EP2809461B1 - Device and method for producing non-porous profiles from separation residues by means of extrusion - Google Patents
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- EP2809461B1 EP2809461B1 EP12784418.1A EP12784418A EP2809461B1 EP 2809461 B1 EP2809461 B1 EP 2809461B1 EP 12784418 A EP12784418 A EP 12784418A EP 2809461 B1 EP2809461 B1 EP 2809461B1
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for producing pore-free profiles from separating residues by means of extrusion according to the preamble of claims 1 and 8 and to a method for producing property-graded profiles from separating residues according to claim 10.
- This further processing usually consists in the fact that larger quantities e.g. of chips, which due to their macro geometry only form a loose heap or a collection of free-flowing smaller particles, are either broken down into smaller particles in appropriate shredders or also compacted in appropriate compactors, so that the volumetric space required for storing and transporting the chips decreases.
- the usual way of further using such pretreated chips and separating residues is that the recycling companies transport them further to the corresponding melting companies and melt them at high temperatures and thereby recycle them.
- the problem here is, on the one hand, the high expenditure for the collection, storage, transport and pretreatment of the not yet or not sufficiently compacted separation residues and, on the other hand, the high energy expenditure for melting for recycling.
- Corresponding briquetting presses are known, in which light metal chips can be compressed by pressing stamps and can be output in the form of briquettes. Although this significantly reduces the volume of chips to be stored and transported, the resulting light metal briquettes still have a high proportion of fluid media such as air and cooling lubricant residues, which are enclosed in the briquette and are very difficult to process directly.
- the light metal briquettes are only used by melting.
- the invention is based on a generic device for producing pore-free profiles from separation residues by means of extrusion presses, comprising an extrusion press with a compression chamber consisting of a press ram, a press die and a recipient, into which a pile consisting of manufacturing processes separating separation residues or the like, such as chips or residual materials is fillable.
- a cover element can be arranged, against which the press ram compresses the heap of separation residues into a compact and thereby removes fluid inclusions remaining in the compression chamber and in the pile, after which the cover element can be removed again and the compressed one Compact can be pushed through the press die as a profile cross section.
- the pellet produced in this way can then be pressed through the press die in a conventional manner and, because of the pore-free initial state before the extrusion, now also forms defect-free profiles.
- the quality of the extruded profiles that can be produced can be significantly increased, for which no further modifications of the extrusion press are necessary except for the addition of the covering element to the cover element and the movement devices required for this.
- the compression and the extrusion can be carried out directly in succession in the same extrusion press, whereby additional handling processes of the compact are avoided and the process heat of the compression can also be used directly for the temperature control of the compact for the extrusion.
- the extrusion of separating residues modified according to the invention can thus be implemented particularly economically and easily in terms of device technology, directly into high-quality profiles.
- the cover element can be essentially disk-shaped and can be inserted between the compression chamber and the die, preferably pivoted in or pushed in.
- a disk-shaped cover element of this type which is pivoted or pushed approximately laterally into the working space of the extrusion press between the compression chamber and the die during the compression of the pile to form the pore-free molding, the extrusion press need only be modified slightly.
- the cover element can be supported on the press die against the force exerted on the heap or the compact due to the pressure of the press die and therefore only has to be dimensioned such that the press pressures can be reliably introduced into the press die.
- the invention further relates to a process for the production of pore-free profiles from separation residues by means of extrusion presses, a pile consisting of manufacturing processes separating separation residues or the like, such as chips or residual materials, being filled in an extrusion press into a compression chamber from a press ram, a press die and a recipient.
- the heap of manufacturing processes separating residual residues is increasingly compressed into a compact in the compression chamber between the press die and a cover element sealing the compression chamber on the press die side while being heated, and the compact is then held under constant hydrostatic pressure over a predeterminable period of time, as a result of which the pile and / remaining fluid inclusions are directed and largely completely expelled, and immediately afterwards the cover element is removed and the compact is pressed through the pressing die into an extruded profile.
- the pile consisting of manufacturing processes separating residues or the like, such as chips or residual materials
- the pile is fed in precompacted form with a limited degree of compression to the compression chamber of the extrusion press.
- Part of the compression of the material of the pile takes place in appropriate compacting devices, such as known briquetting presses or the like, and thus materials which can be introduced directly and comfortably into the extrusion press without thermal influence are produced.
- the pressing of the precompacted pile to the pore-free compact is then carried out under thermal influence before the actual extrusion.
- the separating residues forming the pile of each layer have, preferably continuously changing, material properties that change along the later pressing direction. This can be achieved, for example, by the fact that, during the production of the layers, the separating residues forming the pile or the like always have a slightly different composition in the direction of the later pressing direction, for example by repeatedly changing the mixing ratio of the separating residues made of different materials . This makes it possible to produce a smooth transition between the material properties of the profiles extruded from the pile thus formed. It is also conceivable to layer individual thin layers of separation residues, each with a homogeneous composition and mixture of different materials to achieve an incremental change in the material properties of the profile produced from it.
- the stratification of the individual layers from piles can be produced particularly easily and economically if the stratification is produced beforehand as a layered arrangement outside the pressing device. In this way, with appropriate devices and mixing devices e.g.
- the layers of the pile are formed one after the other in a shape corresponding to the dimensions of the later press dies. It is particularly conceivable that the stratification of the individual layers of piles is introduced into the press die as a pre-compacted layered blank by pre-pressing the pre-layered pile externally as described and thus hooking the separating residues together and thereby mechanically stabilizing them.
- the cover element 3 can be introduced by hand through a corresponding lateral opening, not shown here, in the region of the compression space 11, which is closed again after the cover element 3 has been introduced.
- a corresponding movement device (not shown further here) could also be provided for the cover element 3, by means of which the cover element 3 can be inserted or pivoted in laterally.
- shearing device for press residues provided on some extrusion presses 1, which also enters laterally between the die 6 and the compression chamber 11 and removes the remaining press residues by shearing in such a way that this shearing device has a corresponding covering element 3 or its function, and the above described cover function of the die 6 takes over.
- the basic sequence of the compression and extrusion process according to the present invention is shown in the form of a diagram.
- the time period a corresponds to the time of increasing compression of the pile 2
- the time period b the time of pressing the compact 2 similar to the hot isostatic pressing
- the time period c the time of the full compression of the compact 2 in the case of a pressing similar to the hot isostatic pressing before the actual extrusion of profile 7, which in the Figure 6 is not shown further.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von porenfreien Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8 sowie ein Verfahren der Herstellung von eigenschaftsgradierten Profilen aus Trennresten gemäß Anspruch 10.The invention relates to a device and a method for producing pore-free profiles from separating residues by means of extrusion according to the preamble of
Bei der Herstellung von Werkstücken mittels trennender Herstellverfahren, wie insbesondere mittels spanender Herstellverfahren mit geometrisch bestimmten oder auch mittels geometrisch unbestimmten Schneiden fallen zwangsläufig neben dem eigentlich herzustellenden Werkstück teilweise große Mengen von Spänen oder dgl. Trennresten an. Auch bei Verfahren der Werkstückumformung wie etwa beim Stanzen von Blechen oder dgl. lassen sich Werkstoffreste nicht vermeiden. Derartige Werkstoffreste sind zwar hinsichtlich des hergestellten Werkstückes Abfall, gleichwohl weisen diese Trennreste wie Späne oder dgl. in der Regel noch die gleichen Werkstoffeigenschaften auf, die der bearbeitete Rohling oder das daraus hergestellte Werkstück haben und sind daher auch noch entsprechend wertvoll, wenn sie auch nicht in einer unmittelbar weiterbenutzbaren Form vorliegen. Wenn im weiteren von Trennresten, Spänen oder dgl. die Rede ist, sollen immer Reste aus Verarbeitungsprozessen wie dem Trennen oder sonstigen, nicht urformenden Gestaltsänderungen von Werkstücken gemeint sein.In the production of workpieces by means of separating manufacturing processes, such as in particular by means of machining manufacturing processes with geometrically determined or also by means of geometrically indeterminate cutting edges, large quantities of chips or similar separating residues inevitably arise in addition to the workpiece that is actually to be produced. Material residues cannot be avoided even in the case of workpiece forming processes such as punching sheet metal or the like. Such material residues are waste with regard to the workpiece produced, however, these separating residues such as chips or the like generally still have the same material properties as the machined blank or the workpiece produced therefrom and are therefore also valuable, if not not be in an immediately usable form. When we talk about separating residues, chips or the like, we should always refer to residues from processing processes such as cutting or other, non-shaping changes in the shape of workpieces.
