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EP0679503B1 - Verfahren zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Material sowie entsprechende Presse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Material sowie entsprechende Presse Download PDF

Info

Publication number
EP0679503B1
EP0679503B1 EP95100322A EP95100322A EP0679503B1 EP 0679503 B1 EP0679503 B1 EP 0679503B1 EP 95100322 A EP95100322 A EP 95100322A EP 95100322 A EP95100322 A EP 95100322A EP 0679503 B1 EP0679503 B1 EP 0679503B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
die
press
pressing
ram
moved
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95100322A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0679503A1 (de
Inventor
Dipl.-Ing. Schröfele (FH) Josef
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DORST Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
DORST Technologies GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DORST Technologies GmbH and Co KG filed Critical DORST Technologies GmbH and Co KG
Publication of EP0679503A1 publication Critical patent/EP0679503A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0679503B1 publication Critical patent/EP0679503B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a press according to the preamble of claim 9.
  • the invention relates to a method for the production of compacts from ceramic or metallic Particles by compression with a press tool comprising a lower stamp, an upper stamp and a die.
  • Fluctuations in density can be reduced if that Press tool is designed so that a floating die moved in the pressing direction by the wall friction forces becomes. As a result, the powder column is compressed by the upper punch and at the same time pushed against the lower stamp and from both. Sides compressed almost evenly. Since the Die path in the pressing direction depends on the friction conditions and is therefore not clearly defined, one results poor reproducibility of the density distribution. One differentiates here between the ejection process and the peeling process.
  • the die In the ejection process, the die is supported on springs and leads during the pressing process, due to the wall friction forces, a relative movement in the pressing direction. When returning the The die jumps into the upper die due to the spring force Starting position back. The compact stands out from the Lower stamp, with unwanted slate or flaking can occur on the compacts. In the ejection position the compact can be removed.
  • the die is forcibly coupled to the upper punch moved down.
  • the ratio is the Movements of the upper punch and die with respect to one even density distribution of the compact can be tuned.
  • In the withdrawal position becomes the die for removing the compact shutdown.
  • the pull-off process is largely Exfoliation avoided.
  • a disadvantage of this pull-off method which is mainly used today is the complex kinematics for the upper stamp, which first moved to the closed position and then to the pressed position is pressed, which has the consequence that the upper stamp and its drive both with regard to the closing movement as well as with regard to the pressing work accordingly must be dimensioned.
  • an elaborate one Control system for the stroke in the closed position and the subsequent pressing movement But that is also complex Die control in coordination with the press stroke of the Upper stamp has to take place. So the matrix of the Filling position moved to the pressing position, and in the pressing position are held (matrix support). On top of that after the upper die has moved away, the die is moved down and raised again after ejecting the compact must be what a complicated structure and a complicated Control requires.
  • the object of the invention is a method for the production of compacts from powdered material and a press to create, with which the disadvantages mentioned above are eliminated become, in particular a simple in the kinematics and control Pressing process and a simply constructed press can be realized.
  • the pressing work is not carried out the upper stamp, but realized by the lower stamp, the one against the fixed one driven in the closed position
  • Upper stamp condensed and in this respect a complete departure from previously known principle of the ejection or the pull-off process brings.
  • Essential to achieve an even Compression and reproducibility of the density distribution is further that for the purpose of recompression for take away of the matrices over part of the press force stroke of the lower punch is taken care of what is preferably positively by a Driving device can take place at the end of the pressing force stroke the lower die the die over a short distance, up to about 6 mm.
  • a sliding top pressure can be achieved that the die is positively coordinated with the Lower stamp is raised, the gear ratio is adjustable.
  • the output from the main shaft of the press to the upper stamp over one Cam mechanism takes place, which is compared to other mechanisms, such as connecting rods, has the advantage that the movement of the upper punch, which is only in the closed position procedure must be interpreted as desired can.
  • the closing movement of the upper punch for the little as a result of the decoupling from the press force build-up Forces are required to be done quickly, what about a connecting rod mechanism cannot be adjusted accordingly can.
  • the cam mechanism can by a Special gears can be set so that the closing time of the upper stamp with the start of compaction of the lower stamp coincides. About the free design thus made possible the closing movement wins time, which is then for the filling process is available.
  • the closed position of the upper stamp for tools with additional levels advantageous, as in the production of stepped compacts.
  • certain stamps which before the start of compression from the filling position to an intermediate position must be transported to the position of the breakpoint of the upper stamp, whereas with the peeling process, in which the upper punch also moves into the pressing position, these tool parts must be stopped separately, hence a separate mechanism including support mechanism is required.
  • the conventional ones are omitted with regard to the die required hold-down devices as well as die support mechanisms and it results in the lower case for the sliding top pressure more space. There are also fewer moving masses, which leads to a shorter run-on time.
  • Both with regard to the movement of the upper stamp as well the movement of the lower punch is the use of a cam mechanism possible what appropriate design options allowed.
  • the closing movement of the upper stamp can be carried out faster, so that more There is space and time for filling, as opposed to the matrix remains on the peeling process.
  • the upper stamp stroke must be adjusted to the closing movement alone and can be kept as small as absolutely necessary.
  • Short paths of the die facilitate the attachment of filling device, removal devices and calibration feeders. There is no hold-down anymore required for the matrix to allow the matrix to breathe freely prevent if the upper punch is moved upwards. There is an optimized pressing movement for the lower punch with curve / roller or with knee lever.
