Vorliegende Erfindung betrifft eine Strangpressvorrichtung zur Herstellung eines Profilstranges
aus einem Presskörper aus einem wenigstens teilweise metallischen Werkstoff,
wobei die Strangpressvorrichtung einen Rezipienten mit einer den Presskörper aufnehmenden
Rezipientenkammer, einen Stempel, eine formgebende Umformkammer und/oder Matrize
und eine zwischen der Rezipientenkammer und der Matrize oder Umformkammer angeordnete
Heizeinrichtung enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges.
Die Herstellung von Metallprofilen mittels Strangpressverfahren ist in der Fachwelt bekannt,
wobei jedoch die Fertigung von Grossprofilen aus Aluminiumlegierungen mit einer
Breite von mehr als 700 mm mit vielen technischen Problemen behaftet ist.
Ferner können mit der bekannten Presstechnologie Wanddicken der Profile von weniger als
2 mm kaum realisiert werden. Im Hinblick auf Gewichts- und Kosteneinsparungen wäre es
jedoch höchst wünschenswert, die Wandstärken bei Profilen zu verringern, d.h. unter Einhaltung
üblicher geometrischer Profiltoleranzen Wandstärken von weniger als 1 mm zu erreichen.
Die limitierte Presskraft sowie die durch die Temperaturverteilung und Fliessgeschwindigkeiten
begrenzten Möglichkeiten einer gleichmässigen Metallverteilung sind die
wesentlichen Faktoren, die bei Anwendung der heutigen Presstechnologie der Herstellung
von sehr dünnwandigen Profilen entgegenstehen.
Der heutigen Presstechnologie sind jedoch auch bei der Herstellung von Profilen mittlerer
oder kleinerer Breite hinsichtlich der zu verarbeitenden Werkstoffe sowie der zu erzeugenden
Querschnittsdimensionen gewisse Grenzen gesetzt. So sind beispielsweise harte Aluminiumlegierungen
mit den heute in konventionellen Strangpressen üblichen Presskräften
kaum oder nur sehr schwer zu verpressen. Diese Einschränkung gilt in besonderem Mass für
die Herstellung von Hohlprofilen, insbesondere von Mehrkammerhohlprofilen. Hinzu
kommen oft ungenügende Masstoleranzen sowie eine schlechte Metallverteilung, die sich
vor allem durch eine ungenügende Formfüllung bei Profilpartien mit kleinen Querschnittsdimensionen
bemerkbar macht.
Die Verarbeitung von partikelverstärkten Verbundwerkstoffen aus einer Metallmatrix mit in
dieser in disperser Form vorliegenden Partikeln oder Fasern aus nichtmetallischen hochschmelzenden
Materialien durch Strangpressen führt zu vergleichbaren Problemen wie die
oben erwähnte Verarbeitung harter Legierungen. In WO-A-87/06624, WO-A-91/02098 und
WO-A-92/01821 ist die Herstellung dieser sogenannten "Metal Matrix Composites" ausführlich
beschrieben. Hierbei werden grundsätzlich zunächst die in die Metallmatrix einzuführenden
Partikel homogen in eine Legierungsschmelze eingerührt. Der schmelzflüssige
Verbundwerkstoff wird nachfolgend z.B. durch Stranggiessen in ein für die Weiterverarbeitung
durch Strangpressen geeignetes Format vergossen.
