Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pressenvorrichtung bzw.
ein Pressverfahren bereitzustellen, welche das Ausbilden eines gepressten Körpers ermöglichen,
der sowohl kugelförmige
bzw. teilkugelförmige
als auch längliche
Körperstrukturen aufweist.
Unter Körperstrukturen
sind dabei massive Strukturen aber auch Hohlstrukturen, beispielsweise eine
in eine kugelförmige
Massivstruktur führende längliche Öffnung,
zu verstehen. Es gilt also ein Pressverfahren und einen Werkzeugaufbau
für die Herstellung
solcher Körper
zu finden, welches einerseits kubisch verdichtet und andererseits
die Probleme aufgrund einer zylindrischen, aber eigentlich theoretisch
richtigen quadratisch verdichtenden Störkontur eliminiert.
Diese
Aufgabe wird durch eine Pressenvorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Pressverfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Ausgegangen
wird demgemäß von einer Pressenvorrichtung,
insbesondere in Form eines Pressenwerkzeugs, zum isostatischen Pressen
eines Körpers
aus einem pulver- und/oder
granulatförmigen
Material, wobei die Pressenvorrichtung eine Matrize und einen Stempel
aufweist. Die Matrize bildet mit einer Matrizenwandung einen Formraum
aus. Einer Matrizenöffnung
führt von
außerhalb
der Matrize durch die Matrizenwandung zum Formraum hin und dient
zum Befüllen
des Formraums mit dem Material und zum Entnehmen des darin gepressten
Körpers
nach dem Pressen. Die Matrizenwandung ist aus einem elastischen
Material ausgebildet zum Pressen des Materials mittels eines außen an der Matrizenwandung
anliegenden isostatischen Pressdrucks. Der Stempel dient zum Verschließen der
Matrizenöffnung
während
des Pressens. Vorteilhaft wird eine solche Anordnung dadurch, dass
der Stempel ausgebildet ist aus einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden
metallischen Einsatz und einer den metallischen Einsatz umgebenden
elastischen Hülle, wobei
ein stirnseitiger Endabschnitt des Einsatzes im die Matrizenöffnung verschließenden Zustand
in den Formraum hinein ragt.
Verfahrensgemäß wird ausgegangen
von einem Pressverfahren zum isostatischen Pressen eines Körpers aus
einem pulver- und/oder
granulatförmigen
Material in einer Matrize mit einer einen Formraum ausbildenden
elastischen Matrizenwandung und mit einer Matrizenöffnung von
außerhalb
der Matrize durch die Matrizenwandung zum Formraum hin. Bei dem
Pressverfahren wird der Formraum mit dem Material befüllt, dann
ein Stempel zum Verschließen der
Matrizenöffnung
in die Matrizenöffnung
einsetzt, dann außen
an der Matrizenwandung ein isostatischer Pressdrucks angelegt wird
zum Pressen des Materials zu dem Körper und dann nach Beendigung des
Pressens der Stempel aus der Matrizenöffnung genommen und der im
Formraum gepresste Körpers durch
die Matrizenöffnung
entnommen. Vorteilhaft wird das Pressverfahren dadurch, dass ein
Stempel verwendet wird, der aus einem sich in einer Längsrichtung
erstreckenden metallischen Einsatz und einer den metallischen Einsatz
umgebenden elastischen Hülle
ausgebildet ist, wobei ein stirnseitiger Endabschnitt des Einsatzes
im die Matrizenöffnung verschließenden Zustand
bis in den Formraum hinein eingeführt wird.
Sowohl
vorrichtungsgemäß als auch
verfahrensgemäß wird eine
Kombination aus Kugelpressen und Stabpressen ermöglicht, wodurch sowohl ein deutlich
reduzierter Materialverlust als auch ein deutlich reduzierter Aufwand
der Nachbearbeitung gegenüber
dem Pressen einer Vollkugel bzw. eines Zylinders ermöglicht wird.
Insbesondere ermöglicht eine
entsprechende Pressenvorrichtung beim Pressen eines derartig geformten
Körpers
die Sicherstellung einer trotzdem gleichmäßigen Dichte zum Ausbilden
eines vollständig
homogenen Körpers.
