DE102010033997A1

DE102010033997A1 - Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE102010033997A1
Application number: DE102010033997A
Authority: DE
Inventors: Dr. Menzel Roland
Original assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer Stempelanordnung (16) zum Pressen eines Pulvers oder Granulats in einer Matrize (13) zu einem Pressteil, mit zumindest einem Spindelantriebsmotor (22), mit einer von dem Spindelantriebsmotor antreibbaren Spindelanordnung aus einem Spindelrad (23) und einer Spindel (21), wobei die Spindelanordnung die Stempelanordnung (16) längs einer Pressrichtung verstellbar ausgebildet ist, mit einer Positionsbestimmungseinrichtung (30), welche eine Position der Stempelanordnung bestimmt und ein Positionssignal (e) bereitstellt, und mit einer Steuereinrichtung (C), welche die Stempelanordnung (16) in der Pressrichtung mittels des Spindelantriebsmotors und der Spindelanordnung bis zu einer Pressendstellung verstellt, wobei in der Pressendstellung das Spindelrad (23) und die Spindel (21) an einem Umfangsabschnitt (p1; p2) der Spindel (21) aneinander anliegen, wobei eine Versetzungsanordnung (24), welche um zumindest einen Versatzbetrag (Δ) verstellbar angeordnet ist, bei Verstellung in der Pressendstellung der Stempelanordnung (16) eine Drehstellung des zumindest einen Spindelrads (23) und der Spindel (21) relativ zueinander verstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. auf ein Steuerverfahren dafür.
Zum Herstellen von komplex strukturierten metallischen oder keramischen Teilen, beispielsweise Zahnrädern, ist der Einsatz von Pressen zum Verpressen eines metallischen und/oder keramischen pulverförmigen Materials allgemein bekannt, wie beispielsweise aus DE 101 35 523 C2 . Mittels eines Pressantriebes wird eine oberseitige und eine unterseitige Stempelanordnung relativ zu einer Matrizenöffnung einer Matrize verstellt, um in die Matrizenöffnung eingebrachtes Pulver bzw. Granulat mittels der Stempelanordnung zu einem Pressteil zu pressen. Mit Blick auf die sehr hohen Presskräfte und die hohe Energiemenge, welche dafür erforderlich sind, werden zum Antreiben solcher Pressen hydraulische oder mechanische Antriebe verwendet.
Gattungsfremd bekannt ist aus DE 36 25 420 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung keramischer Formteile, bei welcher in einem Formkasten unter Einsatz einer elektromotorisch angetriebenen Spindelpresse Formsteine gepresst werden, welche beispielsweise zur Verkleidung von Öfen dienen. Derartige keramische Materialien und zu erzielende Pressteile stellen jedoch gänzlich andersartige Anforderungen an Aufbau und wirkende Kräfte sowie Leistungsbedarf an die Pressen als im Fall von Pressen, mit welchen hoch komprimierte und harte Pressteile, insbesondere Werkzeugkomponenten, aus metallischem oder keramischem Material zu pressen sind.
Allgemein bekannt ist außerdem durch Präsentation anlässlich der Messe „CERAMITEC 2009” in München, Oktober 2009, ein Konzept einer derartigen Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einem Elektroantrieb, wobei zur Übertragung einer Presskraft als Hauptpresskraft ein Spindelantrieb mit Spindelrad und Spindel zwischen einen Elektromotor und eine Stempelanordnung geschaltet ist. Das Spindelrad ist als Rollengewindetrieb ausgebildet und weist eine Vielzahl ein Gewinde aufweisende Rollen auf, welche als eigentliche Spindelräder an dem Umfang der Spindel anliegen und in das Gewinde der Spindel eingreifen.
Damit wird in einer Abfolge von Presszyklen in jedem Zyklus ein Pressteil mit immer gleicher Teilehöhe gepresst. Dazu bewegt die Spindel eine Traverse bzw. Oberstempelanordnung mit einem Werkzeug- bzw. Pressstempel, welcher zum Pressen als Stempel in eine mit Pulver gefüllte Matrizenöffnung eintaucht. Die Traverse folgt entsprechend einer vorgegebenen Sollbahn. Da die Teilehöhe immer gleich sein soll, kommt die Spindel an einer immer gleichen Stelle in der Pressendposition an. Da hier die höchste Kraft anliegt, graben sich die Rollen irgendwann in die Spindel ein und schädigen diese. Das Spindelsystem muss aus diesem Grund relativ groß ausgelegt werden, um die lokale Flächenpressung zu reduzieren und damit diese Schädigung zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit Spindel und ein Steuerverfahren dafür bereitzustellen, welche das Pressen von Pressteilen aus keramischem und/oder metallischem Material mit einer erhöhten Lebensdauer des Spindelantriebs ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Steuerverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugt wird demgemäß eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer Stempelanordnung, die zum Pressen eines Pulvers und/oder Granulats in einer Matrize zu einem Pressteil verstellbar ausgestaltet ist, mit zumindest einem Spindelantriebsmotor, mit einer von dem Spindelantriebsmotor antreibbar angeordneten Spindelanordnung aus zumindest einem Spindelrad und einer Spindel, wobei die Spindelanordnung die Stempelanordnung je nach Antriebsrichtung in oder entgegen einer Pressrichtung verstellbar ausgebildet ist, mit einer Positionsbestimmungseinrichtung, welche zumindest eine Position der Stempelanordnung bestimmt und ein Positionssignal bereitstellt, und mit einer Steuereinrichtung, die ausgestaltet oder programmiert ist, bei Antriebsrichtung in der Pressrichtung abhängig zumindest von dem Positionssignal mittels des Spindelantriebsmotors und der Spindelanordnung die Stempelanordnung bis zu einer Pressendstellung zu verstellen, wobei in der Pressendstellung der Stempelanordnung das zumindest eine Spindelrad und die Spindel an einem Umfangsabschnitt der Spindel aneinander anliegen, wobei eine Versetzungsanordnung um zumindest einen Versatzbetrag verstellbar angeordnet ist und wobei bei Verstellung um den Versatzbetrag in der Pressendstellung der Stempelanordnung eine Drehstellung des zumindest einen Spindelrads und der Spindel relativ zueinander verstellt ist.