Derartige Trennreste wie Späne, Schnittabfälle und vieles andere mehr werden üblicherweise mit gleichartigen anderen Werkstoffabfällen möglichst sortenrein gesammelt und einer Wiederverwertung zugeführt. Hierzu werden etwa Späne getrennt nach Werkstoff z.B. in Containern gesammelt und bei Erreichen entsprechender Mengen von Altmetallhändlern weiter verarbeitet.Separation residues of this type, such as chips, cutting waste and much more, are usually collected with the same type of other material waste, if possible, sorted by type and sent for recycling. For this purpose, chips, for example, are collected separately according to material, for example in containers, and processed further when used metal dealers reach the appropriate quantities.
Diese Weiterverarbeitung besteht üblicherweise darin, dass größere Mengen z.B. von Spänen, die aufgrund ihrer Makrogeometrie nur ein lockeres Haufwerk oder auch eine Ansammlung schüttfähiger kleinerer Partikel bilden, entweder in entsprechenden Zerkleinerern in kleinere Partikel zerlegt oder auch in entsprechenden Kompaktierern verdichtet werden, so dass der volumetrische Raumbedarf zur Lagerung und zum Transport der Späne sinkt. Anschließend ist der übliche Weg der Weiterverwendung derartig vorbehandelter Späne und Trennreste, dass diese von den Recyclingunternehmen zu entsprechenden Schmelzunternehmen weiter transportiert und bei hohen Temperaturen eingeschmolzen und dadurch stofflich wiederverwertet werden. Problematisch hieran ist einerseits der hohe Aufwand zur Sammlung, zur Lagerung, zum Transport und zur Vorbehandlung der noch nicht oder nicht ausreichend kompaktierten Trennreste und zum anderen der hohe Energieaufwand zum Einschmelzen für die Wiederverwertung.This further processing usually consists in the fact that larger quantities e.g. of chips, which due to their macro geometry only form a loose heap or a collection of free-flowing smaller particles, are either broken down into smaller particles in appropriate shredders or also compacted in appropriate compactors, so that the volumetric space required for storing and transporting the chips decreases. Subsequently, the usual way of further using such pretreated chips and separating residues is that the recycling companies transport them further to the corresponding melting companies and melt them at high temperatures and thereby recycle them. The problem here is, on the one hand, the high expenditure for the collection, storage, transport and pretreatment of the not yet or not sufficiently compacted separation residues and, on the other hand, the high energy expenditure for melting for recycling.
Zur Kompaktierung von Metallspänen sind beispielsweise aus der
Es ist weiter aus der Pulvermetallurgie bekannt, extra hierfür hergestellte pulverförmige Metalle oder auch keramische Substanzen unter Hitzeeinwirkung und hohem Druck miteinander zu verbacken, so dass sich eine sehr kompakte Materialmatrix ergibt, deren Eigenschaften abhängig von der Mischung der pulverförmig eingebrachten Bestandteile sowie der Verfahrensführung in weiten Grenzen beeinflusst werden können. Hierbei besteht aber das Ausgangsmaterial, nämlich das oder auch die mehreren Materialpulver aus kleinen, im wesentlichen kugelförmigen Partikeln, die z.B. aus der Schmelze extra für die pulvermetallurgische Weiterverarbeitung erzeugt werden und deren Anordnung zueinander vor der thermischen Druckbehandlung sehr kompakt und mit geringen Lufteinschlüssen ausgestaltet ist. Unter dem Druck und bei der hohen Temperatur verbacken diese Partikel dann miteinander und bilden das sehr gleichmäßige neue Gefüge mit nur geringem Porenanteil.It is also known from powder metallurgy to bake powdered metals or ceramic substances specially produced for this purpose under the action of heat and high pressure, so that a very compact material matrix results, the properties of which, depending on the mixture of the powdered components and the process, are broad Limits can be influenced. Here, however, the starting material, namely the one or more material powders, consists of small, essentially spherical particles, which are produced, for example, from the melt especially for powder metallurgical processing and whose arrangement with respect to one another is very compact and designed with little air inclusions before the thermal pressure treatment. Under the These particles then bake together under pressure and at high temperature and form the very uniform new structure with only a small proportion of pores.
Aus der US-PS
Es hat sich jedoch heraus gestellt, dass bei der Verarbeitung von Metallresten auf die in der US-PS
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Strangpressverfahren und eine gattungsgemäße Strangpressvorrichtung derart weiter zu entwickeln, dass auch Profile hoher Qualität und Belastbarkeit zuverlässig hergestellt werden können.It is therefore an object of the present invention to further extend a generic extrusion process and a generic extrusion device develop that profiles of high quality and resilience can be reliably produced.
Die Erfindung geht aus von einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von porenfreien Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen, aufweisend eine Strangpresse mit einer Verdichtungskammer aus einem Pressstempel, einer Pressmatrize und einem Rezipienten, in die ein Haufwerk bestehend aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien einfüllbar ist. Zwischen Pressmatrize und Verdichtungskammer, die Verdichtungskammer pressmatrizenseitig abdichtend, ist ein Abdeckelement anordenbar, gegen das der Pressstempel das Haufwerk aus Trennresten zu einem Pressling verdichtet und dabei in der Verdichtungskammer und in dem Haufwerk verbleibende fluide Einschlüsse gerichtet entfernt, wonach das Abdeckelement wieder entfernbar und der verdichtete Pressling durch die Pressmatrize als Profilquerschnitt durchdrückbar ist. Durch die Anordnung des Abdeckelementes, durch das zumindest die geöffneten Querschnitte der Matrize gegenüber dem Austritt des zu verpressenden Presslings abgedichtet werden, kann das Haufwerk bzw. der sich daraus bildende Pressling in wesentlich höherem Maße verdichtet werden, als dies bei dem Verfahren gemäß der US-PS
In einer denkbaren Ausgestaltung kann das Abdeckelement im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und zwischen Verdichtungskammer und Pressmatrize einbringbar, vorzugsweise einschwenkbar oder einschiebbar sein. Durch ein derartig scheibenförmig ausgebildetes Abdeckelement, das bei der Verdichtung des Haufwerks zum porenfreien Pressling etwa seitlich in den Arbeitsraum der Strangpresse zwischen Verdichtungskammer und Pressmatrize eingeschwenkt oder eingeschoben wird, muss die Strangpresse nur geringfügig modifiziert werden. Das Abdeckelement kann sich gegenüber der aufgrund des Drucks des Pressstempels auf das Haufwerk oder den Pressling ausgeübten Kraft an der Pressmatrize abstützen und muss daher nur so dimensioniert werden, dass die Pressdrücke sicher in die Pressmatrize eingeleitet werden können. Erfindungsgemäß weist der Pressstempel in seinem pressmatrizenseitigen Stirnbereich eine Formgebung auf, durch die beim Verdichten eine lokal unterschiedliche Druckverteilung in dem Haufwerk einstellbar ist. Eine solche ungleichmäßige Druckverteilung, die von der sonst üblichen planen Ausgestaltung der Stirnseite des Pressstempels abweicht, kann dazu genutzt werden, die fluiden Einschlüsse in dem Haufwerk bzw. dem Pressling, wie insbesondere die eingeschlossene Luft gerichtet aus dem Haufwerk bzw. dem Pressling heraus zu treiben. In den Bereichen des Querschnitts, in denen der Druck aufgrund der Formgebung der Stirnseite des Pressstempels in dem Haufwerk bzw. dem Pressling als erstes zunimmt, wird z.B. die Luft von diesem Bereich weg heraus gepresst, wohingegen in benachbarten Querschnittsbereichen noch kein oder noch kein so hoher Druck durch den Pressstempel aufgebaut wird. Daher kann die Luft weitgehend ungehindert in diese noch nicht so hoch druckbeaufschlagten Bereiche strömen. Erfolgt die Gestaltung der Stirnfläche des Pressstempels derart, dass z.B. ausgehend vom Innenbereich des Haufwerks wie etwa im Bereich der Längsachse der Verdichtungskammer und damit des Haufwerks zuerst höhere Drücke in dem Haufwerk entstehen und sich die Druckzone anschließend sukzessive immer weiter radial nach außen vergrößert, so wird eine gerichtete Abströmung und damit ein gerichtetes Austreiben der Luft aus dem Haufwerk bzw. dem Pressling erzielt, wodurch das fluide Medium wie etwa die Luft nahezu rückstandsfrei entfernt werden kann und damit ein weitestgehend porenfreier Pressling erzeugt wird, der dann nach dem Strangpressen auch weitgehend porenfreie Profilquerschnitte herstellbar macht.In a conceivable embodiment, the cover element can be essentially disk-shaped and can be inserted between the compression chamber and the die, preferably pivoted in or pushed in. By means of a disk-shaped cover element of this type, which is pivoted or pushed approximately laterally into the working space of the extrusion press between the compression chamber and the die during the compression of the pile to form the pore-free molding, the extrusion press need only be modified slightly. The cover element can be supported on the press die against the force exerted on the heap or the compact due to the pressure of the press die and therefore only has to be dimensioned such that the press pressures can be reliably introduced into the press die. According to the invention, the press ram has a shape in its end region on the press die side, by means of which a locally different pressure distribution in the pile can be set during compression. Such an uneven pressure distribution, which deviates from the otherwise usual plan configuration of the end face of the press ram, can be used to remove the fluid inclusions in the pile or the compact, in particular to drive the trapped air out of the pile or the compact. In the areas of the cross-section in which the pressure increases first due to the shape of the end face of the press ram in the heap or the compact, for example, the air is pressed away from this area, whereas in neighboring cross-sectional areas no or no so high Pressure is built up by the press ram. Therefore, the air can flow largely unhindered into these areas that are not yet so highly pressurized. If the end face of the press ram is designed in such a way that, for example, starting from the inside of the pile, such as in the area of the longitudinal axis of the compression chamber and thus the pile, higher pressures first arise in the pile and the pressure zone subsequently gradually increases radially outwards, so that A directed outflow and thus a directed expulsion of the air from the heap or the pellet is achieved, whereby the fluid medium such as the air can be removed almost without residue and thus a largely pore-free pellet is produced, which after extrusion then also largely pore-free profile cross sections manufactures.
