Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen komplex aufgebauter Presslinge

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen von Presslingen, bei dem in einem Schritt ein Versuchspressling auf die geforderte Dichte gebracht wird, damit die Sollpresskraft erreicht wird und sich damit die Maschine bezüglich dieser in einem eingefederten Zustand befindet. Im nächsten Schritt wird für den Fall der Abweichung einer Sollhöhe (hsi,_soll) von einer an dem Versuchspressling gemessenen Höhe (hsi,_mess) eine erforderliche, zu verpressende Pressguthöhe (H_PulverNeu) in der Pressform für den nächsten Pressvorgang bestimmt.
Durch das Festlegen der Dichte des Presslings in einem eingefederten Zustand der Pressvorrichtung kann nachfolgend die erforderliche Pulvermengendifferenz zur Erzielung einer gewünschten Höhe der einzelnen Presslingsegmente einfach berechnet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen komplex aufgebauter Presslinge mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

[0002] Im allgemeinen wird der Zustand eines ein- oder mehrsegmentig aufgebauten, aus pulverförmigen Grundstoffen gepressten Teils durch die Angabe der Dimensionen sowie Dichten einzelner Segmentabschnitte von diesem angegeben. Ein in Fig. 1 dargestelltes gepresstes Teil, nachfolgend auch als Pressling bezeichnet, besteht beispielhaft aus drei Segmenten, die jeweils eine im Rahmen eines Pulverpressvorgangs ausschlaggebende Segmenthöhe hsi mit i = 1, 2 bzw. 3 sowie pro Segment eine Segmentdichte ρi aufweisen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Pressling beginnen nicht alle drei Segmentabschnitte auf dem gleichen Grundniveau, so dass bei entsprechenden Berechnungen auch die Abstände x1 bzw. x3 von einer Auflagefläche bzw. einem Grundniveau zu berücksichtigen sind. Zur Vereinfachung der nachfolgend erläuterten Prinzipien wird jedoch nachfolgend ein Pressling betrachtet, bei dem sich alle drei Segmentabschnitte S1, S2 bzw. S3 von einem Grundniveau aus nach oben hin erstrecken, wie dies auch aus Fig. 2A ersichtlich ist.

[0003] Wie aus Fig. 2B ersichtlich, besteht eine beispielhafte Pressvorrichtung zum Pressen von pulverförmigen Grundstoffen zu derartigen Presslingen 9 insbesondere aus einer Stempelführung 1, in der insbesondere ein Hauptstempel 2, nachfolgend auch als Oberbär bezeichnet, auf- und abwärts geführt wird. Unterseitig sind an dem Oberbären 2 Kolben 3, 4 und 5 befestigt, die zum Betätigen von einzelnen Stempeln, nachfolgend auch als Segmentstempel 6, 7 bzw. 8 bezeichnet, dienen. Die Segmentstempel 6, 7 und 8 können mittels der Kolben 3, 4 bzw. 5 jeweils relativ zu dem Hauptstempel 2 auf- und abwärts bewegt werden. Die Segmentstempel 6, 7 und 8 sind in einer Pressform geführt, die hier zur zeichnerischen Vereinfachung identisch zur Stempelführung 1 angenommen wird. Die Pressform dient zur Aufnahme eines zu verpressenden granulat- oder pulverförmigen Grundstoffes und schließt nach unten hin mit einem Boden 10 ab. Bei üblichen Pressen befindet sich in der Regel jedoch anstelle eines derartigen Bodens 10 eine vergleichbare Pressstempelanordnung, über die von unten her mittels eines Hauptstempels und/oder einer Vielzahl einzelner Segmentstempel eine Presskraft in Richtung der Pressenform ausgeübt werden kann. Bei der in Fig. 2B dargestellten Stellung befindet sich die Anordnung in der Pressstellung mit abgesenktem Hauptstempel 2 und abgesenkten Segmentstempeln 6, 7 und 8. Dabei nimmt der Pressling 9 die Form des in Fig. 2A dargestellten Presslings an.