Die WO98/19803 schlägt zur Lösung der genannten Probleme ein Strangpressverfahren vor,
in welchem der Presskörper im teilfesten/teilflüssigen Zustand zum Profilstrang verformt
wird. Zur Erreichung eines teilflüssigen Zustandes wird das Presskörpermaterial vor der
Umformung durch die beheizbaren Durchflusskanäle eines Heizelementes gepresst. Das
Verpressen des anfänglich noch festen Presskörpermaterials durch die Durchflusskanäle
erfordert jedoch sehr grosse Presskräfte und es entsteht ein ausgeprägter Druckabfall im
Bereich dieser Durchflusskanäle. Neben den grossen aufzuwendenden Presskräften wird
auch die Steuerung des Pressvorganges, bedingt durch den lokal ausgeprägten Druckabfall,
erheblich erschwert. Ferner ist die Flüssiganteilverteilung des nach Durchlauf des Heizelementes
in teilfestem/teilflüssigen Zustand vorliegenden Presskörpermaterials schwer zu
regulieren und in der Regel inhomogen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorgenannte Verfahren zu verbessern,
und den Pressdruckabfall im Heizelement zu reduzieren. Ferner soll das Verpressen von
Presskörpern aus thixotropen Legierungen im teilfesten/teilflüssigen Zustand unter Erreichung
einer möglichst homogenen Verteilung des Flüssiganteils vereinfacht werden.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Heizeinrichtung eine in Pressrichtung
mittelbar oder unmittelbar im Anschluss an den Rezipienten angeordnete, aus einem
Hohlkörper gebildete Heizkammer mit wenigstens einem ersten und einem zweiten
Heizkammerabschnitt mit Heizkammerwänden und Mittel zur Beheizung der Heizkammerwände
enthält und der erste Heizkammerabschnitt jeweils einen grösseren Querschnittsdurchmesser
aufweist als der in Pressrichtung x unmittelbar anschliessende zweite Heizkammerabschnitt.
Weiterbildende Ausführungen der abhängigen Ansprüche sind Teil der Beschreibung.
Die Heizkammer enthält vorzugsweise weniger als fünf, vorteilhaft weniger als vier, und
insbesondere zwei Heizkammerabschnitte. Wenigstens einer der Heizkammerabschnitte,
vorzugsweise alle Heizkammerabschnitte, sind von grösserem Querschnittsdurchmesser als
der unmittelbar in Pressrichtung x an diesen anschliessenden Heizkammerabschnitt, sinnvollerweise
mit Ausnahme des ersten Heizkammerabschnittes. Der Übergangsbereich zwischen
zwei Heizkammerabschnitten mit unterschiedlichem Querschnittsdurchmesser zeichnet
sich vorzugsweise durch eine sprunghafte, vollumfängliche oder teilumfängliche Querschnittsverengung
aus. Die Querschnittsverengung ist in besonders bevorzugter Ausbildung
der Erfindung als ein sich über den gesamten Umfang oder einen Teilumfang des Heizkammerquerschnittes
erstreckender Absatz oder Stufe ausgebildet. Sind mehrere Heizkammerabschnitte
vorgesehen, so können in allen oder mehreren Übergangsbereichen zwischen
zwei Heizkammerabschnitten eine sprunghafte Querschnittsverengung, z.B. in Form eines
Absatzes oder einer Stufe vorgesehen sein, wobei wie oben beschrieben die Querschnittsverengung
in Pressrichtung x erfolgt.
Die Querschnittsverengung kann auch kontinuierlich, z. B. trichterförmig, verlaufen und
gegebenenfalls ein Rauhigkeitsmuster aufweisen. Ferner kann eine Querschnittsverengung
auch mehrstufig verlaufen.
Die Querschnittsverengung beträgt vorzugsweise jeweils rund 5 bis 40%, vorteilhaft 15 bis
30% und insbesondere 20 bis 30% des Querschnittsdurchmessers des vorangehenden Heizkammerabschnittes.
Die gesamte Heizkammerlänge entspricht vorzugsweise dem 2- bis 4-fachen,
insbesondere dem 2,5- bis 3,5-fachen, der Presskörperlänge.
