DE602004002758T2

DE602004002758T2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen extrusion

Info

Publication number: DE602004002758T2
Application number: DE602004002758T
Authority: DE
Inventors: Daniel John Shadoxhurst HAWKES
Original assignee: BWE Ltd
Current assignee: BWE Ltd
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: RU2005129343A; JP4533884B2; ZA200505905B; AU2004213229B2; US6988389B2; EP1594637B1; CN1325183C; RU2333060C2; JP2006518279A; ATE342140T1; DE602004002758D1; WO2004073901A1; AU2004213229A1; CA2516737A1; EP1594637A1; ES2270349T3; CA2516737C; US20060156782A1; CN1753736A; GB0304114D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen von Metallen mittels eines kontinuierlichen Extrusionsvorgangs, bei welchem Ausgangsmaterial in eine umfängliche Nut in einem rotierenden Rad eingeführt wird, um in einen Kanal zu treten, der zwischen der Nut und einer sich in die Nut hinein erstreckenden bogenförmigen Werkzeugausrüstung ausgebildet ist.
In der EP-A-0 071 490, welche die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen, auch als Extrusion bezeichnet, offenbart, welche ein drehbares Rad umfasst, das mit einer umfänglichen Nut ausgebildet ist, wobei Schuhmittel, die eine bogenförmige Werkzeugausrüstung umfassen, einen radial äußeren Abschnitt der Nut begrenzen, wobei diese mit einer Austrittsöffnung in einen Formkörper sowie einem Anschlag, der in der Drehrichtung zu der Austrittsöffnung versetzt ist, vorgesehen sind.
Die GB-A-2364946 offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Strangpressen, welche eine Form umfasst, die optional mit zusätzlichen Heizmitteln ausgestattet ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Schuhmittel mit einer Formblock-Heizkörperanordnung ausgestattet, die einen Formheizkörper, Extrusionsformmittel sowie eine elektrische Induktionsheizspulenanordnung aufnimmt, welche derart ausgelegt ist, dass sie aktiviert werden kann, um mit magnetisierbaren Mitteln zusammenzuwirken, die den Formmitteln zugeordnet sind, um eine elektrische Induktionsheizung derselben zu bewirken.
Vorzugsweise ist ein magnetisches Element außerhalb der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung angeordnet und ist dafür ausgelegt, ein magnetisches Lecken von der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung nach außen zu begrenzen.
Wünschenswerterweise ist ein Wärmeisolationsmaterial zwischen dem magnetischen Element und den Schuhmitteln angeordnet ist.
Geeigneterweise umfasst die elektrische Induktionsheizspulenanordnung ein schraubenförmig gewundenes Kupferrohr, das in elektrisch isolierendem Material eingekapselt ist und sowohl mit elektrischen Anschlüssen als auch Einlass- und Auslassanschlüssen für den Durchfluss eines Kühlmittels ausgestattet ist.
Die Erfindung soll nun beispielshalber teilweise mit Bezug auf die generelle Anordnung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion, die in Verbindung mit den 1 und 2 aus der EP-A-0 071 490 beschrieben ist, und hauptsächlich mit Bezug auf die beigefügte, teilweise schematische, isometrische, auseinandergezogene Ansicht einer Formheizkörperanordnung 11 beschrieben werden, welche dafür ausgelegt ist, in einer Öffnung mit rechteckigem Querschnitt in einem Schuh angeordnet zu werden (der nicht gezeigt ist, der aber ähnlich dem in der EP-A-0 071 490 als Schuh 8 gezeigten vorgesehen ist) und zwar zur Extrusion von Kupferrohr.
Die Formheizkörperanordnung 11 umfasst einen Eintrittsblock 13, einen Formblock 15, einen Schalenteil 17 mit mittiger Öffnung und einen Formheizkörper 19.
