EP1203623B1 - Verfahren zum Strangpressen von Rohrprofilen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Strangpressvorrichtung zur Herstellung exzentrischer Rohrprofile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung nahtloser exzentrischer Rohrprofile.

Mittels Strangpressverfahren hergestellte Rohrprofile zeichnen sich durch eine Aussenund 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 Aussenund 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 grösser 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 Dom 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 min 2 wobei S_max der maximalen und S_min der minimalen Wanddicke des Rohrprofils entspricht. Die mittlere Wanddicke S_mittel des genannten exzentrischen Rohrprofils lässt sich wie folgt berechnen: S mittel = S max + S min 2

Die Grösse S_mittel 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 E_R 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.

Die Veröffentlichungsschrift GB 2,169,231 beschreibt eine Strangpressvorrichtung sowie ein Verfahren zum nahtlosen Strangpressen von Rohrprofilen mit aussenmittig angeordnetem Rohrhohlraum. Die Strangpressvorrichtung enthält eine einen Pressbolzen aufnehmende Rezipientenkammer, eine den Aussenumfang des Rohrprofils formende Matrize sowie einen Dorn zur Ausformung des Rohrhohlraums. Der Pressbolzen, der Dorn und die Matrize sind derart zueinander angeordnet, dass der Dom möglichst nicht durch den Materialfluss von seiner Sollposition weggedrängt wird. Dies wird dadurch erreicht, indem eine durch den Mittelpunkt des Doms und senkrecht zur Symmetrieachse der Gruppierung Dorn, Pressbolzen und Matrize verlaufende Trennlinie definiert wird, wobei das Verhältnis der beiden durch die Trennlinie definierten Teilquerschnitte des Bolzens dem Verhältnis der ebenfalls durch die Trennlinie definierten Teilquerschnitte des Rohrprofils entspricht.

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 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Rezipientenkammerlängsachse M_R , die Domarmlängsachse M_D, die Matrizenlängsachse M_M und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K sind sogenannte Mittelängsachsen, welche querschnittlich durch den geometrischen Mittelpunkt der dazugehörigen Vorrichtungselemente führen.

Die Dornarmlängsachse M_D, die Rezipientenkammerlängsachse M_R und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K liegen parallel zueinander.

Die exzentrische Anordnung des Dornarms gegenüber der Rezipientenkammer und dem Matrizendurchbruch und die Anordnung des Matrizendurchbruchs gegenüber der Rezipientenkammer ist derart gewählt, dass die Rezipientenkammerlängsachse M_R, die Dornarmlängsachse M_D und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse M_R und der Dornarmlängsachse M_D liegt. D.h. die Matrizendurchbruchlängsachse M_K liegt querschnittlich auf der Verbindungsgeraden p zwischen der Rezipientenkammerlängsachse M_R und der Dornarmlängsachse M_D .

In besonders bevorzugter Ausführung entspricht die relative Exzentrizität E_Rr des hohlzylinderförmigen, durchbohrten Presskörpers der relativen Exzentrizität E_Rm des Rohrprofils bzw. des Presslings.

Die Matrizenachse M_M selbst liegt ferner bevorzugt deckungsgleich mit der Rezipientenkammerlängsachse M_R. 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 5 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 d_t der Dornspitze ist weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, kleiner ist als der Durchmesser D_T des hintem 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 M_R, die Dornarmlängsachse M_D und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander, wobei die Matrizendurchbruchlängsachse M_K querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse M_R und der Dornarmlängsachse M_D liegt.

Die Ausführungen beziehen sich auf die Herstellung von Profilrohren mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang unter Verwendung kreiszylinderförmiger Presskörper in Rezipientenkammem 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 × v 1 = b × v 2

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 E_Rr des hohlzylinderförmigen, durchbohrten Presskörpers der relativen Exzentrizität E_Rm des Rohrprofils bzw. des Presslings entspricht. Die "Wanddicken" gemäss Gleichung (1) und (2) zur Ermittlung der relativen Exzentrizität E_Rm entsprechen hier den Radialdistanzen zwischen Dornarmoberfläche und Rezipientenkammerwand bzw. der Matrizendurchbruchwand.

Die relative Exzentrizität E_Rr 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 E_Rm des Domarms 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 S_mittel 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 Matrizenstim 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 Domarm wird in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität E_Rr zur Rezipientenkammer und in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität E_Rm zur Matrize vorgefahren, wobei die relative Exzentrizität E_Rr im Wesentlichen, und vorzugsweise genau, der relativen Exzentrizität E_Rm entspricht. Die Matrizendurchbruchlängsachse M_K, die Domarmlängsachse M_D und die Rezipientenkammerlängsachse M_R 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 S_mittel 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 S_max und einer minimalen Wanddicke S_min 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 S_mittel 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 D_R 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 D_T und die Dornspitze 14 einen Durchmesser d_t auf, welcher geringfügig kleiner ist als der Durchmesser D_T.