Die Querschnittsform und der Querschnittsdurchmesser des an die Rezipientenkammer anschliessenden
ersten Heizkammerabschnittes entspricht im wesentlichen, vorzugsweise exakt,
der Querschnittsform und dem Querschnittsdurchmesser der Rezipientenkammer. Der
Presskörper liegt vorzugsweise in Form eines Bolzens vor, wobei die Querschnittsform der
Rezipientenkammer sowie des an die Rezipientenkammer angrenzenden ersten Heizkammerabschittes
kreiszylinderförmig sind. Die nachfolgenden Heizkammerabschnitte sind
vorzugsweise ebenfalls kreiszylinderförmig. Die Querschnittsformen der Heizkammerabschnitte,
insbesondere der in Matrizennähe angeordneten Heizkammerabschnitte können
auch anders ausgestaltet und z.B. ellipsenförmig sein.
Die Querschnittsformen der Heizkammerabschnitte können in spezieller Ausführung der
Erfindung auch dem Profilquerschnitt des Profilstranges angenähert sein. In bevorzugter
Ausführung entspricht ein erster Heizkammerabschnitt der Querschnittsform und dem Querschnittsdurchmesser
der Rezipientenkammer und die nachfolgenden Heizkammerabschnitte,
insbesondere der oder die der Matrize nächst anliegenden Heizkammerabschnitte, weisen
eine in Pressrichtung x stufenweise Annäherung ihrer Querschnittsform und ihres Querschnittsdurchmessers
an den Profilquerschnitt auf. Die Annäherung der Presskörperform an
den Profilquerschnitt vor dem eigentlichen Umformschritt in der Matrize bewirkt eine Reduktion
der an der Matrize aufzuwendenden Presskraft zum Verpressen des Presskörpermaterials.
Weist ein Heizkammerabschnitt keinen kreiszylinderförmigen Querschnitt auf, so
ist unter Querschnittsdurchmesser ein mittlerer Querschnittsdurchmesser zu verstehen.
Die Heizkammer einer erfindungsgemässen Strangpressvorrichtung zur Herstellung eines
rechteckförmigen Profilstranges kann z.B. einen der Rezipientenkammer anliegenden kreizylinderförmigen
ersten Heizkammerabschnitt und einen an die Matrize anstossenden ellipsenförmigen,
dem Profilquerschnitt angenäherten Heizkammerabschnitt aufweisen.
Die Heizkammer wird vorzugsweise durch einen wärmefesten, metallischen Hohlzylinder,
insbesondere durch einen Hohlzylinder aus Stahl, ausgebildet. Der Hohlzylinder ist vorzugsweise
aus einem ferromagnetischen Stahl und insbesondere aus einem Nickel-Cobalt-Chromstahl.
Die Rezipientenkammer und insbesondere die Heizkammer sind vorzugsweise mit einer
hitzefesten Isolationsverkleidung ummantelt. Die Isolationsverkleidung enthält vorzugsweise
einen keramischen Werkstoff oder ist aus einem keramischen Werkstoff geschaffen. Die
Isolationsverkleidung ist besonders bevorzugt aus einem mit Kohlenfasern verstärkten keramischen
Werkstoff mit hohem Isolationsvermögen.
Die Beheizung der Heizkammerwände erfolgt vorzugsweise über induktive Erwärmung.
Die Heizkammer bzw. der metallische Hohlzylinder der Heizkammer ist dazu vorzugsweise
mit einer Induktionswicklung umgeben. Die Induktionsschlaufen sind insbesondere spiralförmig
um den mit der Isolationsverkleidung versehenen metallischen Hohlzylinder gelegt.
Das angelegte Induktionsfeld bewirkt insbesondere die Erwärmung des metallischen
Hohlzylinders und somit der Heizkammerwände. Die Beheizung der Heizkammerwände
kann gegebenenfalls auch mittels anderen Heizmethoden, wie Widerstandsheizung, erfolgen.
Der Rezipient bzw. die Rezipientenkammerwand weist vorzugsweise ebenfalls Heizelemente,
wie z.B. Heizdrähte, zur Beheizung des in die Rezipientenkammer eingeführten
Presskörpers auf, wobei die Wärmeübertragung über die Rezipientenkammerwand auf den
Presskörper erfolgt.
