[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Strangaustrittsgeschwindigkeit
von, insbesondere mit variablen Krümmungsradien gekrümmten Strangpressprofilen aus
einer Strangpressvorrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.
[0002] Herkömmliche Strangpressvorrichtungen umfassen im allgemeinen eine in einem Kassettenhalter
aufgenommene Strangpresswerkzeughalterung und ein in der Strangpresswerkzeughalterung
aufgenommenes Strangpresswerkzeug. Das Strangpresswerkzeug ist mit einer Matrize ausgerüstet,
die mit einem dem Matrizenaustritt nachgeschalteten Matrizenmaul in Form eines Öffnungskegels
versehen ist. Falls Hohlprofile gepresst werden sollen, ist der Matrize zudem ein
Dornteil vorgeschaltet. Noch innerhalb der Strangpresswerkzeughalterung ist der Matrize,
genauer dem Matrizenmaul, gewöhnlich eine Hinterlage nachgeschaltet, welche sich gegen
eine in einem Gegenholm aufgenommene Druckplatte stützt, aus welcher schließlich das
gepresste Strangpressprofil in der gewünschten Profilform austritt.
[0003] Die Steuerung eines Strangpressvorgangs bzw. die weitere Bearbeitung eines gepressten
Strangpressprofils hängt wesentlich von der Austrittsgeschwindigkeit eines Strangpressprofils
aus der Strangpressvorrichtung ab. So kann beispielsweise eine exakte Ablängung gekrümmter
Strangpressprofile im Pressenfluss, z. B. durch den Einsatz von "Fliegenden Scheren",
nur bei Kenntnis der tatsächlichen Austrittsgeschwindigkeit der Strangpressprofile
erfolgen, die jedoch zum Teil beträchtlichen Schwankungen unterliegen kann. Eine Messung
der tatsächlichen Austrittsgeschwindigkeit eines Strangpressprofils ist demzufolge
eine wesentliche Voraussetzung zur Einhaltung exakter Bauteilgeometrien.
[0004] Zum technischen Hintergrund wird auf die Patentschrift CH 507752 und die Offenlegungsschrift
DE 4210031 A1 verwiesen. CH 507752 beschriebt eine unmittelbar im Presswerkzeug erfolgende
Temperaturmessung und DE 4210031 A1 ein Verfahren zur berührungslosen optischen Längenmessung
von Materialien mit schwankender Dicke.
[0005] Es ist bekannt die Austrittsgeschwindigkeit eines Strangpressprofils indirekt über
die angelegte Stempelgeschwindigkeit zu ermitteln, wobei der sich ergebende Mengendurchsatz
durch Umrechnung ermittelt und anhand der Länge definierter Auslaufstrecken die Austrittsgeschwindigkeit
des Strangpressprofil bestimmt wird. Diese indirekte Messmethode ist jedoch wegen
der Vielzahl der zur Bestimmung der Austrittsgeschwindigkeit verwendeten Parameter,
die ihrerseits Schwankungen unterliegen, mit einer vergleichsweise großen Ungenauigkeit
behaftet. Zudem ist ein solches indirektes Messverfahren nicht bei allen Strangpressprofilen
zufriedenstellend einsetzbar. So erfordern Strangpressprofile mit einer unterschiedlichen
Geometrie, beispielsweise Strangpressprofile mit variablem Krümmungsradius, die Definition
einer Vielzahl unterschiedlicher Auslaufstrecken, was in der Praxis oftmals zu erheblichen
Schwierigkeiten führt. Aus diesem Grund ist einer direkten Meßmethode der Austrittsgeschwindigkeit
eines Strangpressprofils gegenüber der indirekten Meßmethode der Vorzug zu geben.
Es ist aus der Patentschrift GB 563893 bekannt die Austrittsgeschwindigkeit eines
Strangpressprofils durch ein dem Strangpressprofil im Pressenfluss anliegendes Reibrad
direkt zu messen. Hierbei wird das dem Strangpressprofil anliegende Reibrad durch
die Reibung zwischen Reibrad und Strangpressprofil in Drehung versetzt, wobei aus
der Zahl der Umdrehungen des Reibrads pro Zeiteinheit die Austrittsgeschwindigkeit
des Strangpressprofils aus der Strangpressvorrichtung ermittelt wird. Nachteilig bei
dieser Meßmethode ist, dass das Reibrad für eine ausreichende Reibung zwischen Reibrad
und metallischem Strangpressprofil mit einer hinreichenden Druckkraft gegen das Strangpressprofil
gedrückt werden muss, so dass bei dem noch heißen, im allgemeinen weichen, metallischen
Strangpressprofil ein Abdruck durch das Reibrad wahrscheinlich ist. Wird das Reibrad
andererseits mit einer geringeren Druckkraft gegen das Strangpressprofil gedrückt,
so kann ein Schlupf zwischen Reibrad und metallischem Strangpressprofil nicht mehr
ausgeschlossen werden, so dass hieraus ein unerwünschter Messfehler resultieren kann.