Das zumindest eine Spindelrad greift dabei in für sich bekannter Weise in ein Gewinde der Spindel ein, um je nach Ausgestaltung entweder die Spindel in eine Spindeldrehung zu versetzen oder die Spindel in eine Bewegung der Spindel in Richtung der Spindelachse zu versetzen. Abhängig davon treibt der Elektro-Spindelantriebsmotor entsprechend das Spindelrad oder die Spindel an.
Unter einem Spindelrad wird ganz allgemein eine Anordnung aus einer oder mehreren Komponenten verstanden, welche mit dem Spindelgewinde der Spindel in Eingriff tritt bzw. treten.
Die Stempelanordnung kann in für sich bekannter Weise verschiedenartigst ausgebildet sein und lediglich beispielhaft einen einzelnen Stempel oder eine Vielzahl relativ zueinander verstellbarer Stempel zum Pressen des Pulvers oder Granulats in einer Matrizenöffnung aufweisen.
Der Spindelantriebsmotor dient insbesondere zum Aufbringen einer Hauptpresskraft, welche auf die Stempelanordnung als ganzes einwirkt. Weitere elektrisch, hydraulisch oder in sonstiger für sich bekannter Weise angetriebene Stellantriebe können in der Stempelanordnung insbesondere zum Verstellen einzelner oberer oder einzelner unterer Stempel relativ zueinander angeordnet sein.
Das Positionssignal kann mit verschiedensten für sich bekannten Messeinrichtungen bestimmt werden und kann optional einen Bewegungsablauf der Stempelanordnung oder nur das Erreichen einer Pressendstellung signalisieren.
Unter dem Umfangsabschnitt kann ein nur gering dimensionierter Kontaktpunkt oder auch ein breiterer Kontaktabschnitt sein, an dem die Spindel und das Spindelrad bzw. deren Gewinde aneinander anliegen. Unter dem aneinander Anliegen wird insbesondere auch ein ineinander Eingreifen der Gewinde verstanden. Im Fall eines Spindelrads, das als eine Spindelmutter ausgebildet ist, welche die Spindel vollumfänglich umgreift, ist der Umfangsabschnitt ggfs. sogar durch mehrere vollständige Windungen des Spindelgewindes definiert. In diesem Fall erfolgt der Versatz dann durch ein Hoch- oder Herunterschrauben der Spindelmutter und ein entsprechendes Freigeben von Windungen unter bzw. über der Spindelmutter.
Äquivalent zu einer Spindelmutter als dem Spindelrad sind insbesondere ein Schnecken- oder Spindelrad oder ein zwischengeschaltetes Getriebe z. B. in Form eines Kugelgewindetriebs, Gewinderollenschraubtriebs oder in Form von Planetenrädern eines Planetengetriebes. Im Fall beispielsweise eines Planetenrollentriebes oder eines invertierten Planetenrollentriebes sind mehrgängige Gewinderollen planetenförmig um die als Gewindespindel ausgebildete Spindel angeordnet, welche die Drehbewegung in eine lineare Bewegung der Gewinde- bzw. Spindelmutter oder der Spindel umwandelt.
Insbesondere entspricht die Pressendstellung einem Bewegungsumkehrpunkt der Pressbewegung, bei dem die höchste Presskraft auf das Pulver oder Granulat einwirkt. Dabei sind in der Pressendstellung trotz verändertem Versatzbetrag die physikalischen Bedingungen in der Matrize jeweils gleich, was insbesondere dadurch erreicht wird, dass durch die Positionsbestimmung der zumindest eine Stempel stets gleich tief in die Matrizenöffnung der Matrize eingefahren wird.
Die Versetzungsanordnung ist somit direkt in dem Kraftweg bzw. der Kraftübertragungsstrecke zwischen anderen Kraft übertragenden Komponenten eingesetzt, um einen Abstand zwischen diesen zu verstellen. Der Kraftweg liegt dabei im extremen Fall betrachtet zwischen einerseits einem Pressenrahmen, in dem der Spindelantriebsmotor eingesetzt ist, und andererseits der Stempelanordnung oder gar dem Stempel.
Gelöst wird so der Nachteil, dass in einer Pressendstellung eine Lage des Spindelrads immer am selben Umfangsabschnitt der Spindel anliegt, indem nach jeder Verstellung um einen Versatzbetrag das zumindest eine Spindelrad an einem anderen Punkt bzw. Umfangsabschnitt der Spindel anliegt.
