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Title:
PROCESS FOR EXTRUDING A METAL SECTION,
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/019803
Kind Code:
A1
Abstract:
A process is disclosed for extruding a profiled section (40) made at least partially of a metallic material. A preform (36) is extruded in a partially solid or partially liquid state into a section (40) and the extruded section in the partially solid or partially liquid state is guided through a chilling mould (16) in which it solidifies. The corresponding device has an optionally heatable preform chamber (12) for receiving the preforms (36), an optionally heatable moulding chamber (14) which follows the preform chamber and in which the preform (36) is extruded into a profiled section (40), and a chilling mould (16) that follows the moulding chamber (14) and in which the profiled section solidifies. A matrix (18) can be arranged directly after the mould (16) for giving its final shape to the cross section of the profiled section. This process and device enable profiled sections to be produced with areas made of different materials across their cross sections.

Inventors:
PLATA MIROSLAW (CH)
BOLLIGER MARTIN (CH)
ARNOLD GREGOIRE (CH)
SCHWELLINGER PIUS (DE)
Application Number:
PCT/CH1997/000391
Publication Date:
May 14, 1998
Filing Date:
October 20, 1997
Export Citation:
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Assignee:
ALUSUISSE LONZA SERVICES AG (CH)
PLATA MIROSLAW (CH)
BOLLIGER MARTIN (CH)
ARNOLD GREGOIRE (CH)
SCHWELLINGER PIUS (DE)
International Classes:
B21C29/02; B21C29/04; B21C23/00; C22C1/00; (IPC1-7): B21C23/00; B21C29/04
Domestic Patent References:
WO1987006624A11987-11-05
WO1991002098A11991-02-21
WO1992001821A11992-02-06
WO1992018763A11992-10-29
Foreign References:
DE2514386A11975-10-09
JPS56148411A1981-11-17
JPH01309717A1989-12-14
JPH0466219A1992-03-02
EP0042814A21981-12-30
EP0343103A11989-11-23
EP0241193B11991-06-26
Other References:
SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED Section Ch Week 8526, Derwent World Patents Index; Class M21, AN 85-157817, XP002029170
Attorney, Agent or Firm:
ALUSUISSE TECHNOLOGY & MANAGEMENT AG (Neuhausen am Rheinfall, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Profilstranges (40) aus einer Vorform (36) aus einem zumindest teilweise metallischen Werkstoff, wobei die Vorform durch eine formgebende Oeffnung zum Profilstrang verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (36) in teilfestem/teilflüssigem Zustand zum Profilstrang (40) verformt und der Profilstrang im teilfesten/teilflüssigen Zustand zur Erstarrung durch eine gekühlte Kokille (16) geführtwird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen der Vorform (36) zum Profilstrang (40) durch eine am Profilstrang angreifende Zugkraft (K) unterstützt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Vorform (36) um wenigstens 50%, vorzugs weise um wenigstens 80%, umgeformt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Profilstrang (40) unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille (16) zur Endformung des Profilstrangquerschnittes durch eine Matrize (18) geführtwird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endformung des Profilstrangquerschnittes mit einem Umformungsgrad von höchstens 15%, vorzugsweise höchstens 10%, durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Profilstrang (40) nach dem Aus tritt aus der Kokille (16) oder der Matrize (18) vor zugsweise durch vollständige Verdampfung eines auf den Profilstrang aufgesprühten Kühlmittels gekuhlt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorform (36) während ihrer Ver formung einen Anteil von höchstens 70%, vorzugsweise 20 bis 50%, Flüssigphase aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorform (36) aus einer thixotro pen Legierung, insbesondere aus einer thixotropen Alu miniumoder Magnesiumlegierung, aus einer nichtthixo tropen Hartlegierung aus Aluminium oder Magnesium, insbesondere aus einer AlMgoder MgAlLegierung, oder aus einem partikeloder faserverstärkten Aluminium oder Magnesiumwerkstoff besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorform (36) aus querschnitt lich unterschiedlichen Werkstoffbereichen (A, B, C, D) zusammengesetzt ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der Vorform (36) im teilfesten/ teilflüssigen Zustand vor dem Eintritt in die Kokille (16) ein Zusatzmaterial (48) beigegeben wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial (48) der Vorform (36) in fester Form als Draht, Fasern oder Pulver, in flüssigem oder gasförmigem Zustand beigegeben wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (36) vor der Umformung zum Profilstrang (40) durch eine Heizzone (42) geführt und in der Heizzone auf ein über den gesamten Quer schnitt des Profilstranges einheitliches fest/flüs sigVerhaltnis eingestellt wird.