Hierzu kann in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der pressmatrizenseitige Stirnbereich des Pressstempels im Bereich seiner Symmetrieachse in Richtung auf die Pressmatrize vorgewölbt, vorzugsweise zumindest abschnittsweise konisch oder ballig oder dgl. ausgebildet werden. Der erste Kontaktpunkt oder der erste Kontaktbereich des Pressstempels mit dem Haufwerk bzw. dem Pressling liegt dann im Bereich der Symmetrieachse des Pressstempels und bei etwa konischer Ausgestaltung der Stirnfläche des Pressstempels erweitert sich im Laufe des Verdichtungsvorgangs diese Zone hohen Drucks immer weiter radial nach außen, bis der ganze Querschnitt des Haufwerks bzw. des Presslings gleichmäßig dem hohen Druck unterworfen ist.To this end, in a particularly advantageous embodiment, the end region of the press die on the side of the press die can be bulged in the region of its axis of symmetry in the direction of the press die, preferably at least in sections being conical or spherical or the like. The first contact point or the first contact area of the press ram with the heap or the compact then lies in the area of the axis of symmetry of the press ram and, in the case of an approximately conical configuration of the end face of the press ram, this zone of high pressure expands radially outward in the course of the compression process until the entire cross-section of the pile or pellet is evenly subjected to the high pressure.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Gestaltung der Stirnfläche eine nicht-symmetrische oder ungleichförmige Druckzone hervorruft, etwa indem der pressmatrizenseitige Stirnbereich des Pressstempels derart gestaltet ist, dass in einem Teilbereich des Querschnitts der Verdichtungskammer und damit des Haufwerks zuerst höhere Drücke in dem Haufwerk entstehen, wonach dieser Bereich höherer Drücke unter Einstellung einer Austreibrichtung für die in dem Haufwerk verbliebenen fluiden Einschlüsse sukzessive fortschreitend den ganzen Querschnitt des Presslings erfasst. So könnte etwa der erste Kontakt zwischen Pressstempel und Haufwerk bzw. Pressling einseitig an einem Rand des Pressstempels erfolgen und sich sukzessive quer über den ganzen Querschnitt des Pressstempels bis hin zum anderen Rand der Querschnittsfläche des Pressstempels fortpflanzen. Dies wäre etwa durch eine über den ganzen Querschnitt des Pressstempels schräg ausgebildete Stirnflächengestaltung erzielbar und würde zu einer einseitigen Austreibrichtung für das fluide Medium führen. Es versteht sich von selbst, dass viele weitere Stirnflächengestaltung des Pressstempels denkbar sind.In another embodiment, however, it is also conceivable that the design of the end surface creates a non-symmetrical or non-uniform pressure zone, for example by designing the end region of the press ram on the die side in such a way that higher pressures first in a partial region of the cross-section of the compression chamber and thus the pile arise in the pile, after which this area of higher pressures while setting an expulsion direction for those remaining in the pile fluid inclusions successively progressively recorded the entire cross section of the compact. For example, the first contact between the press ram and the heap or compact could take place on one side at one edge of the press ram and could successively propagate across the entire cross section of the press ram to the other edge of the cross-sectional area of the press ram. This would be achievable, for example, by designing the end face obliquely over the entire cross section of the press die and would lead to a one-sided expulsion direction for the fluid medium. It goes without saying that many other end face designs of the press ram are conceivable.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass nicht nur der Pressstempel, sondern auch das im wesentlichen scheibenförmige Abdeckelement auf seiner dem Pressstempel zugewandten Stirnfläche eine derartige Formgebung aufweist, dass in einem Teilbereich des Querschnitts der Verdichtungskammer, vorzugsweise im Bereich seiner Symmetrieachse, und damit des Haufwerks zuerst höhere Drücke in dem Haufwerk entstehen. So könnte das Abdeckelement z.B. bei einem symmetrisch konisch ausgebildeten Pressstempel eine umgekehrt konische Ausgestaltung seiner dem Pressstempel zugewandten Stirnfläche aufweisen, wodurch wiederum die Druckverhältnisse in dem Haufwerk bzw. Pressling beeinflusst und das Austreiben des fluiden Mediums wie etwa der Luft weiter verbessert werden kann. Ähnlich wie bei den vorstehend geschilderten Möglichkeiten zur Gestaltung der Stirnfläche des Pressstempels können auch bei der Gestaltung der Stirnfläche des Abdeckelementes entsprechende Variationen vorgenommen werden, die auf die jeweils vorliegende Gestaltung der Stirnfläche des Pressstempels abgestimmt werden sollten.In a further embodiment, it is also conceivable that not only the press ram, but also the substantially disk-shaped cover element on its end face facing the press ram has such a shape that in a partial area of the cross section of the compression chamber, preferably in the area of its axis of symmetry, and thus the Haufwerk first higher pressures arise in the heap. For example, the cover element could in the case of a symmetrically conical press ram have an inverted conical configuration of its end face facing the press ram, which in turn influences the pressure conditions in the heap or compact and the expulsion of the fluid medium, such as the air, can be further improved. Similar to the options described above for the design of the end face of the press die, corresponding variations can also be made in the design of the end face of the cover element, which should be matched to the respective design of the end face of the press die.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine Erhitzungseinrichtung vorgesehen ist, mit der das vorverdichtete Haufwerk erhitzt und unter Einwirkung des Pressstempels, vorzugsweise isostatisch zu dem Pressling verpresst werden kann. Die Verdichtung des Haufwerks hin zu dem porenfreien Pressling lässt sich wesentlich verbessern, wenn dieses Verdichten unter Einwirkung thermischer Energie erfolgt, wodurch zum einen die Verformbarkeit der Trennreste verbessert wird und zum anderen Verschweißungsvorgänge der das Haufwerk bildenden Trennreste vereinfacht werden. Auch werden metallurgische sowie chemisch-physikalische Vorgänge innerhalb des Haufwerks bzw. des Pressling schneller und einfacher ablaufen, so z.B. Strömungsvorgänge des fluiden Mediums. Zudem erfolgt das herkömmliche Strangpressen ohnehin bei erhöhten Temperaturen, so dass die Vortemperierung beim Verpressen des Haufwerks bzw. Presslings das nachfolgende Strangpressen erleichtert. Ist der Pressling nach dem Kompaktieren des Haufwerks unter maximalen Druck gesetzt, verbessert ein Halten des Presslings in diesem Zustand hohen Drucks bei der erforderlichen Presstemperatur über einen vorgebbaren Zeitraum noch ablaufende Strukturierungsvorgänge der Matrix des Presslings wie etwa Strömungsvorgänge des fluiden Mediums oder Verschweißungsvorgänge. Damit kann ein derartiges Halten des Presslings in diesem Zustand hohen Drucks bei der erforderlichen Presstemperatur vor dem eigentlichen Strangpressen, wie dies ähnlich beim heißisotatischen Pressen erfolgt, die Qualität der Matrix des Presslings und damit des späteren Strangpressprofils wesentlich verbessern. Das Halten des Presslings in diesem Zustand über einige Sekunden kann hierzu durchaus schon ausreichend sein.Furthermore, it is advantageous if a heating device is provided, by means of which the pre-compacted aggregate can be heated and preferably isostatically pressed to the compact under the action of the press ram. The compaction of the pile towards the pore-free compact can be significantly improved if this compacting takes place under the action of thermal energy, which on the one hand improves the deformability of the separating residues and on the other hand simplifies welding processes of the separating residues forming the pile. Metallurgical and chemical-physical processes within the aggregate or compact will also run faster and more easily, such as flow processes of the fluid medium. In addition, conventional extrusion is carried out at elevated temperatures anyway, so that the preheating when pressing the pile or pellet facilitates the subsequent extrusion. If the compact is placed under maximum pressure after the compacting of the pile, holding the compact in this state of high pressure at the required pressing temperature for a predefinable period improves structuring processes of the matrix of the compact, such as flow processes of the fluid medium or welding processes. In this way, holding the compact in this state of high pressure at the required pressing temperature before the actual extrusion, as is similar to hot isotatic pressing, can significantly improve the quality of the matrix of the compact and thus of the subsequent extrusion profile. Holding the pellet in this state for a few seconds can be sufficient.