[0001] Die Erfindung betrifft eine Presse, die insbesondere zum Herstellen maßhaltiger Preßlinge
aus pulverförmigen Werkstoffen eingesetzt werden kann, welche sich aber auch für
andere Einsatzzwecke, bspw. auf den Gebieten der KunststoffPreßtechnik, der Tiefziehtechnik
und der Stanztechnik, eignet.
[0002] Ausgangsbasis der Erfindung ist dabei eine mechanische Presse mit einem Pressengestell,
in dem ein Pressenrahmen und ein Pressentisch vorgesehen sind, die durch einen mechanischen
Antrieb, vornehmlich einen Kniehebelantrieb, bewegungsschlüssig miteinander gekoppelt
sind und einen Haupt-Pressenstößel bilden, der beim Pressenbetrieb als sogenannte
Haupt- und Leitachse wirksam ist.
[0003] Zum Herstellen maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Werkstoffen sind bereits
hydraulische Preßautomaten bekannt, die sich auch bei der Fertigung komplexer Formteile,
insbesondere solcher mit ein- oder mehrfach abgestufter Gestalt, einsetzen lassen
(s. z.B. DE-OS 3l 42 l26). Für jede am Preßteil auszubildende Stufe arbeitet dabei
das eigentliche Preßwerkzeug mit einer eigenen Preßachse, der innerhalb der Presse
jeweils ein besonderer Hydraulikantrieb zugeordnet ist, und zwar in der Weise, daß
von jedem dieser Hydraulik antriebe relativ zum Preßwerkzeug zwischen dessen Füllstellung
und dessen Preßstellung ein anderer Arbeitsweg durchlaufen bzw. ausgesteuert werden
muß.
[0004] Zwischen den einzelnen Hydraulikantrieben dieser bekannten hydraulischen Preßautomaten
ergibt sich zwangsläufig ein relativ komplizierter, wesentlich durch die Gestalt der
herzustellenden Preßlinge mitbestimmter Bewegungsablauf, der überhaupt nur durch aufwendige
elektronische Steuersysteme bewirkt und überwacht werden kann.
[0005] Trotzdem ist bei den bekannten hydraulischen Preßautomaten aber nicht gewährleistet,
daß die während jedes einzelnen Preßvorgangs erforderlichen Bewegungen der verschiedenen
Hydraulikantriebe auch wirklich in exakter Koordination ausgeführt werden. Es ist
nämlich nicht sichergestellt, daß die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zu den einzelnen
Hydraulikantrieben mengen- und geschwindigkeitsmäßig stets exakt gleichbleibend eingehalten
wird, da es häufig zu Drucküberlagerungen kommt. Hieraus resultieren dann nicht vorbestimmbare
überlagerte Bewegungen der Hydraulikantriebe, die sich auch durch die elektronische
Steuerung nicht ausregeln lassen und daher das Arbeitsresultat an den Preßlingen beeinträchtigen
können.
[0006] Nachteilig bei den bekannten hydraulischen Preßautomaten ist auch, daß sämtliche
Hydraulikantriebe relativ große Hubwege durchlaufen müssen und dadurch nur geringe
Hubzahlen ermöglichen, welche die Produktivität beeinträchtigen.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse der anfangs beschriebenen Gattung
anzugeben, die nicht nur einen stets einwandfrei reproduzierbaren Betreib sämtliher
zusammenarbeitender Preßachsen gewährleistet, sondern zugleich auch mit relativ hohen
Hubzahlen betrieben werden kann. Angestrebt ist darüber hinaus eine hohe Formsteifigkeit
des gesamten Pressensystems bei dauerhaft hoher Funktionssicherheit.
[0008] Trotzdem sollen jedoch flexible Bewegungs- bzw. Antriebsmöglichkeiten für die einzelnen
Preßachsen erreichbar sein, und eine druckunabhängige Weg-Steuerung derselben soll
ermöglicht werden.
[0009] Gelöst wird die gestellte Aufgabe nach dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs l dadurch,
daß vor dem Haupt-Pressenstößel zwischen Pressenrahmen und Pressentisch ein hydraulischer
Pressenteil mit mindestens einer zusätzlichen Preßachse, vorzugsweise jedoch mehreren
zusätzlichen Preßachsen, einsetzbar ist, und daß dabei die Arbeitsbewegung jeder
Preßachse des hydraulischen Pressenteils weg- und zeitabhängig von der Arbeitsbewegung
der aus Pressenrahmen und Pressentisch bestehenden Haupt-und Leitachse des mechanischen
Pressenteils steuer- und regelbar ist.
[0010] Der Vorteil eines solchen Pressensystems liegt darin, daß es unter Benutzung einer
bereits vorhandenen mechanischen Presse, insbesondere einer Kniehebelpresse, lediglich
durch Integration eines zusätzlichen hydraulischen Pressenteils verwirklicht werden
kann.
[0011] Da gemäß Vorschlag des Anspruchs 2 die Preßachse bzw. Preßachsen des hydraulischen
Pressenteils von der Preßachse des mechanischen Pressenteils bestimmbar abweichende
Preßwege aufweisen können, ist darüber hinaus auch erreicht, daß die großen Hubwege
des erfindungsgemäßen Pressensystems mit hohen Hubzahlen vom mechanischen Pressenteil
abgeleitet werden können, während nur die wesentlich kleineren Hubwege vom hydraulischen
Pressenteil durchlaufen werden müssen und sich daher ebenfalls auf hohe Hubzahlen
abstimmen lassen.
[0012] Bei dem erfindungsgemäßen, hydromechanischen Pressensystem bestimmt aber der mechanische
Pressenteil nicht nur die Durchführung der großen Hubwege bei hohen Hubzahlen, sondern
er übt in besonders vorteilhafter Weise auch die Leit- und Steuerfunktion für alle
hydraulisch bewirkten Arbeitsbewegungen aus. Es wird daher ein optimales Maß an Reproduzierbarkeit
und Betriebssicherheit erreicht und zugleich die Möglichkeit flexibler Bewegungen
durch den hydraulischen Pressenteil beibehalten.