7. 13 Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizzone (42) in Abhängigkeit von quer schnittlich unterschiedlichen Werkstoffbereichen (A, B, C, D) ein querschnittlich unterschiedliches Tem peraturprofil eingestellt wird.
8. 14 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine gege benenfalls beheizbare Vorformkammer (12) zur Aufnahme der Vorform (36), eine an die Vorformkammer anschlies sende, gegebenenfalls beheizbare Formkammer (14) zur Umformung der Vorform (36) zum Profilstrang (40), sowie eine an die Formkammer (14) anschliessende, gekühlte Kokille (16) zur Erstarrung des Profilstranges.
9. 15 Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anlegen einer Zugkraft (K) an den Profilstrang (40) eine Auszieheinrichtung (64) nachgeordnet ist.
10. 16 Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Endformung des Profilstrangquer schnittes unmittelbar nach der Kokille (16) eine Matrize (18) angeordnet ist.
11. 17 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkammerwand (22) mit einer stetigenKrümmungindieKokillenwand (26) übergeht.
12. 18 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorformkammer (12) und/ oder in der Formkammer (14) Heizleitungen (20,21) ange ordnet sind.
13. 19 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Formkammer (14) und der Kokille (16) eine Zwischenwand (15) aus einem wär meisolierenden Material angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorformkammer (12) und der Formkammer (14) eine Heizeinrichtung (42) mit vorzugsweise individuell heizbaren Durchflusskanälen (44) für die Vorform (36) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (42) aus wenigstens zwei an einandergereihten scheibenförmigen Heizelementen (50, 58) mit integrierten Heizleitern (56,60) besteht, wo bei die Heizelemente einzeln regelbar sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Abkühlung des aus der Kokille (16) oder aus der Matrize (18) austretenden Profilstranges (40) eine Einrichtung zur Direktküh lung, vorzugsweise eine Kühleinrichtung (30) mit voll ständiger Verdampfung des auf den Profilstrang (40) aufgebrachten Kühlmittels, vorgesehen ist. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder Verwendung der Vorrichtung nach einem der An sprüche 14 bis 22 zur Herstellung von Profile (40) mit querschnittlich unterschiedlichen Werkstoffbereichen (A, B, C, D).
Description:
Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profilstranges aus einer Vorform aus einem zumindest teil- weise metallischen Werkstoff, wobei die Vorform durch eine formgebende Oeffnung zum Profilstrang verpresst wird. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung sowie eine Anwendung des Verfahrens bzw. eine Verwendung der Vorrichtung.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Metallprofilen ist das Strangpressen. Mit der heutigen Presstechnologie ist es jedoch kaum möglich, Grossprofile aus Aluminiumlegierun- gen mit einer Breite von mehr als etwa 700 mm herzustellen.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass Profilwandstärken von weniger als etwa 2 mm kaum realisiert werden können. Im Hinblick aufGewichts-undKosteneinsparungenwäreesjedoch höchst wünschenswert, die Wandstärken bei Profilen zu ver- ringern, d. h. unter Einhaltung üblicher geometrischer Pro- filtoleranzen Wandstärken von weniger als l mm zu erreichen.

Die limitierte Presskraft, die begrenzten Möglichkeiten einer gleichmässigen Metallverteilung bezüglich Temperatur und Fliessgeschwindigkeit sind die wesentlichen Faktoren, die bei Anwendung der heutigen Presstechnologie einer Her- stellung von extrem dünnwandigen Profilen entgegenstehen.