Bevorzugt wird, wenn in der Pressendstellung der Stempelanordnung das zumindest eine Spindelrad und die Spindel an einem Umfangsabschnitt der Spindel aneinander anliegen und die Versetzungsanordnung ausgestaltet ist, bei Verstellung um den Versatzbetrag in der Pressendstellung der Stempelanordnung das zumindest eine Spindelrad und die Spindel an einem von dem Umfangsabschnitt verschiedenen anderen Umfangsabschnitt der Spindel aneinander anliegen zu lassen. Der Versatzbetrag ist somit so gewählt, dass nicht aufgrund z. B. einer 180°-Verdrehung die Spindel und das Spindelrad wieder an dem selben oder nur axial überlappenden Bereich des Umfangsabschnitts zu liegen kommt.
Vorteilhaft ist, wenn die Versetzungsanordnung zwischen der Spindelanordnung und einem damit verbundenen Pressstempel der Stempelanordnung, insbesondere zwischen der Spindelanordnung und zumindest einem damit verbundenen Pressstempel der Stempelanordnung, angeordnet ist und welche einerseits die Spindel und andererseits den Stempel in Pressrichtung um einen Versatzbetrag relativ zueinander versetzbar anordnet. Bei dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung wird durch Verstellung des Versatzbetrages der Abstand zwischen dem zumindest einen Stempel und dem Spindelantriebsmotor verstellt und dadurch wird die Stempelanordnung oder deren zumindest eine Stempel bei einer geringeren oder größeren Anzahl an Umdrehungen oder Teilumdrehungen des Spindelantriebsmotors die Pressendstellung erreichen.
Insbesondere dazu alternativ oder in Kombination kann die Versetzungsanordnung einerseits das Spindelrad oder eine das Spindelrad tragende Komponente und andererseits die Spindel in einer Richtung parallel zur Längserstreckung der Spindel um den Versatzbetrag relativ zueinander versetzbar anordnet ausgebildet sein. Bei dieser alternativen Ausgestaltung wird durch Verstellung des Versatzbetrages die Höhe des Spindelantriebsmotors relativ zu einem diesen tragenden Pressenrahmen verstellt und dadurch wird die Stempelanordnung oder deren zumindest eine Stempel bei einer geringeren oder größeren Anzahl an Umdrehungen oder Teilumdrehungen des Spindelantriebsmotors die Pressendstellung erreichen.
Das Spindelrad kann insbesondere als ein Rad oder eine Rolle einer Vielzahl solcher Räder oder Rollen eines Gewindetriebs ausgebildet sein, wobei der Gewindetrieb insbesondere ein Rollengewindetrieb oder Planetengetriebe sein kann. In diesem Fall gibt es mehrere Umfangsabschnitte, an denen jeweils ein Rad oder eine Rolle an der Spindel anliegt. Entsprechend werden durch Verstellung des Versatzbetrages diese mehreren Umfangsabschnitte relativ zu der jeweils vorherigen Position verlagert.
Die Versetzungsanordnung kann zwei quer zur Pressrichtung relativ zueinander verstellbare Komponenten aufweisen, welche über eine schräge Ebene oder Anlagefläche aneinander anliegen und welche zum Verstellen des Versatzbetrags relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind. Vereinfacht dargestellt handelt es sich um zwei axial ausgerichtete Zylinder, deren stirnseitige und aneinander anliegende Berührungsflächen eine schräge Ebene zu der gemeinsamen Zylinderachse ausbilden. Eine Verstellung einer derart oder auch anders ausgestalteten Versetzungsanordnung kann im einfachsten Fall manuell erfolgen. Bevorzugt wird eine Kombination mit einem Versetzungsantrieb, welcher eine automatisierte Verstellung mittels der Steuereinrichtung oder einer eigenen Ansteuerung ermöglicht.
Eigenständig vorteilhaft ist ein Steuerverfahren, ausgeführt in einer Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer Stempelanordnung, die zum Pressen eines Pulvers und/oder Granulats in einer Matrize zu einem Pressteil verstellbar ausgestaltet ist, mit zumindest einem Spindelantriebsmotor, mit einer von dem Spindelantriebsmotor antreibbaren Spindelanordnung aus zumindest einem Spindelrad und einer Spindel, wobei die Spindelanordnung die Stempelanordnung je nach Antriebsrichtung in oder entgegen einer Pressrichtung verstellt, und mit einer Steuereinrichtung, wobei verfahrensgemäß von der Steuereinrichtung über den Spindelantriebsmotor und die davon angetriebene Spindelanordnung während einem Pressvorgang eine Pressendstellung der Stempelanordnung relativ zur Matrize positionsabhängig angefahren wird und dabei ein Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt zwischen einerseits der Spindel und andererseits dem zumindest einen Spindelrad angefahren wird, wobei während eines nachfolgenden Pressvorgangs durch Verstellen eines Versatzbetrags in einem Kraftweg zu der Stempelanordnung oder deren zumindest einem Stempel in der Pressendstellung ein gegenüber dem ersten Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt zwischen einerseits der Spindel und andererseits dem Spindelrad ein relativ zu dem Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt versetzter anderer Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt angefahren wird. Unter dem nachfolgenden Pressvorgang wird je nach Ausgestaltung ein direkt oder ein um mehrere Pressvorgänge späterer Pressvorgang verstanden.
Bevorzugt wird, wenn ein Versatzbetrag einer Versetzungsanordnung verstellt wird und über den verstellten Versatzbetrag der gegenüber dem Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt an der Spindel versetzte andere Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt angefahren wird.