Der Formheizkörper 19 umfasst eine Spirale aus Kupferrohr, die in keramischem Trägermaterial eingebettet ist, sodass eine elektrische Induktionsheizspulenanordnung 21 gebildet ist, an welcher sich Anschlüsse 23 für elektrischen Strom und Kühlwasser nach hinten, durch den Schuh hindurch erstrecken. Magnetische Elemente 25 mit niedriger Reluktanz sind außenseitig der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung 21 angeordnet und werden typischerweise aus sechs Millimeter dicken Stanzstücken 27 aus einer "Silizium-Eisen"-Legierung gebildet, mit einem Magnetismus mit hoher Sättigung und einem Curiepunkt oberhalb von 800° Celsius, welche im Abstand zueinander angeordnet sind, sodass sie Spalten von drei Millimetern bilden, wobei sie auf einer mit einem mittigen Loch versehenen Basisplatte 29 montiert sind. Endabschnitte 31 der Stanzstücke 27 sind mit einem ersten und mit zweiten Endblöcken aus magnetischem Material 33 und 35 sowie 37 verbunden, wobei die zweiten Endblöcke 35 und 37 durch einen Spalt 39 getrennt sind, um den Umlauf von Wirbelströmen einzuschränken. Ein entsprechender Spalt ist in der Basisplatte 29 ausgebildet.
Der Eintrittsblock 13 ist mit dem Formblock 15 aus nichtmagnetischem Material ausgebildet, sie wirken mit dem Schalenteil 17 aus magnetischem Material zusammen, welcher seinerseits in einer Gleitpassung mit einer Ausnehmung 41 in dem Formheizkörper 19 zusammenwirkt. Dübel (nicht gezeigt) positionieren die Endblöcke 33, 35 und 37 auf den Schuhmitteln, wobei sie eine unterschiedliche Wärmeausdehnung gestatten. Ein Anschlag 43 ist auf dem Formblock 15 angeordnet, und zwar an einer Stelle, die in der Drehrichtung zu einem Anschluss 45 versetzt ist, der zu einer mittigen Öffnung führt, die dafür ausgelegt ist, eine (nicht gezeigte) Extrusionsform aufzunehmen, die in dem Schalenteil 17 des Formblocks 15 positioniert wird.
Dünne Beilagebleche 47 aus wärmeisolierendem Material wie etwa Mica sind zwischen dem Endblock 33, 35 und 37, der Basisplatte 29 und dem Schuh angeordnet, um die Wärmeüberleitung auf den Schuh zu begrenzen.
Im Betrieb, wenn der Eintrittsblock 13, der Formblock 15 und der Schalenteil 17 in dem Formheizkörper 19 angeordnet sind, sodass die Formheizkörperanordnung 11 gebildet ist und in dem Schuh der Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion angeordnet ist, und wenn Kupferausgangsmaterial zu dem Eintrittsblock 13 und der Form gedrückt wird, wird der Schalenteil 17 induktiv auf eine Temperatur von etwa 700° Celsius aufgeheizt, indem ein elektrischer Strom mit einer Leistung von etwa zwölf Kilowatt und einer Frequenz von etwa 50 Hertz durch die elektrische Induktionsheizspulenanordnung 21 geschickt wird, um durch Konduktion die Form auf einer Temperatur von 700° Celsius zu halten, wodurch der Extrusionsvorgang durch die Form hindurch beträchtlich erleichtert wird. Durch Anordnen der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung 21 angrenzend an den Formblock 15 und Leiten eines Wirbelstromflusses durch den Schalenteil 17 wird aufgrund der Wirkung der magnetischen Elemente 25 mit geringer Reluktanz ein magnetisches Lecken auf das Karbonstahlmaterial des Schuhs sowie auf ein angrenzendes Stahlgerüst eingeschränkt, und ein hoher Anteil der eingespeisten Energie wird auf den Formblock 15 übertragen, und die resultierende Wärmeenergie wird auf das zugeführte Kupfermaterial übergeleitet, ohne dass erhöhte Temperaturen in dem Schuh bewirkt werden und die Fähigkeit des Schuhs wesentlich beeinträchtigen, radialen Belastungen von etwa 300 Tonnen standzuhalten, welche erzeugt werden, um die erforderlichen Extrusionsdrücke von etwa 500 Megapascal an der Form zu erreichen. Durch das induktive Heizen des Formblocks 26 wird eine beträchtliche Aufheizung angrenzender Teile der Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion vermieden, und dadurch wird eine folgliche Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Konstruktionsmaterialien, die sich durch erhöhte Temperaturen ergibt, vermieden.
