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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren oder Profilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren
oder Profilen auf einer Strangpresse. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, die gleichzeitige
Herstellung einer größeren Anzahl von vorzugsweise aus Metall bestehenden Rohren
oder Profilen, insbesondere von geringer Wandstärke, zu ermöglichen, um dadurch
die Leistung und damit die Wirtschaftlichkeit derartiger Pressen bei der Erzeugung
der erwähnten Halbzeuge, insbesondere aus langsam fließenden Legierungen, zu vergrößern.
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Bei der Herstellung von Stangen od. dgl. besteht keine Schwierigkeit
darin, eine größere Anzahl von Stangen in einer Strangpresse gleichzeitig herzustellen.
Es ist lediglich erforderlich, die Matrizen mit einer entsprechenden Anzahl von
Ausströrnö ftmingen für das Metall zu versehet. Demgegenüber ist die Herstellung
von Rohren auf einer Strangpresse von vornherein deswegen erschwert, weil die zusätzliche
Anwendung eines Dornes entsprechend dem gewünschten lichten Querschnitt des Rohres
erforderlich ist.
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Das übliche Verfahren zur Herstellung von Rohren auf Strangpressen
besteht darin, daß in den Preßkolben ein Dorn entsprechender Länge axial verschieblicb
gelagert ist, welcher vor Beginn des eigentlichen Preßvorganges durch den zu vierpressenden
Metallblock hindurchgestoßen wird, bis sein vorderes Ende in die Matrize eintritt.
Der Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, daß der Metallstrom entlang
dem Dorn geradlinig und ungeteilt in die Matrize hineingeführt wird. Der Nachteil
dieses Verfahrens besteht aber darin, daß. insbesondere bei Rohren mit nicht kreisförmiger
Bohrung
und bei Hohlprofilen, die nicht völlige Vermeidbarkeit einer wenn auch geringen
Abweichung des Dornes aus seiner zentrischen Lage zu ungleichmäßigen Wandstärken
bzw. zu einer Versetzung des Hohlraumes im Preßerzeugnis führt, ein Umstand, der
von vornherein nur die Verarbeitung von Metallblöcken geringer Länge ermöglicht,
weil die beschriebene Schwierigkeit bei größerer Länge der Blöcke und dementsprechend
auch längeren Dornen zunimmt. Ein weiterer Mangel dieses Verfahrens ist der, daß
nut Rohre mit verhältnismäßig dicker Wandung gepreßt werden können, weil ein gewisser
Mindestdurchflußquerschnitt für das Metall erforderlich ist, um die technische und
wirtschaftliche Durchführung dieses Preßverfahrens zu ermöglichen.
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Die gleichzeitige Herstellung: mehrerer Rohre war bei diesen bekannten
Verfahren nicht möglich. Um auch ohne einen besonderen Lochdorn Rohre und Hohlprofile
herstellen zu können, hat man bereits Werkzeuge vorgeschlagen, bei welchen ein oder
mehrere kurze Dorne an der der Matrize zugekehrten Seite eines kreuzförmigen oder
brückenförmigen Tragkörpers angeordnet sind, welcher mit der Matrize oder dem Matrizenhalter
lösbar verbunden ist.
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Ein bekanntes Verfahren zum Pressen von Rohren aus Kupfer, Aluminium
und Legierungen dieser Metalle besteht darin, daß das Rohr in einzelnen Teilen der
Wandung zunächst vorgepreßt wird und daß, ehe die Luft zutritt, diese einzelnen
Teile miteinander in Berührung und zur Schweißung kommen. Man hat zu diesem Zweck
eine dreiteilige Matrize verwendet, innerhalb der sechs Teilstränge des durch den
Preßdruck zum Fließen gebrachten Metalls durch ein den Dorn tragendes sechsteiliges
Armkreuz gebildet werden, so daß also sechs Schweißnähte bei dem erzeugten Rohr
vorhanden sind.