Die Versetzungsanordnung kann den Versatzbetrag je nach Ausgestaltung oder Ansteuerung nach einer vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl von Presszyklen versetzen. Es reicht aus, eine Verstellung nicht bei jedem Presszyklus vorzunehmen, da zum Verhindern eines Eingrabens auch das Verstellen nach einer sogar nur großen Vielzahl von Presszyklen ausreicht. Dies ist insbesondere durch die Steuereinrichtung mittels eines antreibbaren Versetzungsantriebs oder automatisch durch z. B. eine beispielsweise mechanische Mitnehmeranordnung umsetzbar. Aber auch ein manuelles Verstellen kann vorgesehen werden, was den konstruktiven Aufbau besonders einfach gestalten lässt.
Die Versetzungsanordnung wird bevorzugt nur zwischen Pressvorgängen verstellt wird. Insbesondere wird die Verstellung der Versetzungsanordnung vorgenommen, wenn keine Kraft über Komponenten der Versetzungsanordnung auf das in der Matrize befindliche Pulver oder Granulat einwirkt, um störende Reibungskräfte auf die Versetzungsanordnung zu vermeiden.
Bevorzugt wird, wenn zwei oder mehr Räder oder Rollen als solche Spindelräder an der Spindel anliegen oder in diese eingreifen und die Versetzungsanordnung nach und nach um solche Versatzbeträge verstellt wird, bis eines der Spindelräder an der Position des benachbarten der Spindelräder ankommt oder bei einem weiteren Versatz dort ankommen würde, woraufhin eine Versatzrichtung der Versatzbeträge umgekehrt wird. Insbesondere bei Einsatz einer schrägen Ebene in der Versetzungsanordnung kann so der erforderliche maximale Gesamthub der Versetzungsanordnung begrenzt werden.
Ermöglicht wird somit vorteilhaft insbesondere das Pressen metallischer und/oder keramischer Pressteile, insbesondere Werkzeugkomponenten, aus dem Bereich des Werkzeugbaus mittels einer Presse, deren Haupt-Pressantrieb elektrisch betrieben wird, wobei Presskräfte nicht nur in Kraftbereichen von 50–1500 kN, sondern insbesondere auch von 10.000 kN, 15.000 kN, 20.000 kN oder mehr bei zugleich hohen Hubzahlen erzielbar sind.
Einsetzbar ist eine derartige Anordnung in Verbindung mit einem einzigen Hauptpressantrieb, um mittels des Antriebsmotors als den jeweiligen Stempeln zugeordneten einzigen Pressantrieb das Pressen durchzuführen. Einsetzbar ist eine derartige Anordnung aber auch innerhalb einer von einem ober- oder unterseitigen Hauptpressantrieb angetriebenen Pressenanordnung zur Verstellung der einzelnen Stempel relativ zueinander. Letztendlich ist auch eine Kombination dieser beiden Konzepte umsetzbar.
Unter dem Begriff Pulver ist dabei allgemein nicht nur ein rein pulverförmiges, sondern auch ein granulatförmiges zu verpressendes Material oder ein Gemisch zu verstehen, wobei dies auch für die vorliegende Beschreibung gilt.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch verschiedene Komponenten einer Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer zum Pressen antreibbaren Spindel und einer Versetzungsanordnung, welche eine Umkehrposition der Spindel relativ zu einem diese antreibenden Spindelrad in einer Pressendstellung versetzt,
1A eine Teilschnittansicht zur Veranschaulichung verschiedener Umkehrpositionen der Spindel relativ zu einem diese antreibenden Spindelrad in einer Pressendstellung bei verschiedenen Versatzbeträge der Versetzungsanordnung und
2 schematisch verschiedene Komponenten einer Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer demgegenüber alternativ modifizierten Versetzungsanordnung.
Wie aus 1 ersichtlich, besteht eine beispielhafte Presse 1, welche als eine Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse aufgebaut ist, im Wesentlichen aus für sich genommen bekannten Komponenten. Ein Pressensockel 10 stützt über Führungsstangen 11 einen oberen Pressenaufbau ab. An den Führungsstangen 11 ist eine Matrize 13 fest befestigt oder längs der Führungsstangen 11 verschiebbar gelagert. Die Matrize 13 weist eine zentrale Matrizenöffnung 14 auf, in welche zu dem Pressteil zu pressendes Pulver oder Granulat eingefüllt wird. Das Pulver ist in der Matrizenöffnung 14 durch Stempel 15 verpressbar, welche von unten bzw. oben in die Matrizenöffnung 14 hineinragen. Die von oben in die Matrizenöffnung 14 ragenden Stempel 15 sind an einer Oberstempelanordnung 16 befestigt oder Bestandteil einer Oberstempelanordnung 16, welche von einem oberseitigen Pressantrieb 20 in und entgegen einer Pressrichtung nach unten bzw. oben verstellbar ist. Die unterseitigen Stempel sind an einer Unterstempelanordnung befestigt oder Bestandteil einer Unterstempelanordnung, welche unterhalb der Matrizenöffnung 14 angeordnet ist. Je nach Ausgestaltung können Oberstempelanordnung 16 und Unterstempelanordnung direkt in dem Pressengestell bzw. Pressenaufbau angeordnet sein oder in einem Adapter angeordnet sein, wie dies für sich genommen bekannt ist.
