DE19823797A1

DE19823797A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Stranggießen von Werkstücken

Info

Publication number: DE19823797A1
Application number: DE19823797A
Authority: DE
Inventors: Volker Thoms; Andreas Poellmann; Franz Guetlbauer; Hartmut Hoffmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-09
Also published as: US6401800B1; EP0968778A1; EP0968778B1; DE59911163D1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Stranggießen von Werkstücken weist einen Schmelztiegel, eine Einfülleinrichtung und ein Formwerkzeug auf, welches mit einem Temperierungssystem versehen ist. Das Temperierungssystem des Formwerkzeugs ist so ausgelegt, daß Bereiche des herzustellenden Werkstücks mit einer größeren Wandstärke stärker kühlbar sind, und daß Bereiche des herzustellenden Werkstücks mit einer geringeren Wandstärke weniger stark kühlbar und/oder beheizbar sind. Die Erstarrungsfront des Werkstücks liegt in einer Ebene, die wenigstens annähernd senkrecht zu der Vertikalachse des Werkstücks ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stranggie ßen von Werkstücken nach der im Oberbegriff von An spruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stranggießen von Werk stücken nach der im. Oberbegriff von Anspruch 10 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung sowie ein entsprechen des Verfahren sind aus der DE-OS 26 50 016 bekannt.

Das dort als Extrudieren bezeichnete Verfahren ist auch unter der Bezeichnung Stranggießen bekannt. Dabei wird aus einem flüssigen Metall in einem Formwerkzeug, in diesem Fall als Extrudiermatrize bezeichnet, als Werkstück ein Endlosstrang abgezogen.

Aus der DE-PS 42 92 17 ist ein Verfahren zur Herstel lung von Rohren, Drähten usw. bekannt, welches das bekannte Schleudergußverfahren mit dem ebenfalls be kannten Strangpreßverfahren verbindet.

Des weiteren beschreibt die DE 31 50 684 C2 ein halb kontinuierliches Stranggießverfahren für Metalle mit nach oben abzuziehendem Strang. Durch das dort be schriebene, sehr komplizierte Verfahren soll sicherge stellt werden, daß sich auch aus komplexen Legierungen seigerungsfreie Stränge ausgezeichneter Qualität bei hoher Produktionsleistung herstellen lassen.

Durch diese Verfahren und Vorrichtungen ist es nach teiligerweise nicht möglich, Werkstücke mit, kompli zierten Querschnitten, welche insbesondere unter schiedliche Dicken aufweisen, durch Stranggießen her zustellen.

Die Verfahren Stranggießen und Strangpressen sind au ßer aus den oben genannten Schriften auch aus dem all gemeinen Stand der Technik bekannt. Um beliebige, je nach Verwendungszweck teilweise recht komplizierte Profile herzustellen, wird meist ein Halbzeug durch Stranggießen hergestellt und anschließend durch Strangpressen in die endgültige Form gebracht.

Der hohe Fertigungsaufwand und die damit verbundenen hohen Kosten dieses Verfahrens und der dabei verwende ten Vorrichtungen sind jedoch sehr nachteilig.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stranggießen zu schaffen, mit welchen auch Werkstücke von komplizier tem Querschnitt, insbesondere mit unterschiedlichen Dicken hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Eine verfahrensmäßige Lösung ergibt sich aus den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 10 genannten Merkma len.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Temperie rungssystems des Formwerkzeugs können nunmehr Bereiche des herzustellenden Werkstücks stärker gekühlt werden und Bereiche mit geringerer Wandstärke können weniger stark gekühlt oder sogar beheizt werden. Dadurch ist es möglich, Werkstücke mit beliebigem Querschnitt durch Stranggießen herzustellen, da die Erstarrungs front, also der Bereich in dem die Schmelze in das fertige Werkstück übergeht, trotz der unterschiedli chen Wandstärken nunmehr in einer Ebene senkrecht zu der Vertikalachse des Werkstück bzw. des Werkzeugs zu liegen kommt. Die bisherige Problematik, daß Bereiche mit geringerer Wandstärke eine längere Erstarrungszeit haben als Bereiche mit größerer Wandstärke, ist somit nicht mehr gegeben.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung geht aus den Unteransprüchen 2 bis 4 hervor.

Durch das Anpassen der Anzahl bzw. des Durchmessers der Kühlmittelleitungen bzw. der Heizleitungen ergibt sich eine einfache konstruktive Umsetzung der erfin dungsgemäßen Auslegung des Temperierungssystems.

Eine alternatsve Möglichkeit der Ausführung des erfin dungsgemäßen Temperierungssystems des Formwerkzeugs ergibt sich aus den Unteransprüchen 5 und 6.

