[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen
aus pulverförmigem Pressmaterial nach dem Patentanspruch.
[0002] Es ist bekannt, Formteile aus Hartmetall, Keramik, Sintermetallen oder dergleichen
mit Hilfe von Pressen herzustellen. Das pulverförmige bzw. granuläre Material wird
mit Hilfe von Pressen zu einem Formling geformt, der anschließend einem Sinterprozeß
unterworfen wird. Eine Presse weist einen Ober- und einen Unterstempel auf, die mit
einer Matrize bzw. einer Matrizenbohrung in einer Matrizenplatte zusammenwirken. Die
Stempel werden von einem geeigneten Kraftantrieb angetrieben, entweder mechanisch
oder hydraulisch über geeignete Hydraulikzylinder. Es ist bekannt, die Matrizenplatte
fest anzuordnen und Ober- und Unterstempel zu bewegen oder alternativ die Matrizenplatte
zu verfahren und den Oberstempel zu verstellen, während der Unterstempel stationär
bleibt.
[0003] Wesentlich für die reproduzierbare Herstellung von Pulverpresslingen ist, dass der
Pressling eine homogene Struktur erhält bei einer vorgegebenen Dichte. Presslinge
mit geringer Dichte schwinden beim Sintern schneller als Presslinge mit höherer Dichte.
Durch unterschiedlich einstellbare Presswege von Unter- und Oberstempel kann versucht
werden, Dichteabweichungen zu minimieren. Andererseits können unterschiedliche Dichten
in der Praxis durch unterschiedliche Presskräfte entstehen, die wiederum bei gleicher
Höhe der Presslinge, z. B. aufgrund von Füllschwankungen, die bis zu einigen Prozenten
gehen, hervorgerufen werden.
[0004] Hydraulische Pressen haben den Vorteil, dass ein relativ frei programmierbarer Pressablauf
erzielt werden kann. Aus DE 4 209 767 C1 ist bekannt, die Presskraft zu messen, um
eine möglichst gleichmäßige Dichte innerhalb einer Charge zu erreichen. In Abhängigkeit
von der gemessenen Presskraft wird anschließend eine Korrektur über die Füllung für
die nachfolgenden Presslinge vorgenommen. Bei diesem Verfahren wird die Position der
Stempel bestimmt und die dazugehörende Presskraft gemessen. Das Anfahren einer bestimmten
Position führt zu einer relativ hohen Formgenauigkeit, verursacht unter Umständen
unterschiedliche Dichten. Wird hingegen bei einer voreingestellten Presskraft der
Pressvorgang beendet, besteht die Gefahr, dass der Pressling unterschiedliche Dicken
hat.
[0005] Aus DE 197 17 217 C2 ist bekannt geworden, abhängig von der Geometrie des Presslings
und des Ausgangsmaterials während der Kompression für einen Pressstempel ein gewünschtes
Kraftwegdiagramm (Sollkurve) vorab zu ermitteln und zu speichern. In einem Rechner
für den Herstellungsprozess werden während der Kompression die gemessenen Werte für
den Weg und die Kraft des Pressstempels mit der Sollkurve verglichen. Mittels mindestens
eines separat betätigten Abschnitts des Pressstempels oder eines getrennten Stempels
wird der Druck auf das Pressmaterial während der Kompressionsphase erhöht oder verringert,
sobald eine Abweichung von der Sollkurve ermittelt wird. Bei diesem Verfahren müssen
mindestens zwei Positionssensoren vorgesehen werden, nämlich für den mindestens einen
Pressstempel und den mindestens einen weiteren Pressstempel. Aus DE 100 10 671 C2
ist bekannt geworden, durch vorangehende Versuche für einen gewünschten Pressling
ein Kraftzeitdiagramm zu erstellen, nach dem der Unter- oder Oberstempel während der
Kompression verstellt wird. Das Nachfahren nach dem Kraftzeitdiagramm erfordert ebenfalls
einen Regler, wie bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren.
[0006] Aus DE 1 042 772 C2 ist bekannt geworden, für einen Pressling vorgegebener Geometrie
und Abmessungen sowie vorgegebenen Materials den Wert für die vom Oberstempel einzubringende
Energie zu speichern. Ferner wird als zweiter Wert die vom Ober- und Unterstempel
insgesamt einzutragende Energie gespeichert. Während der Kompression wird der Vorschub
des Oberstempels beendet, wenn sein Energieeintrag den vorgegebenen ersten Wert erreicht
hat, und der Vorschub des Unterstempels erfolgt nach Maßgabe des Restenergieeintrags
und wird beendet, wenn die Gesamtenergie den zweiten vorgegebenen Wert erreicht hat.
Auch hierfür ist ebenfalls eine Regelung erforderlich.
[0007] Ziel aller Verfahren ist, mit Hilfe geeigneter Regelungsvorkehrungen sicherzustellen,
dass auch bei sich veränderndem Pulver innerhalb einer Charge immer ein gleiches Pressergebnis
erzielt wird.