Der heutigen Presstechnologie sind jedoch auch bei der Her- stellung von Profilen mittlerer oder kleinerer Breite hin- sichtlich der zu verarbeitenden Werkstoffe sowie der zu er- zeugenden Querschnittsdimensionen gewisse Grenzen gesetzt.

So sind beispielsweise harte Aluminiumlegierungen mit den heute in konventionellen Strangpressen üblichen Presskräf- ten kaum oder nur sehr schwer zu verpressen. Diese Einschran- kung giltinbesonderemMassfürdieHerstellung vonHohlpro-

filen, insbesondere von Mehrkammerhohlprofilen. Die daraus resultierende langsame Pressgeschwindigkeit wirkt sich ne- gativ auf die Produktionskosten aus. Hinzu kommen oft unge- nügende Masstoleranzen sowie eine schlechte Metallvertei- lung, die sich vor allem durch eine ungenügende Formfüllung bei Profilpartien mit kleinen Querschnittsdimensionen be- merkbar macht.

Die Verarbeitung von partikelverstärkten Verbundwerkstof- fen aus einer Metallmatrix mit in dieser in disperser Form vorliegenden Partikeln oder Fasern aus nichtmetallischen, hochschmelzenden Materialien durch Strangpressen führt zu vergleichbaren Problemen wie die oben erwähnte Verarbeitung harter Legierungen. In WO-A-87/06624, WO-A-91/02098 und WO- A-92/01821 ist die Herstellung dieser sogenannten Metal Ma- trix Composites ausführlich beschrieben. Hierbei werden grundsätzlich zunächst die in die Metallmatrix einzuführen- den Partikel homogen in eine Legierungsschmelze eingerührt, und der schmelzflüssige Verbundwerkstoff wird nachfolgend beispielsweise durch Stranggiessen zu dem für die Weiterver- arbeitung durch Strangpressen oder Walzen geeigneten Format vergossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah- ren der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich auch harte Legierungen und Verbundwerkstoffe aller Art kostengünstig zu qualitativ hochwertigen Produkten verar- beiten lassen. Ein anderes Ziel ist die wirtschaftliche Her- stellung extrem dünnwandiger Grossprofile und/oder Gross- profilemit extremerBreite. Zudemsollenbestehende Strang- pressanlagen auf einfache und kostengünstige Weise umgerü- stet werden kbnnen.

Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Vorform in teilfestem/teilflüssigem Zustand zum Profil- strang verformt und der Profilstrang im teilfesten/teil-

flüssigenZustand zurErstarrung durcheinegekühlte Kokille geführtwird.

Die Vorform wird üblicherweise in der Form eines Bolzens in eine weiter unten näher beschriebene Vorformkammer einge- setzt. Vorform und Vorformkammer entsprechen damit dem Pressbolzen bzw. dem Rezipienten beim Strangpressen.

Durch die erfindungsgemässe Verformung der Vorform im teil- festen/teilflüssigen Zustand lassen sich bei gleichbleiben- der Presskraft Werkstoffe zu Profilen verarbeiten, die über konventionelles Strangpressen kaum oder nur sehr unwirt- schaftlich herstellbar sind. Als Folge der geringeren erfor- derlichen Presskräfte können im Vergleich zur konventionel- len Herstellungsweise vergleichbare Profildimensionen auf kleineren Anlagen verpresst werden, was sich günstig auf die Fabrikationskosten auswirkt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass Hartlegierungen und Verbundmaterialien zu Profilen mit metallurgischen Eigenschaften verarbeitet wer- den können, die über konventionelles Strangpressen nicht erzielbar sind.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich bei gleich- bleibender Presskraft auch breitere Profile mit geringerer Profilwandstärke herstellen als dies mit der heutigen Press- technologie möglich ist.

