne durch die enge Passung der abgesetzten Abschnitte 25 und 25a bis zu einem gewissen Maß verringert werden kann, ist es sehr schwierig, deren Auftreten völlig zu unterbinden. Die flachen Nuten 26 dienen dem Zweck, das Anwachsen derartiger Späne infolge der Tatsache zu unterdrücken, daß die Druckzunahme mit deren Freigabe in die flachen Nuten 26 vermieden wird. Insbesondere wurde festgestellt, daß eine Spanbildung an den Anschlägen 22 und 22a auftritt. Allerdings können derartige Späne mühelos freigesetzt werden, da die Anschläge 22 und 22a so ausgebildet sind, daß sie Seitenflächen aufweisen, die in die Nuten 12 und 12a hineinpassen.

Wie oben ausgeführt ist, sind verschiedenartige Einrich­ tungen vorgesehen, die Schwierigkeiten in Verbindung mit der Spanbildung verhindern. Ferner führen derartige Einrichtungen insgesamt zu einem geringeren Energiever­ brauch.

Die Änderung der Querschnittsfläche bei den Kanälen 15 und 15a dient nicht nur dem Zweck, den Reibeingriff bzw. Reibantrieb zu erzeugen, der für den Strangpreßdruck erforderlich ist, sondern auch dem Zweck, den Reibein­ griff zu verringern, um den Energieverbrauch herabzusetzen.

Ein Vorteil der Vorrichtung mit zwei Rädern besteht darin, daß weniger Leistung erforderlich ist, um die rotierenden Räder 10 und 10a anzutreiben. Ferner kann das Strangpreßverhältnis größer sein, so daß die Dicke eines stranggepreßten weicheren Metalls in einem breiteren Bereich frei geändert werden kann.

Ein anderer Vorzug besteht darin, daß die Ströme des weicheren Metalls an den gegenüberliegenden Eingängen der Kammer 18 derart gut dynamisch ausgeglichen sind, daß eine hohe Gleichförmigkeit bei der Verbindung zwischen dem Metalldraht und dem weicheren Metall erreicht wird und eine ungleichmäßige Dicke des Metallüberzugs kaum auftritt. Ferner ist die Vorrichtung mechanisch-dynamisch derart stabil, daß eine geringere Ausfallmöglichkeit und eine hervorragende Standfähigkeit erwartet werden können.

Es wird darauf hingewiesen, daß es möglich ist, die Anzahl der drehbaren Räder noch weiter zu erhöhen. Bei­ spielsweise können drei Räder jeweils unter einem Winkel von 120° oder vier Räder jeweils unter einem rechten Winkel angeordnet werden.

Wie bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen erläutert ist, besteht in bezug auf die Länge und das Volumen der Materialien für den Metalldraht und das weichere Metall als Überzugsmaterial keine Beschränkung, und die Herstellung eines Verbundmetallstrangs kann kon­ tinuierlich über eine endlose Länge desselben durchgeführt werden. Hierdurch wird die Produktivität merklich ver­ bessert und ein hervorragendes Produkt ohne irgendeine Unregelmäßigkeit der Materialien erzielt.

Claims (3)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines Verbundmetallstranges aus verschieden harten Metallen durch Strangpressen, bei dem das weichere Metall durch eine formgebende Matrize ausgepreßt wird und unter gleichzeitiger Mitnahme eines ebenfalls in die Matrize eingeführten, aus härterem Metall bestehenden Profilstranges, wobei die Druckerzeugung für das weichere Metall in einem kreisbogenförmigen Kanal erfolgt, der von einer Umfangsnut mit einem angetriebenen Rad und einem die Nut über einen Teil des Radumfangs überdeckenden ortsfesten Schuh gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines ummantelten Drahtes (23) als Verbundmetallstrang, das weichere Metall für die Hülle in an sich bekannter Weise vor der Matrize (16) in eine Schweißkammer (18) geführt wird, deren Querschnitt größer ist als der Kanalquerschnitt, wobei das weichere Metall über eine Öffnung (20) vom Kanal (15) aus in der Schweißkammer (18) eingebracht wird und der Querschnitt der Öffnung (20) geringer ist als der Querschnitt des Kanales.

2. Strangpresse zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit einem ortsfesten Preßkopf, der im Bereich des Außenumfanges des Rades einen die Nut überdeckenden Schuh und einen am Ende des Schuhes in die Nut eingreifenden Anschlag aufweist, in dem die Zuführung für den Profilstrang und die Matrize zueinander fluchten und parallel zu einer Tangente des Rades liegen, und in dem vom Kanal eine Preßgutzuführung zu dem vom Profilstrang durchlaufenen Matrizeneintrittsbereich führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßgutzuführung vom Kanal (15) sich zu einer den Profilstrang (19) aus härterem Metall umschließenden Schweißkammer (18) über eine Öffnung (20) erweitert, deren Querschnitt geringer ist als der Querschnitt des Kanales (15).

3. Strangpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem ortsfesten Preßkopf mit zwei symmetrisch zu einer gemeinsamen Ebene liegenden kreisbogenförmigen Kanälen, die jeweils von einer Umfangsnut in einem angetriebenen Rad und einem gemeinsamen, jede Nut über einen Teil des zugehörigen Radumfangs überdeckenden Schuh gebildet sind, wobei am Rand des Schuhs ein in jede Nut eingreifender Anschlag vorgesehen ist, in dem die Zuführung für den Profilstrang und die Matrize zueinander fluchten und parallel zu einer Tangente der Räder liegen und in dem von jedem Kanal eine Preßgutzuführung zu dem vom Profilstrang durchlaufenen Matrizeneintrittsbereich führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßgutzuführung vom Kanal (15) sich zu einer den Profilstrang (19) aus härterem Metall umschließenden Schweißkammer (18) über eine Öffnung (20) erweitert, dessen Querschnitt geringer ist als der Querschnitt des Kanales (15).