[0013] Nach einem weiterbildenden Erfindungsmerkmal schlägt Anspruch 3 vor, daß jede Preßachse
des hydraulischen Pressenteils über einen elektrischen bzw. elektronischen Wegmeßgeber
mit der Hauptpreßachse gekoppelt bzw. koppelbar ist. Darüber hinaus können nach Anspruch
4 die Preßachsen des hydraulischen Pressenteils unter Zwischenschaltung einer CNC-Bahnsteuerung
über elektronische Wegverhältnis-Wertangabe-Einheiten frei programmierbar mit den
dem mechanischen Pressenteil zugeordneten Wegmeßgebern gekoppelt sein, in der Weise,
daß das Übersetzungs- bzw. Bewegungsverhältnis des hydraulischen Pressenteils relativ
zum mechanischen Pressenteil innerhalb vorgegebener Grenzen, vorzugsweise stufenlos,
variiert werden kann, während sich der Pressenrahmen des als Haupt- und Leitachse
wirksamen mechanischen Pressenteils in einer festliegenden 360°-Weg-Zeit-Kurve bewegt.
[0014] Nach Anspruch 5 sieht die Erfindung vor, daß die Hydraulikzylinder der verschiedenen
Preßachsen des hydraulischen Pressenteils jeweils über eigene Regelkreise und Hochdruckpumpen
mit Druckmittel beaufschlagbar sind und dabei jeder Regelkreis außer dem Wegmeßgeber
noch eine zugehörige Wegverhältnis-Werteingabe umfaßt.
[0015] Diese Maßnahmen tragen dazu bei, daß jede Preßachse des hydraulischen Pressenteils
unabhängig von allen anderen Preßachsen desselben betrieben wird und damit in unmittelbarer
Abhängigkeit vom mechanischen Pressenteil beeinflußbar ist. Es wird damit eine störfreie
und wirkungsmäßig optimale Regeltechnik für die einzelnen Preßachsen des hydraulischen
Pressenteils gewährleistet.
[0016] Im praktischen Betrieb des erfindungsgemäßen Pressensystems bewährt es sich, wenn
gemäß Anspruch 6 Steuerdruck und Rückstaudruck für den Hydraulikzylinder der M-Preßachsen
des hydraulischen Pressenteils selektiv einstellbar ist, wobei der Steuerdruck bis
zu 70 bar und der Rückstaudruck bis zu 350 bar regelbar ist. Die Hydraulikzylinder
für die Z-Achse und die Y-Achse können über Servorhydraulik bis zu 350 bar geregelt
werden. Vorzugsweise ist aber auch der Hydraulikzylinder der M-Achse wahlweise und
zusätzlich noch über Servohydraulik bis zu 350 bar regelbar vorgesehen.
[0017] Bewährt hat sich ferner, wenn bei einer Presse nach der Erfindung gemäß Anspruch
7 jede einzelne Preßachse des hydraulischen Pressenteils mit bis zu 50% der Pressen-Nennkraft
des mechanischen Pressenteils beaufschlagbar ist. In den verschiedenen Preßebenen
wird auf diese Art und Weise eine optimale Material- und Preßdruckverteilung erzielt,
die das Entstehen qualitativ einwandfreier Preßlinge gewährleistet.
[0018] Der modulare Aufbau einer erfindungsgemäßen Presse läßt sich auch dadurch günstig
beeinflussen, daß der hydraulische Pressenteil - nach Anspruch 8 - über Spannkeile
mechanischformschlüssig, aber leicht lösbar mit dem Pressenrahmen und dem Pressentisch
des mechanischen Pressenteils kuppelbar ist, so daß eine vorhandene mechanische Presse
jederzeit problemlos durch Einbau des hydraulischen Pressenteils auf unterschiedliche
Bedürfnisse abgestimmt werden kann. Im Rahmen dieser Möglichkeit erweist es sich dabei
auch noch als wichtig, daß - nach Anspruch 9 - der hydraulische Pressenteil mit sämtlichen
- vorzugsweise mindstens drei - Preßachsen einen in sich geschlossenen Einbau-Adapater
für den mechanischen Pressenteil bildet.
[0019] Ein kompakter und zugleich in hohem Maße formsteifer Aufbau für den hydraulischen
Pressenteil läßt sich nach den Merkmalen des Anspruchs l0 dadurch erreichen, daß
die Verfahrwege der Hydraulikzylinder für die einzelnen Preßachsen des hydraulischen
Pressenteils lediglich einem Bruchteil des Hubweges der Preßachse des mechanischen
Pressenteils entsprechen. In den meisten Fällen kommt man dabei für die Hydraulikzylinder
des hydraulischen Pressenteils mit Ver fahrwegen von bis zu 20 mm aus, während zugleich
der Hubweg für die Preßachsen des mechanischen Pressenteils bis zu l20 mm betragen
kann.
[0020] Während gemäß Anspruch ll üblicherweise die Preßachsen des hydraulischen Pressenteils
gleichläufig zur Bewegungsrichtung der Preßachsen des mechanischen Pressenteils verfahrbar
sind, können sie wahlweise auch gegenläufig hierzu verfahren werden, wenn dies für
den Preßvorgang zweckmäßig sein sollte.
[0021] In vielen Fällen erweist es sich als zweckmäßig oder sogar als notwendig, daß dem
mechanischen Pressenteil, z.B. dem Pressentisch, gemäß Anspruch l2 ein Pressen-Gegenstößel
bzw. Pressenabziehstößel (E-Preßachse) zugeordnet ist, der ebenfalls durch einen
mechanischen Antrieb, vorzugsweise einen Kurven- oder Nockentrieb, betätigbar ist.
