EP1203623A1 - Verfahren zum Strangpressen von Rohrprofilen - Google Patents

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EP1203623A1
EP1203623A1 EP00810711A EP00810711A EP1203623A1 EP 1203623 A1 EP1203623 A1 EP 1203623A1 EP 00810711 A EP00810711 A EP 00810711A EP 00810711 A EP00810711 A EP 00810711A EP 1203623 A1 EP1203623 A1 EP 1203623A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
mandrel
longitudinal axis
die opening
die
mandrel arm
Prior art date
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Granted
Application number
EP00810711A
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English (en)
French (fr)
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EP1203623B1 (de
Inventor
Radek Vrubl
Roland Gloor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to DE50009928T priority patent/DE50009928D1/de
Priority to CA002354241A priority patent/CA2354241A1/en
Priority to US09/925,924 priority patent/US6581431B2/en
Publication of EP1203623A1 publication Critical patent/EP1203623A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B21C23/085—Making tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/155—Making tubes with non circular section

Definitions

  • the present invention relates to an extrusion device for the production of eccentric tube profiles, in particular tube profiles with a circular outer and inner circumference, from pressed bodies, in particular from bolts, comprising a recipient with a recipient chamber receiving the pressed body with a longitudinal axis M R of the recipient chamber, a press die guided in the recipient chamber with a press disk, a mandrel body forming the tube profile inner wall, and a die with a die opening forming the tube profile outer wall with a die opening longitudinal axis M M , and a method for producing seamless eccentric tube profiles and their use.
  • Pipe profiles manufactured by extrusion are characterized by an external and Inner wall or an outer and inner circumference of round cross section. Outside- and the inner circumference also generally have a cross-sectional match geometric shape.
  • a mandrel body with a mandrel arm and a mandrel tip is made a punch body designed as a hollow punch is driven into the recipient chamber, wherein the mandrel body completely the press body inserted into the recipient chamber penetrates.
  • the mandrel tip is up to or in the adjoining the recipient chamber Die break-through advanced.
  • the mandrel body has no anchor points in the die so that the compact material is seamless over the entire mandrel circumference can flow into the die opening. Because the mandrel body is conditional in this process due to the high flow pressures, are not always held exactly in a central position can, the pipe profiles mentioned are often not exactly centric, as intended, but rather slightly eccentric.
  • Eccentric means that the geometric centers of the outer and inner circumference in cross section not congruent but at a distance from each other and the Pipe profile wall has correspondingly different thicknesses across the cross section.
  • the eccentricity of seamless extruded, centrally designed tube profiles is very low and is between 0 - 10% of the average wall thickness of the tubular profile.
  • the eccentricity E also called external centering, corresponds by definition to the direct distance d between the two geometric centers of the outer and inner circumference of the tubular profile in cross section.
  • the size S medium also corresponds to the wall thickness of a central tubular profile with the same outer and inner circumferential dimensions as the eccentric tubular profile.
  • the invention is therefore based on the object of an extrusion device and a Extrusion process for the production of seamless eccentric tube profiles with in your Longitudinal direction of constant eccentricity to propose.
  • the object is achieved in that the mandrel body in the press position is a mandrel arm with a mandrel arm longitudinal axis M D that penetrates from the press disk and the press body and extends to or into the die opening, so that the press body material is seamless around the mandrel arm through the die opening can flow, and the mandrel arm is arranged eccentrically with respect to the recipient chamber and with respect to the die opening and the die opening with eccentric cross section with respect to the recipient chamber, and the mandrel arm longitudinal axis M D and recipient longitudinal axis M R are at a distance from one another and essentially parallel to the die opening longitudinal axis M K , such that the Die opening longitudinal axis M K cross-sectionally between two each leading through the mandrel arm longitudinal axis M D and the recipient chamber longitudinal axis M R and perpendicular to the connecting line p between the mandrel arm longitudinal axis M D and the recie the longitudinal axis M R of the patient chamber is straight
  • the longitudinal axis of the recipient chamber M R , the longitudinal axis of the mandrel arm M D , the longitudinal axis of the die M M and the longitudinal axis of the die opening M K are so-called central longitudinal axes, which cross-section lead through the geometric center of the associated device elements.
  • the longitudinal axis of the mandrel arm M D , the longitudinal axis of the recipient chamber M R and the longitudinal axis of the die opening M K are preferably parallel to one another.
  • the eccentric arrangement of the mandrel arm with respect to the recipient chamber and the die opening and the arrangement of the die opening with respect to the recipient chamber are selected such that the recipient chamber longitudinal axis M R , the mandrel arm longitudinal axis M D and the die opening longitudinal axis M K lie in a common plane and parallel to one another and the die opening longitudinal axis M K lies cross-sectionally between the recipient chamber longitudinal axis M R and the mandrel arm longitudinal axis M D.
  • the die opening longitudinal axis M K lies cross-sectionally on the connecting line p between the recipient chamber longitudinal axis M R and the mandrel arm longitudinal axis M D.
  • the relative eccentricity E Rr of the hollow cylindrical, pierced pressed body corresponds to the relative eccentricity E Rm of the tubular profile or the compact.
  • the die axis M M itself is also preferably congruent with the longitudinal axis M R of the recipient chamber. That is, the die opening is arranged eccentrically with respect to the die outer contour.
  • the die i.e. the matrix breakthrough is opposite the recipient, i.e. the recipient chamber, preferably arranged rigidly and immovably during the extrusion process.
  • the pressing body is preferably a circular cylindrical bolt.
  • the recipient chamber is preferably also configured as a circular cylinder.
  • the device according to the invention is particularly suitable for the production of tubular profiles with a circular outer and inner circumference, the shaping wall of the mandrel arm, and the shaping wall of the die opening of circular cross section are.
  • the extrusion device according to the invention is used in particular for the extrusion of Compacts from metal materials, in particular from aluminum or aluminum alloys, like wrought aluminum alloys.
  • the mandrel arm which forms the inner tube profile wall during extrusion, is in the Extrusion device according to the invention is not part of the die and thus not in the Anchored die, but arranged in the punch body designed as a hollow punch and, before the actual pressing process, becomes the one that abuts the pressing body
  • the pressing disk of the punch body is moved into the recipient chamber, the mandrel arm the press body inserted into the recipient chamber completely in the pressing direction penetrates.
  • the mandrel arm can be a mandrel arm that moves or is fixed in the pressing direction during the pressing process.
  • the extrusion process can also be an indirect and preferably a direct extrusion process.
  • the mandrel arm in turn expediently contains a mandrel tip which engages on or in the die and which is of somewhat smaller diameter than the rear part of the mandrel arm.
  • the diameter d t of the mandrel tip is less than 10%, in particular less than 5%, smaller than the diameter D T of the rear part of the mandrel arm.
  • the mandrel arm is moved with its mandrel tip up to or into the die opening.
  • the stamp body is then advanced and extruded the compact material is pressed through the die.
  • the compact material is thereby the mandrel arm is guided and flows seamlessly in a ring-shaped manner in the pressing direction along the mandrel arm through the matrix breakthrough.
  • the mandrel tip arranged in the die area gives this tube profile to be produced the final shape of the tube profile inner wall, while the Inner wall of the die cutout gives the tubular profile the final shape of the tubular profile outer wall gives.
  • the pellet formed in the die appears as a seamless, eccentric Pipe profile from the die.
  • the container chamber longitudinal axis M R, the mandrel arm and the die opening M D M K lie in a common plane and parallel to each other, the die opening cross-section M K lies between the container chamber longitudinal axis M R of the mandrel arm and M D.
