[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brückenwerkzeug zur Erzeugung von Strangpressprofilen mit variierendem Querschnitt.

[0002] Strangpressen ist ein Umformverfahren zum Herstellen von

unterschiedlichen Geometrien, insbesondere von Stäben, Rohren und Profilen. Beim Strangpressen wird ein auf Umformtemperatur erwärmter Pressling (Block) mit einem Stempel durch eine Matrize gedrückt. Dabei wird der Block durch einen Rezipienten umschlossen. Die äußere Form des Pressstrangs wird dabei durch die Matrize bestimmt.

[0003] Es wird im Stand der Technik zwischen direktem Strangpressen,

indirektem Strangpressen und hydrostatischem Strangpressen

unterschieden.

[0004] Beim direkten Strangpressen schiebt der Stempel den Block entlang der Innenoberfläche des Rezipienten in Richtung der Matrize. Beim indirekten Strangpressen ist der Rezipient an einer Seite verschlossen, und von der anderen Seite wird auf den Block die Matrize gepresst, die sich am Kopf eines Hohlstempels befindet. Der Strang tritt durch die Stempelbohrung hindurch. Deren Durchmesser begrenzt somit den umschreibenden Kreiß des Profilquerschnitts. Beim hydrostatischen Strangpressen wird die Presskraft vom Stempel nicht unmittelbar, sondern über ein Wirkmedium (Wasser oder Öl) auf den Block aufgebracht.

[0005] Die Vorteile des Strangpressens sind dabei im Allgemeinen die geringen Werkzeugkosten und die Vielfalt der erzeugbaren Geometrien.

[0006] Komplexe Hohlprofile aus Leichtmetall können mittels direkten

Strangpressverfahren über Kammer- bzw. Brückenwerkzeuge erzeugt werden, wobei die Brückenwerkzeuge ein Matritzen- und ein Dornteil umfassen. Dabei wird die äußere Kontur, wie bereits ausgeführt, durch die Matrize und die innere Formgebung durch den Dorn bestimmt. [0007] Der Dorn selbst ist dabei nicht direkt mit der Strangpresse, sondern über Tragarme bzw. Brücken mit dem Dornteil des Werkzeugs verbunden. Dabei wird der Block selbst zunächst durch die in das Dornteil

eingebrachten Einlaufkammern in Teilstränge gespalten und anschließend in der Schweißkammer der Matrize unter hohem Druck und Temperatur wieder verbunden.

[0008] Bei Brückenwerkzeugen treten dabei extreme mechanische und

thermische Beanspruchungen auf, die insbesondere an den

Dorntragarmen problematisch sind. Auch kann durch Kerbspannungen an den Wurzeln des Dorns eine Rissbildung entstehen.

[0009] Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten

Strangpressverfahren ist, dass nur Profile mit einem konstanten

Profilquerschnitt erzeugt werden können. Dies führt dazu, dass die Profile an vielen Stellen überdimensioniert ausgebildet werden, da die Profile immer gemäß den Anforderungen an der Stelle der höchsten Belastung über ihre gesamte Länge ausgebildet werden müssen.

[0010] Zur Erzeugung von variierenden Querschnitten in einer Strangpresse lehrt DE 10 02 18 81 A1 eine Vorrichtung zum Strangpressen, bei dem ein Dorn in axialer Pressrichtung veränderbar ausgebildet und der in seinem Endbereich unterschiedliche Querschnitte aufweist. Je nach Anordnung der Endbereiche des dort beschriebenen Dorns relativ zu der Matrize wird ein Ringspalt mit unterschiedlichem Durchmesser zur Ausbildung verschiedener Profilquerschnitte ausgebildet.

[001 1] Nachteilig an einer Lösung gemäß DE 10 02 18 81 A2 ist jedoch, dass zwar eine Vorrichtung umfassend ein Kammerwerkzeug offenbart ist, die einen variierenden Querschnitt des Strangpressprofils ermöglichen soll, jedoch der gesamte Dorn, der technisch bedingt eine große Länge aufweist, axial bewegt werden muss. Durch die daraus resultierenden langen Hebelarme entstehen relativ große Schwingungen des Dorns. Solche Schwingungen verhindern jedoch eine Herstellung von Profilen mit hoher Präzision und engen Toleranzanforderungen. [0012] Des weiteren ist es nachteilig, dass die Haltbarkeit eines Dorns gemäß DE 10 02 18 81 A1 reduziert ist. Ein solcher Dorn unterliegt im Einsatz hohen thermomechanischen Beanspruchungen, die insbesondere von den auftretenden Presskräften und Umformtemperaturen abhängen. Vor allem der lange Dorntragarm ist dabei wechselnden Zug- und Biegekräften ausgesetzt, denen sich lokale Wärmespannungen überlagern können.

