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Druckkammer für eine Strangpresse Die Erfindung betrifft eine Strangpresse
zum Strangpressen oder Extrudieren von Metallen und insbesondere eine Druckkammer
?rnit einer nicht-kreisförmigen Axial bohrung zur Verwendung bei einer solchen Maschine.
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Obgleich eine Strangpresse einen hohen Strangpreßdruck erfordert,
ist sie für die kontinuierliche Herstellung von Gegenständen mit einer beliebigen
gewünschten Querschnittsform vorteilhaft.
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Fig 1 der Zeichnung veranschaulicht beispielsweise eine typische Konstruktion
einer bekannten Metallstrangpresse, die eine Zylinderplatte 1 mit einem Hauptkolben
2 zur Aufbringung des Strangpreßdrucks und eine in einem bestimmten Abstand von
der Zylinderplatte 1 angeordnete Endplatte 3 aufweist Die Zylinderplatte 1 und die
Endplatte 3 sind mittels einer Anzahl von Spannstangen 4 miteinander verbunden.
Die Endplatte 3 ist mit zwei Kammerzylindern 5 versehen, in denen Kolben 5a verschiebbar
geführt sind, und eine mit einer Heizeinrichtung 7 versehene Druckkammer 8 ist n
den Außenenden der Kolbenstangen 6 der Kolben 5a montierte In der Mitte der Endplatte
3 ist an der der Druckkammer 8 zugewandten Seite
eine Metall-Strangpreßform
9 so montiert, daß sie von einem durch eine Führung 9b geführten Seitenschieber
9a umschlossen ist. Die Mitte der Druckkammer 8 wird von einer Bohrung zur Aufnahme
eines zu verarbeitenden, z.B. aus Aluminium bestehenden Strangs 1o und des Schafts
11 des Hauptkolbens 2 durchsetzt. Am einen Ende des Schafts 11 ist ein Blind- oder
Pufferblock 12 angebracht, welcher in die Zentralbohrung des Behälters 8 eingesetzt
ist. Im Betrieb wird ein Druckmittel in die Zylinderplatte 1 eingeleitet, um durch
den Hauptkolben 2 einen Druck auf den Strang 1o auszuüben, so daß letzterer durch
die Strangpreßform 9 extrudiert wird und ein Produkt mit der gewünschten Querschnittsform
liefert.
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Die Einzelheiten der Druckkammer $ sind nachstehend an hand der in
vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnittansicht von Fig. 2 erläutert. Gemäß Fig.
2 besteht die Druckkammer 8 aus einem Außenzylinder 13 und einem Innenzylinder 14,
auf den der Außenzylinder 13 aufgeschrumpft ist. In den Außenzylinder 13 ist eine
von einem wärmeisolierenden Material 15 umsnhlossene Heizspirale 7 eingebettet.
Da bei dieser Konstruktion die Form der Bohrung 14a des Innenzylinders 14 eine echte
Kreisform ist, können damit Produkte mit kreisförmigem oder zylindrischem Querschnitt
stranggepreßt werden. Wenn jedoch eine solche Strangpresse, wie durch die geshricbjelten
Linien in Fig, 2 angedeutet, für das Strangpressen eines Gegenstands mit rechteckigem
Querschnitt eingesetzt wird, muß ein Strang bzw. eine Puppe mit einer größeren Querschnittsfläche
als das Produkt 16 verwendet werden, wobei ein höherer Strangpreßdruck erforderlich
ist, so daß dieses Verfahren unwirtschaftlich ist, Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit
wurde bereits eine in Fig. 3 dargestellte Druckkammer mit einer nicht-kreisförmigen
Bohrung
vorgeschlagen. Gemäß Fig. 3 besitzt die Innenbohrung 17 des Innenzylinders 14 eine
dem Querschnitt des Produkts 16 stark angenäherte elliptische Querschnittsform.
Der benutzte Ausdruck "nicht-kreisförmig" bezieht sich dabei auf elliptische, rechteckige
und ähnliche Formen, die durch Längsachsen, Querachsen, Langseiten, kurze Seiten
usw. gekennzeichnete Elemente aufweisen.
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Fig, 4 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Stirnseitenansicht
des Innenzylinders 14. Im folgenden seien nunmehr die beim Strangpressen auf die
Innenwandfläche der Bohrung einwirkenden Kräfte anhand von rechtwinkeligen Koordinaten
mit dem Ausgangspunkt am Zentrum 0 der Bohrung 17 betrachtet7 Beim Strangpressen
ist der Druck p gleich mäßig auf jede Oberflächeneinheit der Innenwandfläche der
Bohrung 17 verteilt, Wenn die vom Druck beaufschlagten Flächen der oberen und unteren
Wände sowie der linken und rechten Wände der Bohrung mit bzw A2 bzw0 B1 = B2 bezeichnet
werden, so läßt sich der auf die obere und die untere Wand ausgeübte Druck als PA1
= PA2 und der auf die linke und die rechte Wand ausgeübte Druck als PB1 = PB2 ausdrücken.
