DE20117589U1 - Blockaufnehmer - Google Patents

Description

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Anmelder: Kind & Co. Edelstahlwerk, 51674 Wiehl-Bielstein

„Blockaufnehmer"

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Blockaufnehmer für Strangpressen, bestehend aus einem Mantel, einer in diesem angeordneten Zwischenbuchse und einer in letzterer angeordneten Innenbuchse zur Aufnahme eines Rohumformblocks, wobei diese einzelnen Bauteile insbesondere durch Schrumpfung miteinander kraftschlüssig verbunden sind und in einer Grenzschicht der Zwischenbuchse zum Mantel und/oder einer Grenzschicht der Innenbuchse zur Zwischenbuchse am jeweiligen Buchsenumfang mindestens ein in Buchsenlängsrichtung schraubenlinienförmig verlaufender Kühlkanal ausgebildet ist.

In der großen Metallhalbzeugindustrie, besonders in den dominierenden Feldern „Leichtmetallstrangpressen" (Al-Legierungen) und „Schwermetallstrangpressen" (Cu- bzw. CU-Legierungen) wird vornehmlich mit horizontal gebauten Strangpressanlagen gearbeitet. Je nach Pressprodukt sind die Pressanlagen als Direktpressen oder Indirektpressen ausgebildet.' Die generell guten warmplastischen Eigenschaften der verwendeten Werkstofffamilien erlauben eine sehr wirtschaftliche Herstellung von VoII- und Hohlstangen bzw. Rohren.

Für eine ideale plastische Umformfähigkeit der metallischen Werkstoffe ist erforderlich, dass die jeweilgen Rohumformblöcke erwärmt werden. Grob bewegen sich die Umformtemperaturen für das Leichtmetallstrangpressen im Bereich von ca. 400⁰C 500⁰C. Beim Strangpressen von Cu und Cu-Legierungen verlangt die Strangherstellung Rohblockumformtemperaturen von ca. 700⁰C - 1100⁰C.

Bei diesen Umformungsverhältnissen unterliegen die Blockaufnehmer (auch „Rezipient" genannt) einer äusserst hohen wechselnden Kombinationsbeanspruchung (thermisch/mechanisch).

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Für die eigentliche Extrusionsarbeit zur Bildung von Strängen wird der im profilgebenden Werkzeug zu verformende Rohumformblock in einem beheizten Blockaufnehmer mittels hohem Stempeldruck in einen fließfähigen Zustand versetzt. Hieraus resultiert für den Blockaufnehmer eine, je nach Presskraft mehr oder weniger hohe, mechanische Beanspruchung unter zusätzlich hoher thermischer Beeinflussung.

Die einzelnen Blockaufnehmerbuchsen (Mantel, Zwischen- und Innenbuchse) müssen beanspruchungstechnisch begründet, aus geeigneten warmfesten Stählen gefertigt sein.

Für ein qualitativ einwandfreies Arbeiten während des aktiven Pressens ist es notwendig, dass der Öffnungsdurchmesser der Innenbuchse für eine maximale Zeit maßkonstant bleibt. Bei allen Rezipienten wird im Laufe der Beanspruchungszeit diese wichtige presstechnische Forderung bleibend negativ verändert. Durch die thermische Beanspruchung entwickeln sich besonders an den innenliegenden Buchsen (Zwischen- und Innenbuchse) plastische Verformungsreaktionen (Werkstofferweichung, Wanddickenreduzierung, Rissbildung). Je nach Verschleißgrad übt diese Veränderung direkt einen negativen Einfluss auf die qualitative Verfassung des Pressproduktes (Oberflächenfehler durch Restschalenteilchen usw.) aus.