[0022] Im Rahmen der Erfindung wird nach Anspruch l3 weiterhin vorgeschlagen, daß der elektrische
bzw. elektronische Wegmeßgeber für die Steuerung und Regelung des hydraulischen Pressenteils
zwischen dem Pressenrahmen und dem Pressentisch des mechanischen Pressenteils angeordnet
bzw. eingebaut ist, während sich weitere elektrische bzw. elektronische Wegmeßgeber
zur selektiven Lagenabfragung an den verschiedenen Preßachsen des hydraulischen Pressenteils
befinden. Unter Vermittlung der CNC-Bahnsteuerung bzw. deren Wegverhältnis-Werteingabe
können über die Wegmeßgeber die von den einzelnen Preßachsen während jedes Preßvorgangs
durchlaufenen Wegstrecken abgefragt, miteinander verglichen und nötigen falls proportional
nachgeregelt werden, und zwar in unmittelbarer Abhängigkeit von dem als Haupt und
Leitachse wirksamen mechanischen Pressenteil.
[0023] Für viele Einsatzzwecke einer erfindungsgemäßen Presse kann es sich ferner als wichtig
erweisen, daß nach Anspruch l4 die einzelnen Preßachsen des hydraulischen Pressenteils
wahlweise gegeneinander verriegelbar bzw. relativ zueinander freigebbar ausgelegt
sind, weil hierdurch auf einfache Art und Weise die Abstimmung des hydraulischen Pressenteils
auf die Gestlt des jeweils zu fertigenden Preßlings ermöglicht wird.
[0024] Für eine optimale Arbeitsweise des hydraulischen Pressenteils erweist es sich als
wichtig, daß gemäß Anspruch l5 die der Lagenabfragung dienlichen Wegmeßgeber desselben
unmittelbar dem Kolben und dem Zylindergehäuse der zugehörigen Hydraulikzylinder
zugeordnet sind und dabei nach Anspruch l6 mit dem Wegmeßgeber des mechanischen Pressenteils
über die CNC-Bahnsteuerung bzw. den zugehörigen Mikroprozessor korrespondieren.
[0025] Für das Herstellen von Preßlingen mit Hinterschnitten besteht ein wesentliches Erfindungsmerkmal
nach Anspruch l7 noch darin, daß die Y-Preßachse nach Erreichen der Preßstellung
bzw. des unteren Totpunktes der X-Preßachse für gegenläufige Bewegungsrichtung bzw.
Gegenpreßbewegung hierzu eingeschaltet bzw. beaufschlagt werden kann.
[0026] Ein erfindungsgemäßes Verfahren für den Betrieb einer Presse zum Herstellen maßhaltiger
Preßlinge aus pulverförmigen Werkstoffen zeichnet sich nach Anspruch l8 wesentlich
da durch aus, daß der mechanischen Preßbewegung zumindest eine hydraulische Preßbewegung
überlagert und dabei die hydraulische Preßbewegung in unmittelbarer und ausschließlicher
Abhängigkeit von der mechanischen Preßbewegung gesteuert und/oder geregelt wird. Arbeitsgenauigkeit
und Arbeitsgeschwindigkeit sind daher bei dieser Betriebsweise einer Presse ausschließlich
vom mechanischen Pressenteil abhängig und dabei jederzeit exakt reproduzierbar.
[0027] Nach Anspruch l9 ist dabei weiterhin ins Auge gefaßt, daß die Geschwindigkeit der
hydraulischen Preßbewegungen durch die Geschwindigkeit der mechanischen Preßbewegungen
wegabhängig proportional bestimmt und/oder beeinflußt wird und sich dadurch eine
optimale Verdichtung des pulverförmigen Werkstoffs innerhalb der Preßform zum Preßling
erreichen läßt.
[0028] In besoanders vorteilhafter Weise lassen sich eine erfindungsgemäße Presse und das
Verfahren zum Betrieb derselben dann einsetzen, wenn es auf die Herstellung von Preßlingen
aus pulverförmigen Werkstoffen nach dem sogenannten Zweifach-Matrizenverfahren ankommt,
wie es auf den Seiten 854 bis 856 im "Handbuch der Umformtechnik", erschienen l98l
im Karl Hanser Verlag, München, beschrieben ist.
[0029] In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt. Es zeigen
Figur l in rein schematischer Prinzipdarstellung den Gesamtaufbau eines hydromechanischen
Pressensystems,
Figur 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt den mechanischen Teil des Pressensystems
im Bereich seiner mit dem Pressenrahmen gekuppelten Kniehebel-Antriebsvorrichtung,
Figur 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung des mechanischen Pressenteils,
jedoch im Bereich des Antriebs für den im Pressentisch höhenverschiebbar geführten
zweiten Preßstößel für Zug- bzw. Druckbeaufschlagung (G-Preßachse),
Figur 4 eine Ansicht in Pfeilrichtung IV der Fig. 2 und 3, wobei jedoch durch Integration
eines hydraulischen Pressenteils in den mechanischen Pressenteil ein hydromechanisches
Pressensystem gebildet ist,
Figur 5 in größerem Maßstab und im Vertikalschnitt ausschließlich den hydraulischen
Pressenteil des in Fig. 4 der Zeichnung dargestellten hydromechanischen Pressensystems
und
Figur 6 ein Diagramm der Arbeitsweise eines hydromechanischen Pressensystems beim
Pulverpressen im Gegenpreßverfahren mit stehender Matrize.
[0030] In Fig. l der Zeichnung ist ein hydromechanisches Pressensystem l gezeigt, das als
mechanischen Pressenteil eine Kniehebelpresse 2 aufweist. Diese Kniehebelpresse 2
hat ein Pressengestell 3, das einen Pressentisch 4 trägt und in dem ein Pressenrahmen
5 relativ zum Pressentisch 4 heb- und senkbar geführt wird.
[0031] Der Pressenrahmen 5 wird im Pressengestell 3 über ein Kniehebelsystem 6 bewegt,
das einerseits über ein Gelenk 7 am Pressengestell 3 und andererseits über ein Gelenk
8 am Pressenrahmen 5 angreift.
[0032] Mit dem Kniegelenk 9 des Kniehebelsystems 6 steht eine Schubstange l0 in Antriebsverbindung,
die bspw. von dem Kurbelzapfen eines Kurbeltriebes ll gebildet werden kann, welcher
im Pressengestell 3 untergebracht, jedoch in Fig. l der Zeichnung der Einfachheit
halber nicht dargestellt ist.