Zum Verstellen der Oberstempelanordnung 16 und zum Aufbringen der Presskraft dient der elektromotorisch angetriebene Pressantrieb 20. Der Pressantrieb 20 weist eine Spindelanordnung auf und ist ausgelegt über eine Spindel 21 der Spindelanordnung die Komponenten der Oberstempelanordnung 16 in oder entgegen der Richtung der Matrize 14 anzutreiben und zu verstellen. Die Spindel 21 ist über zumindest ein Spindelrad 23' mit einem Spindelantriebsmotor 22 gekoppelt, welcher lagefest mit einem oberen Pressenrahmen 12, den Führungsstangen 11 oder einer sonstigen gegenüber dem Umfeld der Presse lagefesten Komponente ortsfest angeordnet. Der Spindelantriebsmotor 22 kann somit das Spindelrad 23 oder mehrere solche Spindelräder 23' in Drehung ω versetzen. Das zumindest eine Spindelrad 23' überträgt seine Drehung ω in für sich bekannter Art so auf die Spindel 21, dass sich die Spindel 21 längs der Längsachse der Spindel 21 in oder entgegen der Pressrichtung bewegt.
Die dargestellte Spindelanordnung weist einen Rollengewindetrieb 23* oder ein Planetengetriebe mit Rollen bzw. Planetenrädern als den eigentlichen Spindelrädern 23' auf. Diese Spindelräder 23' liegen an einem jeweiligen ersten Punkt bzw. Umfangsabschnitt p1 des Außenumfangs der Spindel 21 an und stehen dort mit der Spindel 21 in Eingriff, wie dies in 1A skizziert ist.
Vorteilhaft ist die Presse durch eine Versetzungsanordnung 24, welche aufgebaut und/oder ansteuerbar ist, von Presszyklus zu Presszyklus oder in größeren zeitlichen Abständen einen einstellbaren Versatzbetrag in der Strecke zwischen dem Pressengestell und dem vorzugsweise oberen Stempel 15 einzustellen.
Die dargestellte Versetzungsanordnung 24 ist zwischen der Spindel 21 und dem oberen Stempel 15 angeordnet, insbesondere zwischen der Spindel 21 und der Oberstempelanordnung 16. Die beispielhaft dargestellte Versetzungsanordnung 24 besteht aus einer Anordnung, welche eine schräge Ebene mit zwei aneinander gleitfähig gelagerten Flächen zwischen der Spindel 21 und dem Stempel 15 aufweist. Die Versetzungsanordnung 24 wird in der Richtung längs der Drehachse breiter oder schmaler durch eine einstellbare Versetzungsanordnungsdrehung Ω der einen schrägen Ebene um deren Drehachse gegenüber der dazu gegenüberliegenden entgegengesetzt schräg verlaufenden Ebene. Die Versetzungsanordnung 24 ist dabei so angeordnet, dass sie bei einer solchen Versetzungsanordnungsdrehung Ω in oder parallel zur Richtung der Längsachse der Spindel 21 um den Versatzbetrag Δ breiter oder schmaler wird.
Zum Durchführen der Versetzungsanordnungsdrehung Ω ist beispielsweise ein Versetzungsantrieb 25, insbesondere ein Elektromotor an eine verstellbare und die schräge Fläche aufweisende Komponente gekoppelt.
Dadurch, dass zwischen einzelnen Antriebsvorgängen des Pressantriebs 20 jeweils ein Entformen des gepressten Pressteils und ein Nachfüllen von Pulver aus einem Pulverbehälter 17 in die Matrizenöffnung 14 der Matrize 14 erfolgt und die einzelnen Komponenten der Oberstempelanordnung 13 und der Unterstempelanordnung 14 relativ zu der Matrize 13 verstellt werden, besteht ausreichend Zeit, in jedem solchen Zyklus oder nach einer vorgebbaren Anzahl solcher Zyklen den Versatzbetrag Δ1 → Δ2 → Δ3, ... der Versetzungsanordnung 24 zu verstellen bzw. neu einzustellen.
In 1A ist eine zeitliche Abfolge von drei beispielhaften solcher Versatzbeträge Δ1 → Δ2 → Δ3 skizziert.
Zu einem ersten Zeitpunkt wird von einer Situation ausgegangen, bei der zu verpressendes Pulver in die Matrizenöffnung 14 eingefüllt und maximal gepresst ist, so dass eine Pressendstellung erreicht ist. In dieser Pressendstellung mit eingestelltem ersten Versatzbetrag Δ1 liegt jedes der Rollen 23' als jeweilige Spindelräder der Spindelanordnung an einem jeweiligen ersten Punkt bzw. Umfangsabschnitt p1 des Außenumfangs der Spindel 21 an.
Zu einem späteren zweiten Zeitpunkt in dem nachfolgenden oder in einem noch später nachfolgenden Zyklus ist wieder die Pressendstellung erreicht. In dieser Pressendstellung mit eingestelltem zweiten Versatzbetrag Δ2 liegt jedes der Rollen 23' an einem jeweiligen zweiten Umfangsabschnitt p2 des Außenumfangs der Spindel 21 an. Während oder vor dem Pressen wird dazu der zweite Versatzbetrag Δ2 derart gegenüber dem ersten Versatzbetrag Δ1 verstellt, dass der zweite Umfangsabschnitt p2 nicht mit dem oder einem anderen solchen ersten Umfangsabschnitt p1 zusammenfällt. Insbesondere liegt jede der Rollen 23' an einem jeweiligen anderen Berührungspunkt des Außenumfangs der Spindel 21 als zuvor an.
