JP2001509738A - 押し出し成形プロファイルを冷却する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、押し出し成形プロファイル（2）を冷却する装置に関連し、同装置は、出口ランウエイ（1）上を移動する押し出し成形プロファイルの上方および下方に配置され、かつ、プロファイルの移動の方向に対して横断方向に配向される、スロットエアーノズル（6U,6O）と、押し出し成形プロファイルに水を衝突させる水衝突ノズル（12）とを備え、水衝突ノズルは、プロファイルの移動の方向に配向された管（12）に、スロットエアーノズル（6U,6O）とは分離して配置され、個別の水衝突ノズル（12）の衝突部分が、押し出し成形プロファイル（2）の均質な衝突を達成するよう補足する。

Description

【発明の詳細な説明】 押し出し成形プロファイルを冷却する装置 本発明は、押し出し成形プロファイルまたは、押し出し成型器を離れるセクシ ョンを冷却する装置に関するものであり、この装置はスロットノズル(slotted n ozzle)が、押し出し成形プロファイルの上方、下方、および、高く押し出された したプロファイルのために側面側にも配置されて、それに空気を噴出させ、それ に加えて水ノズルが、押し出しプロファイルの上方、下方、および側面側に同様 に配置されて、プロファイルを水で衝突させるが、この装置については、冷却用 に空気または水を採用することが任意に可能となる。 押し出し成形プロファイルまたはセクションは、ダイス型を離れる時に冷却さ れる必要がある。これが必要となるのは、材料技術的理由から軽金属合金の型材 の場合に、仕上げ冷却された(finished−cooled)押し出し成形プロファイルに所 望の強度値と冶金的特性を達成するためである。AlMgSi合金の場合、必要な冷却 速度は、より大きな壁厚(wall thickness)が関与するプロファイルの表面に強度 の水が衝突する場合にのみ、達成できる。しかし、より小さい壁厚が関与する場 合、水冷を利用した急冷効果は大変強力で、仕上げ冷却プロファイルに歪みが起 こり、少しでも歪む場合は、複雑な歪み取り技術(Straightening techniques)と 、歩留まりと関連する場合に冶金特性の不利な変化に関与するプロファイルにつ いてのひどいひずみ、とによってのみ、補正され得る。 EP 0 541 630から押し出し成形プロファイルを冷却する装置が明らかになるが 、ここでは、スロットエアーノズルがセクションの上方および下方のみに配置さ れる。この装置は、かなりの全高を有するプロファイルが押し出し成形された時 には、側部表面領域が十分に噴射されず、結果的に、このようなプロファイルの 全周囲にわたって冷却処理が一貫的でなくなる。上述の特許の教示によると、熱 伝達は、ノズル本体に設けられる要素を調整することにより、プロファイルの幅 にわたって変更され得る。 これに加えて、上述の特許により教示されるような調整手段は比較的複雑であ り、というのも、ノズル領域の全表面面積をカバーする必要があるからである。 同様に、この特許の教示に従えば、水ノズルは空気ノズル内に配置される。これ らの水ノズルは、同時に空気噴射が作用している時に、適切に作動し得るにすぎ ない。この多大な不都合は、大流量の空気に水が蓄えられ、結果的には、空気流 に含有される水滴が実質的にそこから除去されることを確実にするにあたり、か なりの複雑な操作を含む点にある。 別の欠点は、水ノズルが比較的僅かな水衝突密度でのみ作動され得るが、そう でなければ、空気流は水衝突の必要な均一さに影響を及ぼし得ない、という点に ある。しかし、中間壁厚から大壁厚の押し出し成形部を冷却するには、500リッ トル（ｍ²分）から1,000リットル（ｍ²分）の水衝突密度が必要となり、これら は、公知の装置により達成可能な値からは、ほど遠い値である。また別な決定的 な欠点は、この特許の教示に従った水ノズルはスロットノズルに平行に配置され ることであり、すなわち、押し出し方向に横断する方向に配向されるノズルのう ち１列だけが、全体として閉鎖されるか、適時に圧力変化され得る。必要に応じ て、押し出し型材の量および壁厚の分布に冷却効果を適合させるには、このよう な装置は適当ではない。 DE-U-88 10 085から明らかになるのは、請求項１の前文に記載されるような、 押し出し成形プロファイルのためのスプレー水急冷装置である。押し出し成形プ ロファイルの冷却処理は、この場合、スプレートンネル内の水をそれにスプレー させるだけで行われるが、装置の入り口および出口の空気ノズルの旋回自在な配 置により、エアーカーテンが形成され、これがスプレートンネルの外側で、押し 出し成形プロファイルにスプレーすることを阻止する（７頁第３段落を参照のこ と）。 