Die zentrale Idee, die dem erfindungsgemässen Verfahren zu- grunde liegt, wird darin gesehen, die Vorform mit möglichst geringer Presskraft dem Endquerschnitt so stark anzunähern, dass eine Endformung des Profilstrangquerschnittes mittels einer Matrize ebenfalls mit geringer Presskraft durchge- führt werden kann. Dies wird durch die erfindungsgemässe Verformungimteilfesten/teilflüssigenZustanderreicht.

Der Einsatz von Vorformen im teilfesten/teilflüssigen Zu- stand hat gegenüber der Verwendung herkömmlicher, vollkom- men erstarrter Pressbolzen den Vorteil, dass die Umformung mit wesentlich geringerer Presskraft erfolgen kann. Wird der Anteil an Flüssigphase gegenüber dem Festphasenanteil ge- ring gehalten, so kann auch in dickwandigen Profilbereichen eine genügend rasche Erstarrung erreicht werden.

Da der Druck auf die Vorform, d. h. die Presskraft, beispiels- weise infolge der bei Spezialzusätzen erforderlichen hohen <BR> <BR> Rezipiententemperaturvonbiszu 600°C nichtbeliebigerhöht werden kann, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehen, das Verpressen der Vorform zum Profilstrang durch eine am Profilstrang an- greifende Zugkraft zu unterstützen.

Bevorzugt beträgt der Umformungsgrad beim Uebergang von der Vorform zum Profilstrang im teilfesten/teilflüssigen Zu- stand wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%. Unter Umformgrad wird hier die Abnahme des Querschnitts während der Verformung der Vorform zum Profilstrang verstanden.

Wird am Profilstrangeine hoheOberflächengüte und/oder eine hohe Masstoleranz gefordert, so kann der Profilstrang unmit- telbar nach dem Austritt aus der Kokille zur Endformung des Profilstrangquerschnittes durch eine Matrize geführt wer- den. Diese Endformung des Profilstrangquerschnittes wird zweckmässig mit einem Umformgrad von höchstens 15%, vorzugs- weise höchstens 10%, durchgeführt.

Bevorzugt wird der Profilstrang nach dem Austritt aus der Kokille oder der Matrize durch vollständige Verdampfung eines auf den Profilstrang aufgesprühten Kühlmittels ge- kühlt. Durch die Kühlung mit vollständiger Verdampfung des Kühlmittels wird verhindert, dass flüssiges Kühlmittel in Richtung auf das heisse und gegebenenfalls noch in teilflüs- sigem Zustand vorliegende Metall zurückfliessen kann. Mit

dieser Massnahme kann die Kühleinrichtung möglichst nahe am Ort der gewünschten Kühlung, d. h. möglichst nahe bei der Ko- kille bzw. der Matrize, angeordnet sein.

Der Anteil an Flüssigphase in der Vorform während deren Ver- formung richtet sich nach der Art des zu verarbeitenden Werk- stoffes. Im allgemeinen liegt dieser Anteil bei höchstens 70% und beträgt vorzugsweise etwa 20 bis 50%. Für die Vorfor- men können grundsätzlich alle Werkstoffe eingesetzt werden, bei denen sich ein teilfester/teilflüssiger Zustand inner- halb eines für die Praxis genügend breiten Temperaturinter- valls einstellenlässt. GeeigneteWerkstoffe sindetwa -Legierungen, insbesondere Aluminium-und Magnesiumlegie- rungen, im thixotropen Zustand, mit unterschiedlichen Anteilen fest/flüssig, z. B. Hartlegierungen vom Typ AlMg bzw. MgAl -Legierungen auf der Basis von Magnesium oder Kupfer im thixotropen Zustand, mit unterschiedlichen Anteilen fest/ flüssig -Legierungen auf der Basis von Aluminium oder Magnesium mit metallischen oder nichtmetallischen Anteilen hochschmel- zender Partikel und/oder Fasern (Metal Matrix Composites) Als Metallmatrix sind insbesondere Aluminium-und Magne- siumlegierungen geeignet. Deren Grundeigenschaften wie me- chanische Festigkeit und Dehnung können in bekannter Weise über die verschiedenen Legierungstypen erreicht werden. Mit den nichtmetallischen Zusätzen können u. a. die Härte, die Steifigkeit sowie weitere Eigenschaften günstig beeinflusst werden. Bevorzugte nichtmetallische Zusätze sind keramische Werkstoffe wie Metalloxide, Metallnitride und Metallkarbi- de. Beispiele derartiger Werkstoffe sind Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Borkarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid.