Zu einem noch späteren dritten Zeitpunkt in dem nachfolgenden oder in einem noch später nachfolgenden Zyklus ist wieder die Pressendstellung erreicht. In dieser Pressendstellung mit eingestelltem dritten Versatzbetrag Δ3 liegt jede der Rollen 23' an einem jeweiligen dritten Umfangsabschnitt p3 des Außenumfangs der Spindel 21 an. Dabei ist der dritte Versatzbetrag Δ3 derart gegenüber dem ersten Versatzbetrag Δ1 und gegenüber dem zweiten Versatzbetrag Δ2 verstellt, dass der dritte Umfangsabschnitt p3 nicht mit dem oder einem anderen solchen ersten oder zweiten Umfangsabschnitt p1, p2 zusammenfällt.
Durch Einführung einer schrägen Ebene zwischen der Spindel 21 und der Traverse bzw. der Oberstempelanordnung 16 kann die Pressendstellung der Spindel 21 verändert werden, ohne dabei auf die Teilehöhe der Pressteile Einfluss zu nehmen. Durch zyklisches Ändern der Position der schrägen Ebene, z. B. bei jedem Hub oder bei jedem zehnten Hub bzw. Presszyklus, kommen die Rollen als Spindelräder 23' an immer verschiedenen Stellen der Spindel 21 in Pressendposition an. Somit wird die Fläche der Spindel komplett ausgenutzt und eine lokale Schädigung deutlich reduziert. Nachdem die Verstellung um die jeweiligen Versatzbeträge Δ in eine Richtung komplett ausgenutzt wurde, bewegt sich die schiefe bzw. schräge Ebene in Gegenrichtung zurück. Als Grenze der Verstellung bzw. der maximalen Versetzungsanordnungsdrehung Ω kann für die Bemaßung der Versetzungsanordnung 24 vorteilhaft festgelegt werden, dass eines der Spindelräder 23' an der Position des benachbarten der Spindelräder 23' ankommt oder bei einem weiteren Versatz ankommen würde.
Prinzipiell einsetzbar ist eine Anordnung bzw. Steuerung mit nur zwei oder drei einstellbaren Versatzbeträgen Δ1, Δ2. Bevorzugt wird die Anzahl der Versatzbeträge Δ, Δ1, Δ2, Δ3 und deren jeweiliger Versatzwert so gewählt, dass nacheinander möglichst viele verschiedene Umfangspunkte bzw. Umfangsabschnitte p1, p2, p3, ... angefahren werden. Dadurch lässt sich die Lebensdauer der Spindelanordnung vorteilhaft erhöhen.
Eine Steuereinrichtung C dient dazu, den Pressantrieb 20 so zu steuern, dass die verstellbaren Komponenten der Presse um geeignete Maße und zu geeigneten Zeiten angesteuert und verstellt werden. Eine solche Steuereinrichtung C kann zweckmäßig auch zum Ansteuern des Versetzungsantriebs 25 eingesetzt sein.
Wenn die Steuereinrichtung C den Versetzungsantrieb 25 verstellt, kann gemäß einer weniger bevorzugten Ausgestaltung durch die Steuereinrichtung ein entsprechender Versatzbetrag Δ auch bei der Ansteuerung des Pressantriebs 20 bzw. von dessen Spindelantriebsmotor 22 berücksichtigt werden. Wird der Versatzbetrag Δ größer, so wird der Spindelhub in Richtung des Stempels 15 geringer eingestellt bzw. umgekehrt.
Rechnerisch folgt sich eine Stempelanordnungshöhe h1 der Oberstempelanordnung 16 in der Pressendstellung aus einer z. B. Unterkante der Spindel 21 als einer Spindelhöhe h2 abzüglich dem Versatzbetrag Δ.
Die Steuereinrichtung C empfängt gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung von einem Messsystem, insbesondere von einer Positionsbestimmungseinrichtung ein Positionssignal e, welches die momentane Lage der Oberstempelanordnung 16 als der Stempelanordnungshöhe h1 signalisiert. Damit kann die Steuereinrichtung C gezielt ein Steuersignal s1 für den Pressantrieb bzw. Spindelantriebsmotor 22 bereitstellen und an diesen anlegen. Mit einer solchen Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung C den Spindelantriebsmotor 22 abhängig von der Stempelanordnungshöhe h1 und unabhängig von dem Versatzbetrag Δ ansteuern, um den angesteuerten Stempel 15 in die Pressendstellung zu fahren.
Besonders vorteilhaft ist somit, dass durch eine solche Anordnung des Messsystems unterhalb von Spindel oder Kraftkette aus Spindelantriebsmotor und Spindel bzw. unterhalb der die Höhenverstellung durchführenden Versetzungsanordnung 24 die Position der Versetzungsanordnung mit insbesondere der schrägen Ebene innerhalb des Gesamtsystems nicht relevant ist. Das Messsystem und die Steuereinrichtung C können durch das Positionssignal e unabhängig vom eingestellten Versatzbetrag Δ die Pressendstellung ansteuern.
2 zeigt eine alternative oder auch in Kombination einsetzbare Ausgestaltung, bei welcher insbesondere anstelle der Versetzungsanordnung zwischen der Spindel 21 und dem oberen Stempel 15 eine Versetzungsanordnung 24* zwischen dem Spindelantriebsmotor 22 und dem Pressengestell oder einer Komponente davon angeordnet. Bezüglich der bereits anhand 1, 1A beschriebenen Komponenten und Verfahrensweisen wird bezüglich demgegenüber nicht veränderten Komponenten und Verfahrensschritten auf die Ausführungen zu 1, 1A verwiesen.