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Die weniger gut als Blei, Kupfer oder Beinaluminium schweißbaren Legierungen
dieser Metälle erhöhen die Gefahr des Aufreißens der Rohre längs einer der sechs
Schweißnähte.
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Man hat auch bereits versucht, die Zahl der Schweißnähte herabzusetzen,
und hat zu diesem Zweck an einer Preßform zur Herstellung nahtloser Rohre aus Messing,
Kupfer oder ähnlichen Weichmetallen den Dorn an einem Haltesteg in der Preßform
befestigt, der an der Innenfläche der Matrize angeordnet ist und somit zwei Teilstränge
und zwei Schweißnähte an dem erzeugten Rohr bildet. Obwohl dieses Verfahren zu einer
genauen Zentrierung des Dornes in der Matrize führt und die Verpressung von Blöcken
verschiedener, insbesondere großer Länge ermöglicht, hat sich Idas Verfahren in
der Praxis nicht einführen können, weil sich herausgestellt hat, daß die Entfernung
des Preßrestes aus diesen Brückenwerkzeugen so umständlich und zeitraubend ist,
daß diese Art der Rohrherstellung als unwirtschaftlich wieder verlassen wurde.
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Dadurch, daß der der Matrize beim Preßvorgang zufließende Metallstrom
durch den Tragkörper des oder der Dorne an mindestens zwei Stellen, bezogen auf
den Umfang des herzustellenden Rohres, geteilt wird, kann ein ordnungsgemäßes Verschweißen
der Teilströme im Bereich der Matrize nicht mit Sicherheit erreicht werden, weil
bei derartigen Brückenwerkzeugen der Metallstrom infolge wesentlicher Ablenkungen
aus der axialen Richtung eine starke Wirbelbildung erfährt, die sich höchst nachteilig
auf die Wiederverschweißung der Teilströme auswirkt.
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Die beschriebenen Ablenkungen der Metallströme führen weiterhin zu
erheblichen Verlusten an Strömungsenergie im Metallfluß (Wirbelbildungen) und damit
zu starken Druck- oder Biegebeanspruchungen der Preßwerkzeuge, insbesondere der
Brücke, und damit auch häufig zu Brüchen dieser Teile.
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Ein weiterer, oben schon kurz erwähnter Nachteil der bekannten Werkzeuge
besteht darin, daß nach Beendigung des Preßvorganges das Werkzeug (Tragkörper mit
Dornen) nur in umständlicher Weise aus dem Preßrest herausgelöst werden kann, d.
h. dem Teil des zu verpressenden Metallblocks, welcher u. a. deshalb im Preßzylinder
belassen werden muß, weil sonst das Werkzeug, in erster Linie der Tragkörper, dem
Druck des Preßstempels unmittelbar ausgesetzt sein und beschädigt werden würde.
Dieser Preßrest wird erst nach Beendigung des eigentlichen Preßvorganges zusammen
mit dem darin steckenden Werkzeug aus dem Preßzylinder ausgestoßen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung ebenfalls von
einem Verfahren aus, bei welchem mindestens zwei Dorne an einem gemeinsamen Tragkörper
angeordnet sind, welcher mit der Matrize oder dem Matrizenhalter lösbar verbunden
ist und dessen im Bereich des Werkstoffstroms liegende Teile sich unmittelbar vor
der Schweißzone zur Matrize hin verjüngen, wobei der der Matrize beim Preßvorgang
zufließende Werkstoffstrom durch den Tragkörper der Dorne geteilt und im Bereich
der Matrize wieder verschweißt wird, und kennzeichnet sich dadurch, daß der im wesentlichen
parallel zur Pressenächse geführte Werkstoffstrom bei jedem Rohr nur an einer Stelle
des Umfangs unterbrochen und in einer einzigen latenten Längsnaht verschweißt wird.