[0033] Die Schubstange l0 wird dabei durch den Antrieb in einer festliegenden 360°-Weg-Zeit-Kurve
in der Weise bewegt, daß das Kniehebelsystem 6 fortwährend Wechselbewegungen zwischen
seiner Strecklage und einer vorgegebenen Knicklage ausführt und damit der Pressenrahmen
5 relativ zum Pressentisch 4 einen genau festgelegten, relativ großen Hubweg durchläuft.
[0034] In den als Kniehebelpresse 2 ausgeführten mechanischen Pressenteil, und zwar zwischen
den ortsfesten Pressentisch 4 sowie den heb- und senkbaren Pressenrahmen 5 ist ein
hydraulischer Pressenteil l2 adaptiert, in welchen wiederum das eigentliche Preßwerkzeug
l3 integriert wird.
[0035] Der Haupt-Pressenstößel des hydromechanischen Pressensystems l wird durch die Zusammenarbeit
von Pressentisch 4 und Pressenrahmen 5 des mechanischen Pressenteils, also der Kniehebelpresse
2 gebildet und ist dabei als die sogenannte Haupt- und Leitachse - die sogenannte
X-Achse - für das gesamte hydromechanische Pressensystem l wirksam.
[0036] Der hydraulische Pressenteil l2 des hydromechanischen Pressensystems l bildet darüber
hinaus mindestens eine weitere, vorzugsweise jedoch mehrere weitere Preßachsen innerhalb
des hydromechanischen Pressensystems l. Nach Fig. l der Zeichnung ist der hydraulische
Pressenteil l2 bspw. so ausgelegt, daß er drei zusätzliche Preßachsen, nämlich die
sogenannte M-Preßachse, die sogenannte Z-Preßachse und die sogenannte Y-Preßachse
aufweist. Die M-Preßachse wirkt dabei über Hydraulikzylinder l4 auf die Matrize l5
des Preßwerkzeugs l3 ein, während die Z-Preßachse über einen Hydraulikzylinder l6
eine Kolbenstange l7 im Werkzeug l3 beaufschlagt und die Y-Preßachse über einen Hydraulikzylinder
l8 auf einer oberen Kolbenstange l9 im Preßwerkzeug l3 einwirkt. Der obere Haupt-Preßstempel
20 und der untere Haupt-Preßstempel 2l werden über den vom Pressentisch 4 und vom
Pressenrahmen 5 gebildeten und als sogenannte X-Preßachse wirksamen Haupt-Pressenstößel
der Kniehebelpresse 2 betätigt; sie führen also innerhalb des hydromechanischen Pressensystems
l die Haupt-Preßbewegung aus.
[0037] Für die Beaufschlagung der Hydraulikzylinder l4, l6 und l8 des hydraulischen Pressenteils
l2 mit Druckflüssigkeit sind jeweils voneinander getrennt arbeitende Hochdruckpumpen
22, 23, 24 vorgesehen, die mit einem gemeinsamen Flüssigkeitsreservoir 25 in Verbindung
stehen. Vor- und Rücklauf der Druckflüssigkeit zu und von den Hydraulikzylindern l4,
l6 und l8 wird dabei mittels Servo-Ventilsystemen 26, 27 und 28 gesteuert und geregelt,
die wiederum durch zugehörige elektronische Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten 29
beeinflußbar sind.
[0038] Die elektronischen Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten 29 werden über eine CNC-Bahnsteuerung
als Bezugsregelmaßstab zur X-Preßachse frei programmiert. Der Eingang dieser Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten
29 liegt dabei im Vergleich mit dem elektronischen Wegmeßgeber 30, welcher dem die
Haupt- und Leitachse für das hydromechanische Pressensystem l bildenden mechanischen
Pressenteil, also der Kniehebelpresse 2, zugeordnet, nämlich zwischen dessen Pressentisch
4 und dessen Pressenrahmen 5 eingebaut ist.
[0039] Mittels der Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten 29 läßt sich für jede einzelne Preßachse
des hydraulischen Pressenteils l2, also für die M-Preßachse, die Z-Preßachse und die
Y-Preßachse der relative Preßweg im Verhältnis zur Haupt-und Leitachse, der sog.
X-Preßachse, vorgeben. Über den Wegmeßgeber 30 und die Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten
29 werden dann die Ventilsysteme 26 bis 28 für die Hydraulikzylinder l4, l6 und l8
der M-Preßachse, der Z-Preßachse und der Y-Preßachse so beeinflußt, daß sie eine dem
jeweils eingestellten Wegverhältnis entsprechende, proportionale Aussteuerung und/oder
Ausregelung der Druckflüssigkeitszufuhr zu den verschiedenen Hydraulikzylindern l4,
l6 und l8 bewirken.
[0040] Zur Bildung geschlossener Regelkreise ist jedem einzelnen Hydraulikzylinder l4, l6
und l8 zusätzlich noch ein eigener elektronischer Wegmeßgeber 3l, 32, 33 zugeordnet,
welcher einer selektiven Lage abfragung dieser Hydraulikzylinder l4, l6 und l8 dient
und diese fortwährend an die Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten 29 rückmeldet. Korrespondierend
mit dem Wegmeßgeber 30 zwischen dem Pressentisch 4 und dem Pressenrahmen 5 der Kniehebelpresse
2 werden dann über die Weg verhältnis-Werteingabe-Einheiten 29 die einzelnen Ventilsysteme
26, 27 und 28 auf exakte Einhaltung der vorgegebenen Wegverhältnisse im hydraulischen
Pressenteil l2 beeinflußt.
[0041] Über die elektronischen Wegmeßgeber 30, 3l, 32 und 33 sowie die von einem Mikroprozessor
gebildeten Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten und die CNC-Bahnsteuerung wird dabei
die Ansteuerung, die Folgesteuerung, die Kontrollsteuerung und die Korrektursteuerung
des hydraulischen Pressenteils in optimaler Weise gewährleistet, weil jede einzelne
Preßachse, also die M-Preßachse, die Z-Preßachse und die Y-Preßachse, mit einem eigenen
geschlossenen Regelkreis zusammenarbeitet, dem die Regelgröße vom Wegmeßgeber am Haupt-Pressenstößel
des mechanischen Pressenteils, also der X-Preßachse der Kniehebelpresse 2 vorgegeben
wird.