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn im Bereich der Verdichtungskammer in Flussrichtung der gerichtet ausgetriebenen fluiden Einschlüsse in dem Haufwerk und/oder dem Pressling Öffnungen oder Kanäle oder dgl. angeordnet sind, durch die die ausgetriebenen fluiden Einschlüsse aus der Verdichtungskammer austreten können. Hierdurch wird gewährleistet, dass die ausgetriebenen Fluide wie insbesondere die ausgetriebene Luft sich tatsächlich vollständig aus dem Pressling heraustreiben lassen und auch oberflächennah an dem Pressling nicht Kavitäten innerhalb der Verdichtungskammer bilden, in denen sich die Luft dann sammelt und beim folgenden Strangpressvorgang wieder in den Querschnitt der Profile hinein gedrückt werden kann. Es reicht hierfür z.B. schon aus, durch die unvermeidlichen Ringspalte zwischen Pressstempel und Rezipient einen solchen Abfluss von Luft zu gewährleisten. In weiterer Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass im Bereich der Verdichtungskammer ein gegenüber dem Umgebungsdruck geringerer Druck einstellbar ist, durch den fluide Einschlüsse in dem Haufwerk und/oder dem Pressling während des Pressvorgangs entfernbar sind. Ein solcher Unterdruck erleichtert die Abströmung des aus dem Haufwerk bzw. dem Pressling ausgetriebenen Fluids zusätzlich.It is furthermore advantageous if openings or channels or the like are arranged in the region of the compression chamber in the direction of flow of the directionally expelled fluid inclusions in the heap and / or the compact, through which the expelled fluid inclusions can emerge from the compression chamber. This ensures that the expelled fluids, in particular the expelled air, can actually be completely expelled from the compact and also do not form cavities within the compression chamber on the compact, in which the air then collects and in the subsequent extrusion process again in the cross section of the Profiles can be pressed into it. It is sufficient e.g. to guarantee such an outflow of air through the inevitable annular gaps between the press ram and the recipient. In a further embodiment, however, it is also conceivable that a pressure that is lower than the ambient pressure can be set in the region of the compression chamber, by means of which fluid inclusions in the pile and / or the compact can be removed during the pressing process. Such a vacuum additionally facilitates the outflow of the fluid expelled from the pile or the compact.
Konstruktiv am einfachsten umzusetzen ist das erfindungsgemäß arbeitende Abdeckelement dann, wenn die an herkömmlichen Strangpressen häufig vorhandene Abschereinrichtung der Strangpresse zum Abtrennen von Pressresten ein zusätzliches Abdeckelement aufweist und/oder als Abdeckelement ausgebildet ist und dieses Abdeckelement in den Bereich zwischen Verdichtungskammer und Pressmatrize bewegbar ist. So kann etwa die messerartig arbeitende Abschereinrichtung der Strangpresse, die zwischen Verdichtungskammer und Pressmatrize eingefahren wird, leicht konstruktiv modifiziert auch als Abdeckelement für die Verdichtung des Haufwerks bzw. des Presslings genutzt werden. Hierbei kann ein derartiges Abdeckelement mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch zwischen Verdichtungskammer und Pressmatrize bewegbar angeordnet werden.The simplest design to implement is the cover element according to the invention when the shearing device of the extrusion press, which is often present on conventional extrusion presses, for separating off press residues Has cover element and / or is designed as a cover element and this cover element is movable into the area between the compression chamber and the die. For example, the knife-like shearing device of the extrusion press, which is inserted between the compression chamber and the die, can be used in a slightly modified design and can also be used as a cover element for the compression of the pile or the compact. In this case, such a cover element can be arranged to be movable mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically between the compression chamber and the die.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von porenfreien Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen, wobei in einer Strangpresse in eine Verdichtungskammer aus einem Pressstempel, einer Pressmatrize und einem Rezipienten ein Haufwerk bestehend aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien eingefüllt wird. Das Haufwerk aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren wird in der Verdichtungskammer zwischen Pressmatrize und einem die Verdichtungskammer pressmatrizenseitig abdichtenden Abdeckelement unter Erhitzung von dem Pressstempel zunehmend zu einem Pressling verdichtet und der Pressling wird anschließend über einen vorgebbaren Zeitabschnitt unter gleichbleibendem hydrostatischen Druck gehalten, wodurch in dem Haufwerk und/oder Pressling verbliebene fluide Einschlüsse gerichtet und weitgehend vollständig ausgetrieben werden, und unmittelbar anschließend das Abdeckelement entfernt und der Pressling durch die Pressmatrize zu einem Strangpressprofil durchgedrückt wird. Durch die zunehmende und räumlich gerichtet ablaufende Verdichtung des Haufwerks bzw. Presslings wird ein sicheres Austreiben von fluiden Einschlüssen in dem Haufwerk bzw. dem Pressling gewährleistet, so dass sich schon nach dem derart aufgeführten Verdichten ein weitgehend porenfreier Pressling ausbildet, der dann unmittelbar nachfolgend und in der gleichen Strangpresse und in einem einheitlichen Arbeitsablauf zu hochwertigen Profilen stranggepresst werden kann. Das Halten des auf dem höchsten Druck belasteten Presslings unter einer entsprechenden Verdichtungstemperatur erleichtert die Umformungs- und Strömungsvorgänge innerhalb des Presslings und führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Homogenität des Materials des Presslings, insbesondere zu einer hohen Porenfreiheit. Damit lassen sich auch porenfreie und damit fehlerfreie, hoch belastbare Profile direkt aus entsprechenden Trennresten herstellen, ohne dass die Trennreste wie heutzutage üblich hierfür eingeschmolzen werden müssten. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich und es lassen sich direkt aus Trennresten Profile herstellen, deren Eigenschaften denjenigen von aus frisch urgeformten Presslingen hergestellten Profilen in keiner Weise nachstehen. Erfindungsgemäß werden die in dem Haufwerk verbliebenen fluiden Einschlüsse durch die Formgebung von Presstempel und/oder Abdeckelement gerichtet, vorzugsweise radial nach außen, aus dem Haufwerk und/oder dem Pressling ausgetrieben und aus der Verdichtungskammer entfernt. Das Verbleiben von Poren in dem Pressling und damit dem stranggepressten Profil hervorrufenden Fluidresten wie etwa Lufteinschlüssen wird dadurch wie schon vorstehend beschrieben weitestgehend verhindert und es ergibt sich trotz des sehr heterogenen Ausgangsmaterials Trennrest bzw. Spänehaufwerk eine besonders homogene Matrix des strangzupressenden Presslings.The invention further relates to a process for the production of pore-free profiles from separation residues by means of extrusion presses, a pile consisting of manufacturing processes separating separation residues or the like, such as chips or residual materials, being filled in an extrusion press into a compression chamber from a press ram, a press die and a recipient. The heap of manufacturing processes separating residual residues is increasingly compressed into a compact in the compression chamber between the press die and a cover element sealing the compression chamber on the press die side while being heated, and the compact is then held under constant hydrostatic pressure over a predeterminable period of time, as a result of which the pile and / remaining fluid inclusions are directed and largely completely expelled, and immediately afterwards the cover element is removed and the compact is pressed through the pressing die into an extruded profile. Due to the increasing and spatially directed compression of the pile or compact, a reliable expulsion of fluid inclusions in the pile or compact is guaranteed, so that a largely pore-free compact is formed even after the compression described in this way, which then immediately follows and in the same extrusion press and can be extruded into high-quality profiles in a single workflow. Keeping the compact, which is loaded at the highest pressure, below a corresponding compression temperature facilitates the shaping and flow processes within the compact and leads to a substantial improvement in the homogeneity of the material of the compact, in particular to a high pore freedom. This means that even non-porous and thus error-free, highly resilient profiles can be produced directly from the appropriate separating residues, without having to melt the separating residues as is common today. The process according to the invention is thus particularly economical and profiles can be produced directly from separating residues, the properties of which are in no way inferior to those of profiles produced from freshly shaped compacts. According to the invention, the fluid inclusions remaining in the pile are directed through the shaping of the pressing die and / or cover element, preferably radially outward, expelled from the pile and / or the compact and removed from the compression chamber. The pore remains in the compact and thus the fluid extracts causing the extruded profile, such as air inclusions, is largely prevented as described above, and a particularly homogeneous matrix of the compact to be extruded results in spite of the very heterogeneous starting material separating residue or chip accumulation.