[0004] Um in dem Pressling 9 die geforderten Segmentdichten ρ1, ρ2 und ρ3 der einzelnen Segmentabschnitte S1, S2 bzw. S3 zu erreichen, muss vor dem Pressvorgang ein im Vergleich zum Pressvolumen deutlich größeres Volumen an Pulver in die jeweiligen Teilsegmente S1, S2 und S3 gefüllt werden. Üblicherweise liegt das Verhältnis von Füllvolumen und gepresstem Volumen bei pulverförmigen Grundstoffen zwischen 1,8 und 2,3. Nach dem Einfüllen des pulverförmigen Grundstoffes wird auf den Oberbären 2 eine Presskraft zum Verdichten des pulverförmigen Grundstoffes von einer entsprechend ausgebildeten Pressvorrichtung aufgebracht. Die Formgebung des Presslings 9 erfolgt durch die gegenüber dem Oberbären 2 unabhängig beweglichen Segmentstempel 6, 7 und 8, die sich relativ zur Hauptpressbewegung des Oberbärens bzw. Hauptstempels 2 bewegen.

[0005] Um exakte Dichten und Höhen der einzelnen Segmentabschnitte S1, S2 und S3 des Presslings 9 erzielen zu können, sind der Hauptstempel 2 und die Segmentstempel 6, 7 und 8 mit Wegemesssystemen 11 - 14 ausgestattet, die die Position des Oberbären 2 bzw. der Stempel 6 - 8 erfassen. Ein Problem bei derartigen Pressvorrichtungen besteht darin, dass solche Wegemesssysteme 11 - 14 nicht direkt an den Plattenenden bzw. Stempelenden befestigt werden können, sondern mehr oder weniger weit weg am Plattenanfang bzw. der Oberseite der Stempel 2, 6 - 8 angeordnet sind.

[0006] Zwar wirkt sich die Anordnung der Wegemesssysteme nicht auf spätere Pressvorgänge aus, problematisch ist diese Anordnung jedoch für das Bestimmen der erforderlichen Pressparameter. Aufgrund der hohen Pressdrücke, die zum Verpressen der pulverförmigen Grundstoffe eingesetzt werden, werden beim Pressen auch die einzelnen Haupt- und Segmentstempel 2, 6 - 8 gestaucht. Übliche Einfederungen dieser Bauelemente einer Presse liegen im mm-Bereich, während die Genauigkeitsanforderungen an die Presslinge im 0,01-mm-Bereich liegen.

[0007] Die übliche Vorgehensweise zum Einstellen von Höhe- und Dichtewerten der einzelnen Segmentabschnitte S1, S2, S3 eines Presslings 9 umfasst eine Vielzahl, in der Regel deutlich mehr als 15 iterativ annähernde Pressversuche. In einem oder mehreren ersten Pressversuchen wird zunächst ein Pressling 9 mit einer Dichte hergestellt, die es erlaubt, den Pressling 9 anzufassen und zu vermessen. Anschließend versucht man mit iterativen Pressversuchen die geforderte Teilehöhe hs1, hs2 und hs3 einzustellen. Nach Erreichen der geforderten Teilehöhen wird die dafür erforderliche Pressstellung bzw. Presshöhe z.B. durch Festanschläge definiert und eingestellt.

[0008] Nach der Einstellung bzw. dem Einfahren der geforderten Teilehöhen hs1 - hs3 wird mit in der Regel einer weiteren Vielzahl iterativer Pressversuche die Teiledichte optimiert. Durch Zuführen bzw. Entnehmen von pulverförmigem Grundstoff aus dem jeweiligen Segment kann dort die Dichte erhöht bzw. verringert werden.

[0009] Wird nun beispielsweise im Segment hs1 die Dichte durch das vermehrte Einfüllen von Pulver erhöht, so federt die zugehörige Platte bzw. der zugehörige Segmentstempel 6 beim Pressen aufgrund der erhöhten Presskraft mehr ein. Folglich ändert sich die lokale Teilehöhe hs1 des Segmentabschnitts S1. Zudem federt auch die gesamte Pressvorrichtung aufgrund der Presskraftdifferenz anders ein, was sich auch auf die Segmenthöhen hs2, hs3 der Segmentabschnitte S2 bzw. S3 sowie auf deren Dichten ρ2 bzw. ρ3 überträgt. Folglich müssen auch die Werte der eigentlich nicht betroffenen Segmentabschnitte S2 und S3 entsprechend neu eingestellt werden, wenn in dem Bereich des Segmentabschnitts S1 Änderungen der Parameter erforderlich sind. Mit anderen Worten bei jeder Positions- und/oder Dichteänderung in einem Segmentabschnitt Si führt dies über entsprechende Wechselwirkungen zu erforderlichen Änderungen der Parameter der übrigen Segmentabschnitte Si.