Da A1 L92 B1 = B2 und PA1 = FA2 FB1 = PB2 ist die Bohrung 17 bestrebt, sich - wie
in Fig0 4 durch die strichpunktierten Linien angedeutet - in Richtung der kurzen
oder Querachsen aufzuweiten, so daß eine große mechanische Spannung T auf die Punkte
T1 und T2 längs der Haupt- oder Längsachsen ausgeübt wird0 Wenn der Druck zu groß
ist, bricht der Zylinder an diesen Stellen0 Diese Gefahr kann nur dadurch ausgeschaltet
werden, daß für den Innenzylinder 14 ein Werkstoff mit hoher Zugfestigkeit verwendet
ßder die Wanddicke des Außenzylinders 13 vergrößert wird, Beide Maßnahmen führen
aber zu einer Kosten-und Gewichtserhöhung der Druckkammer0
Der Erfindung
liegt damit in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, für eine Strangpresse
verwendbare Druckkammer mit einer nicht-kreisförmigen Bohrung zu schaffen, bei welcher
nicht die die mechanische Festigkeit des Innenzylinders herabsetzenden großen Zugkräfte
auf die Abschnitte ausgeübt werden, welche kleine Druckbeaufschlagungsflächen besitzen.
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Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer verbesserten Druckkammer
mit kompakter und robuster Konstruktion, bei welcher die Wanddicke des Außenzylinders
verkleinert werden kann und es nicht nötig ist, den Innenzylinder aus einem speziellen,
hochzugfesten Stahl herzustellen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Druckkammer für eine Strangpresse, mit
einem Innenzylinder, der eine Bohrung mit nicht-kreisförmigem Querschnitt aufweist,
und einem auf den Innenzylinder aufgeschrumpften Außenzylinder erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß im Innenzylinder oder im Außenzylinder mehrere umfangsmäßig verlaufende
Ausnehmungen an der Grenzfläche zwischen beiden Sylindern in den Bereichen vorgesehen
sind, welche den die kleineren Druckbeaufschlagungsflächen besitzenden Abschnitten
der nicht-kreisförmigen Bohrung entsprechen, und daß aede Ausnehmung eine vorbestimmte
Umfangsbreite sowie eine vorbestimmte radiale Tiefe besitzt und sich über die gesamte
axiale Länge von Innen- und Außenzylinder erstreckt.
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S -t- hAggestaltung wird mit der Erfindung auch ein Verfahren zur
Herstellung einer Druckkammer zur Verwendung bei einer. Strangpresse, bestehend
aus einem Innenzylinder mit einer nicht-kreisförmigen Axialbohrung und einem den
Innenzylinder umschließenden Außenzylinder geschaffen,
dessen Besonderheit
darin besteht, daß in der Außenf-lsehe des Innenzylinders oder in der Innenfläche
des Außenzylinders mehrere axial verlaufende Ausnehmungen in den Bereichen ausgebildet
werden, die den Abschnitten mit den kleinen Druckbeaufschlagungsflächen der nichtkreisförmigen
Bohrung entsprechen, wobei jede Ausnehmung eine vorbestimmte Umfangsbreite und eine
vorbestimmte radiale Tiefe besitzt, und daß der Außenzylinder auf den Innenzylinder
aufgeschrumpft wird, so daß die Innenfläche des Außenzylinders bzw die Außenfläche
des Innenh zylinders teilweise in die Ausnehmungen eindringt.
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Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung ist eine elektrische
Heizeinrichtung in den Außenzylinder eingelassen, um einen in der nicht-kreisförmigen
Bohrung befindlichen und durch die Maschine zu verpressenden Strang zu erwärmene
Die Heizeinrichtung ist dabei nur in den Abschnitten des Außenzylinders angeordnet,
welche die Ausnehmungen nicht umgeben, oder die Verteilungsdichte der Heizspirale
ist in den diesen Aussparungen entsprechenden Abschnitten verringert0 Im folgenden
sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig, 1 einen Längsschnitt durch eine typische Strangpresse,
Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie IIII in
Fig. 1, Big. 3 einen Querschnitt durch eine Druckkammer g mäß dem Stand der Technik,
Figo 4 eine schematische Darstellung der Verhältnisse der auf die Wände der Zentralbohrung
der Druckkammer gemäß Figo 3 einwirkenden Kräfte,
Fig. 5 einen Querschnitt
durch eine verbesserte Druckkammer mit Merkmalen nach der Erfindung, Fig. 6 eine
schematische Darstellung des Kräfteverhältnisses bei der Druckkammer gemäß Big.