[0042] Die Ventilsysteme 26, 27 und 28 für die Beaufschlagung der Hydraulikzylinder l4,
l6 und l8 mit Druckflüssigkeit sind so ausgelegt bzw. aufgebaut, daß sie mit Hilfe
einer Servosteuerung für die M-Preßachse, die Z-Preßachse und die Y-Preßachse des
hydraulischen Pressenteils l2 selektiv eingestellt werden können, wobei der Steuerdruck
vorzugsweise bis zu 350 bar regelbar sein sollte. Zusätzlich ist die M-Preßachse über
eine Sonderventileinheit im Vorlauf mit 70 bar Steuerdruck und 350 bar Rückstaudruck
selektiv druckjustierbar. Die Hydraulikzylinder l4 für die M-Preßachse, der Hydraulikzylinder
l6 für die Z-Preßachse und der Hydraulikzylinder l8 für die Y-Preßachse können mit
Hilfe der zugehörigen Ventilsystems 26, 27, 28 unabhängig voneinander mit bis zu
50% der Pressen-Nennkraft des mechanischen Pressenteils, also der Kniehebelpresse
2, beaufschlagt werden, mit der Folge, daß sich bei der Herstellung von Preßlingen
aus pulverförmigen Werkstoffen optimale Arbeitsergebnisse einstellen.
[0043] Bei dem hydromechanischen Pressensystem l ist vorgesehen, daß die Verfahrwege der
Hydraulikzylinder l4, l6 und l8 für die M-Preßachse, die Z-Preßachse und die Y-Preßachse
des hydraulischen Pressenteils l2 lediglich einem Bruchteil des Hubweges für die X-Preßachse
des mechanischen Pressenteils, nämlich der Kniehebelpresse 2, entsprechen. Dabei sollte
der Hubweg des die X-Preßachse bildenden Haupt-Pressenstößels zwischen dessen oberem
Totpunkt und dessen unterem Totpunkt bei mindestens l20 mm liegen, während sich für
die Hydraulikzylinder l4, l6 und l8 durchaus Verfahrwege von etwa 20 mm als ausreichend
erwiesen haben.
[0044] Ein wichtiges Ausgestaltungsmerkmal liegt auch noch darin, daß die der M-Preßachse,
der Z-Preßachse und der Y-Preßachse des hydraulischen Pressenteils l2 zugeordneten
Hydraulikzylinder l4, l6 und l8 wahlweise gleich- oder gegenläufig zur Bewegungsrichtung
der X-Preßachse an der Kniehebelpresse 2 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden
können. Um diese unterschiedliche Arbeitsweise zu ermöglichen, sind daher die Hydraulikzylinder
l4, l6 und l8 jeweils in doppeltwirkender Bauart ausgeführt.
[0045] Es ist des weiteren die Möglichkeit ins Auge gefaßt, daß die einzelnen Preßachsen
des hydraulischen Pressenteils l2, also die M-Preßachse, die Z-Preßachse und die Y-Preßachse
wahlweise gegeneinander verriegelbar bzw. relativ zueinander freigebbar sind, so
daß das hydromechanische Pressensystem l in seiner Betriebsweise problemlos an die
unterschiedlichsten Fertigungsbedingungen angepaßt werden kann.
[0046] Für den Betrieb des hydromechanischen Pressensystems l ist es von wesentlicher Bedeutung,
daß dessen mechanischer Preßbewegung zumindest eine hydraulische Preßbewegung überlagert
werden kann und dabei jede hydraulische Preßbewegung in unmittelbarer und ausschließlicher
Abhängigkeit von der mechanischen Preßbewegung gesteuert und/oder geregelt wird. Hierbei
wird die Geschwindigkeit der hydraulischen Preßbewegungen durch die Geschwindigkeit
der mechanischen Preßbewegung wegabhängig proportional bestimmt und/oder beeinflußt
und demzufolge die Verdichtung der pulverförmigen Werkstoffe bei der Fertigung maßhaltiger
Preßlinge in optimaler Weise erreicht und der Bildung von Entspannungsrissen wirksam
begegnet.
[0047] In den Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist in ausführlicher Darstellung der Grundaufbau
des mechanischen Pressenteils, also der Kniehebelpresse 2 im Vertikalschnitt bzw.
in Seitenansicht zu sehen, während in Fig. 4 in Ansicht von vorne und teilweise im
Schnitt der Gesamtaufbau des hydromechanischen Pressensystems dargestellt ist. In
der Fig. 5 ist schließlich in Ausschnittvergrößerung und im Vertikalschnitt lediglich
der hydraulische Presenteil l2 zu sehen, welcher bei Fig. 4 in die Kniehebelpresse
2 adaptiert ist.
[0048] Der Fig. 2 der Zeichnung kann entnommen werden, daß der Pressenrahmen 5 im Pressengestell
3 relativ zum Pressentisch 4 heb- und senkbar geführt ist und der Pressenrahmen 5
seine Antriebsbewegung von dem Kniehebelsystem 6 erhält, das von der als Pleuel ausgeführten
Schubstange l0 über den Kurbeltrieb ll bewegt wird. Der Kurbeltrieb ll steht dabei
mit einem Schwungradantrieb mit Vorgelege 34 in ständiger Antriebsverbindung, welcher
wiederum von einem Elektromotor 35 angetrieben wird, der bspw. in Fig. 3 zu sehen
ist.
[0049] Auf die Lagerzapfen 36 der Kurbelwelle des Kurbeltriebes ll ist gemäß Fig. 3 drehfest
eine Kurvenscheibe 37 aufgekeilt, wobei diese Kurvenscheibe 37 leicht austauschfähig
ist und damit bedarfsweise gewechselt werden kann. Die verschiedenen Kurvenscheiben
37 können dabei unterschiedliche Kurvenformen aufweisen und dabei gegebenenfalls auch
mit Doppelkurven versehen sein.