  • Figures 1 to 4 with 1 is the upper stamp, with 2 the Lower stamp and labeled 3 the die.
  • Figure 1 shows for the pull-off process from the closed position of the press the pressing process, with the lower punch 2 fixed Upper stamp 1 is moved towards the lower stamp 2 and thereby the die 3 is forced downwards during the pressing process is moved.
  • the pressing position is shown in Figure 2 the compact is denoted by 4. Ejecting the Pressings 4 takes place in that after the upper punch has moved away 1 moved the die 3 down into the pull-off position is, so that the compact is removed from the lower stamp 2 can be.
  • the die 3 at the end of the press stroke of the lower punch 2 over a the preset path with the lower stamp 2 upwards become.
  • the die 3 is synchronized with the lower stamp 2 via a preset speed of the lower die 2 coupled speed over a predetermined path in synchronism with the lower stamp 2 upwards relative to that in the closed position and fixed upper stamp 1 driven.
  • 5b shows the structure of the press in the lower area, with 6 the base plate carrying the lower stamp 2, 7 with the die and 8 denotes a coupling part is, against which the die 7 displaceable via rods 9 is led.
  • the lower stamp is returned in the filling position via a designated 15 Spring system made of two opposite tension springs attached to your upper end at 16 fixed to the base plate 6 and thus the lower stamp 2 are coupled.
  • a spring system can also be any other suitable device, such as pneumatic or hydraulic return device can be used, however, the return can also be due to the dead weight the base plate 6 and the associated components become.
  • the end stop for the filling position is through a stop disc 17 determined by a spindle 18 and a so interacting gear 19 adjustable and via a nut 20 is set.
  • the actual press path from the adjustable and filling position formed by the stop disk 17 in the pressing position is denoted by P in Figure 5.
  • the die can be removed during the Press work can be arranged in a fixed manner (according to figure 5), the fixing in the illustrated embodiment Realized via an externally actuated screw 21 that cooperates with an associated threaded part 22.
  • the threaded ring is 22 turned upwards so that the die is fixed.
  • the pneumatic piston of the die designated 23 on the cylinder 24, so that an upward movement of the die not possible.
  • the die train is from the pneumatic piston 23 via the stop ring 25 and the components 26a, 26b and the bars 27 passing through the base plate 6, which are firmly connected to the die plate 7.
  • the die 7 for the purpose of post-compression of the die 7 is released above via the screw mechanism 21, 22 by moving the threaded ring 22 downwards and thereby a predeterminable distance for the upward movement the die 7 along with the up while the lower die driving pressing work is reached, so that the die from the filling position together with the lower stamp can be moved up into the pressing position.
  • the filling position of the die is around the Thread ring 22 set dimension lower. Since the die with the lower stamp on the spindle 18 and the stop disc 17 is coupled, is also the lower stamp around the set on the threaded ring 22 lower, so that in the illustrated Embodiment over the threaded ring 22nd adjustable travel distance at the end of the upward stroke of the lower punch 2 is approximately 5 mm.
  • the ejection movement after the pressing process takes place by starting up of the lower punch 2 over the base plate 6 from the in Figure 5 shown press position also.
  • This is a Provided pair of curves 31, which is arranged on the main shaft 9 is.
  • the cam disks 31 act with sliding blocks 32 together, which are each received in a carrier 33.
  • Each carrier 33 is received in a spindle element 34, which for the purpose of setting the one designated in FIG. 5b Ejection path adjustable via an indicated pinion 35 is.
  • the adjustment by turning the hollow spindle 34 takes place via a thread with the carrier 33.
  • the over the cam discs 31 initiated movement is via the rods 14 transferred to the base plate 6 so that the lower stamp from the pressing position upwards for the purpose of ejection the compact is driven.
  • sliding blocks 32 instead of sliding blocks 32 also other mechanisms, such as Roles are used.
  • the upper punch is required only a closing movement, but not a press movement.
  • the kinematics of the upper stamp are the best explained with reference to Figures 5a and 6.
  • the pneumatic cylinder 43 For the purpose of closing the upper stamp, the pneumatic cylinder 43 the double lever 42, one with 44 designated shaft pivots, see also Figure 5a.
  • This will a pair of toggle levers 45 fastened to the shaft 44 is extended, in particular in the extended position (see Fig. 5a) transferred in the upper stamp is in the closed position.
  • the Pair of toggle levers 45 acts on a guide cross member 46 and a kinematically fixed coupling part 47 which for receiving the upper punch, not shown in Figure 5a 1 serves.
  • the upper stamp is over the coupling part 47 adjustable relative to the traverse 46, specifically via a suitable adjustment unit in the illustrated embodiment is not shown.
  • the die can be used for the principle of sliding overpressure together with the lower stamp at a coordinated speed and be driven up a coordinated path about half the speed of the lower die by half Way of the lower stamp or at a quarter of the speed a quarter of the way of the lower stamp what with a device shown in FIG. 7 can.
  • a coupling of the die movement is required for the sliding top pressure provided with the movement of the lower punch, which takes place via a lever 49, which is fixed in the bearing 50 opposite the machine housing is mounted.
  • the other end of the Lever 49 lies at 51 on the cross member 13, so that the lever 49 with the movement of the lower punch over the crossbar 13 is pivoted about the bearing point 50.