Aus diesem Grunde sind bei den bekannten Blockaufnehmern der eingangs beschriebenen Art in Längsrichtung des Blockaufnehmers, insbesondere an der Zwischenbuchsenperipherie, schraubenlinienförmig verlaufende Kühlkanäle ausgebildet. Durch diese Kühlkanäle wird ein Kühlmedium, insbesondere Luft, gepresst, so dass eine Wärmeabfuhr erfolgen kann. Je nach Blockaufnehmertyp oder Blockumformcharakter existieren im praktischen Betrieb an der gekühlten Zwischenbuchse Temperaturniveaus, die zwischen ca. 500⁰C und ca. 680⁰C liegen können. Diese nach wie vor sehr hohen Temperaturen wirken auf den Buchsenwerkstoff festigkeitsmindernd, was unerwünscht ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von einem Blockaufnehmer der eingangs beschriebenen Art, diesen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln derart zu verbessern, dass die thermische Beanspruchung der Zwischen- und/oder Innenbuchse verringert werden kann, so dass eine längere Standzeit des Blockaufnehmers erreicht wird.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Kühlkanal in seiner von einem im Kühlkanal strömenden Kühlmedium kontaktierten inneren Kanaloberfläche in Kanallängsrichtung hintereinander ausgebildete Strömungsstörstellen zum Erzeugen von Stauwirbeln im Kühlmedium aufweist. Derartige Strömungsstörstellen können insbesondere durch eine wellige Oberflächentopographie der kontaktierten Kanaloberfläche erzeugt werden.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer technisch glatten Kühlkanaloberfläche, wie sie bei den Kühlkanälen des Standes der Technik vorhanden ist, dass strömende Kühlmedium, insbesondere die Kühlluft, unmittelbar im Bereich der Kanaloberfiäche eine laminare, quasi separate, Unterschicht bildet, die im Vergleich zu der innen fließenden Kernluftströmung langsamer fließt. Durch diese Strömungsausbildung wird die Kühlleistung bzw. die Kühlwirkung der als Kühlelement wirkenden Zwischenbuchse bzw. Innenbuchse extrem geschwächt. Werden jedoch erfindungsgemäß Strömungsstörstellen vorgesehen, bilden sich an diesen Strömungsstörstellen Stauwirbel aus, wodurch die langsamer fließende laminare Aussenströmung weitgehend zerstört wird und somit die Wärmeabfuhrfähigkeit an der hochwarmen Zwischenbuchse d. h. die Wärmeaufnahme durch die Kühlluft wesentlich erhöht wird.

Mit den heute bekannten programmgesteuerten Werkzeugmaschinen, insbesondere unter Anwendung der Frästechnik, kann eine dem jeweiligen Wärmeaufkommen des Rezipienten individuell gestaltete Kühlkanaltopographieform hergestellt werden. Dabei ist die Kühlintensität, die durch die erfindungsgemäße Oberflächentopographie erreicht wird, primär abhängig von der Störstellenqualität bzw. von der Tiefe der Störstellen. So kann durch Auswahl der Störstellenzahl und der Tiefe der Welligkeit die Wärmeabfuhr in Abhängigkeit von der Wärmeverteilung innerhalb des Blockaufnehmers gesteuert werden.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. An Hand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Blockaufnehmer,

Fig, 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zwischenbuchse,

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Fig. 3 eine Detailansicht gemäß der Einzelheit X in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung einer Kühlkanaltopographie in Anpassung an ein vorhandenes Wärmeprofil.

In den nachfolgenden Zeichnungen sind gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht ein erfindungsgemäßer Blockaufnehmer (Rezipient) aus einem äußeren Mantel 1 der im dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt als Hohlzylinder ausgebildet ist und eine innere Aufnahmebohrung 2 aufweist. In der Aufnahmebohrung 2 ist eine hohlzylindrische Zwischenbuchse 3 eingesetzt, die eine innere Aufnahmebohrung 4 aufweist. In der Aufnahmebohrung 4 der Zwischenbuchse 3 ist eine Innenbuchse 5, die ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist, eingesetzt. Mantel 1, Zwischenbuchse 3 und Innenbuchse 5 sind durch Schrumpfmontage miteinander kraftschlüssig verbunden. Diese drei Bauteile sind vorzugsweise aus einem geeigneten warmfesten Stahl hergestellt. Wie sich aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt, kann die Wandstärke des Mantels 1 etwa das fünffache der Wandstärke der Zwischenbuchse 3 betragen und die Wandstärke der Innenbuchse 5 kann etwa halb so groß sein wie die Wandstärke der Zwischenbuchse 3. Innerhalb des Mantels 1 sind vorteilhafterweise axial verlaufende Widerstandsheizpatronen 7 vorgesehen. Hierdurch können Zonen des Blockaufnehmers erwärmt werden, so dass ein Temperaturausgleich in Verbindung mit einer vorgesehenen Kühlung ermöglicht wird.