Dieses Verfahren führt zu einem Werkzeug, bei dem eine nur einseitige Verbindung
der Dorne mit dem Tragkörper durch radial gerichtete, auslegerartige Rippen des
Tragkörpers vorgesehen ist, an deren freien Enden die Dorne angeordnet sind, wobei
diese Rippen bei großer axialer Höhe eine Breite erhalten, die nicht wesentlich
größer, sondern vorteilhaft gleich groß oder kleiner als der Dorndurchmesser ist
und an der der Matrize zugekehrten Seite vorzugsweise schneidenartig verjüngt sind.
Am zweckmäßigsten ist es, wenn der Tragkörper aus einem gleichachsig zum Preßzylinder
angeordneten zylindrischen oder ringförmigen Körper gebildet ist, auf dessen Umfang
die die Dorne tragenden radialen Rippen, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen,
angeordnet sind, so daß die Mittelpunkte der Dorne auf einem zum Preßzylinderquerschnitt
konzentrischen
Kreis liegen. Selbstverständlich können auch zwei oder mehrere Tragkörper dieser
Art konzentrisch zueinander angeordnet sein.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Metallstrom für jedes
Rohr ohne nennenswerte Ablenkung oder Wirbelbildung und im wesentlichen in axialer
Richtung in den freien Matrizenquerschnitt eingeführt. Versuche haben gezeigt, daß
diese Führung des Metallstroms in Verbindung mit der Beschränkung der Aufteilung
des Metallstroms auf eine einzige Stelle des Rohrumfangs ein sicheres Verschließen
und Verschweißen der Trennstelle im Bereich der Matrize und damit die Bildung eines
fehlerfreien Rohres gewährleistet, und zwar auch bei sehr dünnen Wandstärken und
bei Verwendung schwer preßbarer Werkstoffe.
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Ursprüngliche Befürchtungen, daß die nur einseitige Befestigung der
Dorne, die also gewissermaßen freitragend angeordnet sind, den großen Beanspruchungen
nicht standhalten kann, haben sich bei Versuchen als unbegründet erwiesen. Da infolge
der von der Erfindung erreichten guten Führung der Werkstoffteilströme der Fließwiderstand
und damit die Beanspruchungen des Werkzeugs auf Druck und Biegung von vornherein
stark verringert werden, ist in allen Fällen eine Ausbildung des Tragkörpers möglich,
die sich auch im Dauerbetrieb diesen Beanspruchungen voll und ganz gewachsen zeigt.
Dabei führt gerade die Anordnung einer Mehrzahl von Dornen an einem -zylindrischen
oder ringförmigen Tragkörper zu einer besonders kräftigen und gedrungenen Bauart
dieses Werkzeugteils.
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Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung können für Rohre verschiedenster
Durchmesser und Wandstärken benutzt werden. So ist das Verfahren beispielsweise
für die Herstellung von Rohren aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit einer
lichten Weite von z. B. io bis 50 mm bei Wandstärken von z. B. i bis 5 mm geeignet.
Dabei kann man beispielsweise bis zu vierzig Rohre oder mehr gleichzeitig herstellen.
So können z. B. mit einer 3ooo-t-Presse bei Einsatz eines Duraluminblocks von 300
mm Durchmesser und 5oomm Länge gleichzeitig sechsund-dreißigRohre von 15
mm lichtem Durchmesser und einer Wandstärke von 1,5 mm gepreßt werden. Da die von
der Erfindung vorgesehenen Werkzeuge in vorhandene Strangpressen ohne weiteres eingebaut
werden können, sind diese für das Verfahren nach der Erfindung ausnutzbar.
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Die nach der Erfindung hergestellten Rohre zeichnen sich durch gleichmäßige
und genaue Wandstärke aus.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung nach der
Erfindung besteht darin, daß der aus Tragkörper mit Dornen bestehende Werkzeugteil
leicht aus dem nach Beendigung des Preßvorganges im Zylinder verbleibenden Blockrest
herausgelöst werden kann, und zwar in einfacher Weise durch axiales Herausziehen
oder Herausdrücken des Werkzeugs, vorzugsweise mittels des bei den üblichen Strangpressen
vorhandenen Lochdornes.