Zudem ist das Reibrad durch das noch heiße Strangpressprofil im Pressenfluss einem
starken Verschleiß ausgesetzt und muss dementsprechend häufig ausgewechselt werden,
was in unerwünschter Weise zu Betriebsunterbrechungen und teuren Stillstandzeiten
der Strangpressvorrichtung führt.
[0006] Um den Nachteil eines mechanischen Eingriffs auf das Strangpressprofil durch das
Reibrad zu vermeiden bzw. um genauere Messungen zu erhalten, wurde bereits ein berührungsloses
Lasermessverfahren zur Messung der Austrittsgeschwindigkeit des Strangpressprofils
im Pressenfluss in Betracht gezogen. Hierbei handelt es sich um eine Laser-Dopplerfrequenz-Messvorrichtung,
bei welcher das Licht einer Laserdiode in einem optoakustischen Modulator (Bragg-Zelle)
in zwei Teilstrahlen aufgespaltet wird. Den Teilstrahlen wird zudem eine bestimmte
Frequenzverschiebung, beispielsweise 40 MHz, auferlegt. Die beiden Teilstrahlen werden
symmetrisch zur Messrichtung unter einem gegengleichen Winkel auf eine Oberfläche
des zu messenden Strangpressprofils gerichtet und dort zur Überlagerung gebracht.
Durch die Überlagerung der beiden Teilstrahlen entsteht auf der Oberfläche des Strangpressprofils
ein Streifenmuster in Form von hellen und dunklen Streifen mit einem bestimmten Streifenabstand,
welcher sich aus dem Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen und der Wellenlänge ergibt.
Durchquert ein Streuteilchen auf der Oberfläche des Strangpressprofils das Interferenzstreifenmuster,
streut es immer dann Licht in die Empfangslinse, wenn es gerade in einem Hellfeld
ist. Am Detektor entsteht somit eine Intensitätsmodulation aus deren Frequenz sich
durch Multiplikation mit dem Streifenabstand die tangentiale Oberflächengeschwindigkeit
des Strangpressprofils ergibt.
[0007] Hieraus ist ersichtlich, dass bei dem Lasermessverfahren ein stets gleichbleibender
Einfallswinkel der jeweiligen Teilstrahlen auf die Oberfläche des Strangpressprofils,
sowie wegen der notwendigen Überlagerung der Teilstrahlen auf der Oberfläche des Strangpressprofils
auch ein stets gleichbleibender Abstand der Lasermessvorrichtung zum Strangpressprofil
sichergestellt sein muss. Ist dies nicht der Fall, tritt ein Messfehler auf oder die
Messung wird unmöglich. Für eine optimale Messung mit möglichst geringem Messfehler
muss die Messrichtung der Lasermessvorrichtung senkrecht zu der zu messenden Oberfläche
positioniert werden.
[0008] Eine solche senkrechte Positionierung der Messrichtung der Lasermessvorrichtung relativ
zum Strangpressprofil ist jedoch nur bei geraden Strangpressprofilen exakt durchführbar.
Bei gekrümmten Strangpressprofilen muss die Lasermessvorrichtung während des Krümmungsvorgangs
mit dem durch Einwirken einer seitlichen Krümmungskraft ausgelenkten Strangpressprofil
mitgeführt werden, um auf diese Weise einen konstanten Abstand zwischen Lasermessvorrichtung
und Strangpressprofil beizubehalten. Zudem muss die Lasermessvorrichtung auf einem
Drehlager montiert werden, um eine in Bezug auf das Strangpressprofil annähernd senkrechte
Positionierung der Messrichtung der Lasermessvorrichtung relativ zur Oberfläche des
Strangpressprofils zu ermöglichen. Dies erfordert sehr komplizierte Nachführbewegungen
der Lasermessvorrichtung, die eine aufwändige Steuerung voraussetzen. Jedoch, selbst
bei einer optimalen Nachführung der Lasermessvorrichtung mit dem Strangpressprofil,
bewirkt die gekrümmte Oberfläche des Strangpressprofils eine faktische Änderung des
gerätetechnisch vorgegebenen gegengleichen Einfallswinkels der Teilstrahlen auf die
Oberfläche des Strangpressprofils, wodurch verhindert wird, dass die tangentiale Geschwindigkeit
des Strangpressprofils gemessen wird. Dieses Effekt tritt umso stärker auf, je größer
die Krümmung des Strangpressprofils ist.