  • the explanations refer to the production of profile tubes with a circular outer and inner circumference using circular cylindrical shaped bodies in recipient chambers of the same shape.
  • the flow rates in the recipient chamber as well the flow rates in the die opening and those on the mandrel body applied pressure or flow forces must be constant over the corresponding cross-section, to be able to press seamless, centric or eccentric tube profiles.
  • these process parameters can be changed by changing the flow cross-section widths can be controlled in the recipient chamber.
  • the stamp and also the compact material in the recipient chamber moves during extrusion at a speed v 1 in the pressing direction.
  • a flow of compact material of A * v 1 .
  • the flow rate B * v is 1 .
  • the compact must move in the die opening at a cross-sectionally uniform speed v 2 in order to avoid lateral bending when it emerges from the die.
  • the flow of the pellet material in the flow cross-section with the smallest radial distance a, which lies in the alignment of the flow cross-section A, between the mandrel arm and the die opening wall is thus a * v 2 .
  • the flow in the flow cross-section with the greatest radial distance b, which lies in the alignment of the flow cross-section B, between the mandrel arm and the die opening wall is b * v 2 .
  • the flow rate A * v 1 of the compact material at the smallest flow cross section width in the recipient corresponds to the flow rate a * v 2 of the compact material at the smallest flow cross section width in the die opening and the flow rate B * v 1 of the compact material at the largest flow cross section width in the recipient corresponds to the flow rate b * v 2 of the compact material at the largest flow cross section width in the Marize breakthrough.
  • the ratio A / B from the smallest radial distance A to the largest radial distance B between Spine arm surface and recipient chamber wall thus correspond to the ratio a / b from the smallest radial distance a to the largest radial distance b between the mandrel arm surface and die breakout wall.
  • Equation (6) expresses, among other things, the condition that the relative eccentricity E Rr of the hollow cylindrical, pierced pressed body corresponds to the relative eccentricity E Rm of the tubular profile or the compact.
  • the “wall thicknesses” according to equations (1) and (2) for determining the relative eccentricity E Rm correspond here to the radial distances between the mandrel arm surface and the recipient chamber wall or the die opening wall.
  • the relative eccentricity E Rr of the mandrel body with respect to the recipient chamber consequently deviates from the above considerations preferably less than 10%, advantageously less than 5% and in particular less than 2% from the relative eccentricity E Rm of the mandrel arm with respect to the die.
  • the device according to the invention is also suitable for the production of tubular profiles with, for example, elliptical, oval or a differently designed, in particular round, or polygonal cross section.
  • the device can also be designed for the production of tubular profiles with different outer and inner circumferences in cross-sectional shape.
  • a B a b is also crucial here for a successful process, ie for a good quality of the tube profiles produced.
  • An extrusion process for the production of seamless is also within the scope of the invention eccentric tube profiles, from pressed bodies, in particular from bolts, using an extrusion device according to claim 1.
  • the extrusion process according to the invention is characterized in that the pressed body is pressed against the forehead of the die by means of a press stamp and the mandrel arm is removed from the Pressing disk driven into the pressing body and with the mandrel tip in one to break through the die eccentric position up to or into the die opening, wherein the mandrel arm penetrates the compact in an eccentric position, and the compact is pressed through the die by means of a stamp, so that the compact material seamlessly over the entire cross-section with a uniform flow rate the mandrel tip flows into the die opening.
  • the mandrel arm is preferably advanced in an eccentric position with a relative eccentricity E Rr to the recipient chamber and in an eccentric position with a relative eccentricity E Rm to the die, the relative eccentricity E Rr essentially, and preferably exactly, corresponds to the relative eccentricity E Rm .
  • the longitudinal axis of the die opening M K , the longitudinal axis of the mandrel arm M D and the longitudinal axis of the recipient chamber M R preferably lie in one plane in cross section.
  • the method is particularly suitable for the extrusion of metal materials, in particular of aluminum or aluminum alloys, such as wrought aluminum alloys.
  • Seamless eccentric pipe profiles produced with the device according to the invention can For example, used as support profiles or further processed into those which directional, especially one-dimensional, subjected to bending loads.
  • the area The maximum wall thickness is in the zone of the greatest due to bending stress exerted stretching forces.
  • Such eccentric designed for said bending load Pipes are of significantly lower weight with the same load capacity as centric tubes.
  • eccentric tube profiles are particularly suitable for the production of curved tube profiles, for example suitable for the production of elbows.
  • the thickening of the wall does not result in a critical one when the tube profiles are bent Thinning of the pipe wall on the outside of the pipe profile.
  • the tube wall should be made thinner since the tube wall is not stretched.
  • centric tube profiles are used in the above-mentioned applications, then the wall thickness must be based on the most frequently used, i.e. stretched wall sections be designed. This means that in other wall sections, which is compressed the wall thickness is again oversized.
  • the eccentric design of the tube profiles guarantees a continuous cross-section Transition from wall thickening to wall thinning.
  • tube bending also a cross-sectionally continuous transition from stretches to upsets, whereby in neutral area, where there is neither stretching nor compression, the pipe thickness of the corresponds to the average tube thickness of the eccentric tube profile.
  • Seamless eccentric tube profiles are particularly suitable for the production of U-shaped rear axle supports of passenger cars. It is particularly suitable for forming the tube profiles mentioned the hydroforming process.
  • the seamless eccentric tube profiles produced with the device according to the invention can e.g. formed by means of hydroforming or other cold forming processes or be bent.
  • Eccentrically designed pipe profiles are generally suitable for internal high pressure forming processes in which the wall areas differ to be greatly stretched. With eccentrically designed tube profiles, the expansion areas can targeted material can be made available while in low stretch areas the tube profile wall is made thinner.
  • the eccentric pipe profiles mentioned can, for example, have an outside diameter from 10 to 500 cm, in particular from 10 to 100 cm, and wall thicknesses from 1 to 50 cm, in particular from 1 to 10 cm.
  • the central tubular profile 15 shown in Fig. 1a has an outer circumference 20 and an inner circumference 21 each of circular cross-section, which are arranged centrally, so that the central longitudinal axes M 1 , M 2 of the two circumferential geometries overlap and the tubular profile 15 over its cross section has constant mean wall thickness S medium .
  • an eccentric tube profile 12 is shown with an outer circumference 20 and an inner circumference 21 of circular cross section, which are arranged eccentrically so that the central longitudinal axes M 1 , M 2 of the two circumferential geometries are at a distance from one another and the tubular profile 12 is one above it Has variable wall thickness with a maximum wall thickness S max and a minimum wall thickness S min .
  • the eccentricity E corresponds to the distance between the two central longitudinal axes M 1 , M 2 of the outer and inner circumferential geometry. Since the outer circumference 20 and the inner circumference 21 correspond in their dimensions to the central tubular profile 15 from FIG. 1 a, the average wall thickness S medium of the eccentric tubular profile 12 corresponds to the wall thickness of the central tubular profile 15.
  • the design of a press tool 1 according to the invention of an extrusion device according to FIG. 2 includes a recipient 3 containing a recipient chamber 4 with a diameter D R.
  • a circular-cylindrical press body 2 is inserted into the recipient chamber 4 for pressing.
  • a press ram 5 designed as a hollow ram is guided in the recipient chamber 4 with a press disk 6 arranged at the end in the pressing direction and lying against the press body 2.
  • a die 8 with a die opening 9 is arranged in the pressing direction, which is connected to the recipient chamber 4 through a die opening.