In besonderer Ausführung der Erfindung weist die innere, dem Presskörpermaterial zugewandte
Wand der Heizkammer Reliefstrukturen, vorzugsweise im wesentlichen in Pressrichtung
verlaufende Rippen oder Nuten, insbesondere in Pressrichtung ausgerichtete, spiralförmig
die Wand umlaufende Rippen bzw. Nuten, auf. Die genannten Rippen, Nuten
bzw. Reliefstrukturen tragen zu einer Oberflächenvergrösserung der Heizkammerwände bei
und bewirken eine bessere Wärmeübertragung aus den Heizkammerwänden in das Presskörpermaterial.
Die Ausrichtung der Reliefstrukturen in Pressrichtung bewirkt geringere
Reibungsverluste, wodurch der Druckabfall innerhalb der Heizkammer in Grenzen bleibt.
Im mittelbaren oder unmittelbaren Anschluss an die Heizkammer folgt vorzugsweise die
Matrize mit ihrem formgebenden Matrizendurchbruch. Die Matrize weist vorzugsweise eine
trichterförmige Verengung des Querschnittes zur Matrizenöffnung hin auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Anschluss an die Heizkammer eine,
gegebenenfalls ebenfalls beheizte, insbesondere induktiv beheizte, Umformkammer angeordnet,
in welcher das vorgewärmte und insbesondere teilflüssige/teilfeste Presskörpermaterial
zu einem Profilstrang verformt wird. Die Umformkammer kann auch als Teil der Heizkammer
am in Pressrichtung x endseitigen Abschnitt der Heizkammer in Form eines weiteren
Heizkammerabschnittes ausgebildet sein.
Im Anschluss an die Umformkammer kann eine gekühlte Kokille vorgesehen sein, in welcher
der erwärmte und insbesondere teilflüssige/teilfeste Profilstrang verfestigt wird. Eine
solche Kokille, welche in ihrem Aufbau grundsätzlich einer konventionellen Stranggiesskokille
entsprechen kann, ist zweckmässig mit einer Kühleinrichtung zur indirekten Kühlung
des durch Kontakt mit der Kokillenwand erstarrenden Metallstranges ausgestattet.
Bevorzugt geht die Umformkammerwand mit einer stetigen Krümmung in die Kokillenwand
über. Zur Herstellung von Hohlprofilen kann die Umformkammer in gleicher Weise
wie beim herkömmlichen Strangpressen mit einem entsprechenden Dorneinsatz versehen
sein. Zwischen Umformkammer und der gekühlten Kokille ist bevorzugt ein Zwischenelement
bzw. -schicht aus einem wärmeisolierenden Material angeordnet.
Im Anschluss an die Umformkammer oder Kokille ist bevorzugt eine Matrize angeordnet, in
welcher der Profilstrang zur Endform verformt wird. Auf die Matrize kann aber in dieser
Anwendung optional auch verzichtet werden. Nähere Details zur Anordnung und zum Aufbau
von Umformkammer und Kokille sind aus der WO 98/19803 zu entnehmen, welche
hiermit in ihrem gesamten Umfang Teil der Offenbarung ist.
Zur Abkühlung des aus der Matrize austretenden Profilstranges können Mittel zur Direktkühlung
mit z.B. einem Kühlmittel, vorzugsweise eine Kühleinrichtung mit vollständiger
Verdampfung eines auf den Profilstrang aufgebrachten Kühlmittels, vorgesehen sein.