Von Vorteil ist es, wenn das Haufwerk bestehend aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien in vorkompaktierter Form mit begrenztem Verdichtungsgrad der Verdichtungskammer der Strangpresse zugeführt wird. So kann z.B. ein Teil der Komprimierung des Materials des Haufwerks in entsprechenden Kompaktierungseinrichtungen wie etwa bekannten Brikettierpressen oder dgl. erfolgen und dadurch auch ohne thermische Beeinflussung unmittelbar und komfortabel in die Strangpresse einbringbare Vormaterialien erzeugt werden. In der erfindungsgemäß betriebenen Strangpresse wird dann unter thermischem Einfluss das Verpressen des vorkompaktierten Haufwerks hin zu dem porenfreien Pressling vor dem eigentlichen Strangpressen ausgeführt.It is advantageous if the pile consisting of manufacturing processes separating residues or the like, such as chips or residual materials, is fed in precompacted form with a limited degree of compression to the compression chamber of the extrusion press. For example, Part of the compression of the material of the pile takes place in appropriate compacting devices, such as known briquetting presses or the like, and thus materials which can be introduced directly and comfortably into the extrusion press without thermal influence are produced. In the extrusion press operated according to the invention, the pressing of the precompacted pile to the pore-free compact is then carried out under thermal influence before the actual extrusion.
Eine weitere Vereinfachung und Verbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass der Pressling beim Verdichten und Austreiben der fluiden Einschlüsse unter Wärmezufuhr verdichtet, vorzugsweise ähnlich wie beim heißisostatischen Pressen über einen Haltezeitraum bei gleichbleibender Temperierung, vorzugsweise bei der notwendigen Temperatur für das Strangpressen gepresst wird. In diesem Haltezeitraum können ähnlich wie beim heißisostatischen Pressen Strömungsvorgänge etwa des austretenden Fluids oder auch Strukturierungsvorgänge innerhalb des Presslings vollständig und ungestört von sich ändernden Druckverhältnissen ablaufen, wodurch die Qualität des Presslings und damit auch die Qualität der aus dem Pressling stranggepressten Profile wesentlich verbessert wird.A further simplification and improvement can be achieved in that the compact is compacted with the addition of heat when compressing and expelling the fluid inclusions, preferably similar to hot isostatic pressing over a holding period with constant temperature control, preferably at the temperature required for the extrusion. In this holding period, similar to hot isostatic pressing, flow processes such as the emerging fluid or structuring processes within the compact can take place run completely and undisturbed by changing pressure conditions, whereby the quality of the compact and thus also the quality of the extruded profiles from the compact is significantly improved.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren der Herstellung von eigenschaftsgradierten Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen gemäß Anspruch 10, wobei in einer Strangpresse in eine Verdichtungskammer aus einem Pressstempel, einer Pressmatrize und einem Rezipienten ein Haufwerk bestehend aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien eingefüllt wird. Ein derartiges Verfahren wird dadurch erfindungsgemäß weiter gebildet, dass das Haufwerk aus einer Anordnung von einzelnen, in der späteren Fließrichtung in der Pressmatrize aufeinander folgenden Schichten aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien gebildet wird, wobei die das Haufwerk jeder Schicht bildenden Trennreste oder dgl. innerhalb jeder Schicht Materialeigenschaften aufweisen, die sich von den Materialeigenschaften der das Haufwerk angrenzender Schichten bildenden Trennreste oder dgl. unterscheiden, und das derart geschichtete Haufwerk mit dem Verfahren gemäß Anspruch 8 verarbeitet wird. Die erfindungemäße Schichtung von einzelnen Schichten aus Trennresten oder dgl. unterschiedlicher Materialeigenschaften erlaubt es, beim späteren Strangpressen der einzelnen Schichten jeweils Bereiche innerhalb der hergestellten Profile herzustellen, die in Pressrichtung aufeinander folgen und ebenfalls entsprechend unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweisen. Die vorteilhaften Eigenschaften verschiedener Werkstoffe unterschiedlicher Materialeigenschaften können in einem Profil verbunden werden, indem diese Schichten nacheinander verpresst werden und damit auch in Pressrichtung hintereinander in dem erzeugten Profil angeordnet werden.. Mit diesen innovativen Verfahren können sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, magnetische Eigenschaften usw. uneingeschränkt eingestellt werden. Die Beschaffenheit und die Verteilung dieser Bereiche innerhalb des erzeugten Profils ermöglicht es, die stranggepressten Profile den verschiedensten technischen Anforderungen anzupassen, indem nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondem auch andere Eigenschaften wie z.B. Korrosionsbeständigkeit, thermische Ausdehnung, Leitfähigkeit, Verschweißbarkeit oder auch die magnetischen Eigenschaften usw. über die Länge des Profils geändert werden können. Die mit diesem Verfahren stranggepressten Profile zeichnen sich gegenüber der herkömmlichen Verbundwerkstoffherstellung durch eine bessere metallurgische Verbindung aus. Die Übergänge zwischen den Zonen sind nämlich länger und genau definierbar. Es ist auch vorstellbar, dass durch kontinuerlich steigendes Beimengen andere Trennreste eine lineare Änderung der Eigenschaften gewährleistet werden kann. Die Trennreste können, z.B. aus Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan oder deren Legierungen sein. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz derart hergestellter Profile etwa für Crashboxen im Fahrzeugbau, die Bereiche unterschiedlicher Verformungswiderstände in Längsrichtung der Crashbelastung hintereinander aufweisen sollen und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden können.The invention further relates to a method for the production of property-graded profiles from separating residues by means of extrusion molding according to
In einer ersten Ausgestaltung ist es z.B. denkbar, dass die das Haufwerk jeder Schicht bildenden Trennreste im wesentlichen in sich homogene Materialeigenschaften aufweisen. Dann bilden sich auch in dem späteren stranggepressten Profil in Strangpressrichtung hintereinander folgende Bereiche mit homogenen Materialeigenschaften aus, deren Längserstreckung sich dabei von der jeweiligen Schichtdicke des zugehörigen Haufwerks einstellen lässt.In a first embodiment it is e.g. conceivable that the separation residues forming the pile of each layer have essentially homogeneous material properties. Then, in the later extruded profile, the following areas with homogeneous material properties are formed one after the other in the extrusion direction, the longitudinal extent of which can be adjusted by the respective layer thickness of the associated pile.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die das Haufwerk jeder Schicht bildenden Trennreste sich entlang der späteren Pressrichtung ändernde, vorzugsweise kontinuierlich ändernde Materialeigenschaften aufweisen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass bei der Herstellung der Schichten die das Haufwerk bildenden Trennreste oder dgl. in Richtung der späteren Pressrichtung immer wieder leicht geänderte Zusammensetzung aufweisen, z.B. indem man das Mischungsverhältnis der das Haufwerk bildenden Trennreste aus unterschiedlichen Materialien immer wieder leicht ändert. Hierdurch lässt sich ein gleitender Übergang zwischen den Materialeigenschaften der aus dem dergestalt gebildeten Haufwerk stranggepressten Profile erzeugen, Auch ist es denkbar, durch Schichtung jeweils einzelner dünner Schichten aus Trennresten jeweils homogener Zusammensetzung und Mischung aus unterschiedlichen Materialien quasi eine inkrementelle Veränderung der Materialeigenschaften des daraus hergestellten Profils zu erreichen. Hinsichtlich des späteren Einsatzes der aus derartigen Haufwerken erfindungsgemäß hergestellter eigenschaftsgradierter Profile ist es denkbar, die Schichten der Haufwerke aus unterschiedlichen Materialien zusammen zu setzen, die sich hinsichtlich mechanischer und/oder elektrischer und/oder thermischer Eigenschaften und/oder anderer, die technische Nutzung beeinflussender Eigenschaften voneinander unterscheiden. Hierbei kommen alle technisch nutzbaren Eigenschaften der späteren Profile in Frage, wie z.B. Korrosionsbeständigkeit, thermische Ausdehnung, Leitfähigkeit, Verschweißbarkeit oder auch die magnetischen Eigenschaften usw. über die Länge des Profils, die durch entsprechende Zusammensetzung und Schichtung der Schichten des Haufwerks beeinflusst werden können.In another embodiment, however, it is also conceivable that the separating residues forming the pile of each layer have, preferably continuously changing, material properties that change along the later pressing direction. This can be achieved, for example, by the fact that, during the production of the layers, the separating residues forming the pile or the like always have a slightly different composition in the direction of the later pressing direction, for example by repeatedly changing the mixing ratio of the separating residues made of different materials . This makes it possible to produce a smooth transition between the material properties of the profiles extruded from the pile thus formed. It is also conceivable to layer individual thin layers of separation residues, each with a homogeneous composition and mixture of different materials to achieve an incremental change in the material properties of the profile produced from it. With regard to the later use of the property-graded profiles produced according to the invention from such heaps, it is conceivable to put together the layers of the heaps from different materials, which differ in terms of mechanical and / or electrical and / or thermal properties and / or other properties which influence the technical use differentiate from each other. Here, all the technically usable properties of the later profiles come into question, such as corrosion resistance, thermal expansion, conductivity, weldability or the magnetic properties etc. over the length of the profile, which can be influenced by the appropriate composition and layering of the layers of the pile.