[0050] Mit der jeweiligen Kurvenscheibe 37 kann wahlweise über eine Rolle 38 oder eine Rolle
39, in bestimmten Fällen aber auch gleichzeitig über beide Rollen 38 und 39 eine Schwinge
40 zusammenarbeiten, die auf eine Welle 4l aufgekeilt ist, welche im Pressengestell
3 begrenzt winkelverdrehbar lagert. Dabei trägt die Welle 4l andererseits einen Hebel
42, der auf einen Gegenpreß- bzw. Abziehstößel 43 einwirkt, welcher im Pressentisch
4 heb- und senkbar geführt wird. Der Gegenpreß- bzw. Abziehstößel 43 bildet dabei
eine weitere Preßachse, die sogenannte G-Preßachse, innerhalb des hydromechanischen
Pressensystems l, wobei diese G-Preßachse in einem durch die jeweilige Kurvenscheibe
37 vorgegebenen Rhythmus in unmittelbarer mechanischer Abhängigkeit von der Kniehebelpresse
2 bewegt wird. In Fig. 4 ist, teilweise im Schnitt, der Gesamtaufbau des hydromechanischen
Pressensystems l mit der Kniehebelpresse 2 und dem hydraulischen Pressenteil l2 zu
sehen. Im Pressengestell 3 ist dabei der Pressenrahmen 5 heb- und senkbar geführt
und der Pressentisch 4 ortsfest abgestützt.
[0051] Auf dem Pressentisch 4 ruht der als in sich geschlossener Einbau-Adapter ausgeführte
hydraulische Pressenteil l2 und ist dabei über Spannkeile 45 mechanisch formschlüssig,
aber leicht lösbar mit diesem gekuppelt. Über entsprechende Spannkeile 46 steht darüber
hinaus der hydraulische Pressenteil l2 auch mit dem oberen Querjoch 44 des Pressenrahmens
5 mechanisch formschlüssig in leicht lösbarer Kupplungsverbindung. Der schnelle Ein-
und Ausbau des hydraulischen Pressenteils l2 in die bzw. aus der Kniehebelpresse
2 ist daher im Frontseitenbereich derselben problemlos möglich.
[0052] Wie besonders deutlich aus Fig. 5 hervorgeht, weist der hydraulische Pressenteil
l2 einen Matrizenhalter 47 auf, in dem die lediglich in Fig. l gezeigte Matrize l5
des Preßwerkzeuges l3 aufgenommen werden kann. Der Matrizenhalter 47 steht dabei
über Führungssäulen 48 mit einer Obergesenkführung 49 in Wirkverbindung, die wiederum
einer Stempelabstützung 50 zugeordnet ist. Eine weitere Stempelabstützung 52 ruht
auf Seitenstützen 5l, welche über die Spannkeile 45 auf dem Pressentisch 4 verankert
sind.
[0053] Mit dem Matritzenhalter 47 wirken bis zu vier Hydraulikzylinder l4 zusammen, wobei
deren Zylindergehäuse 53 ihr Widerlager auf den Seitenstützen 5l haben.
[0054] In dem Zwischenteil bzw. der Stempelabstützung 52 ist eine Stößelverlängerung 54
in Vertikalrichtung höhenverschiebbar geführt, welche mit dem Gegenpreß- bzw. Abzeihstößel
43 der G-Achse der Kniehebelpresse 2 in Kupplungsverbindung steht. Innerhalb der Stößelverlängerung
54 ist dabei ein Hilfs-Hydraulikzylinder l6a untergebracht, der mit seiner Kolbenstange
17a die hiervon gebildete Hilfsachse des hydraulischen Pressenteils l2 betätigt.
Er wird vorwiegend für Kernstempelbewegungen (Hilfsbewegungen) eingesetzt.
[0055] In der Stempelabstützung 50 ist schließlich ein zweiter Hilfs-Hydraulikzylinder l8
vorgesehen, welcher auf die Kolbenstange l9a einwirkt und als zweite Hilfsachse für
Kernstempelbewegungen und Stempelauflastbewegungen eingesetzt werden kann.
[0056] Damit der hydraulische Pressenteil l2 bei optimaler Wirkungsweise eine hohe Arbeitsgenauigkeit
erreicht, ist es wichtig, daß die in den Fig. l und 4 angedeuteten Wegmeßgeber 30
für die X-Achse, 3l für die M-Achse, 32 für die Z-Achse und 33 für die Y-Achse unmittelbar,
d.h. direkt am Pressentisch 4 und am Pressenrahmen 5 bzw. am Zylindergehäuse und
der Kolbenstange angeschlossen sind.
[0057] Aus Fig. 5 geht deutlich hervor, daß der hydraulische Pressenteil l2 mit sämtlichen
Preßachsen, nämlich der M-Preßachse, der Z-Preßachse und der Y-Preßachse und den
zugehörigen Hydraulikzylindern l4, l6 und l8 einen in sich geschlossenen Einbau-Adapter
bildet, in den auch die Stößelverlängerung 54 für den Gegenpreß- bzw. Abziehstößel
43 integriert ist. Die formschlüssige Kupplungsverbindung der Stößelverlängerung 54
mit dem Gegenpreßstößel 43 erfolgt oberhalb des Pressentisches 4 der Kniehebelpresse
2 durch ein Kupplungsteil 55.
[0058] Deutlich ist aus Fig. 5 auch noch ersichtlich, daß die Hydraulikzylinder l4, l6
und l8 für die Erzeugung relativ geringer Hubwege, bspw. von jeweils 20 mm, ausgelegt
sind, die dabei nur einen Bruchteil des Hubweges der Kniehebelpresse 2 entsprechen,
der zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt mindestens etwa l20 mm betragen
sollte.
[0059] Die Fig. 6 der Zeichnung zeigt ein Arbeitsdiagramm des hydraulischen Pressensystems
l, wie es vorstehend anhand der Fig. l bis 5 ausführlich erläutert wurde.