この装置の不利な点は、ここでも、空気だけで押し出し成形プロファイルを冷 却することは不可能なことである。一方、僅かな壁厚が関与する場合は、急冷効 果が過度になり、従って、水冷のためプロファイルの歪みを生じる結果となる。 これに加えて、使用可能なスプレートンネルを作成することは、複雑である。 EP-A-0 578 607は、水および空気の噴射を利用したプロファイルの冷却工程を 記載しており、この場合、水の噴射はノズル28から出る一方、空気の噴射はエ アーギャップ39および41を通してノズルオリフィス38で配向される。空気オリフ ィスは水ノズルと共に、単体機能ユニットを形成し、これは、エアーノズルも作 動中である時、水ノズルは機能的に作動するにすぎないことを意味する。 このため、EP-A-0 578 607に従った装置は、適度な空気冷却から強度の空気冷 却までの、また、適度な水冷却から極度の集中的な水冷却までの所要の全冷却範 囲をカバーしていない。 本発明の目的は、先に言及したような欠点を回避することである。この目的は 、従属項が本発明の好ましい実施態様を規定する、請求項１から読みとられる特 徴的な特性により、達成される。 より特定すると、本発明は、軽金属合金の押し出し成形プロファイルに特に好 適で、かつ、高低両方のプロファイル壁厚について必要な高冷却速度をなし得る 、押し出し成形プロファイルを冷却する装置を提案し、ここで低壁厚のプロファ イルは空気のみで冷却し、かつ、高壁厚のプロファイルは水のみで冷却する一方 で、空気冷却と水冷却の両方がプロファイルの壁厚および量(mass)の分布に適合 し得るため、冷却工程中にプロファイルの曲がりまたは歪みを事実上排除する。 押し出し成形プロファイルを冷却するための他の装置と比較した場合の一つの 主要な利点はまた、この新規な装置が空気冷却から急激な(harsh)水冷却まで、 熱伝達の全範囲をカバーすることである。軽金属合金の押し出し成形プロファイ ルについては、この範囲は、冶金的に重要な、約500℃から約250℃の温度範囲に ついて、約100W/(m²K)からおよそ6,000W/(m²K)の平均熱伝達係数の範囲、すなわ ち、大雑把に、１から60の範囲に対応する。この配置では、冷却処理は、100W/( m²K)から約300W/(m²K)の範囲で空気を利用して行われ、これよりも高い範囲の場 合は、水を利用して行われる。軽金属合金についての上述の温度範囲においては 、水冷却はいわゆるライデンフロスト温度(Leidenfrost temperature)より上で 行われ、熱伝達は、実質的に水衝突密度に依存する。本発明に従った装置が優れ ているのは、従って、以下の事実による。すなわち、水衝突密度は、水衝突の均 一性を不利に変えることなく、必要な範囲内で変化させ得る、ということである 。 本発明はここで、典型的な具体的実施態様により詳細を記され、図１および図 ２を参照しながら説明される。 図１は、本発明に従った装置の長手方向図である。 図２は、本発明に従った装置の断面図である。 図面には、装置の１部のみが示される。装置により満たされるべき冷却タスク が必要な場合、それに対応する複数のかかる部分は直線的に配置され、ここにお いては、一般に、図面に示されるように、第１セクションのみが空気冷却セクシ ョンおよび水冷却セクションの両方として、作動する。 輸送手段上では、前進されるべきロールウエイ(rollway)（1）、押し出し成形 プロファイルの最大断面の包絡面により図１および図２に表される押し出し成形 プロファイル（2）が、装置を通して誘導されるが、もちろん、ロールウエイの 代わりに、グラファイトのような好適材料のスライダーブロックの梯子状配置が 採用されてもよい。ロールウエイの上方および下方には、上部ノズルヘッダ（3o ）および下部ノズルヘッダ（3u）がそれぞれ、配置される。調整補助手段（図示 せず）により、下部ノズルヘッダは、通常の方法および手段によりプロファイル の逃げ(runout)レベルまで調整可能に、ロールウエイに応じるように調整され得 る。図１においては、調整を行うこの可能性は、両矢印（4）により示される。 上部ノズルヘッダには急速持ち上げ装置が設けられ、同様に図１には両矢印（5 ）により示される。急速持ち上げ工程は、対応する同期油圧シリンダの補助で、 達成される。これらは図面に例示されないが、かかる急速持ち上げ装置は、他の 技術応用例から十分に公知だからである。 空気冷却用ノズルヘッダ（3o）および（3u）は、スロットノズル(6o)および(6 u)の水平列(bank)を保持し、ノズル(6o)の上部バンクは、ノズル(6u)の下部バン クとともに、間に挟まれた輸送手段のローラーまたはスラット(slat)の領域に配 置される。