Die Kühlung erfolgt über ein in Kühlkanälen 8 strömendes Kühlmedium, insbesondere Luft. Diese Kühlkanäle 8 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Grenzschicht der Zwischenbuchse 3 zum Mantel 1 ausgebildet. Diese Kühlkanäle 8 verlaufen schraubenlinienfömnig in Längsrichtung der Zwischenbuchse 3, wie dies insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist. In Fig. 2 ist zu erkennen, dass dort der Kühlbereich der Zwischenbuchse 3 in 2 Kühlregionen 9, 10 unterteilt ist. In den jeweiligen Kühlkanal 8 jeder Kühlregion 9, 10 strömt das Kühlmedium über einen Umfangskanal 11 ein und strömt über einen Umfangskanal 12 der Zwischenbuchse 3 aus. Die als Kühlmedium verwendete Druckluft wird üblicherweise dem Werksnetz entnommen. Es können jedoch auch unterstützend noch zusätzliche Kompressoren vorgesehen sein. Das Kühlmedium wird in die Umfangskanäle 11 durch zugeordnete Kanäle im Mantel 1

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eingeleitet und über die Umfangskanäle 12 und zugeordnete Kanäle im Mantel 1 herausgeführt, was nicht im Einzelnen dargestellt ist, da es an sich bekannt ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmigen Kühlkanäle 8 an ihrer dem strömenden Kühlmedium zugekehrten inneren Kanaloberfläche 13 in Kanallängsrichtung hintereinander ausgebildete Strömungsstörstellen 14 aufweist. Hierzu wird auf Fig. 3 verwiesen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Strömungsstörstellen 14 aus quer zur Längsachse X-X des Kühlkanals 8 verlaufende Vertiefungen 15 zwischen denen Erhöhungen 16 ausgebildet sind. Erfindungsgemäß wird somit eine wellige Oberflächen-Topographie erzeugt. Die Erhöhungen 16 und Vertiefungen 15 liegen in abwechselnder Folge nebeneinander. Die Tiefe h der erfindungsgemäßen Strömungsstörstellen 14 beträgt gemessen zwischen der tiefsten Stelle der Vertiefung 15 und der höchsten Stelle der jeweiligen Erhöhung ca. 0,5 - 2 mm und der axiale Abstand a der erfindungsgemäßen Strömungsstörstellen 14, d. h. der Abstand der Erhöhungen 16 beträgt erfindungsgemäß etwa 8-12 mm. Der Innendurchmesser d, d.h. die Kühlkanalöffnung im Bereich der Vertiefung 15 beträgt zweckmäßigerweise etwa 15-30 mm. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungsstörstellen 14 wird erreicht, dass die sich bei glatten Rohrwandungen normalerweise im Bereich der Rohrwandung ausbildenden laminare Strömungsunterschicht durch an den Strömungsstörstellen entstehende Wirbel (Turbulenzen) aufgerissen wird, so dass die schneller fließende Kernströmung unmittelbar die Kühlkanalwandung kontaktiert und somit eine bessere Wärmeaufnahme über die Kernströmung erfolgt, so dass der Kühleffekt verbessert wird.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der in den beiden Kühlregionen 9; 10 ausgebildete Kühlkanal 8 jeweils eingängig ausgebildet. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung diesen Kühlkanal 8 beispielsweise zweigängig oder dreigängig auszubilden, d.h. es verlaufen in jeder Kühlregion zwei oder drei parallele Kühlkanalwendeln, wodurch die Kühlwirkung wesentlich verbessert werden kann. Indem die Tiefe der Strömungsstörstellen und der Störstellenabstand variiert wird, kann die Turbulenzentwicklung der Kühlluft an der Kanalwandung beeinflusst werden, und zwar entsprechend der jeweils gewünschten Kühlwirkung.