Dadurch,
dass der stirnseitiger Endabschnitt des Einsatzes im die Matrizenöffnung verschließenden Zustand
in den Formraum hineinragt, bildet auch der Stempel bei geschlossenem
Werkzeug einen Teil des Formraums bzw. Füllraums aus.
Vorteilhaft
bei einem entsprechenden Werkzeugkonzept ist die Tatsache, dass
ein Körper
gepresst werden kann, z.B. eine Hüftkugel mit einem Zapfenloch,
bei dem nicht mehr von abschnittsweise geometrischen Grundkörpern ausgegangen
wird, sondern von einer Überdeckung
eines kugeligen Grundkörpers
mit einem zylindrischen oder kegeligen Grundkörper. Damit liegt eine Mischform
aus kubischer und quadratischer Verdichtung vor, wobei eine gleich
verteilte Dichte erzielt wird.
Vorteilhaft
ist, wenn die den Einsatz umgebende elastische Hülle aus rückseitiger Richtung zum stirnseitigen
Endabschnitt hin ohne feste Verbindung untereinander an dem Einsatz
anliegt. Bevorzugt wird dabei, wenn die den Einsatz umgebende elastische
Hülle an
dem Einsatz in Gleitverbindung zueinander anliegt. Dadurch kann
die Hülle
in Längsrichtung
entlang des Einsatzes gleiten bzw. verschoben werden und sich frei
den Druckverhältnissen
anpassen. Eine derart ausgebildete gleitende Mantelung auf einem
Stahlstempel ermöglicht
eine verbesserte, insbesondere optimierte Verdichtung einer Hüftkugel
als dem Körper
gerade im kritischen Bereich zwischen Matrize und Stempel, weil
die notwendige kubische Verdichtung viel besser abgebildet werden
kann.
Besonders
bevorzugt wird dabei, wenn einerseits die den Einsatz umgebende
elastische Hülle mit
dem Einsatz vom stirnseitigen Endabschnitt in rückseitiger Richtung über eine
Gleitstrecke nicht fest verbunden ist und andererseits die den Einsatz
umgebende elastische Hülle
mit dem Einsatz ab einem vom stirnseitigen Endabschnitt beabstandeten
Verbindungspunkt in rückseitiger
Richtung fest verbunden ist. Dadurch wird der Hülle ein guter Halt ermöglicht und
eine definierte Ausrichtbarkeit der Hülle in Richtung zum Formraum
hin erleichtert.
In
vorteilhafter Weise liegt die den Einsatz umgebende elastische Hülle an dem
Einsatz zumindest zum stirnseitigen Endabschnitt hin derart dicht und/oder
eng an, dass das im Formraum befindliche Material beim Pressen nicht
zwischen den Einsatz und die diesen umgebende elastische Hülle gelangen
kann. Dies vermeidet Materialverlust und außerdem eine aufwändige Nachbearbeitung
zur Entfernung eines Pressgrats oder Überstandes.
Besonders
vorteilhaft ist eine stirnseitige Hüllenwandung der elastischen
Hülle,
wenn die stirnseitige Hüllenwandung
im entspannten Zustand ohne anliegendem Pressdrucks von dem stirnseitigen
Endabschnitt des Einsatzes um eine Entspannungsstrecke bzw. während des
Pressens eine Verdichtungswegstrecke beabstandet endet. Dadurch
entsteht ein zusätzlicher
Raum, in dem Material eingelagert werden kann, welches nachfolgend
mit Presskrafteinwirkung durch auch die stirnseitige Hüllenwandung
gezielt verpresst werden kann. Zweckmäßigerweise ist die elastische
Hülle dazu
derart ausgebildet, dass die stirnseitige Hüllenwandung unter zunehmender
Einwirkung des Pressdrucks bis zu dem stirnseitigen Endabschnitt
des Einsatzes vorschiebbar ist. Die Entspannungsstrecke entspricht
dem Pressweg, den die Hülle,
da sie nicht mit dem Stahlstempel verbunden ist, frei zurücklegen
muss, um eine gleiche Dichte auch an dieser kritischen Stelle zu
erreichen. Das heißt,
der elastischen Hülle
wird ermöglicht,
sich gleich zu verhalten und den gleichen Verdichtungsweg zurückzulegen,
als wenn kein Stahlstempel vorhanden wäre. Die Geometrie am Übergang
von Stahlstempel und Matrize kann deutlich besser ausfallen, weil
sich die Mantelung wie zur Matrize gehörig verhalten kann. Dies ist
ein wesentlicher Unterschied zu einer fest anvulkanisierte Mantelung,
welche sich ggf. strecken und um den Stahlstempel herum klappen
würde.