Die Versetzungsanordnung 24* weist wieder einen Versetzungsantrieb 25 auf, wobei der Versetzungsantrieb 25 jedoch lagefest mit einem oberen Pressenrahmen 12, den Führungsstangen 11 oder einer sonstigen gegenüber dem Umfeld der Presse lagefesten Komponente ortsfest angeordnet ist. Der Versetzungsantrieb 25 treibt eine Pressantrieb-Versetzungsanordnung 26 auf, welche beispielsweise eine Anordnung 27 aus Zahnstange und Zahnrad aufweist. Dargestellt ist das Zahnrad an dem Versetzungsantrieb 25, welches in Eingriff steht mit der Zahnstange, die an dem Spindelantriebsmotor 22 befestigt ist. Der Spindelantriebsmotor 22 ist höhenverstellbar an z. B. einer der Führungsstangen 11 gelagert, so dass eine Verstellung des Versetzungsantriebs 25 eine Höhenverstellung des Spindelantriebsmotors 22 parallel zu der Längsachse der Spindel 21 bewirkt.
Als Spindelrad 23° dient dabei beispielsweise ein Schneckenrad, welches vom Spindelantriebsmotor 22 angetrieben wird.
Rechnerisch folgt sich eine Stempelanordnungshöhe h1 aus z. B. einer Unterkante des Spindelantriebsmotors 22 als einer Spindelradhöhe h3 und einer Unterkante der Oberstempelanordnung 16 in deren Pressendstellung abzüglich dem Versatzbetrag Δ.
Die Steuereinrichtung C empfängt bei dieser Ausgestaltung als ein Positionssignal e, welches die momentane Lage der Oberstempelanordnung 16 relativ zur Pressenstellung anstelle oder indirekt als der Stempelanordnungshöhe h1 indirekt signalisiert, alternativ ein Drucksignal eines Drucks p, welcher z. B. auf den oberen oder den unteren der Stempel 15 einwirkt.
Neben einem motorischen, insbesondere elektromotorischen Verstellen der Versetzungsanordnung 24 unter Einsatz eines entsprechenden Versetzungsantriebs ist auch eine andersartige, insbesondere eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Verstellung umsetzbar. Insbesondere kann die Verstellung durch Zwischenschaltung einer geeigneten Mitnahmeranordnung automatisch erfolgen.
Mit der Spindel können auch mehrere Stempel angetrieben werden, welche unterhalb einer von der Spindel verstellbaren Traverse in einer adapterartigen oder in sonstiger für sich bekannter Art und Weise komplex aufgebauten Stempelanordnung relativ zueinander verstellbar sind.
Dargestellt ist eine rotationsfest gelagerte Spindel 21, welche längs ihrer Spindelachse verstellt wird. Alternativ kann auch eine in Rotation um ihre Spindelachse versetzbare Spindel eingesetzt sein, welche mit einem Spindelrad in Eingriff steht, welches seinerseits drehfest mit der Oberstempelanordnung verbunden ist, um die Oberstempelanordnung in Richtung längs der Spindelachse zu verstellen.
Während anhand der Ausführungsbeispiele Anordnungen dargestellt sind, bei welchen die Versetzungsanordnung stets oberhalb der Matrize und des zumindest einen oberen Stempels 15 angeordnet ist, sind auch Ausgestaltungen umsetzbar, bei denen die Versetzungsanordnung unterhalb der Matrize und unterhalb des zumindest einen unteren Stempels angeordnet ist.
Prinzipiell umsetzbar sind auch beliebige Kombinationen der verschiedenen Ausgestaltungen, welche anhand der Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Presse als Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse
10: Pressensockel
11: Führungsstangen
12: oberer Pressenrahmen
13: Matrize
14: Matrizenöffnung
15: Stempel
16: Oberstempelanordnung
17: Pulverbehälter
20: Pressantrieb
21: Spindel
22: Spindelantriebsmotor
23: Spindelrad
23*: Rollengewindetrieb oder Planetengetriebe
23': Rollen als Spindelräder
23°: Schnecke als Spindelrad
24: Versetzungsanordnung
25: Versetzungsantrieb
26: Pressantrieb-Versetzungsanordnung
27: Zahnstange und Zahnrad
30: Positionsbestimmungseinrichtung
C: Steuereinrichtung
e: Positionssignal
s1: Steuersignal Pressantrieb
s2: Steuersignal Versetzungsantrieb
h1: Stempelanordnungshöhe
h2: Spindelhöhe
h3: Spindelradhöhe
p: Pressdruck
p1, p2, p3: Umfangsabschnitte
Δ, Δ1, Δ2, Δ3: Versatzbeträge
ω: Drehung des Spindelrads
Ω: Versetzungsanordnungsdrehung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10135523 C2 [0002]
DE 3625420 A1 [0003]

Claims

Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit – einer Stempelanordnung (16), die zum Pressen eines Pulvers und/oder Granulats in einer Matrize (13) zu einem Pressteil verstellbar ausgestaltet ist, – zumindest einem Spindelantriebsmotor (22), – einer von dem Spindelantriebsmotor (22) antreibbar angeordneten Spindelanordnung aus zumindest einem Spindelrad (23, 23*, 23°; 23°) und einer Spindel (21), wobei die Spindelanordnung die Stempelanordnung (16) je nach Antriebsrichtung in oder entgegen einer Pressrichtung verstellbar ausgebildet ist, – einer Positionsbestimmungseinrichtung (30; 30*), welche zumindest eine Position der Stempelanordnung (16) bestimmt und ein Positionssignal (e) bereitstellt, und – einer Steuereinrichtung (C), die ausgestaltet oder programmiert ist, bei Antriebsrichtung in der Pressrichtung abhängig zumindest von dem Positionssignal (e) mittels des Spindelantriebsmotors (22) und der Spindelanordnung die Stempelanordnung (16) bis zu einer Pressendstellung zu verstellen, wobei in der Pressendstellung der Stempelanordnung (16) das zumindest eine Spindelrad (23, 23*, 23°; 23°) und die Spindel (21) an einem Umfangsabschnitt (p1; p2) der Spindel (21) aneinander anliegen, gekennzeichnet durch – eine Versetzungsanordnung (24; 24*), welche um zumindest einen Versatzbetrag (Δ; Δ1, Δ2, Δ3) verstellbar angeordnet ist und bei Verstellung um den Versatzbetrag (Δ; Δ1, Δ2, Δ3) in der Pressendstellung der Stempelanordnung (16) eine Drehstellung des zumindest einen Spindelrads (23, 23*, 23°; 23°) und der Spindel (21) relativ zueinander verstellt.
