[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen
Presskräfte beim Verpressen von Pulver mit Hilfe einer Pulverpresse nach dem Patentanspruch
1.
[0002] Es ist bekannt, Metallpulver und auch Pulver aus anderem Material zu Presslingen
zu verpressen, um den Pressling anschließend zu sintern. Besonders Werkzeuge aus Hartmetall
werden im Sinterverfahren hergestellt, z.B. Wendeschneidplatten zum Fräsen. Pulverpressen
arbeiten entweder als Exzenterpressen oder als hydraulische Pressen. Hydraulische
Pressen sind bevorzugt, da die hydraulischen Pressenzylinder besser im Hinblick auf
den Druck und den Weg gesteuert werden können. Bei einer hydraulischen Presse ist
jeweils ein oberer und ein unterer Pressenzylinder mit dem Ober- und Unterstempel
verbunden, die einer Matrizenbohrung zugeordnet sind. Das Pulver wird bei in die Matrizenbohrung
eingefahrenem Unterstempel mit Hilfe eines Füllschuhs eingefüllt. Eine genaue Dosierung
erfolgt dadurch, dass der Unterstempel anschließend um einen vorgegebenen Betrag hochgefahren
wird, wonach anschließend ein Abstreifen über die Matrizenplattenoberfläche überstehendes
Pulver entfernt wird. Anschließend wird mit Hilfe des Oberstempels das Pulver zusammengepresst,
wobei der Unterstempel entsprechend verstellt werden kann.
[0003] Für die Qualität des Presslings ist entscheidend, dass das Pulvermaterial in seiner
Dichte möglichst homogen ist. Es ist bekannt, die Homogenität dadurch zu verbessern,
dass der Füllschuh in vorgegebener Weise betätigt wird, beispielsweise beim Vor- und
Rückhub mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Ferner ist bekannt, den Füllschuh
nicht nur linear in einer Richtung hin und her über die Matrizenbohrung zu bewegen,
sondern dieser Bewegung mindestens eine Seitwärtsbewegung zu überlagern. Es ist ferner
bekannt, Füllschuh und Matrizenplatte mit Hilfe einer geeigneten Rüttelvorrichtung
mit vorgegebener Frequenz und Amplitude in Schwingungen zu versetzen, um die Homogenität
des Pulvers in der Matrizenbohrung zu verbessern. Schließlich ist auch denkbar, Unter-
und Oberstempel zu rütteln, insbesondere während des Einfüllvorgangs und zu Beginn
des Pressvorgangs. Bei Presslingen, die in Achsrichtung eine unterschiedliche Breitenausdehnung
aufweisen, muss dafür gesorgt werden, dass die Stempel nicht gegen eine Kante fahren
und dadurch beschädigt werden. Auch die Matrizenbohrung wird naturgemäß dadurch beschädigt.
Daher ist auch bekannt, den Stempeln Wegmessgeber zuzuordnen, die sicherstellen, dass
die Stempel auf vorgegebene Positionen gefahren werden können.
[0004] Bei der Herstellung von Presslingen nach dem beschriebenen Verfahren ist ferner wesentlich,
dass die Presslinge annähernd gleiche Dichte aufweisen. Hierzu ist erforderlich, dass
der maximale Pressdruck, der in der Endposition zum Beispiel des Oberstempels erzielt
wird, möglichst gleich bleibt. Der Pressdruck ist jedoch von unterschiedlichen Gegebenheiten
abhängig. Bei Änderungen in der Befüllmenge stellt sich naturgemäß ein unterschiedlicher
maximaler Pressdruck ein. Ein unterschiedlicher Pressdruck stellt sich auch ein, wenn
die Verteilung des Pulvers nicht homogen ist.
[0005] Es ist ferner bekannt, zwischen Pressenzylinder und Stempel eine Kraftmessdose anzuordnen,
mit der die jeweilige maximale Presskaft aufgezeichnet werden kann. Im Betrieb muss
dann dafür gesorgt werden, dass bei einer zu großen Abweichung der maximalen Presskraft
von einem vorgegebenen Wert durch Änderung bestimmter Parameter eine Annäherung an
die gewünschte Presskraft erhalten wird.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver in Pulverpressen
anzugeben, das vollständig automatisch durchgeführt werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
[0008] Naturgemäß ergibt sich für die Werte der maximalen Presskraft bei der Produktion
eine Streuung. Erfindungsgemäß wird von Zeit zu Zeit die Häufigkeitsverteilung der
Presskraftwerte ermittelt und daraus die Standardabweichung. Die Standardabweichung
liegt bekanntlich zwischen den Wendepunkten der Gauß'schen Verteilungskurve. Weicht
die ermittelte Standardabweichung von einer vorgegebenen minimalen Abweichung ab,
wird erfindungsgemäß eine Änderung mindestens eines Parameters des Pressprozesses
geändert. So können zum Beispiel die Rüttelparameter geändert werden, der Wegverlauf
des Füllschuhs, die Geschwindigkeit des Füllschuhs bzw. der zeitliche Verlauf der
Geschwindigkeit während des Vor- und Rückhubes usw. Nach einem vorgegebenen Programm
können einzelne oder Kombinationen von Parametern geändert werden. Da stets von neuem
die Standardabweichung ermittelt wird und festgestellt werden kann, ob diese kleiner
wird, ist es auf diese Weise möglich, eine Minimierung der Standardabweichung zu erhalten.
Auf diese Weise kann der Betrieb der Pulverpresse bzw. der Pressprozess völlig automatisiert
und eine Minimierung der Standardabweichung innerhalb kürzester Zeit erreicht werden.