Die Anordnung mit der gleitenden Mantelung ermöglicht auch dünne, elastische
Hüllen, weil
das notwendige Volumen aus dem hinteren Mantelbereich „geholt" werden kann.
Alternativ
zu der verschiebbaren Hülle
vorteilhaft umsetzbar ist eine Ausführungsform, bei der die den
Einsatz umgebende elastische Hülle
mit dem Einsatz aus rückseitiger
Richtung bis zum stirnseitigen Endabschnitt fest verbunden ist,
insbesondere anvulkanisiert oder angeklebt ist. Bei fester Mantelung
kann diese den Verdichtungsweg nur aus sich selbst, aus der eigenen,
inneren Elastizität
holen, was bedeutet, dass hinreichend viel Volumen an elastischem
Material vorhanden sein muss. In einem solchen Fall ist die Formgebung
der inneren Wandung der Matrizenwandung und der stirnseitigen Hüllenwandung
entsprechend aufwändiger
zu gestalten.
Zur
bevorzugten Kraftübertragung
bildet die elastische Hülle
eine vom Einsatz beabstandete bzw. abgewandte Hüllenwandung aus, wobei die
Hüllenwandung
im die Matrizenöffnung
verschließenden Zustand
an einer dazu benachbarten Matrizenöffnungswandung anliegt. Dadurch
wird ein direktes Anliegen der Matrizenöffnungswandung an dem metallischen
Einsatz mit einer ungünstigeren
Kraftlinienführung
vermieden. Zur Verbesserung des Kraftlinienflusses zur Verformung
der elastischen Hülle
bildet die elastische Hülle
im Anlagebereich an die dazu benachbarte Matrizenöffnungswandung
eine Hüllenwandung
mit einem sich von dem Einsatz entfernenden Verlauf aus.
Vorteilhafterweise
ist der Einsatz in Längsrichtung
hohl ausgebildet zum Aufnehmen eines Kerns, der in dem verschließenden Zustand
in den Formraum hineinragt zum Ausbilden einer länglichen Hohlstruktur im Körper während des
Pressens. Vorzugsweise ist der Kern dabei im Einsatz in Längsrichtung
verschiebbar gelagert. Dies ermöglicht
ein Pressverfahren, bei dem der Kern vor dem Befüllen des Formraums zumindest
teilweise in den Formraum hineinragend eingeführt wird, woraufhin der den
Kern umgebende Formraum mit dem zu verpressendem Material gefüllt wird
und erst danach die Matrizenöffnung
mit weiteren Komponenten des Einsatzes verschlossen wird.
Bevorzugt
besteht der Stempel aus drei Teilen, erstens dem Kern als einem
Mitteldorn zum Ausformen einer zylindrischen Innenkontur des Körpers in
Form z.B. einer Hüftkugel,
zweitens dem Stempel aus vorzugsweise Stahl, der den Mitteldorn
führt und eine
Planfläche
der Hüftkugel
ausformt, und drittens der elastischen Hülle als einem elastischen Mantel um
den Stempel, der die fehlenden Kugelflächen um den Stempel ausformt.
Diese Dreiteilung ist vorteilhaft, weil die Matrizenöffnung der
Matrize zum Entformen des Körpers
groß genug
sein muss, dass dieser hindurchgeht. Weil die insbesondere plan
auszuformende Stirnseite einer Hüftkugel
als dem Körper aber
im Durchmesser kleiner ist, als der größte Kugeldurchmesser, wird
ein Teil der Kugelaußenfläche noch
durch die elastische Hülle
des Stempels gebildet.
Wenn
der Einsatz in Längsrichtung
mit einer strukturierten Form in den Formraum hineinragt ist eine
entsprechend strukturiert geformte Hohlstruktur im Körper während des
Pressens ausbildbar.