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Das Verfahren und die Vorrichtung sind selbstverständlich für beliebige
Metalle, ferner auch für Stahl sowie für Kunstpreßstoff und sonstige plastische
Massen geeignet.
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Im allgemeinen ist es am wirtschaftlichsten, wenn eine möglichst große
Zahl von Rohren oder Profilen hergestellt wird. Es sind aber auch Fälle denkbar,
in denen bereits die gleichzeitige Herstellung von zwei oder wenigen Rohren oder
Profilen wirtschaftlich ist. Die Rohre brauchen ferner nicht rund zu sein, sondern
können einen beliebigen anderen Querschnitt erhalten. Der Tragkörper wird am zweckmäßigsten
zylindrisch oder ringförmig ausgebildet, kann aber auch in besonderen Fällen oval,
vieleckig, quadratisch oder in sonstiger Weise geformt sein.
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In der Zeichnung sind das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung
sowie verschiedene Werkzeugausführungsformen dargestellt.
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Fig. i und 2 zeigen schematisch eine Strangpresse in zwei Arbeitsstellungen;
Fig.3 zeigt einen Teil der Presse nach den Fig. i und 2 in senkrechtem Längsschnitt,
und zwar in größerem Maßstab; Fig.4 bis 8 veranschaulichen das Pressen von Rohren
in verschiedenen Arbeitsphasen; Fig. 9 bis 16 zeigen verschiedene Werkzeugausführungen
in Draufsicht und im Längsschnitt; Fig. 17 bis 26. zeigen verschiedene Befestigungsarten,der
Dorne am Tragkörper, und zwar jeweils in Draufsicht und im Längsschnitt.
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Bei der in den Fig. i bis 3 dargestellten Strangpresse bedeuten; i
.den Preßzylinder oder Rezipient, 2 die Matrize, 2a den Matrizenhalter, m.it welchem
der mit den Dornen versehene Tragkörper 3 verbunden ist, 4 den Preßkolben und 5
den zu verarbeitenden Metallblock. Der Matrizenhalter 2a ist durch das Keilschloß
6 gegen den Zylinder i anpreßbar (Fig. i und 3) und kann nach Lösen des Keils ausgefahren
werden (Fig. 2) . In dem Preßkolben 4 ist ein Stößel oder Lochstempel 7 axial verschieblich
geführt. Zwischen dem Kolben 4 und dem Metallblock 5 ist eine Preßscheibe 8 angeordnet,
welche eine Führungsbohrung i i für den Lochstempel ? besitzt. Die Führungsbohrung
ist durch den Stopfen 9 während des Preßvorganges verschließbar.
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Wie aus Fig. i hervorgeht, wird der Block 5 vor den Zylinder i gebracht
und durch den Kolben in den Zylinder eingeschoben. Fig.4 läßt erkennen, daß der
Block im Durchmesser etwas kleiner als der Zylinder ist. Auf der Stirnseite des
Tragkörpers 3 ist ein Druckstück io (Stauchkappe) quer verschieblich befestigt,
welches sich in der ersten Phase des Preßvorganges (Fig. 5) in den Block hineindrückt.
In dieser Phase tritt ein Rufweiten des Blocks ein, so daß das Material den Zylinder
in seiner gesamten radialen Erstreckung schließend ausfüllt. Dabei entstehen in
radialer Richtung verlaufende Schubkräfte, die von dem verschieblich angeordneten
Druckstück io aufgenommen,
also von dem eigentlichen Werkzeug ferngehalten
werden. Der Stopfen g ist im vorderen Teil dicker bemessen und stützt sich mit einer
Schulter gegen die Preßscheibe ab. Er kann dadurch nicht zurückgedrückt werden und
verhindert so das Eindringen von Metall in die Führungsbohrung i i.