[0010] Zur Veranschaulichung sind in Fig. 2B eine Höhe h_OB von einem Grundniveau bis zu dem Wegemesssystem 11 des Hauptstempels 2 dargestellt, die die Bewegung des Hauptstempels 2 in Auf- bzw. Abwärtsrichtung nachvollziehen lassen. Problematisch ist, wie ausgeführt, der Abschnitt des Hauptstempels 2, der in Auf- bzw. Abwärtsrichtung zwischen dem Wegemesssystem 11 und der Unterkante des Hauptstempels 2 liegt, da dieser Abschnitt des Hauptstempels 2 beim Anlegen eines ersten Pressdrucks anders gestaucht wird, als beim Anlegen eines dazu verschiedenen zweiten Pressdrucks. Selbiges gilt für die Messstrecken der einzelnen Platten bzw. Anordnungen aus Kolben 3, 4, 5 mit Segmentstempeln 6, 7 bzw. 8, wo die Messstrecken h1, h2 bzw. h3 jeweils nur die Strecke zwischen einer Kolbenoberkante und den entsprechenden Wegemesssystemen 12 - 14 erfassen, nicht aber je nach Pressdruck unterschiedlich starke Verformungen der Abschnitte zwischen den Wegemesssystemen 12 - 14 und den entsprechenden Unterkanten der Segmentstempel 6 - 8. Diese hinsichtlich der Stauchung nicht eindeutig messbaren Abschnitte sind in Fig. 2B durch Federsymbole c_OB, c1 - c3 skizziert.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen komplex aufgebauter Presslinge vorzuschlagen, bei dem die Anzahl der Pressversuche reduziert wird.

[0012] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen komplex aufgebauter Presslinge, insbesondere pulvermetallurgischer oder keramischer Presslinge, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. In vorteilhafter Weise ermöglicht eine automatisierte Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 das automatische Durchführen eines solchen Verfahrens.

[0013] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen komplex aufgebauten Pressling mit mehreren Segmentabschnitten unterschiedlicher Höhe;

Fig. 2A

ein Beispiel für einen vereinfacht aufgebauten Pressling mit mehreren unterschiedlich hohen Segmentabschnitten;

Fig. 2B

eine Pressenanordnung zum Pressen eines pulverförmigen Grundstoffes zu einem Pressling und

Fig. 3

ein Ablaufdiagramm für ein Pressverfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

[0015] Wie aus dem Ablaufdiagramm der Fig. 3 ersichtlich, besteht ein bevorzugtes Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen komplex aufgebauter Presslinge, insbesondere keramischer Presslinge aus vorzugsweise granulat- oder pulverförmigen Grundstoffen aus zwei Verfahrensabschnitten. In einem ersten Verfahrensabschnitt wird im Wesentlichen nur die Dichte der einzelnen Segmentabschnitte durch Pulverentnahme bzw. Pulverzuführung optimiert, die Einstellung der Höhe jedoch vernachlässigt. Erst in einem zweiten Schritt wird nach dem Einfahren der Soll- bzw. Zieldichten eine Einstellung der gewünschten Höhen der einzelnen Segmentabschnitte vorgenommen.

[0016] Wenn die Parameter für einen neuen Pressling 9 oder die Herstellung eines Presslings 9 in einer neuen Presse vorzunehmen ist, wird in die Pressform 1 vor dem Ansetzen der Pressstempel 2, 6 - 8 Pulver mit einer Pulverhöhe H_Pulver mit etwa der doppelten Höhe der angestrebten Sollhöhe H_Soll der Presslingsabschnitte S1 - S3 eingefüllt. Danach werden die Pressstempel 2, 6 - 8 angesetzt und das eingefüllte Pulver wird gepresst. Für einen automatisierten Algorithmus wird für jedes Segment i eine Variable zur Beschreibung der Höhe des letzten eingefüllten Pulverstandes H_PulverAlt mit dem Wert der vorherigen Pulverhöhe H_Pulver vor dem Verpressen belegt.