Bevorzugt
bildet der Einsatz in Längsrichtung
vom Formraum beabstandet in seiner Umfangswandung einen Vorsprung
aus und verläuft
vom Vorsprung aus zum Formraum hin mit vergrößertem Außenumfang, um während des
Pressens durch eine entsprechend größere Materialstärke eine
größere Stabilität gegenüber der
Pressdruckeinwirkung über die
Hülle zu
bieten und um für
eine Lagerung und/oder Befestigung der Hülle einen definierten Ansatzpunkt
zu bieten.
Die
Hülle und/oder
die Matrize sind bevorzugt aus einem Elastomer ausgebildet, insbesondere aus
einem Elastomer auf Basis von Kunststoff und/oder Kautschuk. Dabei
kann die Shorehärte
ggf. auch zueinander verschieden sein. Der metallische Einsatz ist
vorzugsweise aus Stahl ausgebildet.
Einer
Befestigungseinrichtung dient zum lösbaren Befestigen des Stempels
mit dem Einsatz und der Hülle
in der Matrizenöffnung
während
des Pressens derart, dass die Befestigung ohne zusätzliche Presskraft-Beaufschlagung
auf den Stempel in Richtung der Matrizenöffnung erfolgt. Entsprechend
wird der Stempel mit dem Einsatz und der Hülle in der Matrizenöffnung während des
Pressens ohne zusätzliche
Presskraft-Beaufschlagung auf den Stempel in Richtung der Matrizenöffnung befestigt.
Bevorzugt
eingesetzt werden eine solche Pressenvorrichtung bzw. ein solches
Pressverfahren zum Herstellen des gepressten Körpers als im wesentlichen kugelförmiger Hüftgelenks-Kugel
mit einer hineinragenden und im wesentlichen zylindrischen oder
kegeligen Schaftaufnahmeöffnung.
Eigenständig
von Bedeutung ist entsprechend ein derart hergestellter gepresster
Körper
als im wesentlichen kugelförmiger
Hüftgelenks-Kugel
mit einer hineinragenden und im wesentlichen zylindrischen Schaftaufnahmeöffnung.
Die Anordnung und Kombination von derartigem Verfahren, Teilprozessen
und Werkzeuggestaltungen ist beim isostatischen Pressen in einer
derart ausgebildeten Form sehr gut auf Geometrien und Bedürfnisse
von Hüftkugeln
als dem zu pressenden Körper
abgestimmt.
Besondere
weitere Vorteile ergeben sich durch eine große Materialersparnis, da eine
materialabhebende Formung der Kugelform und das Einarbeiten der
länglichen Öffnung entfallen
oder zumindest deutlich reduziert werden können. Auch der Zeitaufwand
für derartige
Nachbearbeitungen kann entsprechend sehr oder vollständig reduziert
werden. Der Kern in Form eines Stahlstiftes ermöglicht eine Ausbildung der
gewünschten
länglichen
Innenkontur im ansonsten im Wesentlichen kugelförmigen Körper.
Insbesondere
bei der Herstellung von Hüftgelenks-Kugeln
ist eine große
Materialersparnis ein wesentlicher Vorteil, da für diese Zwecke ein sehr reines
und entsprechend sehr teures Material, insbesondere auf Basis von
hoch reinem Alumina und Zirkon zu verwenden ist. Außerdem werden
strukturelle Beschädigungen
bei Nachbearbeitungen vermieden, welche später, im ungünstigen Fall nach dem Einsetzen
in einem menschlichen Körper,
zu einem Bruch der Hüftgelenks-Kugel
führen
könnten.
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
1 eine
Pressenvorrichtung in seitlicher und teilweise geschnittener Ansicht
in einem anfänglichen
Stadium eines Pressverfahrens,
2 die
Pressenvorrichtung gemäß 1 mit
bereits zu einem Körper
verpressten Material,
3 die
in 1 darstellte Pressenvorrichtung zu einem noch
späteren
Zeitpunkt vor dem Entnehmen des darin gepressten Körpers,
4 eine
Ausschnittsvergrößerung aus 3 und
5 eine
Ausschnittsvergrößerung gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
Die 1–4 zeigen
eine teilweise Schnittdarstellung durch eine Pressenvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform.