Grundsätzlich können Profile aus Verbundwerkstoffen so her- gestellt werden, dass die Vorform bereits alle Werkstoffe in der gewünschten Form enthält. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es jedoch auch möglich, der Vorform im teilfe- sten/teilflüssigen Zustand vor dem Eintritt in die Kokille ein Zusatzmaterial beizugeben. Dieses Zusatzmaterial kann in unterschiedlicher Form und auch in verschiedenen Aggre- gatszustdnden zugesetzt werden. Beispielsweise kann das Zusatzmaterial der Vorform in fester Form als Draht, Fasern oder Pulver kontinuierlich zugeführt werden. Hierbei können Drähte beispielsweise in der Form von Armierungen im Profil verbleiben. In Form von Draht kann aber auch ein Werkstoff beigegeben werden, der im teilflüssigen/teilfesten Bereich aufschmilzt und dort legiert bzw. eine chemische Reaktion auslöst. Das Zusatzmaterial kann auch in flüssigem oder in gasförmigem Zustand beigegeben werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber dem konventionellen Strangpressen liegt auch da- rin, dass Vorformen aus querschnittlich unterschiedlichen Werkstoffbereichen zusammengesetzt sein können. So ist es beispielsweise möglich, die Randzone oder auch innere Par- tien eines Profils mit gegenüber der Matrix anderen mechani- schen Eigenschaften wie grössere Härte, Steifigkeit, Ab- riebfestigkeit und dgl. auszustatten.

Die Verarbeitung von Vorformen mit querschnittlich unter- schiedlichen Werkstoffbereichen wird dadurch ermöglicht, dass die Vorform vor der Umformung zum Profilstrang durch eine Heizzone geführt und in der Heizzone auf ein über den <BR> <BR> gesamtenQuerschnitt desProfilstranges einheitliches fest/ flüssig-Verhältnis eingestellt wird. Hierzu kann in der Heizzone in Abhangigkeit von querschnittlich unterschiedli- chen Werkstoffbereichen ein querschnittlich unterschiedli- ches Temperaturprofil eingestellt werden.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens

geeignete Vorrichtung umfasst eine gegebenenfalls beheizba- re Vorformkammer zur Aufnahme der Vorform, eine an die Vor- formkammer anschliessende, gegebenenfalls beheizbare Form- kammer zur Umformung der Vorform zum Profilstrang, sowie eine an die Formkammer anschliessende, gekühlte Kokille zur Erstarrung des Profilstranges, wobei optional zur Endfor- mung des Profilstrangquerschnittes unmittelbar nach der Kokille noch eine Matrize angeordnet sein kann.

Der erfindungsgemässen Vorrichtung kann zum Anlegen einer Zugkraft an den Profilstrang und damit zur Unterstützung des gesamten Pressvorgangs eine Auszieheinrichtung nachgeord- net sein. Die Auszieheinrichtung kann Greifer und/oder An- treibrollen umfassen.

Bevorzugt geht die Formkammerwand mit einer stetigen Krüm- mung in die Kokillenwand über, d. h. der Querschnitt der sich zum Profilstrang verformenden Vorform nimmt kontinuierlich ab.

Zur Erzeugung bzw. Aufrechterhaltung des teilfesten/teil- flüssigen Zustandes der Vorform sind in der Vorformkammer und/oder in der Formkammer Heizleitungen angeordnet. Zudem ist es zweckmässig, zwischen der im allgemeinen beheizten Formkammer und der gekühlten Kokille eine Zwischenschicht aus einem warmeisolierenden Material anzuordnen.