[0013] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungsmeldung liegt nunmehr darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, und insbesondere eine Vorrichtung bereitzustellen, um mit hoher Präzision Profile mit einem variablen Profilquerschnitt herzustellen, da nur mit einer solch hohen Präzision eine Überdimensionierung der Profile wirksam vermieden werden kann, wobei die Vorrichtung gleichsam ausgelegt und eingerichtet ist, um den thermomechanischen Beanspruchungen optimal zu

widerstehen.

[0014] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brückenwerkzeug für eine Vorrichtung zum direkten Strangpressen von Hohlprofilen mit variabler Wanddicke, umfassend eine Matrize und mindestens ein

Dornelement mit einem der Matrizenöffnung zugewandten ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei die äußere

Profilkontur eines Hohlprofils durch die Geometrie der Matrizenöffnung und der innere Querschnitt eines Hohlprofils durch mindestens ein

Dornelement festgelegt ist, wobei das mindestens eine Dornelement mindestens eine Aussparung aufweist, in der in axialer Richtung beweglich gelagert ein innerer Verschiebedorn angeordnet ist, wobei der innere Verschiebedorn in seinem zum ersten Ende des Dornelements zugewandten ersten Endbereich unterschiedliche Querschnitte aufweist.

[0015] Der Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Erzeugung von Hohlprofilen mit variierendem Innendurchmesser realisiert werden kann, wenn der Dorn mehrteilig aufbaut ist, wobei ein beweglicher innerer Verschiebedorn mit unterschiedlichen Querschnitten an seinen Endbereichen umfasst ist, dessen axiale Bewegung in einer Änderung des inneren Querschnitts des Hohlprofils resultiert.

[0016] Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, dass der innere

Verschiebedorn an seinem ersten Ende den geringsten Querschnitt aufweist, so dass eine axiale Verschiebung des inneren Verschiebedorns in Richtung der Matrize bzw. in die Matrize zu einer geringeren

Wandstärke des Hohlprofils führt, da sich der formgebende Spalt zwischen innerem Verschiebedorn und Matrize verringert.

[0017] Dabei werden durch die mindestens Zweiteilung des Dorns die Nachteile des Stands der Technik überwunden. Der innere Verschiebedorn kann mittels Verbindungselementen über kurze Hebelarme mit

Antriebselementen in Wirkverbindung gebracht werden, um die axiale Verschiebung desselben zu ermöglichen, so dass Schwingungen des Dorns minimiert werden. Auch kann es vorgesehen sein, dass durch spezielle Führungselemente Schwingungen des inneren Verschiebedorns nahezu vollständig verhindert werden können.

[0018] Der erfindungsgemäße innere Verschiebedorn ermöglich somit eine

Erzeugung von Hohlprofilen mit variierendem Querschnitt mit hoher Präzision.

[0019] Bewegungen des inneren Verschiebedorns und weiterer Elemente des erfindungsgemäßen Brückenwerkzeugs werden dabei relativ zur

Pressrichtung bezeichnet. Eine axiale Verschiebung beschreibt dabei grundsätzlich eine Verschiebung in Pressrichtung oder parallel zu der Pressrichtung, eine radiale Verschiebung eine radiale Verschiebung relativ zu der Pressrichtung.

[0020] Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, dass das Dornelement

mindestens eine zweite axiale Aussparung umfasst, die sich in axialer Richtung entlang des dem ersten Endbereich des inneren

Verschiebedorns gegenüberliegenden zweiten Endbereichs des inneren Verschiebedorns erstreckt, wobei ein, insbesondere nahezu, senkrecht zu dem mindestens einen Dornelement angeordneter Querschieber umfasst ist, der in die mindestens eine zweite Aussparung mindestens

abschnittsweise eingeführt ist, und wobei der Querschieber mit dem inneren Verschiebdorn in Wirkverbindung steht, insbesondere fest mit dem inneren Verschiebedorn verbunden ist.

[0021] Ein erfindungsgemäßer Querschieber kann zur Übertragung einer Kraft von einer Antriebsvorrichtung an den inneren Verschiebedorn zum Einsatz kommen, wobei dabei die Antriebsvorrichtung bevorzugt außerhalb des eigentlichen Brückenwerkzeugs, beispielsweise an der Außenwand des Aufnehmers oder des Halters des Brückenwerkzeugs, angeordnet sein kann.

