DE4024605A1

DE4024605A1 - Vorrichtung zur abkuehlung von strangpressprofilen

Info

Publication number: DE4024605A1
Application number: DE4024605A
Authority: DE
Inventors: Carl Prof Dr Ing Kramer; Dirk Dipl Ing Menzler
Original assignee: WSP Ingenieurgesellschaft fuer Waermetechnik Stroemungstechnik und Prozesstechnik mbH
Current assignee: WSP Ingenieurgesellschaft fuer Waermetechnik Stroemungstechnik und Prozesstechnik mbH
Priority date: 1990-08-02
Filing date: 1990-08-02
Publication date: 1992-02-06
Also published as: CA2088487C; EP0541630B1; JP3066075B2; WO1992002316A1; EP0541630A1; CA2088487A1; ES2054500T3; US5327763A; JPH05509041A; DE59101398D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abkühlung von Strang preßfolien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Strangpreßprofile müssen nach Verlassen der Preßmatrize abgekühlt werden. Dies gilt insbesondere für Strangpreßprofile aus Leicht metallegierungen. Die erforderlichen Temperatur-/Zeitgradienten liegen dabei zwischen 3 bis 5°K/s für AlMgSi-Legierungen und bis zu 50°K/s für hochfeste Legierungen, z. B. Luftfahrtwerkstoffe. Es ist Stand der Technik, diese raschen Abkühlvorgänge durch Zie hen der Stränge durch eine stehende Wasserwelle zu erreichen oder die Strangpreßprofile in sogenannten Wasserkästen abzukühlen, deren Wände mit Spritzdüsen versehen sind. Dabei werden zwar die Abkühlanforderungen im Hinblick auf die Metallurgie erfüllt, aber durch die sehr rasche und überdies nicht über den Umfang gleich mäßige Abkühlung verformen sich die Profile, so daß häufig ein hoher Nachrichtaufwand erforderlich ist. Daher besteht die Aufga be die Kühlung derart zu gestalten, daß den metallurgischen An forderungen genüge getan und zugleich ein Verzug der Profile wäh rend des Abkühlvorganges vermieden wird. Außerdem ist es wün schenswert, möglichst viele Profile, z. B. auch Leichtmetallpro file mit geringerer Wandstärke, noch ausschließlich mit Luft ab kühlen zu können, da die Verwendung von Kühlwasser nicht zuletzt wegen der damit verbundenen Kühlwasseraufbereitung stets einen wirtschaftlich höheren Aufwand bedeutet als die einfache Kühlung mit Umgebungsluft.

Die dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Luftkühlein richtungen sind aber kaum dazu geeignet, die metallurgisch erforderlichen Abkühlgeschwindigkeiten zu bewirken. Sie eignen sich lediglich dazu, die Profile auf eine Temperatur abzukühlen, welche die für den weiteren Produktionsablauf erforderliche Hand habung gestattet, Schneiden, Richten, Verpacken, etc.

Bei den nach dem heutigen Stand der Technik verfügbaren Wasser kühleinrichtungen ist eine gezielte Veränderung der Kühlwirkung kaum möglich. Folglich hat man bei der Produktion lediglich die Wahl zwischen metallurgisch ausreichender Kühlung verbunden mit starkem Verzug oder weniger Nachrichtaufwand aber nicht ausrei chenden metallurgischen Eigenschaften. Es besteht daher die Auf gabe, eine Kühleinrichtung für Strangpreßprofile zu entwerfen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und darüberhin aus noch eine Verstellbarkeit der Kühlwirkung gestattet, welche den jeweiligen Anforderungen des abzukühlenden Strangpreßprofils gerecht wird. Eine solche Vorrichtung wird mit der Vorrichtung zur Abkühlung von Strangpreßprofilen nach der vorliegenden Erfin dung geschaffen. Besonders günstige Ausführungsformen dieser Vor richtung werden im folgenden beschrieben. Zur Erläuterung dienen die dieser Beschreibung beigefügten Figuren. Es zeigen im einzel nen