Zweckmässig ist zwischen der Vorformkammer und der Formkam- mer eine Heizeinrichtung angeordnet. Diese weist vorzugs- weise individuell heizbare Durchflusskanäle für die Vorform auf.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht die Heizeinrichtung aus wenigstens zwei aneinandergereihten scheibenförmigen Heizelementen mit integrierten Heizleitern, wobei die Heizelemente einzeln regelbar sind.

Zur weiteren Abkühlung des aus der Kokille oder aus der Ma- trize austretenden Profilstranges ist eine Einrichtung zur Direktkühlung vorgesehen. Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird eine Kühleinrichtung mit vollständiger Verdam- pfung des auf den Profilstrang aufgebrachten Kühlmittels bevorzugt.

Ein besonders bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungs- gemässen Verfahrens sowie der Vorrichtung wird in der Her- stellung von Profilen mit querschnittlich unterschiedlichen<BR> Werkstoffbereichen gesehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ; diese zeigt schematisch in Fig. 1 die Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Herstel- lung eines Profilstranges ; Fig. 2-4 den Längs-und Querschnitt durch verschiedene Vorformen mit querschnittlich unterschiedlichen Werkstoffbereichen ; Fig. 5 eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Heiz- element ; Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch das Heizelement von Fig. 5 nach deren Linie I-I ; Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Heizeinrichtung mit Heizelementen ; Fig. 8 ein Temperaturprofil über die Lange der Heizein- richtung von Fig. 7 ;

Fig. 9 eine andere Ausführungsform einer Heizeinrich- tung mit Heizelementen.

Ein in der Zeichnung aus Gründen der besseren Uebersicht nicht wiedergegebene Strangpressanlage zur Herstellung von Metallprofilen weist gemäss Fig. 1 einen Rezipienten 10 mit einer Vorformkammer 12 zur Aufnahme von Vorformen 36 auf. An die Vorformkammer 12 schliessen sich--in Pressrichtung x <BR> <BR> gesehen--der Reihe nach eine Heizeinrichtung 42, eine Form- kammer 14, eine Kokille 16 sowie eine Matrize 18 an.

Die Vorformkammer 12 und die Formkammer 14 sind mit Heizlei- tungen 20,21 zum Beheizen der beiden Kammern 12,14 be- stückt. Die Heizeinrichtung 42 weist eine Vielzahl von pa- rallel zur Pressrichtung x angeordneten, individuell be- heizbaren Durchflusskanälen 44 zum Aufheizen der Vorform 36 zu einem Gleichgewichtszustand bezüglich des gewünschten fest/flüssig-Verhältnisses auf. Zwischen der Formkammer 14 und der Kokille 16 ist eine Zwischenschicht 15 aus einem wär- meisolierenden Werkstoff angeordnet.

Die Kokille 16 ist mit einer ersten Kühleinrichtung 24 zur indirekten Kühlung des durch Kontakt mit der Kokillenwand 26 erstarrenden Metallstranges ausgestattet. Eine zweite Kühl- einrichtung 30 ist innerhalb der Matrize 18 angeordnet und dient der direkten Kühlung des aus der Matrize austretenden Profilstranges 40 durch direkte Beaufschlagung mit Kühlmit- tel.

Zur Herstellung von Hohlprofilen kann die Profilkammer 14-- in gleicher Weise wie beim Strangpressen--mit einem ent- sprechenden Dorneinsatz versehen sein.

In der Formkammer 14 mündet ein Einführungskanal 46 zum Zu- führen eines Zusatzmaterials 48 in den teilfesten/teilflüs- sigen Bereich. Dieses Zusatzmaterial 48 kann in fester Form als Draht, Fasern oder Pulver, in flüssigem oder auch in gas-

förmigem Zustand zugeführt werden.