5, Fig. 7 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung
und Fig. 8 eine schematische Darstellung der Anordnung einer bei der erfindungsgemäßen
Druckkammer vorgesehenen Heizeinrichtung oder Heizspirale.
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Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden.
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Gemäß Fig. 5, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
weist eine Druckkammer 20 einen Außenzylinder 21 und einen in diesen eingeschrumpften
Innenzylinder 22 auf. Im Zentrum des Innenzylinders 22 ist eine elliptische Bohrung
22a ausgebildet, deren Größe einem Produkt 23 mit einem rechteckigen Querschnitt
angepaßt ist, wobei das Verhältnis von Hauptachse zur Nebenachse der Ellipse dem
Verhältnis zwischen der Langseite und der kurzen Seite des Produkts eng angepaßt
ist. Im Außenumfang des Innenzylinders 22 sind einander diametral gegenüberliegende
Ausnehmungen, die 3;eweilsane vorbestimmte radiale Tiefe W besitzen und die in Axialrichtung
verlaufen, an den Stellen vorgesehen, welche den die kleinen Druckbeaufschlagungsflächen
besitzenden Abschnitten der Bohrung 22a entsprechen.
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Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die besten
Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Umfangsbreite 1 jeder Ausnehmung 24 geringfügig
größer
gewählt wird als das Doppelte des Radius r der die kleinen
Druckbeaufschlagungsflächen besitzenden Abschnitte der Bohrung 22a, wie dies in
der vergrößerten Darstellung von Fig. 6 veranschaulicht ist, oder wenn der Winkel
8 zwischen der Abszisse x und einer den Mittelpunkt °1 der bogenförmigen Endabschnitte
der Bohrung 22a, die den Radius r besitzen und kleine Druckbeaufschlagungsflächen
aufweisen, mit der umfangsmäßig äußersten Kante der Ausnehmung verbindenden Linie
etwa 300 beträgt. Die Versuchsergebnisse zeigen auch, daß die radiale Tiefe W der
Ausnehmung etwa 1,5 - 3/1000 des Durchmessers D des Innenzylinders 22 betragen sollte.
Außerdem sollte die Konstruktion vorteilhaft so getroffen sein, daß der Außenzylinder
beim Aufschrumpfen schrumpft und teilweise in die Ausnehmungen hineinragt, so daß
er die Tiefe W praktisch auf Null verkleinert.
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Wenn der Innenzylinder 22 auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet
ist, wird der beim Aufschrumpfen durch den Außenzylinder ausgeübte Druck, außer
an den Ausnehmungen 24, gleichmäßig auf die anderen Abschnitte des Innenzylinders
22 übertragen, während dieser Druck nicht auf die den Ausnehmungen 24 entsprechenden
Abschnitte des Innenzylinders wirkt. Wenn beim Strangpressen dann ein Innendruck
auf die Innenflächen der Bohrung 22a einwirkt, sind die Abschnitte D1 und 22 die
kleinere Druckbeaufschlagungsflächen besitzen, einer größeren VerNrmung ausgesetzt
als die Abschnitte C1 und C2 mit den größeren Druckbeaufschlagungs- oder -aufnahmeflächen
(vergl. Fig. 6)..
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Infolgedessen ist die Bohrung 22a, wie durch die strichpunktierten
Linien angedeutet, einer größeren Verformung in Richtung ihrer Hauptachse unterw6rfen,
wobei die zwischen den Ausnehmungen 24 liegenden Abschnitte des Innenzylinders 22
eine Verformung in Richtung auf den Außenzylinder 21 erfahren, wodurch ein Biegemoment
auf die Abschnitte des Innenzylinders in Richtung der Achse x ausgeübt
wird,
während Druckkräfte auf die Innenendabschnitte C des Innenzylinders 21 einwirken.
Diese Druckkräfte werden durch die infolge des Aufschrumpfens in Richtung der Achse
y ausgeübte Druckkraft unterstützt. Diese vorteilhafte Wirkung kann auch dann erzielt
werden, wenn gemäß Fig. 7 Ausnehmungen 25 in der Innenwand der Bohrung des Außenzylinders
21 vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die gleiche Wirkung
auch dann zu erwarten ist, wenn ein weiches Metall, etwa Aluminium oder Kupfer,
in die Ausnehmungen 24 oder 25 eingebracht wird.