Wie dies ersichtlich ist, umfasst eine Pressenvorrichtung als wesentliches
Element eine Matrize 1, welche durch ihre Matrizenwandung 6 einen
innenseitigen Formraum 2 ausbildet. Die Matrize 1 weist
eine Matrizenöffnung 5 auf,
welche durch die Matrizenwandung 6 von einer Außenseite
der Matrize 1 zum Formraum 2 hindurchführt. Die
Matrizenöffnung 5 dient
zum Befüllen
des Formraums 2 mit einem pulver- und/oder granulatförmigen Material 3 (1).
Das Material 3 wird in dem Formraum 2 durch Anlegen
eines isostatischen Pressdrucks p an die Außenseite der Matrizenwandung 6 zu
einem gepressten Körper 8 geformt
und gepresst (2). Um dies zu ermöglichen,
ist die Matrizenwandung aus einem elastischen Material ausgebildet.
Als elastisches Material kann ein übliches Material auf Basis
von z. B. Kunststoff oder Naturkautschuk verwendet werden.
Zum
Verschließen
der Matrizenöffnung 5 nach
der Befüllung
des Formraums 2 mit dem zu verpressenden Material 3 wird
in der Matrizenöffnung 5 ein
Stempel 4 eingesetzt. Das Einsetzen des Stempels 4 erfolgt
vorzugsweise mittels einer Befestigungseinrichtung 9 derart,
dass der Stempel 4 die Matrizenöffnung 5 verschließt, wobei
jedoch kein Druck in Richtung des Formraums 2 ausgeübt werden
muss. Die Befestigungseinrichtung 9 fixiert den Stempel 4 in
der Matrize 1 relativ zu einem Werkzeug-Unterteil 10,
in welchem die Matrize 1 gelagert ist. Das Werkzeug-Unterteil 10 weist
einen Pressraum 11 auf, welcher die Matrize 1 vollständig umgibt.
Eine Oberseite der Matrize 1 ist derart ausgebildet und
dimensioniert, dass über
einen Kragen der Matrize 1 der Pressraum 11 nach
außen
hin verschlossen ist. Die Matrizenöffnung 5 ist im Bereich des
Kragens ausgebildet und führt
in einen Bereich außerhalb
des Formraums des Werkzeug- Unterteils 10.
In den Pressraum 11 führt
eine Druckleitung 12 von einer Außenseite des Werkzeug-Unterteils 10, wobei
die Druckleitung 12 zum Anlegen des Pressdrucks p an die
Matrizenwandung 6 der Matrize 1 dient.
Die
Pressenvorrichtung aus im wesentlichen der Matrize 1 und
dem Stempel 4 ist ausgelegt, einen Körper 8 zu pressen,
welcher sowohl zumindest eine kugelförmige oder teilkugelförmige Körperkontur
als auch eine längliche,
insbesondere zylindrische Körperkontur
aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Körper 8 durch
eine Kugel ausgebildet, in welche von der Außenseite her eine im wesentlichen
zylindrische Öffnung
hineinführt.
Bei dem dargestellten Körper 8 handelt
es sich insbesondere um einen Körper
zum Ausbilden einer künstlichen
Hüftgelenks-Kugel,
in deren längliche Öffnung ein
Schaft einzusetzen ist. Die direkte Fertigung eines derartigen kugelförmigen Körpers mit
einer bereits integrierten länglichen Öffnung ermöglicht eine nachfolgende,
sehr materialsparende oder gegebenenfalls diesbezüglich entfallende
Nachbearbeitung, da weder im Außenumfangsbereich
des bereits kugelförmigen
Körpers 8 noch
zum Ausbilden der länglichen Öffnung Material
in großen
Mengen abzutragen ist.
Um
einen solchen Körper 8 ausbilden
zu können,
ist der Stempel aus zwei Komponenten ausgebildet, aus einem sich
in einer Längsrichtung
erstreckenden metallischen Einsatz 13 und einer den metallischen
Einsatz 13 umgebenden elastischen Hülle 14. In stirnseitiger
bzw. vorderseitiger Richtung ragt der Einsatz 13 mit seinem
stirnseitigen Endabschnitt 7 aus der Hülle 14 heraus. Der
metallische Einsatz 13 ragt im die Matrizenöffnung 5 verschließenden Zustand
mit seinem stirnseitigen Endabschnitt 7 bis in den Formraum 2 hinein.