[0009] Soll die Austrittsgeschwindigkeit von Strangpressprofilen mit variablem Krümmungsradius
im Pressenfluss mittels des Lasermessverfahrens gemessen werden, so ist für jedes
unterschiedlich gekrümmte Strangpressprofil eine verschiedene Steuerung der Lasermessvorrichtung
notwendig, was in der Praxis kaum mehr handhabbar ist.
[0010] Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und exaktes
Verfahren zur berührungslosen Messung der Austrittsgeschwindigkeit von Strangpressprofilen
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Ein solches
Verfahren soll nicht nur bei geraden Strangpressprofilen, sondern auch bei gekrümmten
Strangpressprofilen, insbesondere Strangpressprofilen mit variablem Krümmungsradius,
in einfacher Weise eingesetzt werden können.
[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der
Strangaustrittsgeschwindigkeit von, insbesondere mit variablen Krümmungsradien gekrümmten,
Strangpressprofilen aus einer Strangpressvorrichtung, welche eine in einem Kassettenhalter
aufgenommene Strangpresswerkzeughalterung und ein in der Strangpresswerkzeughalterung
aufgenommenes Strangpresswerkzeug, welches Strangpresswerkzeug eine Matrize mit einem
hinter einer Matrizenaustrittsebene angeordneten Matrizenmaul, und eine dem Matrizenmaul
nachgeschaltete Hinterlage umfasst, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Strangpressgeschwindigkeit des Strangpressprofils innerhalb des Strangpresswerkzeugs
hinter der Matrizenaustrittsebene mittels einer Messvorrichtung zur Durchführung eines
berührungslosen Messverfahrens gemessen wird.
[0012] Wie die Anmelderin feststellen konnte, weichen Strangpressprofile mit unterschiedlichem
Krümmungsradius erst bei Austritt aus dem Strangpresswerkzeug in deren Bahn deutlich
voneinander ab. Mit anderen Worten, Strangpressprofile mit unterschiedlichem Krümmungsradius
verlaufen innerhalb des Strangpresswerkzeugs im wesentlichen auf der gleichen Bahn.
Die Abweichungen der unterschiedlich gekrümmten Strangpressprofile sind für den Zweck
der Messung der tangentialen Oberflächengeschwindigkeit vernachlässigbar klein. Durch
das erfindungsgemäße Messverfahren kann deshalb die tangentiale Oberflächengeschwindigkeit
(Austrittsgeschwindigkeit) des Strangpressprofils exakt und einfach gemessen werden,
ohne dass bei gekrümmten Strangpressprofilen komplizierte und aufwändige Nachführbewegungen
der Messvorrichtung erforderlich wären. Selbst bei Strangpressprofilen, die mit einem
unterschiedlichen Krümmungsradius gekrümmt werden, können ohne Veränderung der Positionierung/Ausrichtung
der Messvorrichtung exakte Messungen gewonnen werden, da, wie oben erwähnt, eine unterschiedliche
Krümmung der Strangpressprofile im wesentlichen keine Veränderung der Bahn der Strangpressprofile
innerhalb des Strangpresswerkzeugs hervorruft.
[0013] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Strangpressgeschwindigkeit
des Strangpressprofils im Matrizenmaul gemessen. Alternativ hierzu kann die Strangpressgeschwindigkeit
des Strangpressprofils in der dem Matrizenmaul nachgeschalteten Hinterlage gemessen
werden.