[0017] Nach dem Pressen wird die Dichte ρi für die einzelnen Presslingssegmente Si mit hier i = 1 - 3 bestimmt.

[0018] In einem nächsten Schritt wird der gemessene Dichtewert ρ_Mess mit dem Sollwert für die Dichte ρ_Soll verglichen. Weichen der Messwert für die Dichte ρ_Mess und der Sollwert für die Dichte ρ_Soll für einen oder alle der Segmentabschnitte Si voneinander ab, so wird die Pressenform erneut mit Pulver gefüllt. Dabei wird zum Bestimmen der neuen Pulverhöhe H_PulverNeu das Produkt aus der alten Pulverhöhe H_PulverAlt und dem Quotienten aus dem Soll-Dichtewert ρ_Soll und dem Messdichtewert ρ_Mess für die einzelnen Segmentabschnitte i bestimmt. Nach dem Einfüllen des Pulvers wird dieses wieder verpresst, wobei die einzelnen Pressstempel 2, 6 - 8 jeweils auf die vorherige Höhe h_OB, h1 - h3 gefahren werden, so dass die einzelnen Höhewerte h_OB, h1 - h3 an der Presse konstant gehalten werden. Die Höhenwerte am Pressling ändern sich dabei in der Regel noch. Für einen automatisierten Algorithmus wird die Variable für den alten Pulverstand H_PulverAlt mit dem nun verwendeten Pulverstand H_PulverNeu belegt. Daraufhin schreitet das Verfahren zu dem Bestimmen der Dichtewerte ρi für die Presslingssegmente Si zurück.

[0019] Sobald bei der Abfrage festgestellt wird, dass die Solldichtewerte ρ_Soll und die Messdichtewerte ρ_Mess identisch sind oder nur innerhalb zulässiger Toleranzen voneinander abweichen, schreitet das Verfahren zu dem nächsten Verfahrensabschnitt vor. Zuerst werden dabei die einzelnen Höhen hsi für die einzelnen Presslingssegmente Si bestimmt. Stimmen diese gemessenen Höhenwerte hsi,_Mess für die Presslingssegmente Si nicht mit den Soll-Höhenwerten hsi,_Soll überein, so wird die Pressform erneut mit Pulver gefüllt, um einen weiteren Pressversuch durchzuführen. Die neue Pulverhöhe H_PulverNeu bestimmt sich diesmal durch das Produkt der zuletzt verwendeten alten Pulverhöhe H_PulverAlt und dem Quotienten aus der Sollhöhe hsi,_Soll und der gemessenen Höhe hsi,_Mess für die einzelnen Segmentabschnitte Si. Daraufhin wird das eingefüllte Pulver mit im Vergleich zum letzten Pressschritt konstantem Pressdruck bzw. konstanter Presskraft verpresst. Bei einem automatisierten Ablauf wird die Variable für die zuletzt verwendete Pulverhöhe H_PulverAlt wieder mit dem zuletzt verwendeten Höhenwert H_PulverNeu belegt. Daraufhin schreitet der Verfahrensablauf zum Bestimmen der einzelnen Höhen hsi für die Presslingssegmente Si zurück.

[0020] Ergibt sich bei dem Vergleich der Soll-Höhen hsi,_Soll und der Mess-Höhen hsi,_mess für alle Presslingssegmente Si Identität oder ein Abweichen innerhalb zulässiger Toleranzgrenzen, so sind die erforderlichen Pressparameter bestimmt und das Verfahren kann abgeschlossen werden.

[0021] Bei ersten Testversuchen konnte die bisherige gesamte Anzahl von in der Regel deutlich über 15 Pressversuchen auf 3 bis 4 Pressversuche reduziert werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ausgenützt, dass sich die gesamte Presse einschließlich der Segmentstempel 6 - 8 und des Hauptstempels 2 nach den ersten Pressversuchen zum Festlegen der einzelnen Segmentabschnittsdichten ρ1 - ρ3 in einem eingefederten Zustand befindet. Nach dem Erreichen der Zieldichten für die einzelnen Segmenthöhen können die Höhen für die einzelnen Teilsegmente unabhängig und ohne Auswirkung aufeinander mit der zweiten Formel berechnet und eingestellt werden. In der Regel ist nur ein einziger Schritt zur Berechnung sämtlicher Teilhöhen erforderlich, wenn zuvor die Dichten für die einzelnen Segmentabschnitte bestimmt und eingefahren wurden. Im Idealfall sollte bei entsprechender Kenntnis von Parametern zu bestimmten zu verpressenden Pulvern und Parametern zu dem Verhalten der einzelnen Pressenelemente eine noch weiter optimierte Bestimmung der Pressenparameter erfolgen können, als bei den bisher durchgeführten Versuchen.