Die Rezipientenkammer 4 weist eine Rezipientenkammerlängsachse M_R, der Dornarm 16 eine Dornarmlängsachse M_D, die Matrize 8 eine Matrizenlängsachse M_M und der Matrizendurchbruch 9 eine Matrizendurchbruchlängsachse M_K 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 M_K liegt querschnittlich zwischen zwei je durch die Dornarmlängsachse M_D und die Rezipientenkammerlängsachse M_R führenden und senkrecht zur Verbindungsgeraden p zwischen Dornarmlängsachse M_D und Rezipientenkammerlängsachse M_R 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 M_R , die Domarmlängsachse M_D und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizenlängsache M_K querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse M_R und der Dornarmlängsachse M_D, 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 kreisrylinderförmigen 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 Pressscheibe 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 D_t und einen Innendurchmesser d_t, welcher dem Durchmesser d_t 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 D_t mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang mit Innendurchmesser d_t 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 S_{m, Rohr} des herzustellenden Rohrprofils 12 berechnet. Ferner wird die Exzentrizität des Rohrprofils E_Rohr aus der Gleichung: E Rohr = b - a 2 = E 1 berechnet.

Das Mass der Verschiebung E₁ der Matrizendurchbruchlängsachse M_K gegen die Domarmlängsachse M_D entspricht der Exzentrizität E_Rohr des Rohrprofils 12. Die relative Exzentrizität E_{R, Rohr} lässt sich somit aus der Gleichung: E R, Rohr = ERohr S m, Rohr herleiten. Die relative Exzentrizität E_{R, Pk} des Presskörpers 2 gegenüber dem Dornarm 16 soll wie oben erwähnt der relativen Exzentrizität E_{R, Rohr} des Rohrkörpers 12 entsprechen.

Der in die Rezipientenkammer 4 eingeführte und mit dem Domarm 16 mit Schaftdurchmesser D_T durchstossene Presskörper 2 mit Durchmesser D_R hat somit eine mittlere Wanddicke S_{m, Pk} von S m, Pk = D R - DT 2

Die Exzentrizität E_Pk des Presskörpers 2 gemäss Gleichung E_Pk = E_{R, Rohr} * S_{m, Pk} entspricht der Verschiebung E₂ der Dornarmlängsachse M_D gegen die Rezipientenachse M_R. Die Verschiebung der Dornarmlängsachse M_D gegen die Rezipientenachse M_R ist folglich E₂ - E₁.

Claims (6)

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 M_R, 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 M_K, und 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 Domarmlängsachse M_D 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 Rezipientenkammerlängsachse M_R, die Dornarmlängsachse M_D und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander liegen und die Matrizendurchbruchlängsachse M_K querschnittlich zwischen der Rezipientenkammerlängsachse M_R und der Dornarmlängsachse M_D liegt,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   das Verhältnis A/B vom kleinsten radialen Abstand A zum grössten radialen Abstand zwischen der Aussenfläche des Domarms (16) und Rezipientenkammerwand dem Verhältnis a/b vom kleinsten radialen Abstand a zum grössten radialen Abstand b zwischen der Aussenfläche des Domarms (16), insbesondere der Domspitze (14), und Matrizendurchbruchwand entspricht.
2. Strangpressvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Exzentrizität E_R des Domarms (16) bezüglich Rezipientenkammer (4) weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% von der relativen Exzentrizität E_Rm 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.
3. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Rohrprofilen (12) mit kreisförmigem Aussen- und Innenumfang die formgebende Wandung des Domarms (16) und die formgebende Wandung des Matrizendurchbruchs (9) von kreisförmigem Querschnitt sind.
4. Strangpressvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornarm (16) einen Durchmesser D_T aufweist und eine Dornspitze (14) mit einem Durchmesser d_t enthält, wobei der Durchmesser d_t weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, kleiner ist als der Durchmesser D_T und der Dornarm (16) in Pressstellung mit der Dornspitze (14) in den Matrizendurchbruch (9) eingreifend angeordnet ist.
5. Strangpressverfahren zur Herstellung von exzentrischen Rohrprofilen (12) aus Presskörpem, insbesondere aus Bolzen, unter Verwendung einer Strangpressvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
   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, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis A/B vom kleinsten radialen Abstand A zum grössten radialen Abstand zwischen der Aussenfläche des Domarms (16) und Rezipientenkammerwand dem Verhältnis a/b vom kleinsten radialen Abstand a zum grössten radialen Abstand b zwischen der Aussenfläche des Domarms (16), insbesondere der Domspitze (14), und Matrizendurchbruchwand entspricht, derart dass das Presskörpermaterial über den gesamten Querschnitt mit gleichmässiger Durchflussgeschwindigkeit nahtlos um die Domspitze (14) in den Matrizendurchbruch (9) fliesst.
6. Strangpressverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornarm (16) in exzentrischer Lage mit einer relativen Exzentrizität E_Rr zur Rezipientenkammer (4) und in exzentrischen Lage mit einer relativen Exzentrizität E_Rm zum Matrizendurchbruch (9) vorgefahren wird und die relative Exzentrizität E_Rr im Wesentlichen, und vorzugsweise genau, der relativen Exzentrizität E_Rm entspricht, wobei die Matrizendurchbruchlängsachse M_K, die Dornarmlängsachse M_D und die Rezipientenkammerlängsachse M_R querschnittlich in einer Ebene liegen.

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