[0014] Hierbei ist es zur optimalen Durchführung der Messung bevorzugt, dass die Messrichtung
der Messvorrichtung zur Durchführung der berührungslosen Geschwindigkeitsmessung im
wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Strangpressprofils ausgerichtet ist. Falls
das Strangpresswerkzeug nicht parallel zur Pressachse montiert ist, d.h. wenn das
Strangpressprofil schräg zur Pressachse aus der Matrize austritt, weil die Austrittsebene
der Matrize einen von 90° verschiedenen Winkel zur Pressachse einnimmt, ist es im
allgemeinen zur Beibehaltung einer im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Strangpressprofils
gerichteten Messrichtung notwendig, dass die Messvorrichtung mit einer dementsprechenden
Schrägstellung der Messrichtung zur Pressachse angeordnet ist, wobei der Winkel der
Messrichtung zur Pressachse zu dem Winkel der Austrittsebene der Matrize zur Pressachse
gleich ist.
[0015] Falls das Strangpressprofil zu der Messrichtung einer eingerichteten Messvorrichtung
schräge Flächen aufweist, bzw. mit verschiedenen Bombierungen versehen ist, so kann
es vorteilhaft sein, wenn die Messrichtung im wesentlichen senkrecht auf eine Kante
eines Strangpressprofils gerichtet ist.
[0016] Ein bevorzugtes berührungsloses Messverfahren zur Messung der Austrittsgeschwindigkeit
(tangentiale Oberflächengeschwindigkeit) des Strangpressprofils ist die eingangs genannte
Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessung mittels einer Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung.
[0017] Als Strangpressprofile kommen Strangpressprofile aus einem Leichtmetallwerkstoff,
insbesondere aus Aluminium oder Magnesium bzw. Aluminium- oder Magnesiumlegierungen
in Betracht, die mit einem, insbesondere variablen Krümmungsradius, gekrümmt werden.
[0018] Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche zur Durchführung des oben
dargestellten Verfahrens eingesetzt wird, welche eine in einem Kassettenhalter aufgenommene
Werkzeughalterung, ein in der Strangpresswerkzeughalterung aufgenommenes Strangpresswerkzeug,
welches Strangpresswerkzeug eine Matrize mit einem hinter einer Matrizenaustrittsebene
angeordneten Matrizenmaul, und eine dem Matrizenmaul nachgeschalteten Hinterlage umfasst
und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung mit zueinander fluchtend angeordneten
Durchgangsbohrungen durch Kassettenhalter, Strangpresswerkzeughalterung und Matrizenmaul
oder Hinterlage versehen ist.
[0019] Falls das Strangpresswerkzeug nicht zur Pressachse ausgerichtet ist, sondern die
Austrittsebene der Matrize einen von 90° verschiedenen Winkel α zur Pressachse einnimmt,
so ist die Fluchtrichtung der Durchgangsbohrungen von Kassettenhalter, Strangpresswerkzeughalterung
und Matrizenmaul oder Hinterlage in dem gleichen Winkel α wie das Strangpresswerkzeug
zur Pressachse schräg gestellt.
[0020] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug
auf die beigefügte Zeichnung genommen wird.
- Fig. 1
- zeigt einen Längsschnitt in der Pressachse durch eine erfindungsgemäße Anordnung innerhalb
einer Strangpressvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0021] Es sei Figur 1 betrachtet. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist Teil einer Strangpressvorrichtung mit der Pressachse 7. Die Pressrichtung
der Strangpressvorrichtung ist in der Zeichnung in Pfeilrichtung von rechts nach links
angegeben. Die Anordnung umfasst eine in einem Kassettenschieber 4 aufgenommene Strangpresswerkzeughalterung
5. Innerhalb der Strangpresswerkzeughalterung 5 ist eine Matrize 2 mit vorgeschaltetem
Dornteil 3 aufgenommen. Der Matrizenaustrittsebene 8 nachgeschaltet ist das Matrizenmaul
9, welches sich im allgemeinen konusförmig aufweitet (hier zur Vereinfachung der Zeichnung
ohne konusförmige Aufweitung dargestellt). Ferner ist dem Matrizenmaul 9 die Hinterlage
1 nachgeschaltet.
[0022] Die Matrize 2 ist mit einem Matrizenneigungswinkel α zur Pressachse 7 eingebaut.
Der Matrizenneigungswinkel α beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiels 90°, d.
h. die Austrittsebene 8 der Matrize 2 ist senkrecht zur Pressachse 7 der Strangpressvorrichtung.
[0023] Beim Strangpressen tritt ein zu formendes Material in der angegebenen Pfeilrichtung
in die Öffnung 10 der Strangpresswerkzeughalterung 5 ein. Von Dornteil 3 und Matrize
2 geformt, tritt das Strangpressprofil an der Matrizenaustrittsebene 8 in das Matrizenmaul
9 über und gelangt in die Öffnung 11 der Hinterlage 1, von wo aus das Strangpressprofil
in den Pressenfluss, d.h. den Auslauf, übergeht.