Da der Druck auf den Presskörper, d.h. die Presskraft, z.B. infolge der bei Spezialzusätzen
erforderlichen hohen Rezipiententemperatur von bis zu 600°C nicht beliebig erhöht werden
kann, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung vorgesehen,
das Verpressen des Presskörpers zum Profilstrang durch eine am Profilstrang angreifende
Zugkraft zu unterstützen. Zum Anlegen einer Zugkraft k an den Profilstrang kann z.B.
eine Auszieheinrichtung vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Profilstranges aus einem
Presskörper aus einem wenigstens teilweise metallischen Werkstoff, wobei der Presskörper
in die Rezipientenkammer eines Rezipienten eingeführt und mittels Stempel unter Ausübung
eines Pressdruckes über eine formgebende Umformkammer und/oder Matrize zu
einem Profilstrang verpresst wird, wobei das Presskörpermaterial vor dem Verpressen zu
einem Profilstrang vorgewärmt und insbesondere in einen teilfesten/teilflüssigen Zustand
gebracht wird.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Presskörper aus der Rezipientenkammer
in die Heizkammer einer Heizeinrichtung geführt wird und über induktiv beheizte Heizkammerwände
vorgewärmt wird und die Heizkammer wenigstens einen ersten und zweiten
Heizkammerabschnitt enthält, und der in Pressrichtung x zweite Heizkammerabschnitt unter
Ausbildung einer Querschnittsverengung einen kleineren Querschnittsdurchmesser aufweist
als der vorangehende erste Heizkammerabschnitt und an der Querschnittsverengung entgegen
der Pressrichtung x eine strömungsarme Zone ausgebildet wird, in welcher vorgewärmtes
und insbesondere teilflüssiges oder flüssiges Presskörpermaterial zurückgehalten
wird.
Das Vorwärmen des Presskörpers in der Heizkammer dient der Erweichung des Presskörpers
bzw. der Erhöhung seiner Duktilität und bei thixotropen Legierungen der Überführung
des Presskörpers in einen teilfesten/teilflüssigen Zustand.
Der Presskörper wird vorzugsweise in der Rezipientenkammer auf eine Temperatur von
kleiner oder gleich der Solidustemperatur erwärmt oder, sofern dieser bereits vorgewärmt
ist, weiter aufgeheizt oder auf seiner Vorwärmtemperatur gehalten. Die erfindungsgemässe
Vorrichtung erlaubt jedoch insbesondere nicht vorgewärmte Presskörper zu verarbeiten.
Mittels Stempel wird der Presskörper unter Anwendung eines Pressdruckes von der Reziepientenkammer
kontinuierlich in die Heizkammer geführt, wobei der Stempel vorzugsweise
nur bis ans Ende der Rezipientenkammer vorgefahren wird. Die Vortriebsgeschwindigkeit
kann z.B. rund 5-10 mm/s betragen.
Der Presskörper wird über die Kontaktflächen zur induktiv beheizten Heizkammerwand
weiter aufgeheizt, vorzugsweise auf eine Temperatur, die über der Solidustemperatur liegt.
Die induktive Leistung ist so ausgelegt, dass vorzugsweise nur der metallische Hohlzylinder
der Heizkammer und gegebenenfalls die an die Heizkammerwand angrenzende Randzone
des Presskörpermaterials direkt induktiv aufgeheizt werden. Es kann auch vorgesehen sein,
dass der gesamte Presskörperquerschnitt induktiv aufgeheizt wird.
Bei fortschreitendem Aufheizprozess bildet sich vorzugsweise als Erstes im Bereich der
Heizkammerwände ein Schmelzprodukt mit einem hohen Flüssiganteil aus. In der sogenannten
"toten Zone" der sprunghaften Querschnittsverengung zwischen zwei Heizkammerabschnitten,
d.h. im strömungsarmen Raum vor der Querschnittsverengung, wird die in
Heizkammerwandnähe gebildete Phase des Presskörpermaterials mit hohem Flüssiganteil
zurückgehalten während das noch feste oder halbfeste Presskörpermaterial mit geringerem
Flüssiganteil aus der Querschnittsmitte in den nachfolgenden, verengten Heizkammerquerschnitt
fliesst und weiter aufgeheizt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bewirkt eine effiziente und gleichmässige Aufheizung
des Presskörpermaterials vom Querschnittsrand bis in die Querschnittsmitte und somit eine
homogene Verteilung des Flüssiganteils über den gesamten Querschnitt des teilflüssigen/teilfesten
Presskörpermaterials im Bereich des Umformkammer- oder Matrizeneintritts.