Die
den Einsatz 13 umgebende Hülle 14 liegt mit einer
vom Einsatz 13 beabstandeten Hüllenwandung 15, das
heißt
ihrer äußeren Umfangswandung, an
einer innenseitigen Matrizenöffnungswandung 16 der
Matrizenöffnung 5 an.
Die Hülle 14 ist
dabei derart ausgebildet und dimensioniert, dass die Hülle 14 im
die Matrizenöffnung 5 verschließenden Zustand derart
dicht an dem Einsatz 13 anliegt, dass Pulver oder Granulat
aus dem Formraum 2 nicht zwischen diese dringen kann. Außerdem liegt
die Hülle 14 mit der
Hüllenwandung 15 derart
dicht an der Matrizenöffnungswandung 16 an,
dass Pulver oder Granulat aus dem Formraum 2 nicht zwischen
diese dringen kann. Die Hülle 14 ist
aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer auf
Basis von Kunststoff oder Naturkautschuk ausgebildet. Je nach auszubildender
Dimension, Struktur und Beschaffenheit des zu pressenden Körpers 8 können die
Materialien der elastischen Hülle 14 und
der Matrizenwandung 6 voneinander abweichen. Insbesondere
kann auch deren Shorehärte
zueinander verschieden sein.
Um
einen bevorzugten Kraftfluss und einen vorzugsweise gleichen Verdichtungsweg
beim Anlegen des isostatischen Pressdrucks p an die Außenseite
der Matrizenwandung 6 bis hin zum Einsatz 13 zu
ermöglichen,
verläuft
die Hüllenwandung 15 vom Formraum 2 ausgehend
vorzugsweise nicht geradlinig parallel zur äußeren Wandung des Einsatzes 13 sondern
schräg
oder bogenförmig
schräg
unter einem Winkel mit einem sich von dem Einsatz 13 in rückseitiger
Richtung entfernenden Verlauf. Dadurch werden seitlich von der Matrizenwandung 6 über die Matrizenöffnungswandung 16 verlaufende
Kraftlinien F derart umgelenkt, dass die zum Formraum 2 hin
zugewandte stirnseitige Hüllenwandung 17 in
den Formraum 2 hinein verstellt wird, um das darin befindliche
Material zu verpressen. Optional besteht dabei zwischen der äußeren Hüllenwandung 15 und
der Matrizenöffnungswandung 16 eine
Gleitverbindung.
Sowohl
der Einsatz 13 als auch die elastische Hülle 14 sind
rückseitig
in einer Stempelbasis 18 des Stempels 4 abgestützt oder
befestigt. Die Verbindung von der Hülle 14 zum Einsatz 13 kann
hingegen auf verschiedene Art und Weise ausgebildet werden.
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
sind die innenseitige Wandung der Hülle 14 und der Außenumfang
des Einsatzes 13 aus rückseitiger
Richtung bis zum stirnseitigen Endabschnitt 7 hin fest
miteinander verbunden, wie dies in 5 skizziert
ist. Zum Ausbilden der festen Verbindung kann die Hülle 14 an
dem Einsatz 13 insbesondere anvulkanisiert oder angeklebt
sein. Bei einer solchen Ausführungsform
ist jedoch eine noch relativ aufwändige Formung der stirnseitigen
Hüllenwandung 17 und
der Innenwandung der Matrize 1 erforderlich, um beim Anlegen
des isostatischen Pressdrucks p sicherzustellen, dass auch in einem
Körperbereich
vor dem stirnseitigen Endabschnitt 7 des Einsatzes 13 eine
gewünschte
Dichte p erzielt wird.
Gemäß einer
bevorzugteren zweiten Ausführungsform
liegt die Hülle 14 mit
ihrer inneren Wandung lose und in Längsrichtung verschiebbar an
der Außenwandung
des Einsatzes 13 an. Die Hülle 14 liegt dabei
derart dicht an dem Einsatz 13 an, dass Material 3 aus
dem Formraum 2 während
des Pressens nicht zwischen die Hülle 14 und den Einsatz 13 gelangen
kann.