Fig. 1 eine Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 eine in Bezug auf Fig. 1 um 90° gedrehte Ansicht der Vorrichtung,

Fig. 3 eine perspektivische, schematisierte Darstellung des Rollengangs mit Strangpreßprofil und oberem und unterem Schlitzdüsensystem,

Fig. 4 eine stark vereinfachte Ansicht des über Rollen geführ ten Strangpreßprofils, in der die Strömungsbeaufschlagung mit tels Pfeilen sichtbar gemacht ist,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung von vier Düsen des un teren Düsensystems, aus der die Unterteilung in Abschnitte über die Düsenbreite hervorgeht,

Fig. 6 die perspektivische Skizze eines Schiebers zur Verände rung des Wärmeübergangs,

Fig. 7 eine Luftdüse, in welcher schematisch ein Düsenstock mit Wasserspritzdüsen eingezeichnet ist,

Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 um 90° gedrehte Ansicht,

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht, aus der die Un terteilung des Düsenstocks in drei Abschnitte, welche mit un terschiedlichem Wasserdruck versorgt werden können, hervor geht,

Fig. 10 eine stark vereinfachte Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher das obere Düsenfeld in zwei Teile geteilt ist, welche um seitlich angebrachte Achsen nach oben geschwenkt werden können.

Das Strangpreßprofil (1) wird in Richtung des Bewegungspfeils (2) mittels einer geeigneten Transport- und Trageeinrichtung durch die Vorrichtung, welche allgemein durch das Zeichen (10) gekenn zeichnet ist, geführt. Im Falle der Figuren ist als Transportein richtung der Rollengang (3) gewählt. Der Vorteil der Vorrichtung besteht nun darin, daß das Strangpreßprofil in der Vorrichtung recht intensiv und gleichmäßig mittels der oberen Düsen (4) und der unteren Düsen (5), welche zwischen den Rollen des Rollengan ges (3) angebracht sind, beblasen werden kann. Dadurch, daß ent sprechend der Erfindung, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, die oberen Düsen (4) gegenüber den unteren Düsen (5) um eine halbe Teilung des Rollenganges (3) versetzt sind, stört sich die mittels der Düsen auf das Profil aufgeblasene Luftströ mung nicht gegenseitig, sondern kann nach oben und nach unten abströmen, wie es in der Fig. 4 durch die schematisch einge zeichneten Stromlinien dargestellt ist. Da der Abstand der oberen Düsen vom Profil (1) größer sein muß als der Abstand der unteren Düsen, ist der Düsenschlitz der oberen Düsen breiter gewählt, so daß trotz des größeren Abstandes noch der Kernstrahl der oberen Düsen voll auf das Profil auftrifft und folglich, was zur Erzie lung etwa gleichen Wärmeübergangs mit den oberen und den unteren Düsen von Bedeutung ist, bei gleichem Düsendruck für obere und untere Düsen die Ankunftsgeschwindigkeit der Strömung an der Pro filoberfläche für die oberen und die unteren Düsen etwa gleich ist. Vorteilhaft ist gemäß der Erfindung weiterhin, daß die Schlitzdüsen, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, quer zur Preß- und Transportrichtung des Strangpreßprofils, welche durch den Bewegungspfeil (2) angedeutet ist, angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß stets der ganze Umfang des Profils gleichmäßig beblasen wird und die Strömung aus dem Auftreffbereich (6), wel cher in Achsrichtung für die oberen Düsen unterhalb und für die unteren Düsen oberhalb der Düsenöffnung auf der Profiloberfläche liegt, stets in Richtung der Erzeugenden des Strangpreßprofils abströmt. Durch die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Schlitzdüsen bildenden Stauzone (7) wird also das Profil hin durchbewegt. Wenn die Zeit, welche das Profil zur Zurücklegung der halben Teilung der Düsen benötigt, hinreichend klein ist, was bei einer Düsenteilung in der Größenordnung von ca. 100 mm bis 200 mm und den