Das teilflüssige bis flüssige Presskörpermaterial in der "toten Zone" der Querschnittsverengung
verbessert zudem den Wärmeaustausch zwischen Heizkörperwand und Presskörpermaterial.
In einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung fliesst das teilflüssige/teilfeste
Presskörpermaterial aus der Heizkammer in den formgebenden Querschnitt der
Matrize und wird zu einem Profilstrang endgeformt. Unmittelbar beim Austritt aus der Matrize
wird der Profilstrang mittels Kühleinrichtung direkt und/oder indirekt gekühlt und gegebenenfalls
mittels einer Auszieheinrichtung unter Anwendung einer Zugkraft zur weiteren
Bearbeitung weiter befördert.
In einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird das teilfeste/teilflüssige
Presskörpermaterial von der Heizkammer durch eine unmittelbar anschliessende,
separat oder als Teil der Heizkammer ausgebildete Umformkammer geführt und zu
einem Profilstrang geformt. In einer an die Umformkammer anschliessenden Kokille wird
der Profilstrang gekühlt und zur teilweisen oder vollständigen Erstarrung gebracht. Optional
wird der teilweise oder vollständig erstarrte Profilstrang in einer nachfolgenden Matrize
endgeformt.
Das Presskörpermaterial weist beim Verlassen der Heizkammer, d.h. bei Eintritt in die
formgebende Umformkammer oder Matrize, vorzugsweise einen homogenen Anteil an
Flüssigphase von höchstens 70%, vorteilhaft von 20-60%, und insbesondere von 40-50%,
auf. Der genau anzustrebende Flüssiganteil des Presskörpermaterials zur Umformung ist
abhängig von der Beschaffenheit des zu verarbeitenden Werkstoffes und dem Profilquerschnitt
des herzustellenden Profilstranges.
Der Profilstrang wird nach Austritt aus der Matrize zweckmässig aktiv gekühlt, vorzugsweise
durch vollständiges Verdampfen eines auf den Profilstrang aufgesprühten Kühlmittels.
Durch die Kühlung mit vollständiger Verdampfung des Kühlmittels wird verhindert, dass
flüssiges Kühlmittel in Richtung auf das heisse und gegebenenfalls noch in teilflüssigem
Zustand vorliegende Metall zurückfliessen kann. Mit dieser Massnahme kann die Kühleinrichtung
möglichst nahe bei der Matrize angeordnet werden.
Mit erfindungsgemässer Vorrichtung können beispielsweise folgende Werkstoffe verarbeitet
werden:
- Knetlegierungen des Aluminiums, beispielsweise naturharte Aluminiumknetwerkstoffe
oder aushärtbare Aluminiumknetlegierungen;
- Legierungen, insbesondere Aluminium- und Magnesiumlegierungen, im thixotropen Zustand,
wie Hartlegierungen vom Typ AlMg oder MgAl;
- Legierungen auf der Basis von Magnesium oder Kupfer im thixotropen Zustand;
- nicht-thixotrope Hartlegierungen aus Aluminium oder Magnesium, insbesondere aus
einer AlMg- oder MgAl-Legierung;
- Legierungen auf der Basis von Aluminium oder Magnesium mit metallischen oder
nichtmetallischen Anteilen hochschmelzender Partikel und/oder Fasern (Metal Matrix
Composites). Bevorzugte nichtmetallische Zusätze sind keramische Werkstoffe wie Metalloxide,
Metallnitride und Metallkarbide. Beispiel derartiger Werkstoffe sind Siliziumkarbid,
Aluminiumoxid, Borkarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid. Mit den genannten Zusätzen
können u.a. die Härte und die Steifigkeit des Werkstoffes beeinflusst werden.