An der Austrittsseite der Matrize 18 ist eine Ausziehein- richtung 64 angeordnet. Ueber Treibrollen 66 wird an den aus der Matrize 18 austretenden Profilstrang 40 in Pressrichtung x eine Zugkraft K angelegt. Mit dieser Massnahme wird der Pressvorgang entlastet, so dass auch bei erhöhten Presstem- peraturen eine akzeptable Pressgeschwindigkeit erzielt wer- den kann.

Die Funktions-und Betriebsweise der vorstehend beschriebe- nen Anordnung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Prinzipskizze näher erläutert. Der Vollstän- digkeit halber sei hier noch erwähnt, dass die erfindungsge- mässe Anordnung so ausgelegt ist, dass sie problemlos in eine konventionelle Strangpressanlage eingebaut werden kann.

Die Vorform 36 in der Form eines üblicherweise bereits vorge- wärmten Metallbolzens wird in die Vorformkammer 12 einge- führt und über die Heizleitungen 20 weiter aufgeheizt. Ueber einen Stempel 32 mit Pressscheibe 34 wird die Vorform 36 in Pressrichtung x getrieben und innerhalb der Heinzeinrich- tung 42 in den gewünschten teilfesten/teilflüssigen Zustand überführt. In der Formkammer 14 erfolgt der Hauptteil der Verformung der Vorform 36, wobei die Wand 22 der Formkammer 14 sich kontinuierlich der Einlauföffnung der Kokille 16 annähert.

Innerhalb der Kokille 16, deren Aufbau grundsätzlich demje- nigen einer konventionellen Stranggiesskokille entspricht, erfolgt die Erstarrung des Metallstranges vom teilfesten/ teilflüssigen Zustand f/fl zum festen Zustand f entlang einer von der Kokillenwand 26 ausgehenden Erstarrungsfront 38. Unmittelbar am Austrittsende der Kokille 16 tritt der erstarrte Metallstrang in die Matrize 18 ein und wird dort in einer Matrizenöffnung 28 endgeformt.

Im Idealfall wird die Gestalt des Profilstranges 40 inner- halb der Kokille 16 bereits derart angenähert, dass in der Matrize 18 nur noch eine geringe Querschnittsveränderung bzw. eine schwache Umformung erfolgt, d. h. die Matrize 18 dient vorwiegend der Ausbildung einer qualitativ hochste- henden Profiloberfläche sowie der Erzeugung eines massge- nauen Profilquerschnittes. Durch die direkte Beaufschlagung des aus der Matrize 18 austretenden Profilstranges 40 mit Kühlmittel aus der Kühleinrichtung 30 wird sichergestellt, dass allenfalls noch teilflüssige Anteile im Profilinneren vollständig erstarren. Der erstarrte Profilstrang 40 wird nach seinem Austritt aus der Matrize 18 von den Treibrollen 66 der Auszieheinrichtung 64 erfasst und in Pressrichtung x aus der Matrize 18 gezogen.

Als Werkstoffe für die in die Vorformkammer 12 aufzugebende Vorform 36 eignen sich neben reinen Metallegierungen auch Metalle mit metallischen oder nichtmetallischen Zusätzen, die einen höheren Schmelzpunkt als das Grundmetall aufwei- sen. Zu diesen Werkstoffen gehören beispielsweise partikel- oder faserverstärkte Werkstoffe mit einer Aluminiummatrix, d. h. sogenannte Metal Matrix Composites. Weitere geeignete Werkstoffe sind Legierungen--insbesondere Aluminiumlegie- rungen--im thixotropen Zustand, sowie nichtthixotrope Hartlegierungen wie beispielsweise AlMg-Legierungen, ins- besondere Legierungen mit eutektischer Erstarrung.

In den Fig. 2 bis 4 sind beispielhaft verschiedene Vorformen 36 mit querschnittlich unterschiedlichen Werkstoffberei- chen A, B, C, D dargestellt. Es ist ohne weiteres verstandlich, dass mit diesen Vorformen Profile mit querschnittlich unter- schiedlichen Werkstoffeigenschaften erzeugt werden können.