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Fig. 6 zeigt das Pressen der Rohre 12. Das Metall des Blocks 5 wird
an dem Tragkörper 3 vorbei durch den zwischen den Dornen 13 und den in der Matrize
2 angeordneten Einsatzbüchsen 1-. verbleibenden freien Durchgangsquerschnitt hindurchgepreßt
und bildet die Rohre 12. Sobald der Kolben q., 8 die strichpunktierte Stellung erreicht
hat, ist der Preßvorgang beendet. Zwischen dem Stopfen 9 und dem Druckstück io befindet
sich dann noch eine dünne Metallschicht 15. Nunmehr wird das Keilschloß 6 (Fig.
i und 3) herausgezogen und der Stößel oder Lochstempel 7 vorgedrückt. Wie Fig. 7
zeigt, drückt dieser den Stopfen 9 durch den Blockrest hindurch gegen die Stirnfläche
des Tragkörpers 3 bzw. des Druckstücks io. Hierdurch werden sowohl der Matrizenhalter
211 von dem Zylinder abgedrückt sowie die Dorne 13 mitsamt dem Tragkörper 3 aus
dem Blockrest 511 herausgeschoben. Die Rohre 12 reißen bei diesem Vorgang von dem
Blockrest 5a ab. Der Blockrest selbst haftet in der Zylinderwand. Die Haftung wird
verstärkt durch Ringnuten 16 oder andere Vertiefungen in der Zylinderwand, was dazu
führt, daß man die Länge des Blockrestes kurz halten kann.
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Fig. 8 zeigt, wie der Blockrest 511 durch den Kolben q., 8 aus dem
Zylinder i ausgestoßen wird. Hiernach werden Kolben q. und Lochstempel 7 in die
Ausgangsstellung zurückgezogen und der Matrizenhalter 2a wieder mit dem Zylinder
i verspannt, wie dies in Fig. i dargestellt ist. Nunmehr kann nach dem Einführen
eines neuen Metallblocks 5 der Preßvorgang wiederholt werden.
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Wie besonders Fig.9 und io zeigen, ist der Tragkörper 3 in der Grundform
zylindrisch ausgebildet und- nach dem hinteren Ende hin in geringem Maß keilig verjüngt.
Auf seinem Umfang sind die Dorne 13 in gleichmäßigen Abständen verteilt und auslegerartig
an radial gerichteten Rippen 17 geringer radialer Länge c befestigt. Die Rippen
17 und die Dorne 13 sind gleichfalls nach hinten hin in geringem Maße keilig verjüngt
ausgebildet. Die Rippen sind an dem vorderen Ende i8 keilig zugeschärft oder abgerundet
und enden in geringem Abstand über den Matrizenöffnungen. Die Breite b der Rippe
entspricht etwa dem Durchmesser des Dornes 13, man kann sie auch etwas größer bemessen.
Vorteilhafter ist es jedoch, insbesondere bei Dornen mit größerem Durchmesser, die
Breite b der Rippe geringer als den Dorndurchmesser zu bemessen. In der Höhe h ist
die Rippe wesentlich größer als der Dorndurchmesser. Ferner ist der Abstand c zwischen
dem Dorn 13 und der Seitenwand i9 des Tragkörpers erheblich größer als die Wandstärke
des Rohres. Dieser Abstand wird so gewählt, daß ein ausreichender Zufluß von Werkstoff
im Bereich unterhalb der Rippe sicher erreicht wird; andererseits wird man aber
bestrebt bleiben, die freitragende Länge dieser auslegerartig ausgebildeten Rippen
möglichst kurz zu halten. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, wenn der Abstand c
ein Mehrfaches, z. B. das Vier- bis Sechsfache, der Wandstärke des Rohres beträgt.