[0008] Ein Produktionszyklus besteht aus mehreren Phasen: Füllen des Materials, Zusammenfahren
der Stempel, Verdichten des Pressmaterials, Presshaltezeit, Ausfahren des Presslings
und seine Entnahme. Die Entnahme erfolgt normalerweise durch ein automatisches Entnahmesystem.
Um die Ausstossleistung der Presse zu erhöhen, wird versucht, die Zeiten der einzelnen
Phasen zu verkürzen. In dieser Hinsicht bestehen verfahrenstechnische Grenzen, die
einer Zykluszeitverringerung entgegenstehen. Die Zeiten für das Verdichten des Pulvers,
die Presshaltezeit und die Zeit zum Ausfahren des Presslings ist abhängig von der
Art des eingesetzten Pulvers und der Geometrie des Presslings. Zu kurze Verdichtungs-,
Presshalte- und Ausstosszeiten führen zu Haarrissen im Pressling, was unbedingt vermieden
werden muss. Aus diesem Grund ist die Ausstossleistung moderner hydraulischer Pulverpressen
derzeit auf max. 30 Stück pro Minute begrenzt.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen
aus pulverförmigem Pressmaterial zu schaffen, mit der die Ausstossleistung deutlich
gesteigert werden kann, ohne dass eine Einbuße an Pressgenauigkeit hingenommen werden
muß.
[0010] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0011] Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse ist eine feststehende oder bewegliche Matrizenplatte
vorgesehen mit mindestens zwei Matrizen oder einer Matrize mit mindestens zwei Matrizenbohrungen.
Bei der erfindungsgemäßen Pulverpresse sind ferner mindestens zwei Oberstempel vorgesehen,
die mit den Matrizen bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und einzeln wirken oder
mechanisch gekoppelt sind. Sie werden von zwei bzw. einem einzigen hydraulischen Zylinder
betätigt. Ferner sind mindestens zwei Unterstempel vorgesehen, die mit den Matrizen
bzw. Matrizenbohrungen zusammenwirken und jeweils einen eigenen oder einen gemeinsamen
Antrieb mittels eines Hydraulikzylinders aufweisen. Den Oberstempeln sind ein oder
zwei Positionssensoren und den Unterstempeln ein oder zwei Positionssensoren zugeordnet.
Den Hydraulikzylindern ist ein Kraftsensor zugeordnet. Schließlich weist ein Prozessrechner
für die erfindungsgemäße Pulverpresse mindestens drei Regler auf, nämlich einen Regler
für den Hydraulikzylinder der Ober- oder Unterstempel und jeweils einen Regler für
die Hydraulikzylinder der Unter- oder Oberstempel.
[0012] Der Algorithmus, nach dem die einzelnen Regler arbeiten, kann in herkömmlicher Weise
formuliert sein. So ist z. B. eine Regelung nach einem Kraftweg- oder einem Kraftzeitdiagramm
oder auch nach dem Energieeintrag möglich. Bei allen Regelungen ist zuvor mit Hilfe
geeigneter Versuche und Messungen das Solldiagramm zu ermitteln, denen während der
eigentlichen Produktion regelnd nachgefahren wird.
[0013] Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Pulverpresse können zwei oder mehr Presslinge gleichzeitig
erzeugt werden, wobei die Pressvorgänge für die einzelnen Presslinge getrennt beeinflusst
werden, wodurch z. B. Pulverschwankungen und Werkzeugtoleranzen ausgeglichen werden.
Die erfindungsgemäße Pulverpresse ermöglicht somit eine große Pressgenauigkeit durch
getrennte Beeinflussung der Pressvorgänge.
[0014] Die Entnahme der gefertigten Presslinge durch das Entnahmesystem kann in einem oder
mehreren Arbeitsschritten erfolgen, wobei die Entnahme in einem Arbeitsschritt wegen
der kürzeren Zykluszeit vorzuziehen ist. Durch das gleichzeitige Pressen und Entnehmen
mehrerer Presslinge wird die Ausstossleistung der Presse nach Maßgabe der Anzahl gleichzeitig
gepresster Presslinge vervielfacht, ohne dass die Pressgenauigkeit darunter leidet.
[0015] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
- Figur 1
- zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung,
- Figur 2
- zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Presse nach der Erfindung.
[0016] In der Figur ist eine Presse zum Pressen von pulverförmigem Pressmaterial schematisch
dargestellt. Sie weist eine feststehende Matrizenplatte 10 auf, die zwei Matrizen
12, 14 enthält mit jeweils einer Matrizenbohrung. Oberhalb der Matrizenplatte 10 sind
zwei Oberstempel 16 angeordnet, die mit den Matrizen 12, 14 zusammenwirken. Die Oberstempel
16 sind durch einen Block 18 mechanisch miteinander gekoppelt. Der Block 18 wird von
einem Hydraulikzylinder 20 betätigt.