[0022] Während in Fig. 2B zur Vereinfachung der Erläuterung nur eine Presse mit Pressstempeln oberhalb der Pressform dargestellt ist, weisen übliche Pressen für die Herstellung komplexer Presslinge auch unterhalb der Pressform Stempelanordnungen auf. Das vorgeschlagene Verfahren ist natürlich auch bei solchen Pressenanordnungen einsetzbar.

[0023] Das Verfahren ist in einer entsprechend ausgestatteten Vorrichtung mit einer Pressvorrichtung mit einer Vielzahl von Pressstempeln (2, 6 - 8) die in einer Pressrichtung vor- und zurückbewegbar sind, Wegmesseinrichtungen (11 - 14) zum Messen der Bewegungen der Stempel (2, 6 - 8), einer Presslingparameter-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen von Dichte- und/oder Höheparametern (ρ1 - ρ3, hs1-hs3) eines Presslings (9) und einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Pressgutfüllhöhe für einen jeweils nächsten Pressversuch teilweise oder ganz automatisierbar.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen von Presslingen aus einem zu verpressenden Grundstoff, bei dem
die Höhe eines Versuchspresslings erst nach dem Erreichen einer Solldichte eingestellt wird.

2. Verfahren zum Bestimmen von Pressparametern zum Pressen von Presslingen (9) aus einem zu verpressenden Grundstoff mit den Schritten:

- Pressen eines Versuchspresslings (9) und

- solange eine Messdichte (ρ_Mess) außerhalb eines Toleranzmaßes von einer Solldichte (ρ_Soll) liegt, Fertigen eines weiteren Versuchspresslings (9) mit jeweils einer neuen Pressguthöhe (H_PulverNeu), danach

- Bestimmen der Presslingshöhe (hsi) und Vergleichen mit einer Sollhöhe (hsi,_Soll) und

- solange Sollhöhe (hsi,_Soll) und Messhöhe (hsi,_Mess) nicht innerhalb einer Toleranz abweichen, erneutes Pressen mit einer neuen Pressguthöhe (H_PulverNeu) bei konstanter Presskraft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
das Bestimmen der neuen Pressguthöhe (H_PulverNeu) beim Bestimmen der Presslingdichte als Produkt der vorherigen Pressguthöhe (H_PulverAlt) mit dem Quotienten aus Solldichte (ρ_Soll) und Messdichte (ρ_Mess) und erneutem Pressen mit konstanter Presshöhe (h_OB, h1 - h3) erfolgt.

4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
das Bestimmen der neuen Pressguthöhe (H_PulverNeu) nach Erreichen der Solldichte (ρ_Soll) als Produkt der zuletzt verwendeten Pressguthöhe (H_PulverAlt) mit dem Quotienten aus Sollhöhe (hsi,_Soll) und Messhöhe (hsi,_Mess) erfolgt.

5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
die Vergleichmessungen, Vergleiche und Neubestimmungen für unterschiedliche Segmente (S1 - S3) komplex aufgebauter Presslinge (9) für jedes Segment (S1 - S3) durchgeführt werden.

6. Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen von Pressparametern zum Pressen von Presslingen aus einem Pressgut mit

- einer Pressvorrichtung mit einer Vielzahl von Pressstempeln (2, 6 - 8) die in einer Pressrichtung vor- und zurückbewegbar sind,

- Wegmesseinrichtungen (11 - 14) zum Messen der Bewegungen der Stempel (2, 6 - 8),

- einer Presslingparameter-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen von Dichte- und/oder Höheparametern (ρ1 - ρ3, hs1-hs3) eines Presslings (9) und

- einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Pressgutfüllhöhe für einen jeweils nächsten Pressversuch,

- wobei die Pressversuche mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchgeführt werden.

7. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der zu verpressende Grundstoff bzw. das Pessgut ein granulat- oder pulverförmiges Material ist.

Zeichnung