  • the swivel movement the lever is on the die via a sliding block 52 7 transmitted, the gear ratio of the coupling the die movement with the movement of the lower punch or the guide cross 13 determined.
  • the lever 49 is pivoted upwards, so that the die 7 synchronized with the movement via the sliding block 52 of the lower stamp, but with a corresponding one Gear ratio, is driven.
  • the sliding top pressure is especially advantageous when in the die Levels are available. With sequential densification, So the material would first be pressed from below and then from above pushed up the step after the first compaction process become what is most problematic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Presse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Preßlingen aus keramischen oder metallischen Teilchen durch Verdichtung mit einem Preßwerkzeug umfassend einen Unterstempel, einen Oberstempel und eine Matrize.
Bei der Herstellung von Preßlingen aus keramischem oder metallischem Pulver in einer Preßform hängen die Dichte und die Dichteverteilung dieser Preßlinge im wesentlichen vom Preßdruck und der Verdichtungsart ab. Zum Verdichten werden hierbei üblicherweise Preßwerkzeuge bestehend aus einem Oberstempel, einem Unterstempel und einer Matrize verwendet. Da beim Verdichten neben der Kraft zur Überwindung der Reibung zwischen einzelnen Pulverkörnern und ihrer elastischen und plastischen Verformung auch noch eine Kraft zur Überwindung der Reibung des Pulvers an der Matrizenwand erforderlich ist, ergibt sich im Preßling eine ungleiche Dichte längs der Höhe der verpreßten Pulversäule. Hierbei ist die Dichte unterhalb des Preßstempels am größten und in der unteren Zone des Preßlings am kleinsten.
Dichteschwankungen lassen sich dann vermindern, wenn das Preßwerkzeug so ausgebildet wird, daß eine schwimmende Matrize durch die Wandreibungskräfte in Preßrichtung bewegt wird. Dadurch wird die Pulversäule durch den Oberstempel verdichtet und gleichzeitig gegen den Unterstempel geschoben und von beiden. Seiten annähernd gleichmäßig verdichtet. Da der Matrizenweg in Preßrichtung von den Reibungsverhältnissen abhängt und somit nicht klar definiert ist, ergibt sich eine schlechte Reproduzierbarkeit der Dichteverteilung. Man unterscheidet hierbei zwischen dem Ausstoßverfahren und dem Abziehverfahren.
Beim Ausstoßverfahren ist die Matrize auf Federn gelagert und führt beim Preßvorgang, bedingt durch die Wandreibungskräfte, eine Relativbewegung in Preßrichtung durch. Beim Rücklauf des Oberstempels springt die Matrize durch die Federkraft in ihre Ausgangsstellung zurück. Der Preßling hebt sich dabei von dem Unterstempel ab, wobei unerwünschte Schieferungen oder Abblätterungen an den Preßlingen auftreten können. In der Ausstoßstellung kann der Preßling entnommen werden.
Beim heute überwiegend angewandten Abziehverfahren wird die Matrize beim Preßvorgang zwangsweise gekoppelt mit dem Oberstempel abwärts bewegt. Hierbei ist das Verhältnis der Bewegungen von Oberstempel und Matrize im Hinblick auf eine gleichmäßige Dichteverteilung des Preßlings abstimmbar. In der Abzugsstellung wird die Matrize zur Entnahme des Preßlings heruntergefahren. Beim Abziehverfahren werden weitgehend Abblätterungen vermieden.
Nachteilhaft bei diesem überwiegend heute angewendeten Abziehverfahren ist die aufwendige Kinematik für den Oberstempel, der zuerst in Schließstellung gefahren und dann in Preßstellung gedrückt wird, was zur Folge hat, daß der Oberstempel und dessen Antrieb sowohl mit Hinsicht auf die Schließbewegung wie auch mit Hinsicht auf die Preßarbeit entsprechend dimensioniert ausgelegt werden müssen. Hinzu kommt ein aufwendiges Steuersystem für den Hub in die Schließstellung und die anschließende Preßbewegung. Aufwendig ist aber auch die Matrizensteuerung, die in Abstimmung mit dem Preßhub des Oberstempels zu erfolgen hat. So muß die Matrize von der Füllstellung in die Preßstellung bewegt, und in Preßstellung gehalten werden (Matrizenunterstützung). Hinzu kommt, daß nach Wegfahren des Oberstempels die Matrize nach unten gefahren und nach dem Ausstoßen des Preßlings wieder hochgefahren werden muß, was einen komplizierten Aufbau und eine komplizierte Steuerung erforderlich macht.
Insgesamt ist infolge der kräftemäßigen Auslegung der Oberstempelkinematik einschließlich der Kraftübertragung von der Hauptwelle und der aufwendigen Steuerung der Matrize ein entsprechender Platzbedarf und auch ein komplizierter Aufbau der Presse selbst verbunden.