[0017] Zwei Unterstempel 22 wirken mit den Matrizen 12, 14 zusammen und sind jeweils von
einem Hydraulikzylinder 24 bzw. 26 betätigt. Den Oberstempeln 16 ist ein Positionssensor
28 zugeordnet und dem Hydraulikzylinder 20 ist ein Kraftsensor 30 zugeordnet. Die
Betätigung des Hydraulikzylinders und der Oberstempel 16 erfolgt mit Hilfe eines Reglers
32 nach Maßgabe der Werte von Kraftsensor 30 und Positionssensor 28 nach einem vorgegebenen
Algorithmus beispielsweise einem Kraftweg- oder Kraftzeitdiagramm. Als Stellglied
dient ein Regelventil 34 für den Hydraulikzylinder 20.
[0018] Wie zu erkennen, ist den Unterstempeln 22 jeweils ein eigener Positionssensor 36
bzw. 38 zugeordnet und die von den Hydraulikzylindern 24, 26 aufgebrachte Kraft wird
mit separaten Kraftsensoren 40 bzw. 42 ermittelt. Die Betätigung der Hydraulikzylinder
24, 26 erfolgt über getrennte Regler 44 bzw. 46 nach Maßgabe der Daten, die von den
Positionssensoren 36, 38 bzw. Kraftsensoren 40, 42 geliefert werden. Der Algorithmus
für die Regler 44, 46 entspricht z. B. dem nach dem der Regler 32 arbeitet. Die Stellgrößen
der Regler 44 bzw. 46 werden über Regelventile 48 bzw. 50 auf die Hydraulikzylinder
24, 26 gegeben.
[0019] Es ist zu erkennen, dass mit einem minimalen apparativen Aufwand eine hohe Ausstossleistung
mit einer Presse erzielt wird, bei gleichzeitig hoher Pressgenauigkeit für jede Achse,
da jede Achse getrennt geregelt wird.
[0020] Es versteht sich, daß naturgemäß auch die Oberstempel 16 durch getrennte Hydraulikzylinder
betätigt werden können und somit auch getrennt im Hinblick auf die Kräfte und die
sonstigen Daten überwacht werden können. Es verseht sich ferner, daß statt des separaten
Antriebs für die Unterstempel 22 durch die Hydraulikzylinder 24, 26 auch ein gekoppelter
Antrieb möglich ist wie für die Oberstempel 16 gezeigt, während die Oberstempel separat
durch eigene Hydraulikzylinder angetrieben werden. In jedem Falle wird das angestrebte
Ziel erreicht, eine individuelle Verpressung in den Matrizenbohrungen 12 zu erhalten.
[0021] Soweit bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gleiche Teile wie in Fig. 1 verwendet
werden, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0022] Die Besonderheit bei Fig. 2 besteht darin, daß eine hydraulische Antriebsanordnung
50 zwei konzentrisch angeordnete Ringkolben 52, 56 aufweist, die in entsprechenden
Ringzylindern geführt sind. Werden, wie in Fig. 1 gezeigt, übliche Hydraulikzylinder
nebeneinander angeordnet, ist der Abstand zwischen den Unterstempeln 22 relativ groß.
Mit Hilfe einer Ringanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich dieser
Abstand beträchtlich verringern.
[0023] Es versteht sich, daß auch die Oberstempel 16 zusätzlich oder alternativ mit einer
Ringzylinderanordnung angetrieben werden können, wobei jeder Ringkolben in seiner
Position und im Hinblick auf die Preßkräfte separat detektiert werden kann.
[0024] Schließlich versteht sich, daß bei Pressen, bei denen eine angetriebene Matrizenplatte
verwendet wird, während die Unterstempel stationär sind, die beschriebene Anordnung
ebenfalls eingesetzt werden kann. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Oberstempel
separat anzutreiben und ihren Betrieb separat zu regeln, während die Matrizenplatte
durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder verstellt wird.
1. Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial, mit
den folgenden Merkmalen:
eine Matrizenplatte (10) mit mindestens zwei Matrizen (12, 14) oder einer Matrize
mit mindestens zwei Matrizenbohrungen
mindestens zwei Oberstempel, die mit den Matrizen (12, 14) bzw. den Matrizenbohrungen
zusammenwirken
Hydraulikzylinder (20) für die Oberstempel (16)
mindestens zwei Unterstempel (22), die mit den Matrizen (12, 14) bzw. Matrizenbohrungen
zusammenwirken
Hydraulikzylinder (24, 26) für die Unterstempel (22)
mindestens ein Positionssensor (28) für die Oberstempel (16) und mindestens ein Positionssensor
für die Unterstempel (22)
Kraftsensoren (30, 40, 42) für die einzelnen Hydraulikzylinder (20, 24, 26) und
ein Regler (32) für den oder die Hydraulikzylinder (20) für die Oberstempel (16) und
jeweils ein Regler (44, 46) für die Hydraulikzylinder (24, 26) für die Unterstempel
(22).
2. Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberstempel oder die Unterstempel mechanisch gekoppelt und mit einem Hydraulikzylinder
verbunden sind und ein Positionssensor für die Ober- oder Unterstempel vorgesehen
ist.
3. Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstempel stationär sind und die Matrizenplatte höhenbeweglich und mit mindestens
einem Hydraulikzylinder verbunden ist.
4. Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei separaten Hydraulikzylindern für die Ober- und/oder Unterstempel Ringzylinder
mit Ringkolben vorgesehen sind.