Mit einem an die jeweiligen Werkstoffbereiche querschnitt- lich angepassten Temperaturprofil innerhalb der Heizein- richtung 42 kann erreicht werden, dass am Ausgang der Heiz- einrichtung 42 in allen Werkstoffbereichen A, B, C, D ein ein- heitliches fest/flüssig-Verhaltnis eingestellt ist.

DieVorformen36könnengrundsätzlichbereitsim teilfesten/ teilflüssigen Zustand in die Vorformkammer 12 aufgegeben werden. Wegen der einfacheren Handhabung vollkommen starrer Vorformen werden diese jedoch üblicherweise bis knapp unter die jeweils niedrigste Solidustemperatur aufgeheizt und erst innerhalb der Vorformkammer 12 und der Formkammer 14 in den gewünschten teilfesten/teilflüssigen Zustand über- führt.

In der nachstehenden Tabelle sind die anhand einer Modell- rechnung für eine beispielhafte Anordnung ermittelten Werte für den Druck p und den Umformungsgrad d den einzelnen Um- formstationen der erfindungsgemässen Anordnung zugeordnet.

Vorformkammer Formkammer Kokille Matrize p (bar) 100 500 100 1000 d (%) 0 90 2 8 GemässdenFig. 5bis7istdieHeizeinrichtung 42 aus einzel- nen scheibenförmigenHeizelementen 50 zusammengesetzt. Die- se beispielsweise aus Stahl gefertigten Heizelemente 50 wei- sen Durchbrüche 52 auf, dievonindie Oberflächeeingearbei- teten Nuten 54 umgeben sind. Nach dem Einlegen von Heizdräh- ten 56 werden die Nuten 54 zugeschweisst. Fig. 7 zeigt die Aneinanderreihungvonscheibenförmigen Heizelementen 50 zur Heizeinrichtung 42. Die Durchbrüche 52 der einzelnen schei- benförmigen Heizelemente 50 sind derart aufeinander abge- stimmt, dass sie die durchgehenden Durchflusskanäle 44 bil- den.

Fig. 8 zeigt den prozentualen Flüssiganteil des zu verarbei- tenden Werkstoffes überder Länge der Heizeinrichtung 42 von Fig. 7. Durch individuelle Regelung der einzelnen Heizele- mente 50 wird ein Temperaturprofil erzeugt, welches zu einem im wesentlichen linearen Anstieg des Flüssigphaseanteils

führt. Bei Eintritt des zu verarbeitenden Werkstoffes in die Heizeinrichtung 42 beträgt der Anteil der flüssigen Phase beispielsweise 20%, auf der Austrittsseite der Heizeinrich- tung beispielsweise 60%. Bei einer Heizleistung von etwa 1 kW pro Heizelement sind 5 bis 6 Elemente ausreichend, um den gewünschten Flüssigphaseanteil zu erzeugen.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Heizein- richtung 42. Scheibenförmige Heizelemente 58 aus beispiels- weise Bornitrid weisen in ihre Oberfläche integrierte Heiz- leiter 60 auf. Die Dicke der Heizelemente 58 beträgt bei- spielsweise 1 mm. Die einzelnen Heizelemente 58 sind durch Zwischenscheiben 62 aus beispielsweise mit Kohlefasern ver- stärktem Graphit voneinander getrennt. Die Heizelemente 58 und die Zwischenscheiben 62 weisen Durchbrüche 52 auf, die insgesamt die Durchflusskanäle 44 bilden. Eine derartige Heizeinrichtung kann bei Temperaturen über 1000° betrieben werden, so dass durch Wärmeabstrahlung in die Vorform 36 be- reits vor deren Eintritt in die Heizeinrichtung 42 der Flüs- sigphaseanteil auf etwa 20% eingestellt werden kann. Darüber hinaus lässt sich mit dieser Einrichtung ein gewünschtes Temperaturprofil wesentlich rascher und präziser einstel- len.