[0022] Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, dass der Querschieber direkt oder mittels mindestens einem Querträger mit mindestens einer

Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung bringbar ist oder steht, wobei die Antriebsvorrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, den Querschieber und den inneren Verschiebedorn in axialer Richtung zu bewegen.

[0023] Es kann dabei ebenfalls vorteilhaft sein, wenn eine Kraftübertragung von der Antriebsvorrichtung auf den inneren Verschiebedorn nicht nur unter Zwischenschaltung des Querschiebers erfolgt, sondern wenn zusätzlich zwischen der Antriebseinrichtung und dem Querschieber ein Querträger angeordnet ist.

[0024] Des weiteren kann es dabei bevorzugt sein, dass ein erster Querträger an einem ersten radialen Ende des Querschiebers angeordnet ist und ein zweiter Querträger an einem zweiten, dem ersten radialen Ende gegenüberliegenden, radialen Ende des Querschiebers angeordnet ist, wobei der erste Querträger mit einer ersten Antriebsvorrichtung und/oder der zweite Querträger mit einer zweiter Antriebsvorrichtung in

Wirkverbindung bringbar ist oder steht.

[0025] Durch einen Einsatz von zwei an gegenüberliegenden Ende des

Querschiebers angeordneten Querträgern kann eine gleichmäßige, parallele Kraftübertragung von den Antriebsvorrichtungen auf den inneren Verschiebedorn erfolgen und gleichzeitig ein Verkanten desselben verhindert werden. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass anstelle einer zweiten Antriebsvorrichtung beide Querträger mit einer einzigen Antriebsvorrichtung verbindbar oder verbunden sind.

[0026] Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass die erste und/oder die zweite Antriebsvorrichtung in Form eines Linearantriebs ausgebildet ist, insbesondere in Form eines Hydraulikzylinders.

[0027] Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Hydraulikzylinder für eine

Erzeugung einer linearen Kraft als besonders geeignet erwiesen haben, um eine axiale Verschiebung des inneren Verschiebedorns zu

ermöglichen.

[0028] Auch kann es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft sein, dass der inneren Verschiebedorn im Bereich seines ersten Endes in axialer Richtung abschnittsweise einen trapezförmigen oder

dreieckförmigen Querschnitt aufweist.

[0029] Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf die beispielhaft angeführten trapezförmigen oder dreieckförmigen Querschnitte beschränkt. Vielmehr bestimmt sich deren Querschnitt in in Abhängigkeit der Anzahl der beweglichen Verschiebeelemente.

[0030] Dabei kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Innenwinkel bzw. Steigungswinkel ß des trapezförmigen oder

dreieckförmigen Querschnitts einen Wert im Bereich von 5 bis 25°, vorzugsweise von 8 bis 15°, besonders bevorzugt von 10°. Der optimale Winkel kann dabei, auch außerhalb der bevorzugten Bereiche,

erfindungsgemäß entsprechend des Antriebs bzw. des zur Verfügung stehenden Bauraums zur Minimierung des Kraftbedarfs (kleiner Winkel, langer Verschiebeweg) oder zur Minimierung des Bauraums (großer Winkel, kurzer Verschiebeweg) angepasst/gewählt werden.

[0031] Dabei kann ebenfalls vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der innere Verschiebedorn am oder im Bereich seines ersten Endes mit mindestens einem keilförmigen Element in Wirkverbindung steht oder dieses abschnittsweise in Anlage mit dem inneren Verschiebedorn gebracht ist, wobei insbesondere der weitere Steigungswinkel ß der dem inneren Verschiebedorns zugewandten Seite des mindestens einen keilförmigen Elements kleiner oder gleich dem Steigungswinkel ß ist, so dass eine axiale Verschiebung des inneren Verschiebedorns in eine

korrespondierende radiale Verschiebung des mindestens einen

keilförmigen Elements überführt ist.

[0032] Erfindungsgemäß kann zusätzlich zu dem radial beweglichen inneren

Verschiebedorn zur Änderung des inneren Querschnitts eines Hohlprofils auf mindestens ein keilförmiges Element zurückgegriffen werden, dessen radiale Verschiebung relativ zum inneren Verschiebedorn die Wandstärke des Hohlprofils direkt beeinflusst.

[0033] Dabei hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, dass eine radiale Bewegung des inneren Verschiebedorns in Richtung oder weiter in die Matrize zu einer Spreizbewegung des mindestens einen keilförmigen Elements in radialer Richtung führt, da der kleineste Querschnitt des inneren Verschiebedorns an seinem ersten Ende angeordnet ist.

[0034] Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die auftretenden hohen Kräfte nicht ausschließlich vom inneren Verschiebedorn aufgenommen werden müssen, sondern auch von dem mindestens einen keilförmigen Elements.