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Die Strangpresse dient im allgemeinen zum Strangpressen von Gegenständen
durch Erwärmung der Druckkammer 20 mittels der Heizeinrichtung. Infolgedessen tritt
in der Druckkammer 20 auch eine thermische Beanspruchung auf. Wenn nämlich die Druckkammer
durch die Heizeinrichtung 7 vom Außenzylinder 21 her erwärmt wird, ist die Temperatur
des Innenzylinders niedriger als diejenige des Außenzylinders 21, wobei beide Zylinder
22 und 21 bestrebt sind, sich nach außen auszudehhen. Hierdurch vergrößert sich
der Durchmesser der Bohrung 22a im Innenzylinder 22, wodurch insbesondere am Punkt
C eine große Zugkraft auf die Innenwand der Bohrung 22a ausgeübt wird. Da die auf
diese Weise erzeugte Zugspannung auch die mechanische Festigkeit des Innenzylinders
22 beeinträchtigt, muß diese Zugspannung vermindert werden. Gemäß Fig. 8 ist daher
die Heizeinrichtung 7 an den Stellen, welche den Ausnehmungen 24 oder 25 des Innenzylinders
22 bzw. des Außenzylinders 21 entsprechen, nicht vorhanden, oder die Verteilungsdichte
der Heizspirale ist in diesen Bereichen verkleinert. Hierdurch wird die thermische
Beanspruchung in den den Ausnehmungen 24 oder 25 entsprechenden Bereic/des Innenzylinders
-22 verringert, wodurch auch die Zugspannung herabgesetzt wird, die auf die Abschnitte
mit den kleineren DruckbeaufschlagungS-flächen der Bohrung 22a des Innenzylinders
22 einwirkt.
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Je nach dem Werkstoff des Strangs (Puppe) wird letzterer üblicherweise
auf eine Temperatur von 4oo - 450°C erwärmt.
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Dabei ist es vorteilhaft, die Temperatur der den Ausnehmungen 24 oder
25 entsprechenden Abschnitte der Außenfläche des Innenzylinders 22 in Abhängigkeit
von der Form der Bohrung 22a auf weniger als 5000C zu begrenzen, indem die Heizeinrichtung
7 in einem Bereich von 2 X = 60° entsprechend dem von einer Ausnehmung bestrichenen
Winkel weggelassen oder mit geringerer Verteilungsdichte vorgesehen wird, so daß
die Temperatur an der Außenfläche des Außenzylinders etwa 550 - 600°C beträgt.
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Wenn bei der vorstehend beschriebenen Druckkammer 20 im Betrieb der
Strangpresse ein hoher Innendruck in der Bohrung 22a des Innenzylinders 22 erzeugt
wird, dehnt sich letzterer in Richtung seiner Achse x aus, wodurch die Tiefe der
Ausnehmungen 24 oder 25 verkleinert und mithin eine Druckkraft auf die eine kleine
Druckbeaufschlagungsfläche besitzenden Abschnitte der Bohrung 22a ausgeübt wird.
Da eine solche Druckkraft einen hohen Widerstand gegenüber dem Innendruck darstellt,
kann ein Bruch des Innenzylinders an seinen Abschnitten mit den kleinen Druckbeaufschlagungsflächen
verhindert werden. Infolge dieses hohen Widerstands der Druckkraft gegenüber dem
Innendruck braucht zudem für die Herstellung des Innenzylinders auch kein Material
mit hoher Zugfestigkeit verwendet zu werden. Außerdem braucht auch die Wanddicke
des Außenzylinders nicht groß zu sein, so daß eine kompakte Druckkammer mit großer
mechanischer Festigkeit gebildet werden kann. Durch die Verkleinerung der Druckkammer
werden daneben Größe, Gewicht, Herstellungskosten und Aufstellraum der Strangpresse
insgesamt verringert. Da weiterhin die Temperatur des Außenzylinders erfindungsgem»ß
dadurch gesteuert wird, daß die Heizeinrichtung an den den Ausnehmungen 24 oder
25 entsprechenden Stellen ganz weggelassen oder die Verteilungsdichte der Heizspirale
in diesen Bereichen herabgesizt wird, kann die durch die thermische
Beanspruchung
hervorgerufene Wirkung der Zugspannung an den Seitenwänden der Bohrung im Innenzylinder
vermindert werden, wodurch der Widerstand gegenüber dem Innendruck im Innenzylinder
erhöht wird.