Gemäß der bevorzugtesten
dritten Ausführungsform,
welche in 4 skizziert ist, ist die den Einsatz 13 umgebende
elastische Hülle 14 mit
dem Einsatz 13 vom stirnseitigen Endabschnitt 7 des
Einsatzes 13 in rückseitiger
Richtung über
eine Gleitstrecke g nicht miteinander fest verbunden, was in 4 durch
eine übertriebene
Beabstandung skizziert ist. Das heißt, zwischen der Hülle 14 und
dem Einsatz 13 besteht eine Gleitverbindung, so dass die
stirnseitige Hüllenwandung 17 in
Richtung des Formraums 2 bzw. von diesem weg verschiebbar
am Außenumfang
des Einsatzes 13 gelagert ist. Ab einem Verbindungspunkt 20 am
Ende der Gleitstrecke g ist die Hülle 14 in rückseitiger
Richtung mit dem Einsatz 13 fest verbunden, beispielsweise
anvulkanisiert oder angeklebt.
Wie
auch bei den anderen Ausführungsformen
liegt die den Einsatz 13 umgebende elastische Hülle 14 an
dem Einsatz 13 zumindest zum stirnseitigen Endabschnitt 7 hin
derart dicht und/oder eng an dem Einsatz 13 an, dass das
im Formraum befindliche Material 3 beim Pressen nicht zwischen
den Einsatz 13 und die diesen umgebende elastische Hülle 14 gelangen
kann.
Sowohl
bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform wird eine Dimensionierung
der elastischen Hülle 14 derart
bevorzugt, dass die Hülle 14 im
entspannten Zustand ohne anliegendem Pressdruck p mit ihrer stirnseitigen
Hüllenwandung 17 von
dem stirnseitigen Endabschnitt 7 des Einsatzes 13 um
eine Entspannungsstrecke s in rückseitiger
Richtung beabstandet endet. Das heißt, im entspannten Zustand
ragt die stirnseitige Hüllenwandung 17 der
elastischen Hülle 14 nicht
so weit in den Formraum 2 hinein, wie der stirnseitige
Endabschnitt 15 des Einsatzes 13. Dies ermöglicht ein
Befüllen des
dadurch entstehenden Raums seitlich des stirnseitigen Endabschnitts 7 mit
Material 3 und ein anschließendes Pressen dieses Materials
mittels der stirnseitigen Hüllenwandung 17 der
Hülle 14,
wodurch eine besonders gleichmäßige Dichte
auch im Übergangsbereich
vor dem stirnseitigen Endabschnitt 7 und einem an dessen
Stirnseite ausgebildeten Vorsprung ermöglicht wird. Durch die Gleitverbindung
zwischen dem Einsatz 13 und Hülle 14 wird die stirnseitige
Hüllenwandung 17 mit
zunehmender Einwirkung des Pressdrucks p bis auf Höhe zu dem
stirnseitigen Endabschnitt 7 des Einsatzes 13 vorgeschoben,
sofern nicht eine spezielle Kontur mit einer Abstufung des Körpers gewünscht ist.
Vorteilhafter
Weise kann der stirnseitige Endabschnitt 15 des Einsatzes 13 strukturiert
ausgebildet sein, um dem während
des Pressens entstehenden Körper 8 eine
entsprechende Gegenstruktur aufzuprägen. Insbesondere kann von
dem stirnseitigen Endabschnitt 7 ein Vorsprung, beispielsweise ein
zylindrischer Vorsprung in den Formraum 2 weiter hineinragen,
um eine entsprechende Öffnung
in dem Körper 8 auszubilden.
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Einsatz 13 in Längsrichtung
hohl ausgebildet zum Aufnehmen eines Kerns 21, wobei der
Kern 21 in dem verschließenden Zustand in den Formraum 2 hineinragt,
um eine entsprechende längliche
Hohlstruktur während
des Pressens im Körper 8 auszubilden.