Man wird erkennen, dass, obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf eine radiale Extrusionskonfiguration der Maschine zur kontinuierlichen Extrusion bezieht, die Erfindung ebenso auf eine Maschine anwendbar ist, die eine tangentiale Extrusionskonfiguration nutzt, bei welcher der Spalt 39 zwischen den zweiten Endblöcken 35 und 37 sowie die zugehörigen Stanzstücken 27 derart dimensioniert sind, dass der tangentialen Konfiguration Rechnung getragen wird.
Außerdem wird zu erkennen sein, dass die Konfiguration und der Aufbau des Formheizkörpers 19 derart vorgesehen sind, dass sich eine sehr kompakte Anordnung ergibt, die mit der Frequenz der normalen elektrischen Stromversorgung arbeitet. Die kompakte Anordnung erfordert nur eine minimale Öffnung in dem Schuh, wodurch die Schwächung des Schuhs infolge des Vorsehens der Öffnung minimal gehalten wird. Durch Nutzung von elektrischem Strom mit normaler Frequenz erübrigt sich jede Notwendigkeit, eine zur Erhöhung der Frequenz ausgelegte elektrische Schaltung bereitzustellen, und die damit verbundenen Kosten werden vermieden.
Man wird außerdem erkennen, dass, obgleich die vorstehende Beschreibung auf die Extrusion von Kupfermaterial bezogen war, die Erfindung auch auf die Extrusion anderer Materialien anwendbar ist. Für solche Materialien wie Aluminium, bei denen eine Formkammer aus magnetischem Material genutzt wird, kann der Schalenteil 17 weggelassen werden, sodass ein größerer Formblock genutzt werden kann, der direkt induktiv geheizt wird.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion, die ein drehbares Rad aufweist, das mit einer Umfangsnut ausgebildet ist, wobei Schuhmittel, die eine bogenförmige Werkzeugausrüstung umfassen, einen radial äußeren Teil der Nut begrenzen, welche mit einer Austrittsöffnung (45) in einen Formkörper (15) sowie mit einem Anschlag (43), der in Drehrichtung zu der Austrittsöffnung (45) versetzt ist, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuhmittel mit einer Formheizkörperanordnung (11) vorgesehen sind, die einen Formheizkörper (19) und ein Extrusionsformmittel (15, 17) aufnimmt, wobei der Formheizkörper (19) eine elektrische Induktionsheizspulenanordnung (21) umfasst, die derart ausgelegt ist, dass sie aktiviert werden kann, um mit magnetisierbaren Mitteln (17) zusammenzuwirken, die dem Extrusionsformmittel zugeordnet sind, um eine elektrische Aufheizung desselben zu bewirken.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetisches Element (25, 33, 35, 37) außerhalb der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung (21) angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, ein magnetisches Lecken von der elektrischen Induktionsheizspulenanordnung (21) nach außen zu begrenzen.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element beabstandete Platten (27) mit einer niedrigen Reluktanz und einem magnetischen Material mit hoher Sättigung mit einem Curiepunkt oberhalb von 800° Celsius umfasst, die sich parallel zu einer radialen Stelle des drehbaren Rades erstrecken.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeisolationsmaterial (45) zwischen dem magnetischen Element (25, 33, 35, 37) und den Schuhmitteln angeordnet ist.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Induktionsheizspulenanordnung (21) ein schraubenförmig gewundenes Kupferrohr umfasst, das in elektrisch isolierendem Material eingeschlossen ist und sowohl mit elektrischen Anschlüssen als auch Einlass- und Auslassanschlüssen für den Durchfluss eines Kühlmittels ausgestattet ist (23).
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Induktionsheizspulenanordnung (21) bei einer Frequenz von etwa 50 Hertz mit einer elektrischen Energieeinspeisung von etwa 12 Kilowatt aktiviert werden kann, um die Aufheizung des Extrusionsformmittels auf eine Temperatur von etwa 700° Celsius zu bewirken.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formmittel (15, 17) eine Form aus nichtmagnetischem Material umfasst, die in einem Schalenteil (17) aus magnetischem Material angeordnet ist, welcher dafür ausgelegt ist, Wärme, die durch die elektrische Induktionsheizspulenanordnung (21) elektrisch in dem Material des Schalenteils (17) induziert wird, zu der Form zu leiten.