Denkbar ist es z.B., dass die Schichtung aus einzelnen Schichten von unterschiedlichen Legierungen des gleichen Grundmaterials gebildet wird. So könnte z.B. ein Profil insgesamt aus einem Aluminiummaterial bestehen, in dem durch die erfindungsgemäße Schichtung verschiedene Legierungen mit sich unterscheidender mechanischer Festigkeit verarbeitet wurden.It is conceivable, for example, that the stratification is formed from individual layers of different alloys of the same basic material. For example, a profile consist entirely of an aluminum material in which various alloys with differing mechanical strength were processed by the layering according to the invention.
Es ist aber auch denkbar, dass die Schichtung aus einzelnen in sich homogenen Schichten von unterschiedlichen Materialien gebildet wird. So können z.B. in Abschnitten eines derart hergestellten Profils, die besonders einer Korrosion unterliegen, besonders korrosionsfeste Materialien verarbeitet werden, wohingegen in anderen Bereiches des Profils andere Materialien ganz anderer Eigenschaften benutzt werden können.However, it is also conceivable that the layering is formed from individual, homogeneous layers of different materials. For example, in sections of a profile produced in this way, which are particularly subject to corrosion, particularly corrosion-resistant materials are processed, whereas in other areas of the profile other materials of completely different properties can be used.
Auch ist es denkbar, nicht nur in sich homogene Schichten zu bilden, sondern die Schichtung aus einzelnen Schichten von unterschiedlichen Materialien zu bilden, wobei jede Schicht sich entlang der späteren Pressrichtung ändernde, vorzugsweise kontinuierlich ändernde. Materialeigenschaften aufweist. Dies kann besonders einfach dann erreicht werden, wenn in einer Schicht zwei verschiedene Materialien miteinander gemischt werden und die Zusammensetzung der jeweils verwendeten Mischung sich z.B. kontinuierlich innerhalb der Schicht ändert.It is also conceivable not only to form layers which are homogeneous in themselves, but to form the layering from individual layers of different materials, each layer changing, preferably continuously changing, along the later pressing direction. Has material properties. This can be achieved particularly simply if two different materials are mixed with one another in a layer and the composition of the mixture used in each case changes continuously, for example, within the layer.
Von Bedeutung insbesondere für die Mischung unterschiedlicher Materialien innerhalb der Schichten ist es, dass die Schichten der das Haufwerk bildenden Trennreste trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Späne oder Restmaterialien in jeder Schicht im wesentlichen gleiche Partikelgrößen aufweisen, da man nur dann eine ungewollte Entmischung der einzelnen Trennreste und damit ungewollte Materialeigenschaften der Schicht sicher verhindern kann.Of particular importance for the mixture of different materials within the layers, it is that the layers of the manufacturing processes or the like separating the residues that form the heap, such as chips or residual materials, have essentially the same particle sizes in each layer, since only then can the individual separation residues be inadvertently separated and can thus reliably prevent unwanted material properties of the layer.
Besonders einfach und wirtschaftlich lässt sich die Schichtung der einzelnen Schichten aus Haufwerken herstellen, wenn die Schichtung vorab außerhalb der Presseinrichtung als geschichtete Anordnung hergestellt wird. Hierdurch können mit entsprechenden Vorrichtungen und Mischeinrichtungen z.B. in einer den Abmessungen der späteren Pressmatrizen entsprechenden Form die Schichten des Haufwerks nacheinander gebildet werden. Denkbar ist es insbesondere, dass die Schichtung der einzelnen Schichten aus Haufwerken als vorkompaktierter geschichteter Rohling in die Pressmatrize eingebracht wird, indem extern wie beschrieben das vorgeschichtete Haufwerk vorgepresst und damit die Trennreste miteinander verhakt und dadurch mechanisch stabilisiert werden.The stratification of the individual layers from piles can be produced particularly easily and economically if the stratification is produced beforehand as a layered arrangement outside the pressing device. In this way, with appropriate devices and mixing devices e.g. The layers of the pile are formed one after the other in a shape corresponding to the dimensions of the later press dies. It is particularly conceivable that the stratification of the individual layers of piles is introduced into the press die as a pre-compacted layered blank by pre-pressing the pre-layered pile externally as described and thus hooking the separating residues together and thereby mechanically stabilizing them.
Die Offenbarung beschreibt weiterhin ein Haufwerk zur Herstellung von eigenschaftsgradierten Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen, bei dem das Haufwerk eine Anordnung von einzelnen, in der späteren Fließrichtung in der Pressmatrize aufeinander folgenden Schichten aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Spänen oder Restmaterialien bildet, wobei die das Haufwerk jeder Schicht bildenden Trennreste oder dgl. innerhalb jeder Schicht Materialeigenschaften aufweisen, die sich von den Materialeigenschaften der das Haufwerk angrenzender Schichten bildenden Trennreste oder dgl. unterscheiden.The disclosure also describes a pile for the production of property-graded profiles from separating residues by means of extrusion presses, in which the pile forms an arrangement of individual production processes or the like, which separate successive layers in the later flow direction in the press die, such as chips or residual materials, the the heap of separating residues or the like within each layer have material properties which differ from the material properties of the separating residues forming the heap of adjacent layers or the like.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.The drawing shows a particularly preferred embodiment of the device according to the invention and of the method according to the invention.
Es zeigen:
- Figur 1 -
- eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer Strangpresse vor Beginn des Verdichtungsvorgangs eines Haufwerks bzw. Presslings,
- Figur 2 -
- die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 während des Verdichtungsvorgangs eines Haufwerks bzw. Presslings, - Figur 3 -
- die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 beim Strangpresse des aus dem Pressling herzustellenden Strangpressprofils, - Figur 4a-4d -
- schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Strangpresse mit dem Verdichten bis zum Strangpressen des aus dem Pressling herzustellenden Strangpressprofils,
- Figur 5a-5d -
- schematische Darstellung der Isobaren der Verteilung des verbliebenen Fluids zwischen Presstempel und Abdeckelement in dem Haufwerk bzw. dem Pressling während des zunehmenden Verdichtens des Haufwerks bis zum Pressling mit einem konifizierten Pressstempel,
- Figur 6 -
- grundsätzlicher Ablauf des Verdichtungs- und Strangpressvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Diagramms mit Auftragung von Dichte des Materials des Haufwerks bzw. des Presslings, Kraft des Pressstempels und Weg des Pressstempels über der Zeit,
- Figur 7 -
- eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer konifizierten Ausgestaltung von Stirnfläche des Pressstempels und des Abdeckelementes,
- Figur 8 -
- ein erstes Beispiel einer Schichtung von Haufwerken zur eigenschaftsgradierten Herstellung von Profilen mit einer Schichtung unterschiedlicher Aluminiumwerkstoffe mit in einer Richtung zunehmender Festigkeit,
- Figur 9 -
- ein anderes Beispiel einer Schichtung von Haufwerken zur eigenschaftsgradierten Herstellung von Profilen mit einer Schichtung unterschiedlicher Aluminiumwerkstoffe mit einem Bereich guter Umformbarkeit, einem Bereich hoher Korrosionsbeständigkeit und einem Bereich hoher Festigkeit,
- Figur 10 -
- ein weiteres Beispiel einer Schichtung von Haufwerken zur eigenschaftsgradierten Herstellung von Profilen mit einer Schichtung unterschiedlicher Aluminiumwerkstoffe mit einem Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit, einem Bereich hoher Festigkeit und einem Bereich mit ferromagnetischen Eigenschaften,
- Figur 11 -
- ein weiteres Beispiel einer Schichtung von Haufwerken zur eigenschaftsgradierten Herstellung von Profilen mit einer Schichtung unterschiedlicher Werkstoffe mit in einer Richtung zunehmender Festigkeit,
- Figur 12 -
- typischer Aufbau und Verformungsverhalten einer erfindungsgemäß hergestellten Crashbox aus Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften in einem eigenschaftsgradierten Profil in Form eines Stadienplans.