スロットノズルのバンクに加えて、上部ノズルヘッダ(3o)は、プロフ ァイル（2）の両側に配置され、かつ下向きに配向されたノズルアーム（7）が装 備される。これらノズルアームには同様にスロットノズル（8）が設けられ、冷 却空気はプロファイルの垂直側面領域上に吹き付けられる。上部スロットノズル (6o)、側部スロットノズル(8r)および(8l)は、下部スロットノズル(6u)と同様、 互いに関連して配置され、それらのセンター面は調整スロットノズルの各々から 事実上同一間隔を設けて離され、結果的に、プロファイル（2）が配置される冷 却領域において、スロットノズルの噴射が互いに侵入し合わないようにする。す なわち、このようにして、全てのスロットノズルからの噴射は、冷却されるべき 押し出し成形プロファイルの全面に均一に衝突し、かつ「洗浄」するが、これは 、設計および製造の両方に際して、空気ノズルのどのような配置が互いに関連し て選択されてもこの境界条件を保っている。 各事例ごとに、押し出し成形プロファイルに空気冷却効果を適合させるために 、流入側でのノズルへの空気流は、押し出し(extrusion)の方向に平行に区画さ れる。これらの区画は金属プレートまたはシート（9）を分割することにより分 離される。これら分割プレートは接続部（10）まで連続し、これを各セクション に二次分割し、その各々について、スロットルまたは流量低減手段が組み入れら れる。かかる流量低減手段の一つの有利な実施態様として、例えば、副調整可能 (counter adjustable)フラップまたはバルブ（11）の配置があり、この配置の支 援により、スロットエアーノズルの噴射速度は、押し出し成形プロファイルの量 または壁厚の分布により規定されるような各状況について、広範にわたって適用 可能となる。 水冷却処理については、水管（12）が設けられ、押し出しの方向に延びる。本 発明に従った装置の破断した断面を示す、図２から明らかだが、２つの水管が上 方および下方に１つずつ設けられ、更に、１つの水管が押し出し成形プロファイ ルの各側に設けられる。断面のより広いかつ／またはより高い押し出し成形プロ ファイルについて冷却装置が必要とされる場合は、押し出し成形プロファイルの 上下はもとより、その側部に配置される管の数は、それに応じて適合される。便 宜上、これらの管は、図２から明らかなように、２個の矩形管を並置状態に配置 することにより構成された２連管(double tube)の形状を呈する。これらの管は ノズルを、つまり便宜上、平坦な噴射ノズルを搭載し、図２に示されるような装 置の断面で明らかなように、押し出し成形プロファイルの周辺部が水の均一な衝 突を受けるように、各ノズルのスプレーパターンが重複するように配置される。 この水衝突は、２つの管の一方を遮断することにより、低減され得る。全体とし て水の衝突密度を低減する別な可能性は、ポンプの圧力または速度を変えること により、ポンプ圧を変えることである。ノズルは、空気ノズルのピッチと合わせ て、水スプレー管に配置される。このピッチは最小押し出し速度に依存し、冶金 的理由で許容できない、材料のコアから伝達される熱により、戻り加熱(return heating)が、ピッチ長にわたり、すなわち、２つのノズルの衝突領域の間で、押 し出し成形プロファイルに起こり得ないようにピッチの最小速度は選択される。 水を利用した冷却効果は実質的に空気を利用するよりも高いので、１つのセク ションに空気冷却を、少なくとも２つのセクションに水冷却を設けることが好都 合である。これは、装置の対応位置で分離され、かつ、事例ごとに、可能なら別 個のポンプから、別個の供給に備えるノズルと嵌合する水管を長手方向に延在さ せることにより、簡単に実施可能である。このようにして、冷却装置におけるプ ロファイルの長さにわたって、水衝突も変化させ得るが、プロファイルが特にデ リケートである第１の冷却領域には、対応温度で可塑的に変形する可能性がある ため、より弱い冷却処理を供与し、冷却が進行して材料の弾性率が大気温度での 弾性率に再び近づくまで、より強い冷却を供与しないことも可能である。そして 不均質な冷却処理による弾性的に発生した変形は、すなわちプロファイルの温度 補正の後で再び消失する。 水と空気の両方を利用した動作を許容するために、下部エアーヘッダは集水タ ンク（13）に統合される。この集水タンクはフラップまたはバルブ（14）を好適 に装備し、このフラップまたはバルブは、空気冷却中に、水表面の過度に強度な 噴射を排除する一方で、冷却空気の実質的に障害のない排出流(exit flow)を可 能にする。プロファイル冷却の上部領域における水の飛散を回避するために、上 部ノズルシステムには覆い（15）が設けられ、これは、水冷却の作動中は意図的 に下げられ、空気冷却動作中は持ち上げられる。