Der Tragkörper ist axial zum Zylinder i angeordnet und am Matrizenhalter
2a befestigt, so daß auch die Mitten der Dorne 13 auf einem konzentrisch
zur Zylinderachse liegenden Kreis angeordnet sind.
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Fig. 9 zeigt, daß man bei dieser auslegerartigen Anordnung der Dorne
eine Vielzahl dieser Dorne an einem Tragkörper 3 anbringen kann. Insgesamt bilden
Tragkörper und Dorne einen Werkzeugteil von gedrungener kräftiger Bauart bei geringem
Raumbedarf, der zur Aufnahme hoher Drücke geeignet ist und gute Standfestigkeit
besitzt.
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Beim Pressen gelangt das Metall ohne nennenswerte Ablenkung und damit
ohne großen Fließwiderstand in den gesamten freien Matrizenquerschnitt, wobei der
Metallstrom bei jedem Rohr nur an einer Stelle durch die Rippe 17 getrennt wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Herausdrücken des Werkzeugs aus dem
Blockrest 5a schiebt sich nach dem Abreißen der Rohre 12 von dem Blockrest der einzige
unterhalb jeder Rippe 17 befindliche Teil des Blockrestes an den Schrägflächen der
Rippen auseinander und gibt das Werkzeug frei.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i i und 12 ist konzentrisch
zum Tragkörper 3 ein ringförmiger Tragkörper 3a vorgesehen, an dessen Außenseite
die Rippen 17 und Dorne 13 vorgesehen sind. Fig. 13 und 1.4 zeigen einen Ringkörper
3a mit an der Innenseite angeordneten Rippen, während Fig. 15 und 16 eine Bauart
zeigen, bei welcher die Rippen von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Tragkörpern
3 und 3a einander zugekehrt sind. Es ist auch möglich; die Rippen und Dorne auf
beiden Umfangsseiten eines ringförmigen Tragkörpers 3a vorzusehen, wie dies beispielsweise
in Fig. 13 angedeutet ist.
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Um bei Verschleiß oder Beschädigung eines Dornes nicht auf das gesamte
Werkzeug verzichten zu müssen, können die Dorne auswechselbar mit dem Tragkörper
verbunden sein. Fig. 18 bis 21 zeigen in verschiedener- Weise eingeschraubte Dorne.
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Die Befestigung der Dorne gemäß den Fig.22 bis 24.erfolgt durch Verbindungen
nach Art eines Bajonettverschlusses. Nach dem Einsetzen des Dornes in die Ausnehmung
der Rippe wird er um etwa i8o° um seine Längenachse gedreht, wobei sich der hakenartige
Ansatz 2o@ in die unterschnittene Nut 21 der Rippe einlegt. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 25 ist der Dorn mit der Rippe fest verbunden, dagegen ist die Rippe mit
Segmentansätzen 22 in einer unterschnittenen radialen Ringnut 23 des geteilten Tragkörpers
3 befestigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 26 ist der Tragkörper
mit axialen unterschnittenen Nuten 23a
zur :'-,ufnahme der Ansätze 2211 ausgerüstet.
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Um im Bereich der -,Matrize eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit
des Metalls auf dem ganzen Rohrumfang zu erreichen, soll der in der Nähe der Rippe
infolge der dort vorhandenen höheren Reibung verlangsamte Metallstrom auf dem übrigen
Teil des Umfangs auf ungefähr die gleiche Fließgeschwindigkeit gebracht «-erden.
Dies geschieht beispielsweise durch Anordnung einer den Dorn oberhalb der llfatrizenöffnung
umschließenden ringförmigen Kammer 24 (Fig. io), durch die der Weg des Metallstroms
in dem von der Rippe freigelassenen Umfangsbereich verlängert und dadurch seine
Geschwindigkeit abgebremst wird.
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Das Verfahren und die @Z'erkzeuge nach der Erfindung sind auch in
der Weise ausführbar, daß man im gleichen Arbeitsgang Rohre oder Profile verschiedener
Formen oder Abmessungen herstellt.