Ein weiteres Verfahren bzw. eine entsprechende Presse werden in dem französischen Dokument FR-A-2 643 016 bzw. der entsprechenden deutschen Offenlegungsschrift DE 39 04 617 A1 beschrieben. Hier erfolgt eine Vorverdichtung der Formmasse durch das Schließen des oberen Druckstempels, während die eigentliche Verdichtung durch das nach Obenfahren des unteren Druckstempels gegen den festgestellten oberen Druckstempel erfolgt. Dabei ist die Matrize so ausgeführt, daß sie beim Verdichten frei beweglich ist und durch den Reibungsschluß zwischen Formmasse und Forminnenwand mit dem unteren Druckstempel nach oben bewegt wird. Der Nachteil einer derartigen Ausführungsform besteht jedoch darin, daß durch die freie Bewegung der Form keine kontrollierte, sowie auf die Bewegung des Unterstempels abgestimmte Bewegung erfolgt und somit keine gleichmäßige und reproduzierbare Verdichtung bzw. Dichteverteilung erzielt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Preßlingen aus pulverförmigem Material sowie eine Presse zu schaffen, mit der die oben genannten Nachteile behoben werden, insbesondere ein in der Kinematik und Steuerung einfaches Preßverfahren sowie eine einfach aufgebaute Presse realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale und für die Presse durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 4 enthaltenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens und der Presse durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind.
Nach Maßgabe der Erfindung wird die Preßarbeit nicht durch den Oberstempel, sondern durch den Unterstempel realisiert, der gegen den in Schließstellung gefahrenen, feststehenden Oberstempel verdichtet und insofern eine völlige Abkehr vom bisher bekannten Prinzip des Ausstoß- bzw. des Abziehverfahrens bringt. Wesentlich zur Erzielung einer gleichmäßigen Verdichtung und Reproduzierbarkeit der Dichteverteilung ist ferner, daß zum Zwecke der Nachverdichtung für eine Mitnahme der Matrizen über einen Teil des Preßkrafthubs des Unterstempels gesorgt wird, was bevorzugt zwangsschlüssig durch eine Mitnahmeeinrichtung erfolgen kann, die am Ende des Preßkrafthubs des Unterstempels die Matrize über eine geringe Distanz, etwa bis zu 6 mm, hochfährt. In einer weiteren Variante kann eine gleitende Oberpressung dadurch realisiert werden, daß die Matrize zwangsschlüssig in Abstimmung mit dem Unterstempel hochgefahren wird, wobei das Übersetzungsverhältnis einstellbar ist. Dadurch lassen sich definierte und vor allem reproduzierbare Dichteverhältnisse im Formling einstellen. Die Kinematik und Steuerung des Oberstempels muß nunmehr alleine auf die Schließbewegung abgestellt werden, wodurch sich die Kinematik und Steuerung des Oberstempels wesentlich vereinfacht, weil keine Auslegung des Oberstempelaufbaus hinsichtlich der Preßarbeit erforderlich ist. Hierbei ist es in bezug auf die Presse vorteilhaft, wenn die Kinematik des Oberstempels durch ein Kniehebelpaar realisiert wird, da in gestreckter Stellung des Kniehebelpaares in Schließstellung im wesentlichen die Preßkraft aufgenommen werden kann.
Das Auswerfen des Preßlings erfolgt durch Hochfahren des Unterstempels über seine Preßstellung hinaus, wozu keine Matrizenbewegung erforderlich ist. Insgesamt ergibt sich hierdurch ein sehr einfacher Aufbau der Matrize, die durch einfache Drehteile hergestellt sein kann, wobei auch die Steuerung der Matrize denkbar einfach ist.
Durch dieses Verfahren ist es auch möglich, daß der Abtrieb von der Hauptwelle der Presse zum Oberstempel über einen Kurvenscheibenmechanismus erfolgt, der gegenüber anderen Mechanismen, wie etwa Pleuelstangen, den Vorteil bietet, daß der Bewegungsablauf des Oberstempels, der nur in die Schließstellung verfahren werden muß, wie gewünscht ausgelegt werden kann. Beispielsweise kann die Schließbewegung des Oberstempels, für die infolge der Entkopplung vom Preßkraftaufbau wenig Kräfte erforderlich sind, schnell erfolgen, was über einen Pleuelmechanismus nicht entsprechend eingestellt werden kann. Ferner kann der Kurvenscheibenmechanismus durch ein Spezialgetriebe so eingestellt werden, daß der Schließzeitpunkt des Oberstempels mit dem Verdichtungsbeginn des Unterstempels zusammenfällt. Über die damit ermöglichte freie Gestaltung der Schließbewegung gewinnt man Zeit, die dann für den Füllvorgang zur Verfügung steht. Auch ist die Schließstellung des Oberstempels für Werkzeuge mit Zusatzebenen sehr vorteilhaft, wie bei der Herstellung von gestuften Preßlingen. Hierbei werden bestimmte Stempel, welche vor Verdichtungsbeginn von der Füllstellung in eine Zwischenstellung transportiert werden müssen mit in die Stellung des Haltepunkts des Oberstempels gefahren, wohingegen beim Abziehverfahren, bei dem der Oberstempel auch in die Preßstellung verfährt, diese Werkzeugteile gesondert angehalten werden müssen, mithin eine gesonderte Mechanik einschließlich Unterstützungsmechanismus erforderlich ist.
Infolge der kurzen Wege für die Ausstoß- und Verdichtungsbewegung kann vorteilhaft für den Preßkrafthub des Unterstempels gleichfalls ein Kurvenscheibenmechanismus eingesetzt werden. Dieser Aufbau in Verbindung mit dem einfachen Aufbau und der einfachen Kinematik der Matrize erlaubt bei Pressen im Preßkraftbereich bis ca. 300 To auch eine günstige Einstellung der Arbeitshöhe gegenüber konventionellen Pressen, bei denen die Arbeitshöhe teilweise bis 1700 mm beträgt, so daß für das Bedienungspersonal ein entsprechendes Podest vorgestellt oder die Presse in einer Grube versenkt angeordnet werden muß, um zu einer vernünftigen Arbeitshöhe zu kommen. Die einfache Kinematik für die Matrizensteuerung resultiert vor allem auch daraus, daß die Verdichtungs- und Ausstoßkraft von unten kommt, also in die gleiche Richtung geht.