  • a mandrel body 7 with a mandrel arm 16 and a mandrel tip 14 is mounted in the press die 5 and, in the present FIG. 2, is advanced from the press disk 6 into the recipient chamber 4, the mandrel arm 16 completely penetrating the press body 2.
  • the mandrel arm 16 engages with the mandrel tip 14 in the die opening 9.
  • the mandrel arm 16 has a diameter D T and the mandrel tip 14 has a diameter d t which is slightly smaller than the diameter D T.
  • the container chamber 4 has a container chamber longitudinal axis M R of the mandrel arm 16, a mandrel arm M D, the die 8 is a MatrizenlHarsachse M M and the die opening 9 a die opening K M (see also Fig. 3).
  • the mandrel arm 16 is arranged eccentrically with respect to the recipient chamber 4 and has thus a minimum wall distance A and a maximum compared to the recipient chamber 4 Wall distance B on.
  • the mandrel arm 16 is also opposite the die opening 9 also arranged eccentrically.
  • the mandrel arm 16 or the mandrel tip 14 thus has compared to the die opening 9 a minimum wall distance a and a maximum Wall distance b on.
  • the die opening M K is in cross-section between two each by the mandrel arm M D and the container chamber longitudinal axis M R leading and p perpendicular to the connecting line located between mandrel arm M D and container chamber longitudinal axis M R lines g 1 and g 2 (see Fig. 3).
  • the eccentric arrangement of the mandrel arm 16 with respect to the recipient chamber 4 and the die opening 9 is selected such that the recipient chamber longitudinal axis M R , the mandrel arm longitudinal axis M D and the die breakthrough longitudinal axis M K lie in a common plane and parallel to one another and the die longitudinal matter M K cross-section between the recipient chamber longitudinal axis M R and the mandrel arm longitudinal axis M D , ie lies on the connecting line p.
  • the recipient chamber 4 is charged with a circular-cylindrical pressing body 2, which is preferably of slightly smaller diameter than the recipient chamber 4.
  • the pressing die 5 is moved with its pressing disk 6 to the front of the pressing body 2 and the mandrel arm 16 is driven out of the pressing disk 6 into the pressing body 2 until the mandrel tip 14 engages in the die opening 9.
  • the press ram 5 is also advanced so that the material of the press body 2 flows seamlessly around the mandrel arm 16 through the die opening 9. Due to the eccentric arrangement of the mandrel arm 7 with respect to the recipient chamber 4 and the die opening 9, the compact material flows essentially in the pressing direction towards the die opening 9.
  • the amount of pressed body material passed through the die opening 9 corresponds to the amount of displaced pressed body material on the same longitudinal section, the distance traveled q 2 of the shaped tubular profile 12 being constant over the entire cross section.
  • the seamless extruded eccentric tube profile 12 has an outer diameter D t and an inner diameter d t , which corresponds to the diameter d t of the mandrel tip 14.
  • the amount of displacement E 1 of the die opening longitudinal axis M K against the mandrel arm longitudinal axis M D corresponds to the eccentricity E tube of the tube profile 12.
  • the relative eccentricity E R, Pk of the pressed body 2 relative to the mandrel arm 16 should correspond to the relative eccentricity E R, tube of the tubular body 12.
  • the displacement of the longitudinal axis M D of the mandrel against the recipient axis M R is therefore E 2 - E 1 .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug einer Strangpressvorrichtung zur Herstellung nahtloser, exzentrischer Rohrprofile (12), insbesondere Rohrprofile mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang, aus Presskörpern (2), insbesondere aus Bolzen. Das Presswerkzeug enthält einen Rezipienten (3) mit einer den Presskörper aufnehmenden Rezipientenkammer (4) mit einer Rezipientenkammerlängsachse MR, einen in der Rezipientenkammer geführten Pressstempel (5) mit Pressscheibe (6), einen die Rohrprofilinnenwand ausbildenden Dornarm (16) mit einer Dornarmlängsachse M0, und eine Matrize (8) mit einem die Rohrprofilaussenwand formenden Matrizendurchbruch (9) mit einer Matrizendurchbruchlängsachse MM, wobei der Dornarm (16) aus der Pressscheibe (6) den Presskörper (2) durchstossend bis an oder in den Matrizendurchbruch (9) ausfahrbar angeordnet ist und der Dornarm (16) in Pressstellung querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer (4) und gegenüber dem Matrizendurchbruch (9) und der Matrizendurchbruch (9) querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer (4) exzentrisch angeordnet sind. <IMAGE>

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Strangpressvorrichtung zur Herstellung exzentrischer Rohrprofile, insbesondere Rohrprofile mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang, aus Presskörpern, insbesondere aus Bolzen, enthaltend einen Rezipienten mit einer den Presskörper aufnehmenden Rezipientenkammer mit einer Rezipientenkammerlängsachse MR, einen in der Rezipientenkammer geführten Pressstempel mit Pressscheibe, einen die Rohrprofilinnenwand ausbildenden Dornkörper, und eine Matrize mit einem die Rohrprofilaussenwand formenden Matrizendurchbruch mit einer Matrizendurchbruchlängsachse MM, sowie ein Verfahren zur Herstellung nahtloser exzentrischer Rohrprofile und deren Verwendung.
Mittels Strangpressverfahren hergestellte Rohrprofile zeichnen sich durch eine Aussen- und Innenwandung bzw. einem Aussen- und Innenumfang von ründlichem Querschnitt aus. Aussen- und Innenumfang weisen überdies in der Regel eine querschnittlich übereinstimmende geometrische Formgebung auf.
Es ist bekannt zentrische Rohrprofile mit im Wesentlichen gleichmässiger Wanddickenverteilung mittels Strangpressen herzustellen. Ferner sind Strangpressverfahren bekannt, welche die Herstellung nahtloser zentrischer Rohrprofile erlauben. Die Bezeichnung zentrisch sagt aus, dass die querschnittlichen geometrischen Mittelpunkte des Aussen- und Innenumfanges sich decken, so dass bei gleicher geometrischer Formgebung des Aussen- und Innenumfanges die Wanddicken über den Querschnitt hinweg konstant sind.
Die Herstellung von nahtlosen, zentrischen Rohrprofilen beruht auf dem Prinzip des sogenannten Dornpressens. Ein Dornkörper mit einem Dornarm und einer Dornspitze wird aus einem als Hohlstempel ausgebildeten Stempelkörper in die Rezipientenkammer vorgetrieben, wobei der Dornkörper den in die Rezipientenkammer eingeführte Presskörper vollständig durchdringt. Die Dornspitze wird bis an oder in den an die Rezipientenkammer anschliessenden Matrizendurchbruch vorgefahren. Der Dornkörper weist keine Verankerungspunkte in der Matrize aus, so dass das Presskörpermaterial über den gesamten Dornumfang nahtlos in den Matrizendurchbruch fliessen kann. Da bei diesem Verfahren der Dornkörper, bedingt durch die hohen Fliessdrücke, nicht immer exakt in zentrischer Position gehalten werden kann, sind die genannten Rohrprofile häufig nicht, wie angestrebt, exakt zentrisch sondern geringfügig exzentrisch ausgebildet.
Exzentrisch bedeutet, dass die geometrischen Mittelpunkte des Aussen- und Innenumfanges im Querschnitt nicht deckungsgleich sondern in Distanz zueinander liegen und die Rohrprofilwand über den Querschnitt hinweg entsprechend unterschiedliche Dicken aufweist.