So ist es auch möglich, bei sonstigen Änderungen des Pressprozesses, beispielsweise
bei einem anderen Pulvermaterial, bei einer Änderung der maximalen Presskraft oder
dergleichen ebenfalls eine Minimierung der Standardabweichung zu erzielen.
[0009] Auf einem anliegenden Zeichnungsblatt ist eine Gauß'sche Verteilungskurve für die
maximale Presskraft einer Pulverpresse wiedergegeben. Mit
ist der Mittelwert der maximalen Presskraft angegeben, mit s die Standardabweichung
im Wendepunkt der Verteilungskurve und mit R die Spannweite. Es versteht sich, dass
s minimal ist, um reproduzierbar gleichmäßige Presslinge zu erhalten. Andererseits
ist es nicht möglich, die Standardabweichung gegen Null gehen zu lassen.
[0010] Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Steuerung vor zur Steuerung der Pulverpresse,
die auch Mittel ansteuert zum Rütteln der unterschiedlichen am Pressprozess beteiligten
Bauteile sowie zur Steuerung des Antriebs für den Füllschuh und dessen Weg bei der
Bewegung auf der Matrizenplatte. Erfindungsgemäß ist ein Speicher vorgesehen, in dem
die jeweiligen gemessenen maximalen Presskraftwerte, die jeweiligen Parameter für
die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenzen und Amplituden für die Rüttelvorrichtung
gespeichert sind. Ferner ist eine Rechnerstufe vorgesehen, in der die Häufigkeitsverteilung
der aus dem Speicher ausgelesenen maximalen Presskraftwerte und die Standardabweichung
ermittelt werden. Schließlich ist eine Programmstufe vorgesehen, in der ein Schema
für unterschiedliche Parameterwerte für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die
Frequenzen der Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge dieser
Daten bzw. der Kombination dieser Daten derart, dass die Programmstufe in der Folge
die vorgegebenen Änderungen vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen
Wert erreicht bzw. ein Minimum.
[0011] Es versteht sich, dass Änderungen bestimmter Daten einen größeren Einfluss auf die
Änderung der maximalen Presskraft haben als andere. Daher wird bei einem "Durchspielen"
der unterschiedlichen Daten zur Beeinflussung der Standardabweichung darauf Rücksicht
genommen und zum Beispiel erst diejenigen Werte einer Änderung unterzogen, die den
meisten Einfluss auf die maximale Presskraft haben.
[0012] Bei der Beschreibung der Erfindung wurden nur einige Parameter für den Füllschuh
und für die Rüttelvorrichtung erwähnt. Es sind noch andere Parameter denkbar, die
auf den Füllprozess bzw. den Pressenvorgang Einfluss nehmen und die willkürlich veränderbar
sind. Diese sollen durch die beschriebene Erfindung gleichermaßen erfasst sein.
1. Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von
Pulver, insbesondere Metallpulver, mit Hilfe einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte,
einen Oberstempel und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung
zugeordnet und jeweils von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie
einen auf der Matrizenplatte entlang eines vorgegebenen Weges bewegbaren Füllschuh
für die Befüllung der Matrizenbohrung mit dem Pulver, bei dem die maximale Presskraft
zumindest des Oberstempels bei Erreichen einer vorgegebenen Position gemessen wird,
der Füllschuh, die Matrizenplatte, Ober- und/oder Unterstempel bei der Befüllung und/oder
zu Beginn des Pressvorgangs mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude gerüttelt
werden und bei der ferner die Füllzeit bzw. der zeitliche Bewegungsablauf des Füllschuhs
vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Intervallen die Häufigkeitsverteilung der maximalen Presskraftwerte ermittelt
wird und daraus die Standardabweichung für die maximale Presskraft, die Standardabweichung
ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, die Rüttelparameter, die Füllzeit,
der zeitliche Bewegungsablauf und/oder der Wegverlauf des Füllschuhs nach einem vorgegebenen
Programm geändert werden, bis die Standardabweichung den vorgegebenen Wert bzw. ein
Minimum erreicht hat.
2. Vorrichtung zur Steuerung einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte, einen Ober-
und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung zugeordnet und
jeweils von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie einen Füllschuh,
der mittels eines Füllschuhantriebs entlang eines vorgegebenen veränderbaren Weges
auf der Matrizenplatte bewegt wird für die Befüllung der Matrizenbohrung mit Pulver,
die ferner eine Kraftmessvorrichtung aufweist, die zumindest die Kraft am Oberstempel
misst, eine Wegmesseinrichtung für zumindest den Oberstempel, eine Rüttelvorrichtung
mit veränderbarer Frequenz und Amplitude für den Füllschuh, die Matrizenplatte, den
Unterstempel und/oder den Oberstempel, wobei die Steuervorrichtung ein Programm enthält,
das den Weg des Füllschuhs, den zeitlichen Verlauf der Bewegung des Füllschuhs und/oder
die Rüttelfrequenz vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorgesehen ist, in dem die jeweiligen maximalen Presskraftwerte, die
jeweiligen Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude
für die Rüttelvorrichtung gespeichert sind, ferner eine Rechenstufe vorgesehen ist,
in der die Häufigkeitsverteilung der aus dem Speicher herausgelesenen maximalen Presskraftwerte
und die Standardabweichung ermittelt und ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen
wird, ferner eine Programmstufe vorgesehen ist, in der ein Schema für unterschiedliche
Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude der
Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge von Kombinationen
der gespeicherten Daten derart, dass die Programmstufe die vorgegebenen Änderungen
vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen Wert bzw. ein Minimum erreicht
hat.