Vorzugsweise
ist der Kern 21 in dem Einsatz 13 verschiebbar
gelagert. Dies ermöglicht
vor oder während
des Befüllens
des Formraums 2 mit dem zu verpressenden Material 3 den
Kern 21 bereits ganz oder teilweise in den Formraum 2 einzuführen. Dadurch
ist eine stirnseitige Materialverdichtung während eines späteren Einführens des
Kerns 21 vermeidbar. Durch die verschiebbare Lagerung des Kerns 21 in
dem Einsatz 13 können
nachfolgend nach dem vollständigen
Befüllen
des Formraums 2 mit dem zu verpressenden Material 3 die
restlichen Komponenten des Stempels 4, das heißt insbesondere
der Einsatz 13 mit der Hülle 14, mittels der
Befestigungseinrichtung 9 in die Matrizenöffnung 5 eingeschoben
werden, um diese zu verschließen.
Außerdem
ermöglicht
eine verschiebbare Lagerung des Kerns 21 in dem Einsatz 13,
den Kern 21 nach dem Pressen des Körpers 8 aus dem Körper 8 kontrolliert gesteuert
herauszuziehen, während
der stirnseitige Endabschnitt 15 noch an dem Körper 8 anliegt
und ein Widerlager für
die Zugbewegung des Kerns 21 aus dem Körper 8 heraus ausbildet.
In
vorteilhafter Weise hängt
der gepresste Körper
nach dem Pressen an dem Kern und kann daher zusammen mit dem Stempel
aus dem Formraum entnommen werden und wird erst danach vom Stempel
gelöst.
Vorzugsweise
ist die Wandung des Einsatzes 13 sowohl im Fall einer Ausbildung
durch einen Vollkörper
als auch im Fall der Ausbildung als Hohlkörper zum Einsetzen des Kerns 21 in
dem Bereich zwischen der Matrizenöffnung 5 massiver
ausgebildet, das heißt
mit einem größeren Durchmesser
ausgebildet. dadurch kann den einwirkenden Presskräften des
isostatischen Pressdrucks p, welcher aus seitlicher Richtung über die
Matrizenwandung 6 und die elastische Hülle 14 einwirkt, besser
widerstanden werden. In rückseitiger
Richtung verjüngt
sich dann der Durchmesser des Einsatzes 13 in vorteilhafter Weise
im Bereich eines Vorsprungs 22. Die Verjüngung ermöglicht eine
Materialersparnis und insbesondere im Fall der Ausbildung eines
markanten Vorsprungs 22 auch eine Unterstützung einer
Verbindung zwischen der Hülle 14 und
dem Einsatz 13 in Form eines definierten Ansatzpunktes.
Mittels
der 1 bis 3 sind drei verschiedene Verfahrenszustände eines
Pressverfahrens dargestellt. 1 zeigt
einen ersten Zustand, bei dem der Formraum 2 mit zu verpressendem
pulver- und/oder granulatförmigem
Material 3 gefüllt
ist. Als zu verpressendem Material 3 können insbesondere metallische
oder keramische Materialien verwendet werden. Zum Ausbilden von
Hüftgelenks-Kugeln
wird ein Material auf Basis von reinem oder nahezu reinem Alumina
besonders bevorzugt. Dargestellt ist in 1 ein Zustand
mit in der Matrizenöffnung 5 eingesetztem
Stempel 4, wobei noch keine isostatischen Kräfte auf
die Matrizenwandung 6 einwirken. 2 zeigt
einen Verfahrensschritt, bei dem der isostatische Pressdruck p auf
die Matrizenwandung 6 einwirkt und zur Verformung der Matrizenwandung 6 der
Matrize 1 und zur Verformung der elastischen Hülle 14 führt. Durch
die Verformungen wird der Formraum 2 verkleinert und das
darin befindliche Material zu dem Körper 8 verpresst. 3 zeigt
einen dritten Verfahrensschritt nach dem Abnehmen des isostatischen
Pressdrucks und Entspannen der Matrize 1 und der Hülle 14.
Am stirnseitigen Endabschnitt 7 sitzt auf dem Kern 21 der
ausgebildete Körper 8,
welcher zusammen mit dem Stempel 4 oder nach Ablösung und
Entfernen des Stempels 4 aus dem Formraum 2 entnehmbar
ist.