Zusammengefaßt entfallen bezüglich der Matrize die konventionell erforderlichen Niederhalter sowie Matrizenunterstützungsmechanismen und es ergibt sich im Untergehäuse für die gleitende Oberpressung mehr Platz. Ferner ergeben sich weniger bewegte Massen, was zu einer kürzeren Nachlaufzeit führt. Sowohl hinsichtlich der Bewegung des Oberstempels wie auch der Bewegung des Unterstempels ist der Einsatz eines Kurvenscheibenmechanismus möglich, was entsprechende Auslegungsmöglichkeiten erlaubt. Beispielsweise kann die Schließbewegung des Oberstempels schneller durchgeführt werden, so daß mehr Platz und Zeit zum Füllen verbleibt, da die Matrize im Gegensatz zum Abziehverfahren stehen bleibt. Der Oberstempelhub muß alleine auf die Schließbewegung abgestellt werden und kann damit so klein wie unbedingt notwendig gehalten werden. Da hierbei keine großen Kräfte erforderlich sind, benötigt man keine entsprechend dimensionierte Zugstangen oder Excenter wie bei den konventionellen Pressen und ist der Einsatz eines Kurvenscheibenmechanismus im unteren Pressenbereich möglich, was bauliche Vorteile bringt. Dadurch ergibt sich im Verbund mit dem einfachen Matrizenaufbau einschließlich vereinfachter Steuerung der Matrize und des Unterstempels eine geringe Arbeitshöhe und ausreichend Platz für ein Schnellwechselsystem für Adapteraufspannungen. Der Einsatz von Kurvenscheibenmechanismen ermöglicht ferner eine optimale Oberstempel- und Unterstempelbewegung durch entsprechende Einstellung für Entlüften, Preßzeit und langsames Entlasten. Wegen fehlender Zugstangen kann der Einbauraum freier gestaltet und seitlich zugänglich gemacht werden. Die Matrizenunterstützung bei sequentieller Oberpressung ist verschleißfrei, da bewegliche Unterstützungssysteme entfallen. Da kein Freischalten der Matrizenunterstützung zwischen Preßstellung und Ausstoßbeginn erforderlich ist, was gewisse Zeit in Anspruch nehmen würde, ergibt sich mehr Füllzeit. Geringe Wege der Matrize erleichern die Anbringung von Füllvorrichtung, Abnahmegeräten und Kalibrierzuführungen. Kein Niederhalter ist mehr für die Matrize erforderlich, um ein Aufatmen der Matrize zu verhindern, wenn der Oberstempel nach oben weggefahren wird. Für den Unterstempel ergibt sich eine optimierte Preßbewegung mit Kurve/Rolle bzw. mit Kniehebel.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fign. 1 und 2
schematische Darstellungen des Preßwerkzeugs zur Erläuterung des herkömmlichen Abziehverfahrens,
Fign. 3 und 4
schematische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Preßverfahrens,
Fig. 5a
eine schematische Darstellung des Pressenaufbaus am Oberteil,
Fig. 5b
eine schematische Darstellung des Pressenaufbaus am Unterteil,
Fig. 6
eine schematische Darstellung von Teilen des Pressenaufbaus in Seitenansicht sowie
Fig. 7
eine schematische Darstellung der Kopplung der Bewegung der Matrizenplatte mit dem Unterstempel.
In den Figuren 1 bis 4 ist mit 1 der Oberstempel, mit 2 der Unterstempel und mit 3 die Matrize bezeichnet. Figur 1 zeigt für das Abziehverfahren von der Schließstellung der Presse den Preßvorgang, wobei bei feststehendem Unterstempel 2 der Oberstempel 1 in Richtung auf den Unterstempel 2 bewegt wird und dabei zwangsweise die Matrize 3 beim Preßvorgang mit abwärts bewegt wird. Die Preßstellung ist in Figur 2 gezeigt, wobei der Preßling mit 4 bezeichnet ist. Das Ausstoßen des Preßlings 4 erfolgt dadurch, daß nach Wegfahren des Oberstempels 1 die Matrize 3 nach unten in die Abzugsstellung gefahren wird, so daß der Preßling vom Unterstempel 2 abgenommen werden kann.
Bei dem Verfahren nach den Figuren 3 und 4 wird der Oberstempel 1 nach Füllen des Formhohlraums 5 mit Pulver in die aus Figur 3 ersichtliche Schließstellung gefahren. Die Preßarbeit erfolgt dann durch den Unterstempel 2, der nach oben in Richtung des Oberstempels 1 in die aus Figur 4 ersichtliche Preßstellung bewegt wird. Hierbei ist in dem anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Preßverfahren die Matrize 3 festgestellt und auch der Oberstempel 1 während des Preßvorgangs in seiner aus Figur 3 ersichtlichen Schließstellung festgesetzt.