Die Exzentrizität von nahtlos stranggepressten, zentrisch ausgelegten Rohrprofilen ist jedoch sehr gering und beträgt zwischen 0 - 10 % der mittleren Wanddicke des Rohrprofils.
Die Exzentrizität E, auch Aussenmittigkeit genannt, entspricht definitionsgemäss der Direktdistanz d zwischen den beiden geometrischen Mittelpunkten des Aussen- und Innenumfanges des Rohrprofils im Querschnitt.
Für gewisse Anwendungen werden hingegen bewusst exzentrisch ausgebildete Rohrprofile eingesetzt. Die Exzentrizität solcher Rohrprofile ist jedoch in der Regel wesentlich gösser als die verfahrens-bedingt erzielten Exzentrizitäts-Werte zentrisch ausgelegter Rohrprofile.
Es ist bekannt, unter Einsatz von Kammerwerkzeugen exzentrisch ausgebildete Rohrprofile mittels Strangpressen herzustellen. Der Dornkörper ist als Dornteil in eine Matrizenplatte integriert. Das Presskörpermaterial wird über mehrere separate Einläufe unter Dorntragarmen des Dornteils in eine Schweisskammer geführt und unter Ausbildung von Pressnähten zu einem rohrförmigen Pressling um einen formgebenden Dorn durch den Matrizendurchbruch geführt. Nach diesem Verfahren hergestellte Rohrprofile enthalten sogenannte Strangpressnähte. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur für leicht pressbare Legierungen mit geringeren mechanischen Werten.
Weisen die Aussen- und Innenwandung des Rohrprofils dieselbe geometrische Form, insbesondere eine Kreisform auf, so lässt sich die genannte Exzentrizität nach folgender Gleichung berechnen: E = S max-S mix 2 wobei Smax der maximalen und Smin der minimalen Wanddicke des Rohrprofils entspricht. Die mittlere Wanddicke Smittel des genannten exzentrischen Rohrprofils lässt sich wie folgt berechnen: S mittel = S max + S min 2
Die Grösse Smittel entspricht überdies der Wanddicke eines zentrischen Rohrprofils mit denselben Aussen- und Innenumfangabmessungen wie das exzentrische Rohrprofil.
Zum Vergleich der Exzentrizitäten verschieden grosser Rohrprofile, das heisst von Rohrprofilen mit verschiedenen Aussen- und Innenumfangabmessungen wird die sogenannte relative Exzentrizität ER berechnet, die sich folgendermassen herleitet: E R = E S mittel
Während die kontinuierliche Herstellung nahtlos gepresster zentrischer Rohrprofile industrielle Anwendung findet, ist die Fabrikation nahtloser, exzentrischer Rohrprofile mit, unter Berücksichtigung eines Ungenauigkeitsbereichs, über die Profillänge hinweg konstanter Exzentrizität noch nicht zufriedenstellend gelöst.
Versuche zur Herstellung nahtloser, exzentrisch ausgelegter Rohrprofile mittels Dornpressen führen dazu, dass der Dornarm regelmässig, bedingt durch die über den Querschnitt unterschiedlichen Fliessdrücke zur Mitte des Matrizendurchbruchs abgedrängt wird. Dies führt zu Rohrprofilen mit über die Profillänge hinweg ungleichmässigen und vom Sollwert stark abweichenden Exzentrizitätswerten, welche weit über dem üblichen Ungenauigkeitsmass von 0 - 10 % der mittleren Wanddicke liegen. Das Abbiegen des Dornarms zur Matrizenmitte hin kann überdies zu einer Beschädigung von Teilen der Strangpressvorrichtung führen. Ferner neigen auf dies Weise hergestellte exzentrische Rohrprofile dazu, beim Austritt aus der Matrize abzubiegen und eine Krümmung auszubilden. Das heisst, das fertige Rohrprofilstück läuft beim Austritt aus der Matrize unter Ausbildung einer Biegung zur Seite weg.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Strangpressvorrichtung und ein Strangpressverfahren zur Herstellung von nahtlosen exzentrischen Rohrprofilen mit in ihrer Längsrichtung möglichst konstanter Exzentrizität, vorzuschlagen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Dornkörper in Pressstellung ein aus der Pressscheibe und den Presskörper durchstossend bis an oder in den Matrizendurchbruch reichenden, eine Dornspitze enthaltender Dornarm mit einer Dornarmlängsachse MD ist, so dass das Presskörpermaterial nahtlos um den Dornarm durch den Matrizendurchbruch fliessen kann, und der Dornarm querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer und gegenüber dem Matrizendurchbruch und der Matrizendurchbruch querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer exzentrisch angeordnet ist, und die Dornarmlängsachse MD und Rezipientenkammerlängsachse MR in Distanz zueinander und im Wesentlichen parallel zur Matrizendurchbruchlängsachse MK liegen, derart dass die Matrizendurchbruchlängsachse MK querschnittlich zwischen zweier je durch die Dornarmlängsachse MD und die Rezipientenkammerlängsachse MR führenden und senkrecht zur Verbindungsgeraden p zwischen Dornarmlängsachse MD und der Rezipientenkammerlängsachse MR stehenden Geraden g1 und g2 liegt.
Die Rezipientenkammerlängsachse MR, die Dornarmlängsachse MD, die Matrizenlängsachse MM und die Matrizendurchbruchlängsachse MK sind sogenannte Mittelängsachsen, welche querschnittlich durch den geometrischen Mittelpunkt der dazugehörigen Vorrichtungselemente führen.
Die Dornarmlängsachse MD, die Rezipientenkammerlängsachse MR und die Matrizendurchbruchlängsachse MK liegen vorzugsweise parallel zueinander.
In bevorzugter Ausführung ist die exzentrische Anordnung des Dornarms gegenüber der Rezipientenkammer und dem Matrizendurchbruch und die Anordnung des Matrizendurchbruchs gegenüber der Rezipientenkammer derart gewählt, dass die Rezipientenkammerlängsachse MR, die Dornarmlängsachse MD und die Matrizendurchbruchlängsachse MK in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizendurchbruchlängsachse MK querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse MR und der Dornarmlängsachse MD liegt. D.h. die Matrizendurchbruchlängsachse MK liegt querschnittlich auf der Verbindungsgeraden p zwischen der Rezipientenkammerlängsachse MR und der Dornarmlängsachse MD.
In besonders bevorzugter Ausführung entspricht die relative Exzentrizität ERr des hohlzylinderförmigen, durchbohrten Presskörpers der relativen Exzentrizität ERm des Rohrprofils bzw. des Presslings.
Die Matrizenachse MM selbst liegt ferner bevorzugt deckungsgleich mit der Rezipientenkammerlängsachse MR. D.h. der Matrizendurchbruch ist gegenüber der Matrizenaussenkontur exzentrisch angeordnet.
Die Matrize, d.h. der Matrizendurchbruch, ist gegenüber dem Rezipienten, d.h. der Rezipientenkammer, während des Strangpressvorganges bevorzugt starr und unbeweglich angeordnet.
Der Presskörper ist vorzugsweise ein kreiszylinderförmiger Bolzen. Die Rezipientenkammer ist vorzugsweise ebenfalls kreiszylinderförmig ausgestaltet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Rohrprofilen mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang, wobei die formgebende Wandung des Dornarms, und die formgebende Wandung des Matrizendurchbruchs von kreisförmigem Querschnitt sind.