Wie insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen ist, kann in Abhängigkeit von dem an der Zwischenbuchse 3 auftretenden Temperaturprofil die Kühlkanaltopographie individuell ausgebildet werden. So ist in Fig. 4 zu erkennen, dass im Bereich der höchsten

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Temperaturbeanspruchung die Störsteilentiefe am größten und der Störstellenabstand am kleinsten ist, wo hingegen im Bereich der geringeren Temperaturbeanspruchung die Tiefe der Strömungsstörstelien kleiner ist und der Störstellenabstand vergrößert wird, wobei die Erhöhungen 16 hierbei eben ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß kann somit eine individuelle an das Wärmeaufkommen im Blockaufnehmer angepasste Topographie der Strömungsstörstelien 14 erzeugt werden, so dass die Wärmeableitung entsprechend der Wärmeverteilung optimiert werden kann. Hierbei erfolgt die jeweilige Anpassung insbesondere durch die Bemessung der Strömungsstörstellentiefe sowie der Häufigkeit der Strömungsstörstelien.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, befindet sich innerhalb der Innenbuchse 5 in deren Durchgangsbohrung 18 ein Rohumformblock 19, der mittels eines in der Innenbuchse 5 geführten Stempels 20 zu einem Strangprofil 21 oder Rohr verpresst wird, wozu am Austrittsende der Innenbuchse 5 ein entsprechendes Formwerkzeug 22 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Ausbildung eines Blockaufnehmers für ein Direktpressverfahren dargestellt.

Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, wenn auch in dem Grenzbereich der Innenbuchse 5 zur Zwischenbuchse 3 Kühlkanäle in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorgesehen sind. Es ist ebenfalls möglich, nur in der Innenbuchse 5 derartige Kühlkanäle vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern umfasst auch äquivalente Ausgestaltungen, so sind auch andere Querschnittsformen der Kühlkanäle und der Störstellen möglich, wobei jedoch eine Verrundung wesentlich ist, da hier durch Kerbwirkungen vermieden werden.

Claims (12)

1. Blockaufnehmer für eine Strangpresse, bestehend aus einem Mantel (1), einer in diesem angeordneten Zwischenbuchse (3) und einer in letzterer angeordneter Innenbuchse (5) zur Aufnahme eines Rohumformblocks, wobei die einzelnen Bauteile (1, 3, 5) insbesondere durch Schrumpfmontage miteinander kraftschlüssig verbunden sind, und in einer Grenzschicht der Zwischenbuchse (3) zum Mantel (1) und/oder der Innenbuchse (5) zur Zwischenbuchse (3) am jeweiligen Buchsenumfang schraubenlinienartig in Buchsenlängsrichtung verlaufende Kühlkanäle (8) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlkanal (8) in seiner von einem im Kühlkanal (8) strömenden Kühlmedium kontaktierten inneren Kanaloberfläche (13) in Kanallängsrichtung X-X hintereinander ausgebildete Strömungsstörstellen (14) zum Erzeugen von Stauwirbeln im Kühlmedium aufweist.

2. Blockaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsstörstellen (14) durch eine wellige Oberflächentopographie erzeugt sind.

3. Blockaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wellige Oberflächentopographie aus quer zur Kanallängsrichtung verlaufende, in abwechselnder Folge nebeneinander liegende Vertiefungen (15) und Erhöhungen (16) gebildet ist.

4. Blockaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (15) konkav ausgebildet sind.

5. Blockaufnehmer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (16) eine ebene Oberfläche besitzen.

6. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung, insbesondere die Anzahl und/oder die Tiefe der Strömungsstörstellen (14) in Abhängigkeit von der im Blockaufnehmer auftretenden Wärmeverteilung ausgebildet ist.

7. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe h der Strömungstörstellen ca. 0,5-2,0 mm ist.

8. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a der Strömungsstörstellen ca. 8-12 mm beträgt.

9. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsweite d der Kühlkanäle (8) gemessen im Grund der Störstellen (14) ca. 15-30 mm beträgt.

10. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (8) im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet sind.

11. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (8) mehrgängig, insbesondere zweigängig oder dreigängig ausgebildet sind.

12. Blockaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Längsrichtung hintereinander ausgebildete Kühlregionen an der Zwischenbuchse (3) vorhanden sind, in denen jeweils strömungsmäßig voneinander unabhängige Kühlkanäle (8) ausgebildet sind.