[0060] Entlang der Abszisse des Koordinatensystems ist im Diagramm nach Fig. 6 der Winkelbereich
von 0° bis 360° einer vollen Drehung des zur Betätigung des Kniehebelsystems 6 dienenden
Kurbeltriebs ll aufgetragen. Entlang der Ordinate des Koordinatensystems ist der
Hubweg zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT angezeigt, welcher
von dem die X-Achse des hydromechanischen Pressensystems l bildenden sowie aus dem
Pressentisch 4 und dem Pressenrahmen 5 bestehenden Haupt-Pressenstößel bei einer
vollen Umdrehung des Kurbeltriebes ll durchlaufen wird.
[0061] Die durch eine voll ausgezogene Linie angedeutete Sinuskurve ist die Bewegungskurve
des Haupt-Pressenstößels bzw. der X-Achse der Kniehebelpresse 2. Durch die horizontal
verlaufende strichpunktierte Linie ist angedeutet, daß beim gezeigten Preßvorgang
die M-Achse bzw. die Matrize l5 in ihrer Ruhelage verbleibt.
[0062] Die punktierte Linie, die entlang der in voll ausgezogener Linie dargestellten Sinuskurve
verläuft, gibt den Bewegungsablauf der Y-Preßachse während des Preßvorgangs an, während
die gestrichelte Linie den Bewegungsverlauf der G-Preßachse andeutet und die strich-strich-punktierte
Linie den Bewegungsverlauf der Z-Preßachse wiedergibt.
[0063] Die Position l innerhalb des Diagramms gibt die Füll- bzw. Zuführstellung des Preßwerkzeugs
l3 wieder, in welcher dieses mit den pulverförmigen Werkstoffen beschickt wird. Position
2 gibt die Werkzeugstellung an, in welcher die Verteilung der eingefüllten Werkstoffe
eingeleitet wird. Die Position 3 entspricht der Verteilstellung des Werkzeuges l3,
während Position 4 die Preßstellung andeutet und Position 5 dessen Ausstoßstellung
wiedergibt.
[0064] Wie bereits weiter oben hervorgehoben wurde, bildet die X-Preßachse der Kniehebelpresse
2 die Haupt- und Leitachse für das hydromechanische Pressensystem l, d.h. die Arbeitsbewegungen
sämtlicher Preßachsen des hydraulischen Pressenteils, also der M-Preßachse, der Z-Preßachse
und der Y-Preßachse derselben werden von der X-Preßachse bestimmt, wobei sie jedoch
mittels der zugeordneten Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten 29 den unterschiedlichen
Bedürfnissen entsprechend variiert werden können. Entsprechend den Vorgaben der Wegverhältnis-Werteingabe-Einheiten
29 werden dann die Arbeitsbewegungen des hydraulischen Pressenteils l2 mittels der
Ventilsysteme 26, 27 und 28 ausgesteuert und -geregelt.
[0065] Die Arbeitsbewegungen G-Preßachse werden hingegen vom Antriebssystem der Kniehebelpresse
2 abgeleitet, wobei die Kurvenscheiben 37 als Wechselkurven ausgelegt sind, welche
für die Abzieh-, die Ausstoß- und die Gegenpreßtechnik unterschiedliche Umrißformen
erhalten.
[0066] Das Weg-Zeit-Verhältnis für die Bewegung des Haupt-Pressenstößels der Kniehebelpresse
2 ist hingegen nicht veränderbar und bildet deshalb in vorteilhafter Weise die Basis
für die Haupt- bzw. Leitachse des hydromechanischen Pressensystems l.
[0067] Der hydraulische Pressenteil l2 ist bezüglich aller seiner hydraulischen, elektrischen
und elektronischen Komponenten so vorinstalliert, daß er sich jeweils durch zugehörige
Schnellkupplungen für die Energiezufuhr problemlos an- und abkuppeln sowie in das
Steuersystem der Kniehebelpresse 2 integrieren läßt.
[0068] Wenn Preßlinge hergestellt werden sollen, die Hinterschnitte aufweisen, dann muß
mit geteilten Matritzenformen gearbeitet werden, weil die Preßlinge sonst nicht freigelegt
werden können. Hierzu ist es notwendig, das hydromechanische Pressensystem l mit
Umkehrpreßbewegung bzw. Rücklaufnachpressung zu betreiben. Hierbei ist die Bewegung
der X-Preßachse nach Erreichen ihrer Preßstellung rückläufig, während gleichzeitig
die Y-Preßachse vorläufig bewegt wird. Während dieses Bewegungsvorgangs wird der Arbeitsdruck
der Y-Preßachse von der sich rückläufig bewegenden Preßachse abgestützt. Der Preßling
kann dann nach dem Preßgang im Bereich der Matritzenteilung entnommen werden.
1. Presse, insbesondere zum Herstellen maßhaltiger Preßlinge aus pulverförmigen Werkstoffen,
mit einem Pressengestell, in dem ein Pressenrahmen und ein Pressentisch als Haupt-und
Leitachse vorgesehen sind, die durch einen mechanischen Antrieb, vornehmlich einen
Kniehebelantrieb, bewegungsschlüssig miteinander gekoppelt sind und einen Haupt-Pressenstößel
bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Haupt-Pressenstößel (X-Preßachse) zwischen Pressenrahmen (5) und Pressentisch
(4) ein hydraulischer Pressenteil (l2) mit mindestens einer zusätzlichen Preßachse,
vorzugsweise jedoch mehreren zusätzlichen Preßachsen (M-Preßachse, Z-Preßachse und
Y-Preßachse), einsetzbar ist,
und daß dabei die Arbeitsbewegung jeder Preßachse des hydraulischen Pressenteils (l2)
weg- und zeitabhängig (30) von der Arbeitsbewegung der aus Pressenrahmen (5) und Pressentisch
(4) bestehenden Haupt- und Leitachse (X-Achse) des mechanischen Pressenteils (2) steuer-
und regelbar ist (22 bis 33).