Die erfindungsgemässe Strangpressvorrichtung dient insbesondere dem Strangpressen von Presskörpern aus Metallwerkstoffen, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wie Aluminiumknetlegierungen.
Der Dornarm, welcher beim Strangpressen die Rohrprofilinnenwandung ausformt, ist in der erfindungsgemässen Strangpressvorrichtung nicht Teil der Matrize und somit nicht in der Matrize verankert, sondern im als Hohlstempel ausgebildeten Stempelkörper angeordnet und wird vor dem eigentlichen Pressvorgang aus der, an den Presskörper anstossenden Pressscheibe des Stempelkörpers in die Rezipientenkammer vorgefahren, wobei der Dornarm den in die Rezipientenkammer eingeführten Presskörper in Pressrichtung vollständig durchdringt.
Der Dornarm kann ein in Pressrichtung während des Pressvorganges mitlaufender oder feststehender Dornarm sein. Das Strangpressverfahren kann überdies ein indirektes und bevorzugt ein direktes Strangpressverfahren sein. Der Dornarm wiederum enthält zweckmässig eine an oder in die Matrize eingreifende Dornspitze, welche von etwas geringerem Durchmesser ist als der hintere Teil des Dornarms. Der Durchmesser dt der Dornspitze ist weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, kleiner ist als der Durchmesser DT des hintern Teils des Dornarms.
Der Dornarm wird mit seiner Dornspitze bis an oder in den Matrizendurchbruch gefahren. Anschliessend wird im direkten Strangpressverfahren der Stempelkörper vorgefahren und das Presskörpermaterial durch die Matrize gepresst. Das Presskörpermaterial wird dabei um den Dornarm geführt und fliesst nahtlos in Pressrichtung entlang des Dornarms ringförmig durch den Matrizendurchbruch. Die im Matrizenbereich angeordnete Dornspitze gibt dem herzustellenden Rohrprofil die endgültige Form der Rohrprofilinnenwandung, während die Innenwandung des Matrizendurchbruchs dem Rohrprofil die endgültige Form der Rohrprofilaussenwandung gibt. Der in der Matrize geformte Pressling tritt als nahtloses, exzentrisches Rohrprofil aus der Matrize aus.
Durch die erfindungsgemässe exzentrische Anordnung von Dornarm, Rezipientenkammer und Matrizendurchbruch wird eine gleichmässig Verteilung des Press- bzw. Fliessdruckes um den frei in der Rezipientenkammer liegende Dornarm erreicht, so dass dieser während des Pressens nicht aus seiner Ursprungslage abgedrängt wird. Ferner sind dank der erfindungsgemässen Strangpressvorrichtung die Durchflussgeschwindigkeiten des Presskörpermaterials innerhalb des Matrizendurchbruchs über den gesamten Querschnitt gleich, so dass das austretende Rohrprofil nicht zur Seite abbiegt.
Nachfolgend wird anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Anspruch 1 die technische Wirkung der beanspruchten Erfindung erläutert. Die Rezipientenkammerlängsachse MR, die Dornarmlängsachse MD und die Matrizendurchbruchlängsachse MK liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander, wobei die Matrizendurchbruchlängsachse MK querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse MR und der Dornarmlängsachse MD liegt.
Die Ausführungen beziehen sich auf die Herstellung von Profilrohren mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang unter Verwendung kreiszylinderförmiger Presskörper in Rezipientenkammern von gleicher Gestalt.
Wie oben genannt, müssen die Durchflussgeschwindigkeiten in der Rezipientenkammer sowie die Durchflussgeschwindigkeiten im Matrizendurchbruch und die auf den Dornkörper ausgeübten Druck- bzw. Fliesskräfte über den entsprechenden Querschnitt konstant sein, um nahtlose, zentrische oder exzentrische Rohrprofile pressen zu können.
Diese Verfahrensparameter können erfindungsgemäss durch Veränderung der Durchflussquerschnittsbreiten in der Rezipientenkammer gesteuert werden.
Der Stempel und mit im das Presskörpermaterial in der Rezipientenkammer bewegt sich beim Strangpressen mit einer Geschwindigkeit v1 in Pressrichtung. Im Durchflussquerschnitt der Rezipientenkammer mit der geringsten Radialdistanz A zwischen Dornarm und Rezipientenwand, d.h. im Bereich mit dem geringsten Durchflussquerschnitt, ergibt sich ein Durchfluss an Presskörpermaterial von A * v1. Im Durchflussquerschnitt der Rezipientenkammer mit der grössten Radialdistanz B zwischen Dornkörperwand und Rezipientenwand, d.h. im Bereich mit dem grössten Durchflussquerschnitt, ist der Durchfluss B * v1.
Der Pressling muss sich, um ein seitliches Abbiegen beim Austritt aus der Matrize zu vermeiden, im Matrizendurchbruch mit einer querschnittlich gleichmässigen Geschwindigkeit v2 bewegen. Der Durchfluss des Presslingmaterials beträgt im Durchflussquerschnitt mit der geringsten Radialdistanz a, welcher in der Fluchtlinie des Durchflussquerschnitts A liegt, zwischen Dornarm und Matrizendurchbruchwand somit a * v2. Der Durchfluss im Durchflussquerschnitt mit der grössten Radialdistanz b, welcher in der Fluchtlinie des Durchflussquerschnitts B liegt, zwischen Dornarm und Matrizendurchbruchwand beträgt b * v2.
Da das Presskörpermaterial nicht komprimierbar ist und kein Materialfluss im Rezipienten quer zur Pressrichtung um den Dornarm herum stattfinden soll, entspricht der Durchfluss A * v1 des Presskörpermaterials an der kleinsten Durchflussquerschnittsbreite im Rezipienten dem Durchfluss a * v2 des Presslingmaterials an der kleinsten Durchflussquerschnittsbreite im Matrizendurchbruch und der Durchfluss B * v1 des Presskörpermaterials an der grössten Durchflussquerschnittsbreite im Rezipienten entspricht dem Durchfluss b * v2 des Presslingmaterials an der grössten Durchflussquerschnittsbreite im Marizendurchbruch.
Dadurch ergibt sich folgendes Gleichungssystem: A × v1 = a × v2 B × v1 = b × v2 Daraus lässt sich folgende Beziehung, bzw. Bedingung herleiten: A B = a b
Das Verhältnis A/B vom kleinsten radialen Abstand A zum grössten radialen Abstand B zwischen Dornarmoberfläche und Rezipientenkammerwand entspricht somit dem Verhältnis a/b vom kleinsten radialen Abstand a zum grössten radialen Abstand b zwischen Dornarmoberfläche und Matrizendurchbruchwand.
Gleichung (6) drückt unter anderem die Bedingung aus, dass die relative Exzentrizität ERr des hohlzylinderförmigen, durchbohrten Presskörpers der relativen Exzentrizität ERm des Rohrprofils bzw. des Presslings entspricht. Die "Wanddicken" gemäss Gleichung (1) und (2) zur Ermittlung der relativen Exzentrizität ERm entsprechen hier den Radialdistanzen zwischen Dornarmoberfläche und Rezipientenkammerwand bzw. der Matrizendurchbruchwand.
Die relative Exzentrizität ERr des Dornkörpers bezüglich Rezipientenkammer weicht aus oben genannten Erwägungen folglich vorzugsweise weniger als 10%, vorteilhaft weniger als 5% und insbesondere weniger als 2% von der relativen Exzentrizität ERm des Dornarms bezüglich der Matrize ab.