Soll zugleich zum Zwecke einer besseren Dichteverteilung eine gleitende Oberpressung verwirklicht werden, so kann die Matrize 3 am Ende des Preßhubs des Unterstempels 2 über einen voreingestellten Weg mit dem Unterstempel 2 nach oben gefahren werden. In einer alternativen, gleichfalls weiter unten noch beschriebenen Variante, wird die Matrize 3 synchron mit dem Unterstempel 2 über eine voreingestellte, mit der Geschwindigkeit des Unterstempels 2 gekoppelte Geschwindigkeit über einen vorbestimmten Weg synchron mit dem Unterstempel 2 nach oben relativ zu dem in Schließstellung befindlichen und feststehenden Oberstempel 1 gefahren.
In Fig. 5b ist der Aufbau der Presse im unteren Bereich dargestellt, wobei mit 6 die den Unterstempel 2 tragende Grundplatte, mit 7 die Matrize und mit 8 ein Kupplungsteil bezeichnet ist, gegenüber dem die Matrize 7 über Stangen 9 verschieblich geführt ist.
Der Hub des von der Grundplatte 6 getragenen in Fig. 5b nicht dargestellten Unterstempels 2 aus der Füllstellung nach oben in die aus Figur 5 ersichtliche Preßstellung erfolgt über eine von einem nicht dargestellten Antrieb angetriebene Hauptwelle 53 und zweier darauf befestigten Kurvenscheiben 11, deren Kurve über drehbar gelagerte Rollen 12 abgenommen wird, die auf den Unterstempel 2 über eine Traverse 13 wirken. Die Traverse 13 ist hierbei mit Stangen 14 gekoppelt, die mit der Grundplatte 6 fest verbunden sind. In Figur 5, die die Preßstellung zeigt, befindet sich die Traverse 13 an ihrem höchsten Punkt.
Da über die Kurvenscheibe 11 nur eine Bewegung des Unterstempels nach oben möglich ist, erfolgt die Rückführung des Unterstempels in die Füllstellung über ein mit 15 bezeichnetes Federsystem aus zwei gegenüberliegenden Zugfedern, die an ihrem oberen Ende bei 16 fest mit der Grundplatte 6 und damit dem Unterstempel 2 gekoppelt sind. Anstelle eines Federsystems kann auch jede andere geeignete Einrichtung, etwa pneumatische oder hydraulische Rückführeinrichtung verwendet werden, die Rückführung kann jedoch auch durch das Eigengewicht der Grundplatte 6 und der damit verbundenen Bauteile bewerkstelligt werden.
Der Endanschlag für die Füllstellung ist durch eine Anschlagscheibe 17 bestimmt, die über eine Spindel 18 und ein damit zusammenwirkendes Zahnrad 19 verstellbar und über eine Mutter 20 festgelegt ist. Der eigentliche Preßweg aus der einstellbaren und durch die Anschlagscheibe 17 gebildeten Füllstellung in die Preßstellung ist in Figur 5 mit P bezeichnet.
Wie bereits eingangs erläutert, kann die Matrize während der Preßarbeit feststehend angeordnet sein (entsprechend Figur 5), wobei die Festsetzung im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine von außen betätigbare Schnecke 21 realisiert ist, die mit einem zugeordneten Gewindeteil 22 zusammenwirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gewindering 22 nach oben gedreht, so daß die Matrize festgesetzt ist. Hierbei liegt der mit 23 bezeichnete Pneumatikkolben der Matrize am Zylinder 24 an, so daß eine Aufwärtsbewegung der Matrize nicht möglich ist. Im übrigen ist der Matrizenzug vom Pneumatikkolben 23 über den Anschlagring 25 und die Bauteile 26a, 26b und die die Grundplatte 6 durchgreifenden Stangen 27 gebildet, die mit der Matrizenplatte 7 fest verbunden sind.
In einer Variante kann zum Zwecke einer Nachverdichtung von oben die Matrize 7 über den Schneckenmechanismus 21, 22 freigesetzt werden, indem der Gewindering 22 nach unten bewegt wird und dadurch eine vorbestimmbare Strecke für die Aufwärtsbewegung der Matrize 7 zusammen mit dem nach oben während der Preßarbeit fahrenden Unterstempel erreicht wird, so daß die Matrize aus der Füllstellung zusammen mit dem Unterstempel in die Preßstellung nach oben gefahren werden kann. Die Füllstellung der Matrize befindet sich hierbei um das am Gewindering 22 eingestellte Maß tiefer. Da die Matrize mit dem Unterstempel über die Spindel 18 und die Anschlagscheibe 17 gekoppelt ist, befindet sich auch der Unterstempel um das am Gewindering 22 eingestellte Maß niedriger, so daß im dargestellten Ausführungsbeispiel die über den Gewindering 22 einstellbare verfahrbare Wegstrecke am Ende des Aufwärtshubs des Unterstempels 2 etwa 5 mm beträgt. Wird der Gewindering 22 nach unten gedreht, so erhält man einen Hubweg für den Kolben 23 relativ zum Zylinder 24, der auf die Matrize 7 gegeben wird. Dadurch wird die Matrize am Schluß der Bewegung des Unterstempels mitgeschleppt bis in die Preßstellung, in der der Kolben 23 am Zylinderboden des Zylinders 24 anliegt. Die Mitnahme der Matrize erfolgt hierbei über zwei Anschlagsegmente 28, die auf der Traverse 13 angeordnet sind. Nicht dargestellte Einschleifplatten auf den Anschlagsegmenten 24 dienen für die genaue Einstellung relativ zur Preßposition. Es zeigt sich somit, daß für die Nachverdichtung keinerlei kinematischer Aufwand für die Bewegung der Matrize erforderlich ist, insbesondere kein eigener Antrieb, da die Mitnahme über die Traverse 13 erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, die Matrize als kompaktes rundes Bauteil mit wenig Platzbedarf auszubilden, so daß die Matrizenelemente durch einfache Drehteile gebildet sein können. Es entfällt auch eine komplizierte Matrizensteuerung.