- Figure 1 -
- a first embodiment of the device according to the invention on an extrusion press before the start of the compression process of a pile or compact,
- Figure 2 -
- the design of the device according to the invention
Figure 1 during the compacting process of a pile or compact, - Figure 3 -
- the design of the device according to the invention
Figure 1 in the extrusion of the extruded profile to be produced from the compact, - Figure 4a-4d -
- schematic representation of the method according to the invention on an extrusion press with compression up to extrusion of the extrusion profile to be produced from the compact,
- Figure 5a-5d -
- schematic representation of the isobars of the distribution of the remaining fluid between the press ram and cover element in the heap or the compact during the increasing compression of the heap to the compact with a butted press ram,
- Figure 6 -
- basic sequence of the compression and extrusion process according to the present invention in the form of a diagram with the plotting of the density of the material of the heap or the compact, the force of the stamp and the path of the stamp over time,
- Figure 7 -
- another embodiment of the device according to the invention with a butted configuration of the end face of the press ram and the cover element,
- Figure 8 -
- a first example of a layering of piles for the property-graded production of profiles with a layering of different aluminum materials with increasing strength in one direction,
- Figure 9 -
- another example of a layering of piles for the property-graded production of profiles with a layering of different aluminum materials with an area of good formability, an area of high corrosion resistance and an area of high strength,
- Figure 10 -
- another example of a layering of piles for the property-graded production of profiles with a layering of different aluminum materials with an area of high thermal conductivity, an area of high strength and an area with ferromagnetic properties,
- Figure 11 -
- another example of a layering of piles for the property-graded production of profiles with a layering of different materials with increasing strength in one direction,
- Figure 12 -
- typical structure and deformation behavior of a crash box manufactured according to the invention from areas of different strength properties in a property-graded profile in the form of a stage plan.
In der
Eine solche handelsübliche Strangpresse 1 weist einen in Pressrichtung 4 linear verstellbaren Pressstempel 5 oder einen Pressstempel mit einer separaten Pressscheibe 5 auf, der einen normalerweise blockartigen Presslings 2 in Richtung auf die Pressmatrize 6 hin unter Druck setzt. Der Pressling 2 wird üblicherweise vor dem Strangpressvorgang und außerhalb der Strangpresse 1 oder auch durch nicht weiter dargestellte Erhitzungseinrichtungen in der Strangpresse 1 selbst auf eine Presstemperatur gebracht, die von dem Material des zu verarbeitenden Presslings 2 abhängig ist und durch die das Strangpressen des Presslings 2 vereinfacht wird. In der Pressmatrize 6 ist eine Matrizenöffnung 8 vorgesehen, durch die das unter dem Druck des Pressstempels 5 sich verformende Material des Presslings 2 hin austreten kann und dabei die Querschnittsform der Öffnung 8 der Pressmatrize 6 annimmt. Bei der hier vorliegenden Erfindung wird jedoch nicht ein homogener, z.B. urformend durch Gießen oder dgl. Herstellverfahren hergestellter Pressling 2 verwendet, sondern es wird ein Haufwerk 2 aus Abfällen trennender Fertigungsverfahren verwendet, wie z.B. Spänen spanender Fertigungsverfahren oder auch Pressresten umformender Fertigungsverfahren oder auch Mischungen derartiger Trennreste. Derartige Trennreste weisen geometrisch variierende Formen und Abmessungen auf und bilden in der hier verwendeten Form ein mehr oder weniger lockeres Haufwerk 2, in das relativ viel Luft und auch Kühlschmierstoffrückstände oder dgl. flüssige Rückstände eingeschlossen sein können. Es ist auch denkbar und ggf. sogar bevorzugt, dass ein derartiges Haufwerk 2 in einer separaten Einrichtung in gewissem Maße vorverdichtet und in Abmessungen gepresst wird, die eine einfache Befüllung des Verdichtungsraums 11 der Strangpresse 1 mit dem Haufwerk 2 ermöglicht. Hierzu wird aber nur ein Teil des Volumens des Haufwerks 2 verdichtet, so dass weiterhin ein relativ hoher Anteil des Volumens des Haufwerks 2 durch Luft ausgefüllt sein wird. Zur Senkung des Anteils der Kühlschmierstoffrückstände ist es auch denkbar, das Haufwerk 2 aus Abfällen trennender Fertigungsverfahren z.B. chemisch zu reinigen und zu trocknen.Such a commercially
Würde man nun dieses relativ wenig verdichtete Haufwerk 2 unmittelbar durch die Matrizenöffnung 8 der Pressmatrize 6 hindurch pressen, wie dies im Stand der Technik angegeben wurde, so bilden sich in dem so erzeugten Profil 7 viele Lufteinschlüsse und Fehlstellen aus, die die Qualität des Profils 7 stark mindern und dies nur für minderwertige Einsatzfälle geeignet machen.If this relatively little
Es wird daher in erfindungsgemäßer Weise vor dem eigentlichen Strangpressvorgang des späteren Profils 7 ein Verdichtungsvorgang des Haufwerks 2 durchgeführt, durch den die Luft- und eventuelle Fluidreste in dem Haufwerk 2 aus diesem weitestgehend entfernt werden und sich dadurch ein porenfreier Pressling 2 ausbildet, der sich dann auch zu einem porenfreien Profil 7 strangpressen lässt.It is therefore carried out in a manner according to the invention before the actual extrusion process of the
Hierzu wird vor dem eigentlichen Strangpressvorgang und vor dem Befüllen des Verdichtungsraums 11 mit dem Haufwerk 2 (siehe
Das Einbringen des Abdeckelementes 3 kann im einfachsten Falle von Hand durch eine entsprechende seitliche, hier nicht weiter dargestellte Öffnung im Bereich des Verdichtungsraums 11 erfolgen, die nach dem Einbringen des Abdeckelementes 3 wieder verschlossen wird. Bei automatischem Betrieb der Strangpresse 1 könnte auch eine entsprechende, hier nicht weiter dargestellte Bewegungseinrichtung für das Abdeckelement 3 vorgesehen werden, durch die das Abdeckelement 3 seitlich eingeschoben oder eingeschwenkt werden kann. Auch ist es denkbar, die an manchen Strangpressen 1 vorgesehene Abschereinrichtung für Pressreste, die ebenfalls seitlich zwischen Pressmatrize 6 und Verdichtungsraum 11 einfährt und die verbleibenden Pressreste scherend entfernt, so zu modifizieren, dass diese Abschereinrichtung ein entsprechendes Abdeckelement 3 oder dessen Funktion aufweist und die vorstehend beschriebene Abdeckungsfunktion der Pressmatrize 6 übernimmt.In the simplest case, the
Ist das Abdeckelement 3 in der beschriebenen Weise zwischen Verdichtungsraum 11 und Haufwerk 2 angeordnet worden, kann das Haufwerk 2 unter dem zunehmenden Druck des Pressstempels 5 in noch beschriebener Weise verdichtet werden. Hierbei verringert sich das Volumen des Haufwerks 2 zunehmend (
Vor dem eigentlichen Strangpressen des Presslings 2 kann zur weiteren Verbesserung der Qualität des Presslings 2 eine Art heißisoatischer Pressvorgang zwischengeschaltet werden, während dessen der verdichtete Pressling 2 unter konstantem Druck und bei konstanter Temperatur für einige Zeit, z.B. für einige Sekunden gehalten wird. In dieser heißisoatischen Haltezeit können restliche Strömungsvorgänge des austretenden Fluids oder auch Umstrukturierungsvorgänge innerhalb der sich ausbildenden Matrix des Presslings 2 ablaufen, die den Grad der Porenfreiheit und damit die Qualität des Presslings 2 weiter erhöhen.Before the actual extrusion of the compact 2, to improve the quality of the compact 2 further, a type of hot-isoic pressing process can be interposed, during which the compacted compact 2 under constant pressure and at a constant temperature for some time, e.g. is held for a few seconds. During this hot isoatic holding time, residual flow processes of the emerging fluid or also restructuring processes can take place within the matrix of the compact 2 that is being formed, which further increase the degree of pore freedom and thus the quality of the compact 2.