üblichen Preßgeschwindigkeiten immer der Fall ist, wirkt sich die Minderung des Wärmeübergangs in der Stauzone (7) nicht aus und das Profil wird kontinuierlich abgekühlt, wie dies aus metallurgischen Gründen zwingend erforderlich ist. Würden statt dessen Runddüsen verwendet, die zwar bei gleichem Aufwand an Ventilatorantriebsleistung einen höheren Wärmeübergang lie fern, so könnte sich zwischen zwei benachbarten Runddüsen eine Stauzone ausbilden, die dazu führt, daß immer im Bereich einer Erzeugenden der Profilkontur ein niedrigerer Wärmeübergang statt findet als in benachbarten Bereichen der Profiloberfläche. Da durch wäre in diesem benachteiligten Bereich die Abkühlung schwä cher und die metallurgischen Eigenschaften in diesem Bereich un günstig.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ist das obere Düsenfeld in zwei gleich große Teilfelder unterteilt. Jedes dieser Teilfelder wird von einem oberhalb des Düsenfeldes an geordneten und nach unten ausblasenden doppelflutigen Radialven tilator (12) versorgt. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, ist zur Ver sorgung des unteren Düsenfeldes, welches doppelt so groß ist wie jedes der beiden oberen Düsenteilfelder, nur ein Ventilator (8) erforderlich, der etwa die gleiche Leistung hat wie die Ventila toren (12). Der Grund hierfür ist, daß aufgrund des geringeren Abstandes der zwischen den Rollen des Rollengangs (3) angeordne ten unteren Düsen (5) und der folglich geringeren Düsenschlitz breite für die unteren Düsen weniger Blasluft verwendet werden muß, um den gleichen Wärmeübergang zu erreichen wie für die obe ren Düsen, deren Abstand von der Profilkontur aus produktions technischen Erfordernissen wesentlich größer ist. Die beiden obe ren Düsenkästen können getrennt oder gemeinsam in vertikaler Richtung in Richtung der Doppelpfeile (9) vertikal verstellt bzw. im Bedarfsfall auch durch eine Schnellanhebung angehoben werden. Die Verbindung der Düsenkästen mit den Ventilatoren (12) erfolgt zu diesem Zweck mittels der Faltenbälge (11), welche die erforder liche Abstandsveränderung zwischen Düsenkasten und Ventilator ge statten. Die gesamte Vorrichtung ist in einem Rahmengestell ge halten, welches mittels Rädern und eines üblichen Fahrantriebes quer zur Preßrichtung in die Preßlinie ein- und ausgefahren wer den kann. Auf diese Weise ist ein einfacher Austausch der Kühl einrichtung gegen eine andere Vorrichtung möglich, wenn dies aus produktionstechnischen Gründen gewünscht ist.

In Fig. 5 ist am Beispiel eines Ausschnitts eines Düsenfeldes dargestellt, wie der Wärmeübergang des Düsenfeldes quer zur Bewe gungsrichtung des Profils und damit über der Profilbreite verän dert werden kann. In dem in Fig. 5 schematisch dargestellten Beispiel ist das Düsenfeld in fünf Teilabschnitte über der Breite gleichmäßig unterteilt. Die Kühlluftzufuhr zu jedem Teilabschnitt kann mittels in Längsrichtung - also parallel zum Bewegungspfeil - verschieblichen Düsenschiebern verstellt werden. Fig. 6 zeigt einen solchen Düsenschieber, bei dem je nach Bereich, welcher unter den Düsenansatz geschoben wird, der Wärmeübergang von 100% bis 25% in Stufen verstellt werden kann. Diese mittels Fernbetä tigung verstellbaren Schieber, deren Positionierung zudem noch über einen Rechner gesteuert werden kann, gestatten die Anpassung der Kühlwirkung je nach den Erfordernissen des Profils. So können z. B. Bereiche des Profils mit Materialanhäufungen stärker ge kühlt werden als Bereiche des Profils mit geringerer Wandstärke. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Profil beim Abkühlen gera de bleibt und ein Verbiegen des Profils bei der Abkühlung, wel ches hohen Nachrichtaufwand erfordert und zudem zu beträchtlichem Ausschuß führt, vermieden wird.