Die Ausstoßbewegung nach dem Preßvorgang erfolgt durch Hochfahren des Unterstempels 2 über die Grundplatte 6 aus der in Figur 5 dargestellten Preßstellung hinaus. Hierzu ist ein Kurvenpaar 31 vorgesehen, welches auf der Hauptwelle 9 angeordnet ist. Die Kurvenscheiben 31 wirken mit Gleitsteinen 32 zusammen, die jeweils in einem Träger 33 aufgenommen sind. Jeder Träger 33 ist in einem Spindelelement 34 aufgenommen, welches zum Zwecke der Einstellung des in Figur 5b mit A bezeichneten Ausstoßwegs über ein angedeutetes Ritzel 35 verstellbar ist. Die Verstellung durch Drehen der Hohlspindel 34 erfolgt über ein Gewinde mit dem Träger 33. Die über die Kurvenscheiben 31 initiierte Bewegung wird über die Stangen 14 auf die Grundplatte 6 übertragen, so daß der Unterstempel aus der Preßstellung hinaus nach oben zum Zwecke des Ausstoßens des Preßlings gefahren wird. Selbstverständlich können anstelle von Gleitsteinen 32 auch andere Mechanismen, wie etwa Rollen verwendet werden.
Bei dem dargestellten Preßverfahren braucht der Oberstempel nur eine Schließbewegung zu bewerkstelligen, nicht jedoch eine Preßbewegung. Die Kinematik des Oberstempels wird am besten anhand der Figuren 5a und 6 erläutert.
Da der Oberstempel lediglich eine Schließbewegung, nicht jedoch eine Preßbewegung ausführen muß, genügt eine einfache Kinematik, da große Kräfte nicht übertragen werden müssen. Der Abtrieb vom Antrieb erfolgt über eine aus Figur 5a ersichtliche Kurvenscheibe 36, die mit einer oder mehreren Rollen 37 zusammenwirkt, wobei die initiierte Bewegung über einen bei 38 gelagerten Hebel 39 via Gelenkpunkt 40 auf eine Zugstange 41 erfolgt, die an ihrem oberen Ende mit einem Doppelhebel 42 verbunden ist. Am anderen Ende des Doppelhebels 42 ist ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder 43 angeordnet, der die Schließbewegung des Oberstempels ausführt. Die Öffnungsbewegung, also das Hochfahren des Oberstempels erfolgt über die Zugstange 41 und den Kurvenmechanismus 36, 37. Zum Zwecke des Schließens des Oberstempels bewegt der pneumatische Zylinder 43 den Doppelhebel 42, der eine mit 44 bezeichnete Welle schwenkt, siehe auch Figur 5a. Dadurch wird ein an der Welle 44 befestigtes Kniehebelpaar 45 ausgefahren, insbesondere in Streckstellung (siehe Fig. 5a) überführt, in der der Oberstempel sich in Schließstellung befindet. Das Kniehebelpaar 45 wirkt hierbei auf eine Führungstraverse 46 und auf ein damit kinematisch festes Kupplungsteil 47, welches zur Aufnahme des in Figur 5a nicht dargestellten Oberstempels 1 dient. Der Oberstempel ist über das Kupplungsteil 47 relativ zur Traverse 46 einstellbar, und zwar über eine geeignete Verstelleinheit, die im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht abgebildet ist. Es ist nur eine einfache Kinematik für die Bewegung des Oberstempels erforderlich, da aufgrund der bloßen Schließbewegung des Oberstempels keine großen Kräfte übertragen werden müssen und in Preßstellung die Preßkraft ohne weiteres über die Kniehebel in deren gestreckten Stellung aufgenommen werden kann. Da auf die Zugstange keine wesentlichen Kräfte übertragen werden müssen, braucht bloß eine entsprechend gering zu dimensionierende Stange als Kopplungsglied verwendet werden.
Für das Prinzip der gleitenden Oberpressung kann die Matrize zusammen mit dem Unterstempel in einer abgestimmten Geschwindigkeit und einem abgestimmten Weg nach oben gefahren werden, etwa mit halber Geschwindigkeit des Unterstempels um den halben Weg des Unterstempels oder bei einem Viertel der Geschwindigkeit um ein Viertel des Weges des Unterstempels, was mit einer aus Figur 7 ersichtlichen Vorrichtung erfolgen kann.