Der Einsatz von vorgewärmten Presskörpern bzw. von Presskörpern im teilfesten/teilflüssigen
Zustand hat gegenüber der Verwendung herkömmlicher, vollkommen erstarrter
Pressbolzen den Vorteil, dass die Umformung mit wesentlich geringerer Presskraft
erfolgen kann.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich bei gleichbleibender Presskraft Werkstoffe
zu Profilen verarbeiten, die über konventionelles Strangpressen kaum oder nur sehr
unwirtschaftlich herstellbar sind. Ferner ist bei vorliegender Vorrichtung der Pressdruckabfall
zwischen Rezipientenkammer und Marizenöffnung gering, so dass allein dadurch geringere
Pressdrücke erforderlich sind. Als Folge daraus können im Vergleich zur konventionellen
Herstellungsweise vergleichbare Profildimensionen auf kleineren Anlagen verpresst
werden.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung lassen sich Legierungen, insbesondere Hartlegierungen
und Verbundmaterialien aller Art kostengünstig zu qualitativ hochwertigen Produkten
verarbeiten. Ferner können mit erfindungsgemässer Vorrichtung sehr dünnwandige Profile
bzw. Profile mit sehr dünnen Wandabschnitten mit Wanddicken von beispielsweise weniger
als 2 mm, insbesondere von weniger als 1 mm hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemässen
Verfahren können Klein- und Grossprofile verschiedenster Breiten und insbesondere
Grossprofile von grosser Breite, beispielsweise mit einer Breite von grösser 500
mm, insbesondere von grösser 700 mm, hergestellt werden. Bestehende Strangpressanlagen
können überdies mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu erfindungsgemässen Strangpressvorrichtungen
umgerüstet werden.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a:
- einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer erfindungsgemässen Strangpressvorrichtung;
- Fig. 1b:
- eine Graphik mit dem Verlauf des Pressdruckes p und des Flüssiganteils LF des
Presskörpermaterials innerhalb der Strangpressvorrichtung.
Eine erfindungsgemässe, in einem Ausschnitt dargestellte Strangpressvorrichtung 5 gemäss
Fig. 1a enthält einen Rezipienten 10 mit einer Rezipientenkammer 12 von kreiszylinderförmigem
Querschnitt. Der Rezipient 10 weist ferner Heizelemente 20 in Form von Heizdrähten
zur Beheizung des in der Rezipientenkammer 12 eingeführten Presskörpers 36 auf. Der
Presskörper 36 wird mittels Stempel 32 bzw. mittels dessen Pressscheibe 34 in Pressrichtung
x vorgetrieben. Im unmittelbaren Anschluss an die Rezipientenkammer 12 folgt die
Heizeinrichtung 25 mit einer Heizkammer 22 von kreiszylinderförmigem Querschnitt, bestehend
aus einem ersten Heizkammerabschnitt 22a und einem zweiten Heizkammerabschnitt
22b. Der Durchmesser des ersten Heizkammerabschnitts 22a entspricht dem Durchmesser
der Rezipientenkammer 36. Vom ersten Heizkammerabschnitt 22a zum zweiten
Heizkammerabschnitt 22b tritt eine Querschnittsverengung 9 auf, wobei der Durchmesser
des zweiten Heizkammerabschnittes 22b rund 25% geringer ist als der Durchmesser des
ersten Heizkammerabschnitts 22a. Die Querschnittsverengung 9 ist als vollumfängliche,
ringförmige Stufe bzw. Absatz ausgebildet.