In Fig. 7 ist schematisch eine Schlitzdüse dargestellt, in wel che ein Düsenstock mit Wasserdüsen eingebaut ist. Auf diese Weise läßt sich die Vorrichtung nach der Erfindung auch mit einer Zwei phasenkühlung, nämlich einer Luft/Wasser-Gemischkühlung versehen. Um den Nachteil der im wesentlichen als Lochdüsen ausgeführten Wasserdüsen im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Beaufschla gung der Profiloberfläche auszugleichen, können, wie in Fig. 8 dargestellt, die Düsenstöcke in den Luftdüsen hin- und herbewegt werden. Um die Kühlwirkung in ähnlicher Weise wie bei der reinen Luftkühlung über die Profilbreite zu verändern, kann, wie in Fig. 9 dargestellt, der Düsenstock in Bereiche - in Fig. 9 sind drei Bereiche eingezeichnet - unterteilt werden, welche mit den unterschiedlichen Wasserdrücken p₁, p₂ und p₃ beaufschlagt wer den. Dadurch ändert sich die Wasserbeaufschlagungsdichte der Dü sen in diesen Bereichen; bei einer Zweiphasenkühlung hängt näm lich der Wärmeübergangskoeffizient im wesentlichen nur von der Wasserbeaufschlagungsdichte ab. Da der Einfluß der Luftkühlung gegenüber der Wasserkühlung bei der Zweiphasenkühlung relativ klein ist, kann in diesem Fall auf eine Veränderung der Luftkühl wirkung über der Profilbreite verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, beide Methoden miteinander zu kombinieren.

Fig. 10 zeigt schließlich noch eine stark schematisierte Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung in Preßrichtung. Das Profil (1) wird vom unteren Düsenfeld (5) und von den beiden oberen Teilfeldern (4r) und (41) beblasen. Diese Teilfelder können um die Achsen (20r) und (20l) geschwenkt werden, wie es die Dreh pfeile (21r) und (21l) angeben. Dadurch läßt sich auf besonders vorteilhafte Weise die Kühlwirkung auch winkelförmigen Profil querschnitten, wie am Beispiel der Fig. 10 gezeigt, anpassen. Ferner besteht die Möglichkeit, zwischen den oberen Düsenteilfel dern Freiraum für den Zugriff des Pullers zu gewähren, welcher in der Fig. 10 lediglich durch ein Doppel-T-Profil (25) angedeutet ist, auf welchem der Puller geführt wird. Zur Höhenanpassung kön nen die Achsen (20l) und (20r), um welche die Düsenfelder (4l) und (4r) geschwenkt werden, noch in der Höhe verstellt werden. Die Luftversorgung zu den Düsenkästen erfolgt bei dieser Ausfüh rungsform der Vorrichtung in bekannter Weise mittels flexibler Anschlüsse bzw. Leitungen.