In den
In der
In der
Von besonderer Bedeutung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbildung der Stirnseite des Pressstempels 5 und/oder der Stirnseite des Abdeckelementes 3, das zu dem zu verdichtenden Haufwerk 2 zeigt. Um ein gerichtetes Verdrängen der fluiden Bestandteile aus dem Haufwerk 2 heraus und damit ein porenfreies Verdichten und Verpressen des Materials des Haufwerks 2 zu ermöglichen, muss die Verdrängung so erfolgen, dass die fluiden Bestandteile vollständig aus dem Pressling 2 heraus verdrängt werden. Hierzu wird in erfindungsgemäßer Weise das Haufwerk 2, ausgehend von einem Startbereich innerhalb des Querschnitts des Haufwerks 2, zuerst in der Mitte verdichtet und sukzessive zum Randbereich hin immer weiter unter Druck gesetzt, so dass die fluiden Bestandteile gerichtet nach und nach aus immer weiteren Bereichen des Querschnitts des Haufwerks 2 heraus verdrängt werden. Bildlich gesprochen wird, ausgehend von dem Startbereich, sukzessive und kontinuierlich verlaufend, in jeweils zu dem Startbereich bzw. dem jeweiligen Bereich höheren Drucks benachbarten Bereichen der Druck erhöht und somit eine Abströmungsrichtung für die Fluide in Richtung der Randbereiche des Querschnittes des Verdichtungsraums 11 vorgegeben. Somit wird verhindert, dass sich Fluidmengen, die z.B. aus dem Startbereich heraus gedrängt worden sind, in anderen Querschnittsbereichen des Haufwerks 2 ansammeln, von dort durch die Druckverhältnisse aber nicht mehr abfließen können. Durch den zeitlich gestaffelten Druckverlauf innerhalb des Querschnittes des Haufwerks 2 aufgrund des Drucks auf das Haufwerk 2 zwischen Pressstempel 5 und Abdeckelement 3 wird quasi ein Druckgefälle und eine diesem Druckgefälle folgende Strömungsrichtung für das verdrängte Fluid hervorgerufen.Of particular importance in the method according to the invention is the formation of the end face of the
Dieses gezielte Verdrängen kann naturgemäß unterschiedlich ausgestaltet werden. Bevorzugt ist dabei eine sukzessive Verdrängung des Fluides beginnend im Mittenbereich des Haufwerks 2 hin zu den Rändern nach außen. Eine derartige Verdrängung lässt sich beispielsweise durch eine grundsätzlich konisch vorgewölbte Formgebung der haufwerksseitigen Stirnfläche des Pressstempels 5 erreichen, wie diese in den
Es ist selbstverständlich denkbar, andere als eine konische Gestaltung der Stirnfläche des Presstempels 5 vorzusehen, z.B. eine ballig vorgewölbte Form oder auch eine über die ganze Stirnfläche einseitig abgeschrägte Form, bei der die Verdichtung in einem Randbereich beginnt und hin zu dem gegenüberliegenden Randbereich kontinuierlich verläuft.It is of course conceivable to provide a conical design of the end face of the
Auch ist es denkbar, wie in
In der
In der
In der
Die
Eine solche Crashbox mit dem beschriebenen Verhalten lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schichtung von Haufwerken unterschiedlicher Materialeigenschaften und anschließendem Strangpressen dieses Haufwerks in besonders vorteilhafter Weise herstellen, da dadurch genau das zur Crashbox der
- 1 -1 -
- StrangpresseExtrusion press
- 2 -2 -
- Haufwerk bzw. PresslingPile or compact
- 3 -3 -
- AbdeckelementCover element
- 4 -4 -
- PressrichtungPressing direction
- 5 -5 -
- Pressstempel bzw. PressscheibePress stamp or press disk
- 6 -6 -
- PressmatrizePress die
- 7 -7 -
- Profilprofile
- 8 -8th -
- MatrizenöffnungDie opening
- 9, 9' -9, 9 '-
- konischer Abschnitt Pressstempel bzw. Abdeckelementconical section of press stamp or cover element
- 10, 10' -10, 10 '-
- ebener Mittenbereich Pressstempel bzw. Abdeckelementflat center area press stamp or cover element
- 11 -11 -
- VerdichtungsraumCompression space
Claims (14)
- Device for producing of non-porous profiles from separation residues by means of extrusion, comprising an extrusion press (1) with a compression chamber (11) consisting of a press punch (5), a press die (6) and a reciprocating member, into which a pile (2) consisting of separation residues of separating production processes or the like is placed such as chips or residual materials, wherein a cover element (3) can be arranged between the press die (6) and the compression chamber (11), sealing it on the press die side, against which the press punch (5) compresses the pile (2) of separation residues to form a pressed pellet (2) and thereby removes fluid inclusions remaining in the compression chamber (11) and in the pile (2) in a directed manner, after which the covering element (3) can be removed again and the compressed pressed pellet (2) can be pressed through the press die (6) as a profile cross-section, characterised in that
the press punch (5) in its end region on the press die side has a shaping by means of which a locally different pressure distribution in the pile (2) can be set during compaction. - Device according to claim 1, characterised in that the end region of the press punch (5) on the press die side is designed in such a way that in the region of the longitudinal axis of the compression chamber (11) and thus of the pile (2), higher pressures first arise in the pile (2).
- Device according to claim 2, characterised in that the end region of the press punch (5) on the press die side is arched in the region of its symmetry axis in the direction of the press die (6), preferably conical or crowned or the like at least in sections.
- Device according to claim 1, characterised in that the end region of the press punch (5) on the press die side is designed in such a way that in a partial region of the cross-section of the compression chamber (11) and thus of the pile (2), first higher pressures are generated in the pile (2), after which this region of higher pressures successively and progressively covers the entire cross-section of the pressed pellet (2) while setting a discharge direction for the fluid inclusions remaining in the pile (2).
- Device according to one of the above claims, characterised in that the substantially disc-shaped cover element (3) has such a shaping on its end face facing the press punch (5) that in a partial region of the cross-section of the compression chamber (11), preferably in the region of its axis of symmetry, and thus of the pile (2), higher pressures first arise in the pile (2).
- Device according to one of the above claims, characterised in that the frontal shaping of the cover element (3) and/or press punch (5) is designed in such a way that fluid inclusions in the pile (2) are expelled from the pile (2) in a direction, preferably radially outwards, as compression increases.
- Device according to one of the above claims, characterised in that a heating device is provided with which the pre-compressed pile (2) can be heated and pressed, preferably isostatically, into the pressed pellet (2) under the action of the press punch (5).
- Method for the production of non-porous profiles from separation residues by means of extrusion, wherein a pile (2) consisting of separation residues of seperating production processes or the like, such as chips or residual materials, is filled in an extrusion press (1) into a compression chamber (11) consisting of a press punch (5), a press die (6) and a recipient,
the pile (2) of separation residues coming from a separating manufacturing process in the compression chamber (11) is increasingly compressed between the press die (6) and a covering element (3) sealing the compression chamber (11) on the press die side by the press punch (5) under heating to form a pile (2) and the pile (2) is then kept under constant hydrostatic pressure for a predeterminable period of time, whereby fluid inclusions remaining in the pile (2) and/or pellet (2) are directed and largely completely expelled, and immediately afterwards the covering element (3) is removed and the pellet (2) is pressed through the press die (6) to form an extruded profile (7),
characterised in that
the fluid inclusions remaining in the pile (2) are driven out of the pile (2) and/or the pressed pellet (2) and removed from the compression chamber (11) by means of the shaping of the press die (5) and/or cover element (3), preferably radially outwards. - Method according to claim 9, characterized in that the pellet (2) is compacted during the compaction and expulsion of the fluid inclusions with the supply of heat, preferably similar to hot isostatic pressing, over a holding period at a constant temperature, preferably at the temperature required for extrusion.
- Method of producing property-graded profiles from separation residues by means of extrusion, wherein in an extrusion press (1) a pile (2) consisting of separation residues of separating manufacturing processes or the like such as chips or residual materials is filled into a compression chamber (11) consisting of a press punch (5), a press die (6) and a recipient,
characterised in that
the pile (2) is formed from an arrangement of individual layers of separation residues of separating manufacturing processes or the like, such as chips or residual materials, which succeed one another in the later direction of flow in the press die (6), each layer of the separation residues or the like forming the pile (2) showing material properties, which differ from the material properties of adjacent layers being formed by the separation residues or the like forming the pile (2), and the pile (2) thus layered is processed using the method according to claim 8. - Method according to claim 10, characterized in that the separation residues forming the pile (2) of each layer essentially have inherently homogeneous material properties or have material properties which change, preferably continuously, along the later pressing direction.
- Method according to one of claims 10 or 11, characterised in that the layers of the piles (2) of different materials differ from one another with respect to mechanical and/or electrical and/or thermal properties and/or other properties influencing the technical use.
- Method according to one of claims 10 to 12, characterised in that the layering is formed from individual layers of different alloys of the same basic material or from individual, homogeneous layers of different materials or is formed from individual layers of different materials, each layer having material properties which change along the later pressing direction (4), preferably continuously changing.
- Method according to one of claims 10 to 13, characterised in that the separation residues of separating manufacturing processes or the like, such as chips or residual materials, forming the layers of the pile (2) have substantially the same particle sizes in each layer.
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