Für die gleitende Oberpressung ist eine Kopplung der Matrizenbewegung mit der Bewegung des Unterstempels vorgesehen, was über einen Hebel 49 erfolgt, der fest im Lager 50 gegenüber dem Maschinengehäuse gelagert ist. Das andere Ende des Hebels 49 liegt bei 51 auf der Traverse 13 auf, so daß also der Hebel 49 mit der Bewegung des Unterstempels über die Traverse 13 um den Lagerpunkt 50 geschwenkt wird. Die Schwenkbewegung des Hebels wird über einen Gleitstein 52 auf die Matrize 7 übertragen, der das Übersetzungsverhältnis der Kopplung der Matrizenbewegung mit der Bewegung des Unterstempels bzw. der Führungstraverse 13 bestimmt. Beim Hochfahren der Führungstraverse 13 wird der Hebel 49 nach oben geschwenkt, so daß über den Gleitstein 52 die Matrize 7 synchron zur Bewegung des Unterstempels, jedoch mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis, gefahren wird. Die gleitende Oberpressung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn in der Matrize Stufen vorhanden sind. Bei sequentieller Nachverdichtung, also erst Pressung von unten und dann von oben würde das Material um die Stufe nach dem ersten Verdichtungsvorgang geschoben werden, was höchst problematisch ist.
Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist, daß die Matrize aktiv nach oben gefahren wird. Dadurch wird den Matrizenkräften, welche durch den Preßkraftanteil der durch die Stufen in der Matrize erzeugt wird, entgegenwirkt. Es entsteht ein Kräftegleichgewicht.
Beim konventionellen Abzugsverfahren bewegt sich die Matrize in gleicher Richtung wie ihr Preßkrarftanteil wirkt. Somit muß dieser Preßkraftanteil durch Zusatzeinrichtungen in der Presse während des Preßvorganges aufgenommen werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen von Preßlingen aus pulverförmigen, insbesondere keramischen oder metallischen Teilchen durch Verdichten, bei dem in einer Presse mit einem Unterstempel (2), einem Oberstempel (1) und einer Matritze (3) das in einem durch die Matrize begrenzten Formhohlraum (5) gefüllte Pulver nach Schließen des Formhohlraumes durch Bewegung des Stempels in Preßstellung verdichtet wird, wobei der Unterstempel (2) in die Füllstellung heruntergefahren wird, die Vorverdichtung durch den in Schließstellung gefahrenen Oberstempel erfolgt, die Verdichtung gegen den feststehenden Oberstempel (1) erfolgt, nachdem dieser in Schließstellung gefahren ist, und die Preßarbeit durch den Unterstempel (2) erfolgt, der zur Verdichtung des Pulvers in Richtung des Oberstempels (1) in seine Preßstellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung einer Nachverdichtung die Matrize (7) am Ende des Pressenhubs des Unterstempels (2) über eine vorbestimmte Distanz gekoppelt mit dem Unterstempel (2) zwangsschlüssig bewegt, oder zur Durchführung einer gleitenden Oberpressung die Matrize (7) gekoppelt mit dem Unterstempel (2) synchron in einem einstellbaren Geschwindigkeitsverhältnis und Weg zwangsschlüssig bewegt wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling durch Hochfahren des Unterstempels (2) über seine Preßstellung hinaus ausgeworfen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung durch Bewegung des Unterstempels (2) bei feststehender Matrize (7) und Oberstempel (1) erfolgt.
  4. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Oberstempel, einem Unterstempel und einer Matritze, gekennzeichnet durch einen in die Preßstellung beweglichen Unterstempel (2) und durch eine für den Preßvorgang festsetzbare und/oder über mindestens einen Teil der Preßbewegung des Unterstempels (2) über Kopplungselemente mitnehmbare Matrize (7).
  5. Presse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstempel (2) über eine Grundplatte (6) in Preßstellung bewegbar ist, deren Preßhub durch mindestens eine auf der Hauptwelle (9) der Presse gelagerte Kurvenscheibe (2) gesteuert ist.
  6. Presse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßbewegung des Preßlings durch den Unterstempel (2) erfolgt und durch mindestens eine auf der Hauptwelle (9) angeordnete Kurvenscheibe (31) gesteuert ist, mit der der in Preßstellung befindliche Unterstempel (2) nach oben bewegt wird.
  7. Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheiben (31) jeweils mit Gleitsteinen (32) oder Rollen eines Trägers (33) zusammenwirken, der jeweils verstellbar in einer Hohlspindel (34) angeordnet ist, die mit einem mit der Grundplatte (6) festen Bauelement, vorzugsweise einer Traverse (13) verbunden ist.
  8. Presse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (7) über ein mit der den Unterstempel (2) tragenden Grundplatte (6) festes Bauteil, vorzugsweise einer Traverse (13) über mindestens einen Teil des Preßhubs mitnehmbar ist, wobei die Traverse (13) auf einem Kolben (23) der Matrize (7) wirkt, der in einem Zylinder (24) aufgenommen ist.
  9. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Mitnahmebewegung der Matrize 7 und das Festsetzen der Matrize über einen vorzugsweise als Schneckengetriebe (21,22) ausgebildeten Einstellmechanismus erfolgt.
  10. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schließbewegung des Oberstempels (1) ein Kniehebelmechanismus (25) vorgesehen ist, der vorzugsweise aus einem Kniehebelpaar gebildet ist, das sich in Schließstellung im wesentlichen in gestreckter Lage befindet.
  11. Presse nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der gleitenden Oberpressung ein pressenfest gelagerter Hebel (49) durch ein mit der Grundplatte (6) festes Bauteil, vorzugsweise einer Führungstraverse (13), mitnehmbar ist, und daß die Matrize (7) über ein am Hebel (49) anliegendes Bauteil (52) mitgenommen ist, durch dessen Angriffspunkt am Hebel (49) das Übersetzungsverhältnis der Mitnahmebewegung der Matrize (7) einstellbar ist.
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