Je genauer die in Gleichung (6) formulierte Bedingung eingehalten wird, desto geringer ist die Abdrängung des Dornarms zur Matrizendurchbruchslängsachse hin und entsprechend kleiner ist die Abweichung der effektiven Exzentrizität des erzeugten Rohrprofils hinsichtlich des Sollwertes. Ferner bleibt die Exzentrizität des Rohrprofils bei Einhaltung der obgenannten Bedingungen über die Rohrprofillänge hinweg konstant.
Auch bei exzentrisch ausgelegten Rohrprofilen muss jedoch mit geringfügigen Fluktuationen der Exzentrizität über die Rohrprofillänge hinweg gerechnet werden. Diese Fluktuationen der Exzentrizität betragen jedoch, analog zu nahtlosen, zentrischen Rohren, höchstens 0 bis 10% der mittleren Wanddicke Smittel des Rohrprofils, was den Anforderungen an die Masshaltigkeit von nahtlosen, exzentrischen Rohrprofilen genügt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich auch zur Herstellung von Rohrprofilen mit z.B. ellipsenförmigem, ovalem oder einem andersweitig ausgestalteten, insbesondere rundlichem, oder polygonalen Querschnitt. Die Vorrichtung kann ferner auch für die Herstellung von Rohrprofilen mit querschnittlich in der geometrischen Formgebung unterschiedlichem Aussen- und Innenumfang ausgelegt werden. Die möglichst präzise Einhaltung der vorgenannten Bedingung: A B = a b ist auch hier entscheidend für einen erfolgreichen Verfahrensablauf, d.h. für eine gute Qualität der erzeugten Rohrprofile.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Strangpressverfahren zur Herstellung von nahtlosen exzentrischen Rohrprofilen, aus Presskörpern, insbesondere aus Bolzen, unter Verwendung einer Strangpressvorrichtung gemäss Anspruch 1.
Das erfindungsgemässe Strangpressverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Presskörper mittels Pressstempel an die Matrizenstirn gestossen wird und der Dornarm aus der Pressscheibe in den Presskörper vorgetrieben und mit der Dornspitze in einer zum Matrizendurchbruch exzentrischen Lage bis an oder in den Matrizendurchbruch vorgefahren wird, wobei der Dornarm den Presskörper in exzentrischer Lage durchdringt, und der Presskörper mittels Pressstempel durch die Matrize gepresst wird, derart dass das Presskörpermaterial über den gesamten Querschnitt mit gleichmässiger Durchflussgeschwindigkeit nahtlos um die Dornspitze in den Matrizendurchbruch fliesst.
Der Dornarm wird vorzugsweise in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität ERr zur Rezipientenkammer und in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität ERm zur Matrize vorgefahren, wobei die relative Exzentrizität ERr im Wesentlichen, und vorzugsweise genau, der relativen Exzentrizität ERm entspricht. Die Matrizendurchbruchlängsachse MK, die Dornarmlängsachse MD und die Rezipientenkammerlängsachse MR liegen dabei querschnittlich vorzugsweise in einer Ebene.
Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Strangpressen von Metallwerkstoffen, insbesondere von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wie Aluminiumknetlegierungen.
Mit erfindungsgemässer Vorrichtung hergestellte nahtlose exzentrische Rohrprofile können beispielsweise als Trägerprofile eingesetzt oder zu solchen weiterverarbeitet werden, welche gerichteten, insbesondere eindimensionalen, Biegebelastungen unterworfen sind. Der Bereich maximaler Wanddicke befindet sich in der Zone der grössten durch Biegebeanspruchung ausgeübten Dehnungskräfte. Solche auf genannte Biegebelastung ausgelegten exzentrischen Rohre sind bei gleichbleibender Belastbarkeit von wesentlich geringerem Gewicht als zentrische Rohre.
Ferner sind exzentrische Rohrprofile besonders zur Herstellung gebogener Rohrprofile, beispielsweise zur Herstellung von Rohrkniestücken, geeignet. Dazu wird das exzentrische Rohrprofil derart gebogen, dass seine dicke Wandung in die Streckzone und seine dünne Wandung in die Stauchungszone zu liegen kommt. In der Streckzone steht somit ein Übermass an Wandmaterial zur Verfügung, welches für den Streckvorgang benötigt wird. Durch die Wandverdickung kommt es beim Biegen der Rohrprofile jedoch nicht zu einer kritischen Ausdünnung der Rohrwand an der Aussenseite des Rohrprofils. In der Stauchungszone kann die Rohrwandung dagegen dünner ausgebildet sein, da die Rohrwand nicht gedehnt wird. Werden hingegen zentrische Rohrprofile in oben genannten Anwendungen eingesetzt, so muss die Wanddicke auf Grundlage der meist beanspruchten, d.h. gedehnten Wandabschnitte ausgelegt sein. Dies bedeutet, dass in anderen Wandabschnitten, welche gestaucht werden, die Wanddicke wiederum überdimensioniert ist. Durch Verwendung von exzentrischen Rohrprofilen an Stelle zentrischer Rohrprofile kann unter Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften Gewicht eingespart werden.
Die exzentrische Ausbildung der Rohrprofile garantiert einen querschnittlich kontinuierlichen Übergang von der Wandverdickung zur Wandverdünnung. Analog dazu erfolgt beim Rohrbiegen auch ein querschnittlich kontinuierlicher Übergang von Strecken zu Stauchen, wobei im neutralen Bereich, wo also weder Streckung noch Stauchung stattfindet, die Rohrdicke der mittleren Rohrdicke des exzentrischen Rohrprofils entspricht.
Nahtlose exzentrische Rohrprofile eignen sich insbesondere zur Herstellung U-förmiger Hinterachsträger von Personenwagen. Zur Umformung genannter Rohrprofile eignet sich insbesondere das Innenhochdruckumform-Verfahren.
Die mit erfindungsgemässer Vorrichtung hergestellten nahtlosen exzentrischen Rohrprofile können z.B. mittels Innenhochdruckumformen oder anderen Kaltumformungsverfahren umgeformt bzw. gebogen werden. Exzentrisch ausgelegte Rohrprofile eignen sich ganz allgemein für Innenhochdruckumformprozesse, in welchen die Wandbereiche unterschiedlich stark gedehnt werden. Mit exzentrisch ausgelegten Rohrprofilen kann den Dehnungsbereichen gezielt Material zur Verfügung gestellt werden, während in dehnungsschwachen Bereichen die Rohrprofilwandung dünner angelegt ist.
Gegenüber kammergepressten, exzentrischen Rohrprofilen, weisen nahtlose, exzentrische Rohrprofile keine Schwachstellen wie Strangpressnähte auf.
Die genannten exzentrischen Rohrprofile können beispielsweise einen Aussendurchmesser von 10 bis 500 cm, insbesondere von 10 bis 100 cm, und Wanddicken von 1 bis 50 cm, insbesondere von 1 bis 10 cm aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a:
einen Querschnitt eines kreisförmigen zentrischen Rohrprofils;
Fig. 1b:
einen Querschnitt eines kreisförmigen exzentrischen Rohrprofils;
Fig. 2:
einen schematischen Längsschnitt durch das Presswerkzeug einer erfindungsgemässen Strangpressvorrichtung zur Herstellung kreisförmiger, exzentrischer Rohrprofile;
Fig. 3:
einen schematischen Querschnitt eines Presswerkzeuges gemäss Fig. 2 entlang der Linie V - V.