Der erste Heizkammerabschnitt 22a weist eine Länge von rund 2/3 und der zweite Heizkammerabschnitt
22b von rund 1/3 der gesamten Heizkammerlänge auf. Die Heizkammer
22 wird durch einen hohlzylinderförmigen Stahlkörper ausgebildet. Sowohl die Wände der
Rezipientenkammer 36 als auch der Heizkammer 22 sind aussenseitig mit einer hitzebeständigen
Isolation 14 aus oder mit keramischen Werkstoffen ummantelt.
Der hohlzylinderförmige Stahlkörper der Heizkammer 22 ist von einer Induktionsspule 30
umgeben, durch welche die entsprechende Induktionsleistung zur Erwärmung der Heizkammerwände
(26a, 26b) erfolgt. Der metallische Hohlzylinder der Heizeinrichtung 25 wird
z.B. auf eine Temperatur von rund 600 - 700°C erwärmt. Das Presskörpermaterial wird in
der Heizkammer 22 in einen teilflüssigen/teilfesten Zustand gebracht, wobei im ersten
Heizkammerabschnitt 22a der Flüssiganteil im Bereich der Heizkammerwände am höchsten
ist. Diese Phase von teilflüssigem Presskörpermaterial im Bereich der Heizkammerwand
26a wird an der Querschnittsverengung 9 im sogenannten Strömungsschatten 4, auch "tote
Zone" genannt, zurückgehalten während aus der Querschnittsmitte festeres Presskörpermaterial
in den zweiten Heizkammerabschnitt 22b einfliesst. Dieser Vorgang ist durch die Darstellung
einer schematischen Erweichungsfront 38 angedeutet, welche Presskörpermaterial
mit hohem Flüssiganteil an der Peripherie von solchem mit niedrigem Flüssiganteil im Zentrum
trennt.
Im Anschluss an die Heizkammer 22 ist eine Matrize 18 angeordnet, durch dessen Matrizenöffnung
28 das Presskörpermaterial in den formgebenden Querschnitt geführt wird. Der
aus der Matrize 18 austretende Profilstrang 40 wird durch eine Kühleinrichtung 24 geführt
und durch ein Kühlmittel aktiv gekühlt. Beim Austritt des Profilstranges 40 aus der Matrize
18 ist ferner eine Auszieheinrichtung 44 angeordnet. Über Treibrollen 42 wird an dem austretenden
Profilstrang 40 in Pressrichtung x eine Zugkraft k zur Unterstützung des Pressvorganges
angelegt.
In Fig. 1b sind anhand einer Modellrechnung für die in Fig. 1a beschriebene Anordnung
ermittelte Verlauf des Pressdruckes (p) 1 und des Flüssiganteils (LF) 2 im Presskörpermaterial
innerhalb der Pressvorrichtung 5 dargestellt, wobei a dem Streckenabschnitt in der Rezipientenkammer
12, b dem Streckenabschnitt im ersten Heizkammerabschnitt 22a, c dem
Streckenabschnitt an der Querschnittsverengung 9, d dem Streckenabschnitt im zweiten
Heizkammerabschnitt 22a, e dem Streckenabschnitt des trichterförmigen Matrizeneinlaufs
und f dem Streckenabschnitt des Matrizendurchbruchs entspricht.
In beispielhafter Vorrichtung wird mit einem Pressdruck des Stempels 32 von rund 500 bar
gearbeitet. Der Pressdruck weist bis zur Matrizenöffnung 28 keinen markanten Abfall aus.
Lediglich im Bereich der Querschnittsverengung 9 ergibt sich auf kleiner Distanz ein geringfügiger
Abfall des Pressdruckes.
Die Temperatur des Presskörpermaterials liegt in der Rezipientenkammer 12 unter oder bei
der Solidustemperatur, so dass noch keine Flüssigphase ausgebildet ist. In der Heizkammer
22 wird der Flüssiganteil insbesondere im Randbereich kontinuierlich erhöht, wobei das
Presskörpermaterial im Bereich der Matrize einen homogenen Flüssiganteil von rund 45-50%
erreicht.