Presse nach Anspruch 1, bei welcher die Versetzungsanordnung (24; 24*) ausgestaltet ist, bei Verstellung um den Versatzbetrag (Δ; Δ1, Δ2, Δ3) in der Pressendstellung der Stempelanordnung (16) das zumindest eine Spindelrad (23, 23*, 23°; 23°) und die Spindel (21) an einem von dem Umfangsabschnitt (p1; p2) verschiedenen anderen Umfangsabschnitt (p2; p3) der Spindel (21) aneinander anliegen zu lassen.
Presse nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Versetzungsanordnung (24) zwischen der Spindelanordnung (21) und einem damit verbundenen Pressstempel (15) der Stempelanordnung (16), insbesondere zwischen der Spindelanordnung (21) und zumindest einem damit verbundenen Pressstempel (15) der Stempelanordnung (16), angeordnet ist und welche einerseits die Spindel (21) und andererseits den Stempel (15) in Pressrichtung um einen Versatzbetrag (Δ) relativ zueinander versetzbar anordnet.
Presse nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Versetzungsanordnung (24*) einerseits das Spindelrad (23°) oder eine das Spindelrad (23°) tragende Komponente und andererseits die Spindel (21) in einer Richtung parallel zur Längserstreckung der Spindel (21) um den Versatzbetrag (Δ) relativ zueinander versetzbar anordnet.
Presse nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher das Spindelrad (23') ein Rad oder eine Rolle einer Vielzahl solcher Räder oder Rollen eines Gewindetriebs ist, insbesondere eines Rollengewindetriebs oder Planetengetriebes ist.
Presse nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Versetzungsanordnung (24) zwei quer zur Pressrichtung relativ zueinander verstellbare Komponenten aufweist, welche über eine schräge Ebene oder Anlagefläche aneinander anliegen und welche zum Verstellen des Versatzbetrags (Δ) relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind.
Steuerverfahren, ausgeführt in einer Metall- oder Keramikpulver-Elektropresse mit einer Stempelanordnung (16), die zum Pressen eines Pulvers und/oder Granulats in einer Matrize (13) zu einem Pressteil verstellbar ausgestaltet ist, mit zumindest einem Spindelantriebsmotor (22), mit einer von dem Spindelantriebsmotor (22) antreibbaren Spindelanordnung aus zumindest einem Spindelrad (23, 23*, 23°; 23°) und einer Spindel (21), wobei die Spindelanordnung die Stempelanordnung (16) je nach Antriebsrichtung in oder entgegen einer Pressrichtung verstellt, und mit einer Steuereinrichtung (C), wobei verfahrensgemäß – von der Steuereinrichtung (C) über den Spindelantriebsmotor (22) und die davon angetriebene Spindelanordnung während einem Pressvorgang eine Pressendstellung der Stempelanordnung (16) relativ zur Matrize (13) positionsabhängig angefahren wird und dabei ein Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p1; p2) zwischen einerseits der Spindel (21) und andererseits dem zumindest einen Spindelrad (23'; 23°) angefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass – während eines nachfolgenden Pressvorgangs durch Verstellen eines Versatzbetrags (Δ; Δ1, Δ2, Δ3) in einem Kraftweg zu der Stempelanordnung (16) oder deren zumindest einem Stempel in der Pressendstellung ein gegenüber dem ersten Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p1; p2) zwischen einerseits der Spindel (21) und andererseits dem Spindelrad (23'; 23°) ein relativ zu dem Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p1; p2) versetzter anderer Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p2; p3) angefahren wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Versatzbetrag (Δ1; Δ2) einer Versetzungsanordnung (24; 24*) verstellt wird und über den verstellten Versatzbetrag (Δ2; Δ3) der gegenüber dem Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p1) an der Spindel (21) versetzte andere Kontaktpunkt oder Umfangsabschnitt (p2; p3) angefahren wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Versetzungsanordnung (24; 24*) den Versatzbetrag (Δ) nach einer vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl von Presszyklen versetzt.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Versetzungsanordnung (24) nur zwischen Pressvorgängen verstellt wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem zwei oder mehr Räder oder Rollen als solche Spindelräder (23') an der Spindel (21) anliegen oder in diese eingreifen und die Versetzungsanordnung (24) nach und nach um solche Versatzbeträge (Δ1, Δ2, Δ3) verstellt wird, bis eines der Spindelräder (23') an der Position des benachbarten der Spindelräder (23') ankommt oder bei einem weiteren Versatz dort ankommen würde, woraufhin eine Versatzrichtung der Versatzbeträge (Δ3, Δ2, Δ1) umgekehrt wird.