Das in Fig. 1a dargestellte zentrische Rohrprofil 15 weist einen Aussenumfang 20 und einen Innenumfang 21 von jeweils kreisförmigem Querschnitt auf, welche zentrisch angeordnet sind, so dass die Mittelängsachsen M1, M2 der beiden Umfangsgeometrien sich decken und das Rohrprofil 15 eine über seinen Querschnitt konstante mittlere Wanddicke Smittel aufweist.
In Fig. 1b ist ein exzentrisches Rohrprofil 12 mit einem Aussenumfang 20 und einem Innenumfang 21 von kreisförmigem Querschnitt dargestellt, welche exzentrisch angeordnet sind, so dass die Mittelängsachsen M1, M2 der beiden Umfangsgeometrien in Distanz zueinander liegen und das Rohrprofil 12 eine über seinen Umfang veränderliche Wanddicke mit einer maximalen Wandicke Smax und einer minimalen Wanddicke Smin aufweist. Die Exzentrizität E entspricht dem Abstand der beiden Mittelängsachsen M1, M2 der Aussen- und Innenumfangsgeometrie. Da der Aussenumfang 20 und der Innenumfang 21 in ihren Abmessungen mit dem zentrischen Rohrprofil 15 aus Fig. 1a übereinstimmen, entspricht die mittlere Wanddicke Smittel des exzentrischen Rohrprofils 12 der Wanddicke des zentrischen Rohrprofils 15.
Die Ausführung eines erfindungsgemässen Presswerkzeuges 1 einer Strangpressvorrichtung gemäss Fig. 2 beinhaltet einen eine Rezipientenkammer 4 von einem Durchmesser DR enthaltenden Rezipienten 3. In die Rezipientenkammer 4 ist ein kreiszylinderförmiger Presskörper 2 zum Verpressen eingeführt. Ferner wird in der Rezipientenkammer 4 ein als Hohlstempel ausgeführter Pressstempel 5 mit einer in Pressrichtung stirnseitig angeordneten und dem Presskörper 2 anliegenden Pressscheibe 6 geführt. Im Anschluss an den Rezipienten 3 ist in Pressrichtung eine Matrize 8 mit einem Matrizendurchbruch 9 angeordnet, welcher mit der Rezipientenkammer 4 durch eine Matrizenöffnung verbunden ist.
Ein Dornkörper 7 mit einem Dornarm 16 und einer Dornspitze 14 ist im Pressstempel 5 gelagert und in vorliegender Fig. 2 aus der Pressscheibe 6 in die Rezipientenkammer 4 vorgefahren, wobei der Dornarm 16 den Presskörper 2 vollständig durchstösst. Der Dornarm 16 greift mit seiner Dornspitze 14 in den Matrizendurchbruch 9 ein. Der Dornarm 16 weist einen Durchmesser DT und die Dornspitze 14 einen Durchmesser dt auf, welcher geringfügig kleiner ist als der Durchmesser DT.
Die Rezipientenkammer 4 weist eine Rezipientenkammerlängsachse MR, der Dornarm 16 eine Dornarmlängsachse MD, die Matrize 8 eine Matrizenlängsachse MM und der Matrizendurchbruch 9 eine Matrizendurchbruchlängsachse MK auf (siehe auch Fig. 3).
Der Dornarm 16 ist gegenüber der Rezipientenkammer 4 exzentrisch angeordnet und weist somit gegenüber der Rezipientenkammer 4 einen minimalen Wandabstand A und einen maximalen Wandabstand B auf. Der Dornarm 16 ist ferner gegenüber dem Matrizendurchbruch 9 ebenfalls exzentrisch angeordnet. Der Dornarm 16 bzw. die Dornspitze 14 weist somit gegenüber dem Matrizendurchbruch 9 einen minimalen Wandabstand a und einen maximalen Wandabstand b auf.
Die Matrizendurchbruchlängsachse MK liegt querschnittlich zwischen zwei je durch die Dornarmlängsachse MD und die Rezipientenkammerlängsachse MR führenden und senkrecht zur Verbindungsgeraden p zwischen Dornarmlängsachse MD und Rezipientenkammerlängsachse MR liegenden Geraden g1 und g2 (siehe Fig. 3).
In vorliegender bevorzugter Ausführung ist die exzentrische Anordnung des Dornarms 16 gegenüber der Rezipientenkammer 4 und dem Matrizendurchbruch 9 so gewählt, dass die Rezipientenkammerlängsachse MR, die Dornarmlängsachse MD und die Matrizendurchbruchlängsachse MK in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizenlängsache MK querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse MR und der Dornarmlängsachse MD, d.h. auf der Verbindungsgeraden p liegt.
Die exzentrische Anordnung des Dornarms 16 gegenüber der Rezipientenkammer 4 und dem Matrizendurchbruch 9 ist insbesondere so gewählt, dass folgende Bedingung erfüllt ist: A B = a b .
Zu Beginn eines Strangpressverfahrens wird die Rezipientenkammer 4 mit einem kreiszylinderförmigen Presskörper 2 beschickt, welcher vorzugsweise von leicht kleinerem Durchmesser wie die Rezipientenkammer 4 ist. Zur Einleitung des Pressvorganges wird der Pressstempel 5 mit seiner Pressscheibe 6 an die Stirn des Presskörpers 2 vorgefahren und der Dornarm 16 aus der Pressscheibe 6 in den Presskörper 2 vorgetrieben bis die Dornspitze 14 in der Matrizendurchbruch 9 eingreift. Der Pressstempel 5 wird weiters vorgetrieben, so dass das Material des Presskörpers 2 nahtlos um den Dornarm 16 durch den Matrizendurchbruch 9 fliesst. Bedingt durch die exzentrische Anordnung des Dornarms 7 gegenüber der Rezipientenkammer 4 und dem Matrizendurchbruch 9 fliesst das Presskörpermaterial im Wesentlichen in Pressrichtung dem Matrizendurchbruch 9 entgegen. Es treten beispielsweise praktisch keine querschnittlich tangentialen Querflüsse um den Dornarm 16 auf. Die Materialdurchflussgeschwindigkeit im Matrizendurchbruch 9 ist über den gesamten Querschnitt hinweg konstant, so dass es zu keinem Abbiegen des Rohrprofils 12 beim Austritt aus der Matrize 8 kommt. Wird beispielsweise in einer bestimmten Zeiteinheit die Press-scheibe 6 um das Mass q1 Richtung Matrize 8 vorgefahren so fliesst entsprechend dem verdrängten Raum in der Rezipientenkammer 4 unter querschnittlich gleichmässiger Druckbeaufschlagung des Dornarms 16 Presskörpermaterial in den Matrizendurchbruch 9. Durch die erfindungsgemässe exzentrische Anordnung des Dornarms 16 und des Matrizendurchbruchs 9 gegenüber der Rezipientenkammer 4 entspricht die durch den Matrizendurchbruch 9 geführte Presskörpermaterial mengenmässig dem verdrängten Presskörpermaterial auf dem gleichen Längsabschnitt, wobei die zurückgelegte Wegstrecke q2 des geformten Rohrprofils 12 über den gesamten Querschnitt konstant ist.
Das nahtlos stranggepresste exzentrische Rohrprofil 12 weist einen Aussendurchmesser Dt und einen Innendurchmesser dt, welcher dem Durchmesser dt der Dornspitze 14 entspricht, auf.