[0024] Zur Messung der tangentialen Oberflächengeschwindigkeit (d. h. Austrittsgeschwindigkeit)
des Strangpressprofils sind der Kassettenschieber 4, die Strangpresswerkzeughalterung
5 und das Matrizenmaul 5 mit fluchend angeordneten Durchgangsbohrungen 12, 13, 14
versehen. Eine Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung 6 dient zur Messung
der Austrittsgeschwindigkeit des Strangpressprofils. Die beiden Teilstrahlen 15, 16
der Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung 6 treten durch die fluchtend
angeordneten Durchgangsbohrungen 12, 13, 14 hindurch und treffen im Matrizenmaul 9
auf das Strangpressprofil. Von der Oberfläche des Strangpressprofils reflektiert,
gelangen die reflektierten Laserstrahlen 17 wieder in die Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung
6 zur Bestimmung der tangentialen Oberflächengeschwindigkeit (Austrittsgeschwindigkeit)
des Strangpressprofils. Die Messrichtung der Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung
6 nimmt einen zum Matrizenneigungswinkel α gleichen Messwinkel α zur Pressachse 7
ein, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel 90° beträgt, so dass eine optimale Messung
der tangentialen Oberflächengeschwindigkeit des Strangpressprofils gewährleistet ist.
1. Verfahren zur Bestimmung der Strangaustrittsgeschwindigkeit von, insbesondere mit
variablen Krümmungsradien gekrümmten, Strangpressprofilen aus einer Strangpressvorrichtung,
welche
- eine in einem Kassettenhalter (4) aufgenommene Strangpresswerkzeughalterung (5),
- ein in der Strangpresswerkzeughalterung (5) aufgenommenes Strangpresswerkzeug, welches
Strangpresswerkzeug eine Matrize (2) mit einem hinter einer Matrizenaustrittsebene
(8) angeordneten Matrizenmaul (9), und eine dem Matrizenmaul (9) nachgeschaltete Hinterlage
(1) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressgeschwindigkeit des Strangpressprofils innerhalb des Strangpresswerkzeugs
hinter der Matrizenaustrittsebene (8) mittels einer Messvorrichtung (6) zur Durchführung
eines berührungslosen Messverfahrens gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressgeschwindigkeit des Strangpressprofils im Matrizenmaul (9) gemessen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressgeschwindigkeit des Strangpressprofils in der Hinterlage (1) gemessen
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messrichtung der Messvorrichtung (6) zur Durchführung eines berührungslosen
Messverfahrens im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Strangpressprofils ausgerichtet
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrichtung der Messvorrichtung (6) im wesentlichen senkrecht auf eine Kante
eines Strangpressprofils ausgerichtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Strangpresswerkzeug, bei welchem die Matrizenaustrittsebene (8) einen von
90° verschiedenen Winkel α zur Pressachse (7) einnimmt, die Messrichtung der Messvorrichtung
(6) nach dem gleichen Winkel α zur Pressachse (7) ausgerichtet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressgeschwindigkeit des Strangpressprofils mittels einer Laser-Dopplerfrequenz-Geschwindigkeitsmessvorrichtung
gemessen wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
welche eine in einem Kassettenhalter (4) aufgenommene Werkzeughalterung (5), ein in
der Strangpresswerkzeughalterung (5) aufgenommenes Strangpresswerkzeug, welches Strangpresswerkzeug
eine Matrize (2) mit einem hinter einer Matrizenaustrittsebene (8) angeordneten Matrizenmaul
(9), und eine dem Matrizenmaul (9) nachgeschalteten Hinterlage (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung mit zueinander fluchtend angeordneten Durchgangsbohrungen (12, 13,
14) durch Kassettenhalter 4, Strangpresswerkzeughalterung (5) und Matrizenmaul (9)
oder Hinterlage (1) versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Strangpresswerkzeug, bei welchem die Matrizenaustrittsebene (8) einen von
90° verschiedenen Winkel α zur Pressachse (7) einnimmt, die Fluchtrichtung der zueinander
fluchtend angeordneten Durchgangsbohrungen (12, 13, 14) durch Kassettenhalter (4),
Strangpresswerkzeughalterung (5) und Matrizenmaul (9) oder Hinterlage (1) den gleichen
Winkel α zur Pressachse (7) einnimmt.