2. Presse nach Anspruch l,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßachse bzw. Preßachsen (M-Preßachse, Z-Preßachse und Y-Preßachse) des
hydraulischen Pressenteils (l2) von der Haupt-Preßachse (X-Preßachse) des mechanischen
Pressenteils (2) bestimmbar abweichende Preßwege aufweisen.
3. Presse nach einem der Ansprüche l und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Preßachse (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2) über
einen elektrischen bzw. elektronischen Wegmeßgeber (30) mit der Hauptpreßachse (X-Preßachse)
gekoppelt bzw. koppelbar ist(22 bis 33).
4. Presse nach einem der Ansprüche l bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2) unter
Zwischenschaltung einer als CNC-Bahnsteuerung ausgelegten, elektronischen Wegverhältnis-Werteingabe-Einheit
(29) frei programmierbar mit den dem mechanischen Pressenteil (2) zugeordneten Wegmeßgebern
(30) gekoppelt sind.
5. Presse nach einem der Ansprüche l bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikzylinder (l4, l6, l8) der verschiedenen Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse)
des hydraulischen Pressenteils (l2) jeweils über eigene Regelkreise (3l, 26; 32, 27;
33, 28) und Hochdruckpumpen (22; 23; 24) mit Druckmittel beaufschlagbar sind und dabei
jeder Regelkreis außer dem Wegmeßgeber noch eine zugehörige Wegverhältnis-Werteingabe-Einheit
(29) einschließt.
6. Presse nach einem der Ansprüche l bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hydraulikzylinder (l4) (M-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2)
über Steuer- und Rückstaudruck selektiv einstellbar ist, wobei der Steuerdruck bis
zu 70 bar und der Rückstaudruck bis zu 350 bar regelbar ist, während die Hydraulikzylinder
(l6 und l8) (Z- und Y-Preßachse) über Servohydraulik bis zu 350 bar regelbar sind
und vorzugsweise der Hydraulikzylinder (l4) wahlweise zusätzlich über Servohydraulik
bis zu 350 bar regelbar ist.
7. Presse nach einem der Ansprüche l bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede einzelne Preßachse (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils
(l2) mit bis zu 50% der Pressen-Nennkraft des mechanischen Pressenteils (2) beaufschlagbar
ist.
8. Presse nach einem der Ansprüche l bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der hydraulische Pressenteil (l2) über Spannkeile (45, 46) mechanisch formschlüssig,
aber leicht lösbar mit dem Pressenrahmen (5) und dem Pressentisch (4) des mechanischen
Pressenteils (2) kuppelbar ist (Fig. 5).
9. Presse nach einem der Ansprüche l bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der hydraulische Pressenteil (l2) mit sämtlichen, vorzugsweise mindestens drei
Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse) einen in sich geschlossenen Einbau-Adapter für
den mechanischen Pressenteil (2) bildet.
l0. Presse nach einem der Ansprüche l bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verfahrwege der Hydraulikzylinder (l4, l6, l8) für die einzelnen Preßachsen
(M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2) lediglich einem Bruchteil
des Hubweges der Preßachse (X-Preßachse) des mechanischen Pressenteils (2) entsprechen.
11. Presse nach einem der Ansprüche l bis l0,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2) wahlweise
gleich- oder gegenläufig zur Bewegungsrichtung der Preßachse (X-Preßachse) des mechanischen
Pressenteils (2) verfahrbar sind.
12. Presse nach einem der Ansprüche l bis ll,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem mechanischen Pressenteil (2), z. B. dem Pressentisch (4), ein Pressen-Gegenstößel
(43) bzw. Pressen-Abziehstößel (G-Preßachse) zugeordnet ist, der ebenfalls durch
einen mechanischen Antrieb (36 bis 42), vorzugsweise einen Kurven- oder Nockentrieb,
betätigbar ist (Fig. 2 und 3).
13. Presse nach einem der Ansprüche l bis l2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische bzw. elektronische Wegmeßgeber (30) für die Steuerung und Regelung
des hydraulischen Pressenteils (l2) zwischen dem Pressenrahmen (5) und dem Pressentisch
(4) des mechanischen Pressenteils (2) angeordnet bzw. eingebaut ist, während sich
weitere elektronische Wegmeßgeber (3l, 32, 33) zur selektiven Lagenabfragung an den
verschiedenen Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils (l2)
befinden (Fig. l und 4).
14. Presse nach einem der Ansprüche l bis l3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Preßachsen (M-, Z- und Y-Preßachse) des hydraulischen Pressenteils
(l2) wahlweise gegeneinander verriegelbar bzw. relativ zueinander freigebbar ausgelegt
sind.
15. Presse nach einem der Ansprüche l bis l4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Lagenabfragung dienenden Wegmeßgeber (3l, 32, 33) des hydraulischen Pressenteils
(l2) unmittelbar dem Kolben und dem Zylindergehäuse der zugehörigen Hydraulikzylinder
(l4, l6, l8) zugeordnet sind.
16. Presse nach einem der Ansprüche l bis l5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wegmeßgeber (3l, 32, 33) des hydraulischen Pressenteils (l2) mit dem Wegmeßgeber
(30) des mechanischen Pressenteils (2) über die CNC-Bahnsteuerung (29) bzw. den zugehörigen
Mikroprozessor korrespondieren.
17. Presse nach einem der Ansprüche l bis l6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Y-Preßachse nach Erreichen der Preßstellung bzw. des unteren Totpunktes der
X-Preßachse für gegenläufige Bewegungsrichtung bzw. Gegenpreßbewegung einschaltbar
ist.
18. Verfahren zum Betrieb der Presse nach einem der Ansprüche l bis l7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mechanischen Preßbewegung zumindest eine hydraulische Preßbewegung überlagert
und dabei die hydraulische Preßbewegung in unmittelbarer und ausschließlicher Abhängigkeit
von der mechanischen Preßbewegung gesteuert und/oder geregelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch l8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Geschwindigkeit der hydraulischen Preßbewegungen durch die Geschwindigkeit
der mechanischen Preßbewegung wegabhängig proportional bestimmt und/oder beeinflußt
wird.