Claims

1. Vorrichtung zur Abkühlung von Strangpreßprofilen mit Düsen oberhalb und unterhalb der Auslaufbahn des Profils gekenn zeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Düsen sind quer zur Preß- und Auslaufrichtung des Profils angeordnete Luftdüsen mit schlitzförmigen Düsenöffnungen;
b) die unterhalb der Auslaufbahn angeordneten Schlitzdüsen haben eine geringere Düsenschlitzweite als die oberhalb der Auslauf bahn angeordneten, das Profil von oben beblasenden Schlitzdü sen;
c) der Abstand der unteren Düsen vom Profil ist kleiner als der Abstand der oberhalb des Profils angeordneten Düsen;
d) die unterhalb des Profils angeordneten Düsen sind gegenüber den oberhalb des Profils angeordneten Düsen um jeweils die halbe Teilung, gemessen in Preß- und Transportrichtung des Profils, versetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörper der Schlitzdüsen mit Einrichtungen versehen sind, welche die Veränderung des Düsendruckes in mindestens zwei Ab schnitten der Düse, betrachtet in Längsrichtung des Düsen schlitzes, also quer zur Preß- und Transportrichtung des Strangpreßprofils gestatten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verstellung des Düsendruckes quer zur Längs achse der Düsenschlitze verschiebliche Schieberplatten sind, welche durch in Längsrichtung der Schieberplatten veränderli che Perforation bei Verschiebung in ihrer Längsrichtung die gewünschte Drosselung im Zuströmquerschnitt zu den Düsen schlitzen bewirken.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Strangpreßprofil durch die aus oberen und unteren Düsen gebildete Düsenstrecke mittels eines Rollengan ges geführt wird, wobei die unteren Düsen genau oder annähernd genau zwischen den Rollen und die oberen Düsen genau oder an nähernd genau oberhalb der Rollen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die oberen Düsen gemeinsam mit den zu ihrer Luftversorgung dienenden Düsenkästen in ihrem Abstand vom Profil mittels geeigneter Einrichtungen, z. B. Hubspindeln, verstellt werden können, wodurch eine Anpassung des Düsenfel des an die jeweilige Strangpreßprofilform möglich ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Profils angeordne ten Düsenkästen mittels einer Schnellhubeinrichtung, z. B. Pneumatikzylindern, für den Fall einer Ausbiegung des Profils nach oben in wenigen Sekunden angehoben werden können, und daß zur Auslösung dieser Schnellanhebung geeignete Schalteinrich tungen wie Kontaktschalter oder Lichtschranken vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Versorgung der Schlitzdüsen erforderliche Blasluft mittels Radialventilatoren gefördert wird.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß in den Luftdüsenfeldern oberhalb und unterhalb des Strangpreßprofils zur Verstärkung der Kühlwir kung Wasserdüsen angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdüsen auf innerhalb der Luftdüsenkörper angebrachten Düsenstöcke montiert sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdüsen samt der sie haltenden Düsenstöcke quer zur Preß- und Auslaufrichtung des Strangpreßprofils hin- und herbewegt werden können.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Hin- und Herbewegung etwa einem Vielfachen der halben Teilung der Wasserdüsen in Richtung quer zur Preß- und Auslaufrichtung des Strangpreßprofils entspricht.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenstöcke, welche die Was serdüsen tragen, in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind, welche mit unterschiedlichem Wasserdruck und/oder un terschiedlicher Wassermenge versorgt werden können, so daß die Wasserbeaufschlagung des Strangpreßprofils entsprechend der Anordnung dieser Abschnitte quer zur Preß- und Auslauf richtung des Profils verändert werden kann.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Düsenfeld im vertika len Längsmittelschnitt geteilt ist, daß beide Teile des obe ren Düsenfeldes an den äußeren Rändern um Achsen, welche in Preß- und Auslaufrichtung des Profils verlaufen, drehbar gelagert sind, daß jedes Düsenteilfeld durch eine von der Mitte nach außen führende Drehbewegung in vertikale oder annähernd vertikale Richtung geschwenkt werden kann, um Raum für den Puller freizugeben oder einem nach oben sich ausbie genden Profil auszuweichen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Höhenanpassung der beiden oberen Düsenteilfelder an die Form des Strangpreßprofils die vertikalen Positionen der seitlichen Achsen, um welche die Schwenkbewegung erfolgt, verstellt werden können.