[0035] Des weiteren kann durch eine nahezu freie Gestaltbarkeit des mindestens einen keilförmigen Element auch unabhängig von der Geometrie des inneren Verschiebedorns der innere Querschnitt und die Wanddicke des Hohlprofils variiert werden.

[0036] Das keilförmige Element kann erfindungsgemäß verschiedene

Grundflächen aufweisen und der spitze Winkel des Keils kann dabei von zwei oder mehr Seiten ausgebildet werden.

[0037] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass mindestens ein zweites

keilförmiges Element spiegelsymmetrisch zu dem ersten keilförmigen

Element auf der dem ersten keilförmigen Element gegenüberliegenden

Seite des inneren Verschiebedorns angeordnet ist. [0038] Ein Einsatz zweier spiegelsymmetrisch angeordneter keilförmiger

Elemente ermöglicht dabei eine gleichzeitige Änderung der Wandstärke an zwei Seiten eines Hohlprofils. Es ist dabei offensichtlich, dass auch mehr als 2 keilförmige Elemente zum Einsatz kommen können, die radial um den inneren Verschiebedorn gruppiert werden können.

[0039] Auch hat es sich gezeigt, dass vorteilhaftweise das mindestens eine

keilförmige Element mittels einer ersten Schwalbenschwanzführung mit dem Dornelement verbunden ist, wobei die mindestens eine erste

Schwalbenschwanzführung eine Bewegung des mindestens einen keilförmigen Elements ausschließlich in radialer Richtung ermöglicht, wobei die Schwalbenschwanzführung insbesondere von dem

Dornelement und dem mindestens einen keilförmigen Element ausgebildet ist.

[0040] Durch eine erfindungsgemäße erste Schwalbenschwanzführung wird

ermöglicht, dass das mindestens eine keilförmige Element ausschließlich in radialer Richtung beweglich ist, nicht jedoch in axialer Richtung. Dies führt insbesondere dazu, dass eine axiale Bewegung des inneren

Verschiebedorns mit seinem in axialer Richtung variierenden Querschnitt ausschließlich zu einer radialen Bewegung des mindestens einen keilförmigen Elements führt. Des weiteren wird ein Verkanten des keilförmigen Elements verhindert und eine Reproduzierbarkeit der

Umsetzung der axialen Bewegung des inneren Verschiebedorns in die radiale Bewegung des mindestens einen keilförmigen Elements

sichergestellt.

[0041] Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich zudem als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der innere

Verschiebedorn und das mindestens eine keilförmige Element mittels einer in axialer Richtung ausgebildeten zweiten

Schwalbenschwanzführung verbunden sind, so dass eine axiale

Bewegung des inneren Verschiebedorns in einer radiale Bewegung des mindestens einen keilförmigen Elements überführt ist. [0042] Die erfindungsgemäße zweite Schwalbenschwanzführung bietet insbesondere den Vorteil, dass eine sichere Verbindung zwischen dem inneren Verschiebedorn und dem mindestens einen keilförmigen Element bereitgestellt ist. Des weiteren ist die zweite Schwalbenschwanzführung besonders vorteilhaft, da durch diese nicht nur sichergestellt wird, dass bei einer Bewegung des inneren Verschiebedorns in Richtung bzw. in die Matrize eine radiale Bewegung des mindestens einen keilförmigen

Elements nach außen erfolgt, sondern auch, dass bei einer umgekehrten Bewegung des inneren Verschiebedorns Zugkräfte auf das mindestens eine keilförmige Element wirken, um die radiale Spreizung des

keilförmigen Elements zu reduzieren.

[0043] Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Aussparung des

Dornelements und der mindestens eine innere Verschiebedorn eine dritte Schwalbenschwanzführung in axialer Richtung ausbilden, so dass der innere Verschiebedorn und das Dornelement mittels einer

Schwalbenschwanzführung miteinander verbunden sind.

[0044] Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein Verkanten des inneren

Verschiebedorns selbst bei einem Anliegen hoher Kräfte verhindert wird.

[0045] Auch liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum direkten Strangpressen umfassend ein erfindungsgemäßes Brückenwerkzeug.