Durch die geringere Höhe des Formwerkzeugs in den Werkstückbereichen mit geringerer Wandstärke ergibt sich eine geringere wirksame Höhe des Temperierungssy stems, welches somit einen geringeren Kühleffekt in den Bereichen mit geringerer Wandstärke des herzustel lenden Werkstücks erzeugt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dar gestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Strang gießen in einer stark schematisierten Darstel lung;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Formwerkzeugs im Schnitt nach der Linie II-II aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsge mäßen Formwerkzeugs in einer Vorderansicht.

Gemäß Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Stranggießen mit einem Schmelztiegel 2, einer Einfülleinrichtung 3 und einem Formwerkzeug 4 dargestellt. Aus dem Form werkzeug 4 tritt an dessen Unterseite ein durch Stranggießen hergestelltes Werkstück 5 aus bzw. dieses wird durch geeignete Einrichtungen abgezogen.

In den Schmelztiegel 2 wird an dessen Oberseite Schmelze 6 eingefüllt, welche in diesem Fall durch ihren eigenen hydrostatischen Druck über die Ein fülleinrichtung 3 in das Formwerkzeug 4 gelangt. In nicht dargestellter Art und Weise wäre es auch mög lich, die Schmelze 6 über einen pulsierenden Drucker zeuger, wie z. B. einen Stempel oder einen Extruder, dem Formwerkzeug 4 zuzuführen. Dies wäre insbesondere dann sinnvoll, wenn höhere Preßkräfte erforderlich wären. In beiden Fällen könnte die Zuführung der Schmelze 6 dabei auch in horizontaler Richtung erfol gen. Aus der Schmelze 6 entsteht in dem Formwerkzeug 4 durch Erstarrung das Werkstück 5.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Formwerkzeug 4, welches in an sich bekannter Weise mit einem Temperie rungssystem 7 versehen ist. Das Temperierungssystem 7 weist Kühlmittelleitungen 8 und im vorliegenden Fall auch Heizleitungen 9 auf. Das Temperierungssystem 7 ist dafür vorgesehen, die Schmelze 6 bzw. das Werk stück 5 so abzukühlen, daß sich bis zum Austreten des Werkstücks 5 an der Unterseite des Formwerkzeugs 4 eine gleichmäßige Erstarrungsfront bildet.

Das Werkstück 5, welches durch einen Hohlraum 10 in dem Formwerkzeug 4 gebildet wird, weist in seinem Querschnitt Bereiche 22 mit einer größeren Wandstärke d₁ und Bereiche 12 mit einer geringeren Wandstärke d2 auf. In den Bereichen 11 mit größeren Wandstärken d₁ befinden sich mehr Kühlmittelleitungen 8 als in den Bereichen 12 mit der geringeren Wandstärke d2, wo sich gegebenenfalls auch Heizleitungen 9 befinden können.

Dies ist der Fall, weil die Bereiche 11 mit den größe ren Wandstärken d₁ eine längere Erstarrungszeit benö tigen als die Bereiche 12 mit den geringeren Wandstär ken d₂. Die Kühlmittelleitungen 8 und die Heizleitun gen 9 müssen so angeordnet und aufeinander abgestimmt sein, daß das Werkstück 5 in einer Ebene E senkrecht zu seiner Vertikalachse A erstarrt.

Bei dem Werkstück 5 handelt es sich hierbei um ein Hohlprofil, weshalb das Formwerkzeug 4 auch einen an sich bekannten Dorn 13 aufweist, welcher ebenfalls mit Kühlmittelleitungen 8 und gegebenenfalls mit Heizlei tungen 9 versehen ist. Statt des Dorns 13 könnte al ternativ auch eine ebenfalls bekannte Brückenmatrize vorgesehen sein.

Ineinem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, daß die Kühlmittelleitungen 9 in den Bereichen 11 mit größerer Wandstärke d₁ einen grö ßeren Durchmesser aufweisen als die Kühlmittelleitun gen 8 in den Bereichen 12 mit geringerer Wandstärke d₂.