従って、本発明に従った装置が 、相当な調整を必要とせずに、水と空気の両方で作動することは可能であり、こ れに加えてこの装置は、適度な空気冷却から強度な空気冷却を介して、非常に強 度な水冷却まで、完全な冷却範囲を自動的にカバーするように製作することも、 可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 押し出し成形プロファイルを冷却する装置であって、 排出ランウエイ（1）上を移動する該押し出し成形プロファイル（2）の上方お よび下方に配置され、該プロファイルの移動の方向に横断する方向に配向される 、スロットエアーノズル(6u,6o)と、 該エアーノズル(6u,6o)から分離した、該押し出し成形プロファイル（2）に水 を衝突させる水衝突ノズルとを備え、 該水衝突ノズル（12）は該プロファイルの移動の方向に配向された管（12）に 配置され、該個別の水衝突ノズル（12）の該衝突部分が、該押し出し成形プロフ ァイル（2）の均質の衝突を達成するように補足し、 該エアーノズル（6u,6o）は、該装置の実質的に全長にわたって、該押し出し 成形プロファイルの冷却工程を確実にする、スロットエアーノズルであり、 該装置は、該スロットエアーノズルによって、または、該水衝突ノズル（12） によっての、いずれかによる手段によってのみ冷却工程が行われるように構成さ れることを特徴とする、装置。 ２． 前記管は、前記押し出し成形プロファイルの上方、下方、および側方に 配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３． 各事例ごとに要求される前記プロファイル（2）の冷却速度に、空気噴 射および／または水衝突を適合させるための手段が提供され、該手段は好適には 自動制御されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。 ４． 上部スロットエアーノズル（8l,8r）は押し出し成形プロファイルの両 側部にも配置されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載 の装置。 ５． 前記スロットエアーノズル（6u,6o）への供給は、該装置の長手方向に 配向された、セクションに区分けされ、これらの区分けは、各区分けされたセク ションへの空気流の強さを調整するための流量低減手段（11）が、区分けされた 領域に設けられた空気供給ポート(10)まで連続することを特徴とする、請求項１ から請求項４のいずれかに記載の装置。 ６． 前記上部スロットエアーノズル(6o)を含む上部ノズルヘッダ（3o）は、 少なくとも３つのセクションに分けられ、前記下部スロットエアーノズル（6u） を含む下部ノズルヘッダ（3u）は、少なくとも２つのセクションに分けられ、よ り特定すると、該上部ノズルヘッダ(3o)の区分けにより、側部に配置された前記 スロットノズル（8l,8r）の噴出強さの分離した調整が可能となることを特徴と する、請求項５に記載の装置。 ７． 前記水管（12）は２連管として工夫されたことを特徴とする、請求項１ から請求項６のいずれかに記載の装置。 ８． 前記装置の前記長手方向に配向され、かつ、スプレーノズルと嵌合する 前記水管（12）は、個別にスイッチオン／オフできることを特徴とする、請求項 １から請求項７のいずれかに記載の装置。 ９． かかる装置の幾つかのセクションは順序だって配置され、１つ以上のセ クションはスロットエアーノズルおよび水衝突ノズルを装備し、１つ以上のセク ションは前記スロットエアーノズルのみを装備することを特徴とする、請求項１ から請求項８のいずれかに記載の装置。 10． 前記装置の空気冷却セクションは少なくとも２つの水冷却セクションに 分けられ、該個別の水冷却セクションには別個の調整可能な供給圧で水供給源が 設けられ、その各々は水管（12）を備え、その各々は別個にスイッチ可能であり 、該装置の長手方向に配向され、かつ、スプレーノズルが設けられることを特徴 とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置。 11． 平坦なスプレーノズルが水衝突ノズルとして採用されることを特徴とす る、請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。 12． その下部は、空気冷却動作中に開放される排出流バルブ（14）が設けら た集水タンク（13）に統合されることを特徴とし、その上部は、空気冷却動作中 には持ち上げられ得て冷却空気の排出流の妨害を防止する、飛散保護用の覆い（ 15）により包囲されることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記 載の装置。