[0046] Schließlich liefert die Erfindung eine Verwendung eines

erfindungsgemäßen Brückenwerkzeugs zum Herstellen von einem oder mehreren Strangpressprofilen mit in Pressrichtung veränderlichen

Querschnitten in einer Vorrichtung zum direkten Strangpressen. Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Veränderung der Profilwanddicken während des Strangpressens unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik dadurch erreicht werden kann, dass ein innerer Verschiebedorn mittels eines

Querschiebers, der wiederum mittels zwei gegenüberliegend Querträgern mit Linearantrieben verbunden ist, axial verschoben werden kann. Wird der Querschieber axial bewegt, wird somit gleichsam der innere Verschiebedorn in axialer Strangpressrichtung verschoben. Die mit dem inneren Verschiebedorn optional in Wirkverbindung stehenden

keilförmigen Elemente lenken dabei diese axiale Bewegung, bevorzugt mittels einer zweiten Schwalbenschanzführung, in eine senkrecht zu der axialen Bewegung angeordneten radialen Bewegung um. Dies führt zu einem Aufspreizen des oder der keilförmigen Elemente und durch diese Keilbewegung wird der formgebende Spalt zwischen keilförmigen Element und Matrize verringert und folglich die Wandstärke des Hohlprofils reduziert.

[0048] Für eine nachträgliche Wanddickenerhöhen werden die Linearantriebe wieder in Ausgangsposition verfahren, also entgegen der

Strangpressrichtung. Durch diese Bewegung werden auch die Querträger inklusive dem Querschieber zurückgezogen. In Folge dieser rückwärtigen Bewegung des inneren Verschiebedorns wird diese Verschiebung über die optionale zweite Schwalbenschwanzführung auf das oder die keilförmigen Elemente übertragen, so dass diese sich radial in Richtung des inneren Verschiebedorns bewegen. Hierdurch wird der formgebende Spalt wieder vergrößert.

[0049] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert wird, ohne dadurch die Erfindung zu beschränken.

[0050] Dabei zeigt:

Fig. 1 : Eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brückenwerkzeugs;

Fig. 2 Eine schematische Aufsicht auf das Brückenwerkzeug gemäß

Figur 1 ;

Fig. 3 Eine schematische seitliche Schnittansicht auf das Brückenwerkzeug gemäß Figur 1 ; und

Fig. 4 Eine Perspektive Ansicht einer Ausführungsform eines Dornelements eines erfindungsgemäßes Brückenwerkzeugs. [0051] In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brückenwerkzeugs dargestellt. Dieses umfasst einen Aufnehmer 1 , an dessen Außenseiten zwei Linearantriebe 2 in Form von Hydraulikzylindern angeordnet sind. Jeder der Linearantriebe 2 ist dabei mit einem Querträger 3 verbunden, die an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Querschiebers 4 enden und mit diesem formschlüssig verbunden sind. Der Spalt zwischen eine Dornelement 5 und der Matrize 6 definiert dabei die Wandstärke der zu erzeugenden Hohlprofile. Die Matrize 6 ist dabei an einer Druckplatte 7 befestigt. Das Dornelement 5 umfasst dabei zusätzlich keilförmige Elemente 8 sowie einen inneren Verschieborn 9.

[0052] In Figur 2 ist das Brückenwerkzeug gemäß Figur 1 in einer Aufsicht im

Schnitt dargestellt. Gemeinsam mit der Seitenansicht im Schnitt in Figur 3 ist das Wirkprinzip eines erfindungsgemäßen Brückenwerkzeugs gut erkennbar. Der innere Verschiebedorn 9 ist dabei in einer ersten

Aussparung 10 angeordnet, die sich in axialer Richtung erstreckt und an die sich zwei zweite Aussparungen 11 für den Querschieber 4

anschließen. Eine Bewegung der Linearantriebe 2 führen zu einer

Verschiebung der Querträger 3 und des Querschiebers 4 und somit des innneren Verschiebedorns 9 in radialer Richtung. Diese axiale

Verschiebung des inneren Verschiebedorns 9 führt dabei zu einer radialen Bewegung der keilförmigen Elemente 9 und somit zu einer Änderung des Spalts zwischen dem Dornelement 5 und der Matrize 6. Durch diese Veränderung des Spalts ändert sich der Querschnitt des zu erzeugenden Hohlprofils.

[0053] In Figur 4 sind zusätzlich zwei erste Schwalbenschwanzführung 13 für die keilförmigen Elemente 8 sowie zwei zweite Schwalbenschwanzführungen 14 gezeigt. Diese ersten Schwalbenschwanzführungen 13 stellen sicher, dass sich die keilförmigen Elemente 8 ausschließlich in radialer Richtung bewegen können, während die zweiten Schwalbenschwanzführungen 14 ermöglichen, dass neben radial nach außen wirkenden Druckkräften bei einer Verschiebung des inneren Verschiebedorns 9 auch Zugkräfte von dem inneren Verschiebedorn 9 auch die keilförmigen Elemente 8 übertragen werden können. Die in der voranstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den

Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.