Durch die beiden beschriebenen Anordnungen werden die Bereiche 11 des Werkstücks 5 mit der größeren Wand stärke d₁ stärker gekühlt als die Bereiche 12 des Werkstücks 5 mit der geringerer Wandstärke d₂. Durch die sich am unteren Rand des Formwerkzeuges 4 ergeben de gleichmäßig erstarrende Schicht des Werkstücks 5 können durch das Formwerkzeug 4 Werkstücke 5 mit be liebigem Querschnitt, insbesondere mit unterschiedli chen Wandstärken hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel des Formwerkzeugs 4 mit Kühlmittelleitungen 8, welches hier verschiedene Höhen aufweist, um die unterschied lichen Erstarrungszeiten durch die unterschiedlichen Wandstärken d₁ und d₂ des Werkstücks 5 zu berücksichti gen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist der Hohlraum 10 und der Dorn 13 des Formwerkzeugs 4 in Fig. 3 nicht dargestellt. In den Bereichen 11 (nicht dargestellt) mit der größeren Wandstärke d₁ des herzustellenden Werkstücks 5 weist das Formwerkzeug 4 eine größere Höhe h₁ auf als in den Bereichen 12 mit der geringeren Wandstärke d₂, wo das Formwerkzeug 4 lediglich die Höhe h₂ aufweist. In den Bereichen 12 mit niedrigerer Höhe h₂ ist in der Einfülleinrichtung 3 ein Einfließ bereich 14 vorgesehen, dessen Höhe h3 der Differenz zwischen der Höhe h₁ der höheren Bereiche 11 und der Höhe h₂ der flacheren Bereiche 12 entspricht.

Bei Werkstücken 5 mit sehr komplizierten Querschnitten können sich selbstverständlich noch weitere Höhendif ferenzen der entsprechenden Bereiche ergeben, so daß letztendlich ein Formwerkzeug 4 mit einer vollständig an das Werkstück 5 angepaßten Kontur entsteht.

In den Bereichen 11 ergibt sich somit eine stärkere Kühlung durch die Kühlmittelleitungen 8 als in den Bereichen 12, die aufgrund ihrer geringen Höhe h₂ auch kürzere Kühlmittelleitungen 8 aufweisen.

Somit ist auch durch dieses Formwerkzeug 4 die Her stellung von Werkstücken 5 mit beliebigen Querschnit ten durch Stranggießen möglich, und es muß nicht wie bisher ein zusätzlicher Arbeitsschritt, nämlich das Strangpressen, durchgeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Stranggießen von Werkstücken mit einem Schmelztiegel, einer Einfülleinrichtung und mit einem Formwerkzeug, welches mit einem Tempe rierungssystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungssystem (7) des Formwerkzeugs (4) so ausgelegt ist, daß Bereiche (11) des herzustel lenden Werkstücks (5) mit einer größeren Wandstär ke (d₁) stärker kühlbar sind, und daß Bereiche (12) des herzustellenden Werkstücks (5) mit einer geringerer Wandstärke (d₂) weniger stark kühlbar und/oder beheizbar sind, und zwar derart, daß die Erstarrungsfront des Werkstücks (5) in einer Ebene (E)liegt, die wenigstens annähernd senkrecht zu der Vertikalachse (A) des Werkstücks (5) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungssystem (7) des Formwerkzeugs (4) Kühlmittelleitungen (8) und gegebenenfalls Heiz leitungen (9) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen (11) des herzustellenden Werk stücks (5) mit einer größeren Wandstärke (d₁) eine größere Anzahl von Kühlmittelleitungen (8) vorge sehen sind als in den Bereichen (12) des herzu stellenden Werkstücks (5) mit einer geringerer Wandstärke (d₂).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen (11) des herzustellenden Werk stücks (5) mit einer größeren Wandstärke (d₁) die Kühlmittelleitungen (8) einen größeren Durchmesser aufweisen als in den Bereichen (12) des herzustel lenden Werkstücks (5) mit einer geringerer Wand stärke (d₂), oder daß in den Bereichen (12) des herzustellenden Werkstücks (5) mit einer geringe rer Wandstärke (d₂) Heizleitungen (9) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (4) in den Bereichen (11) mit der größeren Wandstärke (d₁) des herzustellenden Werk stücks (5) mit einer größeren Höhe (h₁) als in den Bereichen (12) mit der geringeren Wandstärke (d₂) des herzustellenden Werkstücks (5) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen (12) mit niedrigerer Höhe (h₂) ein Einfließbereich (14) in der Einfülleinrichtung (3) vorgesehen ist, dessen Höhe (h3) der Differenz zwischen der Höhe (h₁) der höheren Bereiche (11) und der Höhe (h₂) der flacheren Bereiche (12) ent spricht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr der Schmelze (6) in das Formwerk zeug (4) der hydrostatische Druck der Schmelze (6) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr der Schmelze (6) in das Formwerk zeug (4) ein pulsierender Stempel vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr der Schmelze (6) in das Formwerk zeug (4) ein Extruder vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Stranggießen von Werkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei einem Schmelz tiegel Schmelze zugeführt wird, welche über eine Einfülleinrichtung in ein mit einem Temperierungs system versehenen Formwerkzeug gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Formwerkzeug (4) Bereiche (11) des herzu stellenden Werkstücks (5) mit einer größeren Wand stärke (d₁) stärker gekühlt werden und daß Berei che (12) des herzustellenden Werkstücks (5) mit einer geringeren Wandstärke (d₂) weniger stark ge kühlt und/oder beheizt werden.