Im folgenden wird das Vorgehen zum Entwurf eines erfindungsgemässen Presswerkzeuges 1 gemäss Fig. 3 näher erläutert. Die Vorgabe ist das Strangpressen eines exzentrischen Rohrprofils von einem Aussendurchmesser Dt mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang mit Innendurchmesser dt und einer minimalen Wanddicke a und einer maximalen Wanddicke b. Aus diesen Angaben wird mittels der Gleichung: S m, Rohr = D t-d t 2 = a+b 2 die mittlere Wanddicke Sm, Rohr des herzustellenden Rohrprofils 12 berechnet. Ferner wird die Exzentrizität des Rohrprofils ERohr aus der Gleichung: E Rohr = b-a 2 = E 1 berechnet.
Das Mass der Verschiebung E1 der Matrizendurchbruchlängsachse MK gegen die Dornarmlängsachse MD entspricht der Exzentrizität ERohr des Rohrprofils 12. Die relative Exzentrizität ER, Rohr lässt sich somit aus der Gleichung: E R, Rohr = ERohr S m,Rohr herleiten. Die relative Exzentrizität ER, Pk des Presskörpers 2 gegenüber dem Dornarm 16 soll wie oben erwähnt der relativen Exzentrizität ER, Rohr des Rohrkörpers 12 entsprechen.
Der in die Rezipientenkammer 4 eingeführte und mit dem Dornarm 16 mit Schaftdurchmesser DT durchstossene Presskörper 2 mit Durchmesser DR hat somit eine mittlere Wanddicke Sm, Pk von S m,Pk = D R - D T 2
Die Exzentrizität EPk des Presskörpers 2 gemäss Gleichung EPk = ER, Rohr * Sm, Pk entspricht der Verschiebung E2 der Dornarmlängsachse MD gegen die Rezipientenachse MR. Die Verschiebung der Dornarmlängsachse MD gegen die Rezipientenachse MR ist folglich E2 - E1.

Claims (12)

  1. Strangpressvorrichtung zur Herstellung exzentrischer Rohrprofile (12), insbesondere Rohrprofile mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang, aus Presskörpern (2), insbesondere aus Bolzen, enthaltend einen Rezipienten (3) mit einer den Presskörper aufnehmenden Rezipientenkammer (4) mit einer Rezipientenkammerlängsachse MR, einen in der Rezipientenkammer geführten Pressstempel (5) mit Pressscheibe (6), einen die Rohrprofilinnenwand ausbildenden Dornkörper (7), und eine Matrize (8) mit einem die Rohrprofilaussenwand formenden Matrizendurchbruch (9) mit einer Matrizendurchbruchlängsachse MM,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Dornkörper (7) in Pressstellung ein aus der Pressscheibe (6) und den Presskörper (2) durchstossend bis an oder in den Matrizendurchbruch (9) reichenden, eine Dornspitze (14) enthaltender Dornarm (16) mit einer Dornarmlängsachse MD ist, so dass das Presskörpermaterial nahtlos um den Dornarm (16) durch den Matrizendurchbruch (9) fliessen kann, und der Dornarm (16) querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer (4) und gegenüber dem Matrizendurchbruch (9) und der Matrizendurchbruch (9) querschnittlich gegenüber der Rezipientenkammer (4) exzentrisch angeordnet ist, und die Dornarmlängsachse MD und Rezipientenkammerlängsachse MR in Distanz zueinander und im Wesentlichen parallel zur Matrizendurchbruchlängsachse MK liegen, derart dass die Matrizendurchbruchlängsachse MK querschnittlich zwischen zweier je durch die Dornarmlängsachse MD und die Rezipientenkammerlängsachse MR führenden und senkrecht zur Verbindungsgeraden p zwischen Dornarmlängsachse MD und der Rezipientenkammerlängsachse MR stehenden Geraden g1 und g2 liegt.
  2. Strangpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezipientenkammerlängsachse MR, die Dornarmlängsachse MD und die Matrizendurchbruchlängsachse MK in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizendurchbruchlängsachse MK querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse MR und der Dornarmlängsachse MD liegt.
  3. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Exzentrizität ER des Dornarms (16) bezüglich Rezipientenkammer (4) weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% von der relativen Exzentrizität ERm des Dornarms (16), insbesondere der Dornspitze (14), bezüglich dem Matrizendurchbruch (9) abweicht, wobei die Wanddicken zur Ermittlung der relativen Exzentrizitäten den Distanzen zwischen der Aussenfläche des Dornarms (16) und Rezipientenkammerwand und zwischen der Aussenfläche des Dornarms (16), insbesondere der Dornspitze (14), und Matrizendurchbruchwand entsprechen.
  4. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis A/B vom kleinsten radialen Abstand A zum grössten radialen Abstand B zwischen der Aussenfläche des Dornarms (16) und Rezipientenkammerwand im Wesentlichen und vorzugsweise exakt dem Verhältnis a/b vom kleinsten radialen Abstand a zum grössten radialen Abstand b zwischen der Aussenfläche des Dornarms (16), insbesondere der Dornspitze (14), und Matrizendurchbruchwand entspricht.
  5. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Rohrprofilen (12) mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang die formgebende Wandung des Dornarms (16) und die formgebende Wandung des Matrizendurchbruchs (9) von kreisförmigem Querschnitt sind.
  6. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornarm (16) einen Durchmesser DT aufweist und eine Dornspitze (14) mit einem Durchmesser dt enthält, wobei der Durchmesser dt weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, kleiner ist als der Durchmesser DT und der Dornarm (16) in Pressstellung mit der Dornspitze (14) in den Matrizendurchbruch (9) eingreifend angeordnet ist.
  7. Strangpressverfahren zur Herstellung von exzentrischen Rohrprofilen (12) aus Presskörpern, insbesondere aus Bolzen, unter Verwendung einer Strangpressvorrichtung nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Presskörper (2) mittels Pressstempel (5) an die Matrizenstirn gestossen wird und der Dornarm (16) aus der Pressscheibe (6) in den Presskörper (2) vorgetrieben und mit der Dornspitze (14) in einer zum Matrizendurchbruch (9) exzentrischen Lage bis an oder in den Matrizendurchbruch (9) vorgefahren wird, wobei der Dornarm (16) den Presskörper (2) in exzentrischer Lage durchdringt und der Presskörper (2) mittels Pressstempel (5) durch die Matrize gepresst wird, derart dass das Presskörpermaterial über den gesamten Querschnitt mit gleichmässiger Durchflussgeschwindigkeit nahtlos um die Dornspitze (14) in den Matrizendurchbruch (9) fliesst.
  8. Strangpressverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornarm (16) in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität ERr zur Rezipientenkammer (4) und in exzentrischen Lage mit einer relativen Exzentrizität ERm zum Matrizendurchbruch (9) vorgefahren wird und die relative Exzentrizität ERr im Wesentlichen, und vorzugsweise genau, der relativen Exzentrizität ERm entspricht, wobei die Matrizendurchbruchlängsachse MK, die Dornarmlängsachse MD und die Rezipientenkammerlängsachse MR querschnittlich in einer Ebene liegen.
  9. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 7 hergestellten nahtlosen, exzentrischen Rohrprofilen zur Herstellung von gebogenen Hohlprofilen.
  10. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 7 hergestellten nahtlosen, exzentrischen Rohrprofilen zur Herstellung von Hinterachsträgern.
  11. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 7 hergestellten nahtlosen, exzentrischen Rohrprofilen zur Herstellung von strukturierten Hohlprofilen mittels eines Innenhochdruckumform-Verfahrens.
  12. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 7 hergestellten nahtlosen, exzentrischen Rohrprofilen zur Herstellung von Trägerprofilen zur Aufnahme gerichteter Biegelasten.
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