DE19642437A1 - Presse für die Formung von Teilen aus Pulverkeramik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Pressen für die Formung von Teilen aus Pulverkeramik. Die üblichen Pressen bestehen aus einem beweglichen Querbalken, in dem der obere Preßstempel lagert, und aus einem Grund­ körper, der den unteren Preßstempel trägt.

Durch die Bewegung des oberen beweglichen Querbalkens (und des dazugehörigen Preßstempels) wird ein Leerhub erzeugt, durch den ein Abstand wiedererlangt wird, indem der obere Preßstempel gehoben wird, wodurch ein Durchgang der Nachschubkassette des Stempels ermöglicht wird. Die vollkommene Verdichtung des Materials wird abgeschlossen durch einen weiteren oder zweiten Ar­ beitshub, worauf eine leichte Anhebung des Querbalkens der Presse nach dem ersten Arbeitshub erfolgt.

Es sind Pressen bekannt, bei denen die Endphase der Verdichtung anstatt durch den zweiten Arbeitshub durch mehrere Schübe des oberen Querbalkens am Ende des er­ sten Arbeitshubes ausgeführt wird. Diese Methode hat gegenüber der üblichen Pressung den Vorteil, daß bei gleichem Arbeitsdruck eine stärkere Verdichtung (höhere Materialdichte) des Materials erreicht wird.

Jedoch haben diese Pressen den Nachteil, daß durch die Schübe die Produkte praktisch nicht unter sicherer Kontrolle gehalten werden können, woraus Reibungsver­ luste, Lagerspiele der bewegten Teile, usw. resultie­ ren, und sich die Werte des Spiels verstellen. Die Folge dieser Art von Bearbeitung wirkt sich in einer nicht konstanten Genauigkeit des Produktes aus, und es ist nicht möglich, den Arbeitsprozeß entsprechend ein­ zustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Presse zu schaffen, welche die genannte Nachteile des Standes der Technik überwindet, indem ein Preßvorgang vorgese­ hen ist, bei dem die Endphase der Pressung - trotz heftigen Schüben - so ausgeführt wird, daß der Ar­ beitsprozeß kontrollierbar bleibt, konstante Resultate geliefert werden und die Einstellungen kontrolliert geändert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Presse fol­ gende Teile aufweist:

Erste Einrichtungen bzw. Antriebseinrichtungen, die den Leerhub ausführen und eventuell den ersten Ar­ beitshub des beweglichen Querbalkens bewirken, um den dazugehörigen Preßstempel derart zu bewegen, daß die­ ser zunächst das Keramikmaterial der Matrize ein­ schließt und eventuell die erste Phase der Pressung ausführt.

Zweite Einrichtungen bzw. Antriebseinrichtungen, wel­ che als eine Zylinder-Kolben-Gruppe ausgebildet sind und unabhängig von den ersten Einrichtungen agieren, wobei der Kolben mit dem beweglichen Querbalken der Presse verbunden ist und einen Hub ausführt, der gera­ de ausreichend ist, um den notwendigen Arbeitshub zum Pressen des Materials zu gewährleisten oder die Pres­ sung zu vervollständigen.

Einrichtungen, welche das Beschicken der Kammer der zweiten Zylinder-Kolben-Gruppe mit einer Arbeitsflüs­ sigkeit mit einem so hohen Druck, daß dadurch der ent­ sprechende Querbalken eine pulsierende Bewegung aus­ führt und das Material verdichtet, ermöglichen. Die erste Phase der Pressung kann entfallen, falls man die Pressung mit den impulsartigen Bewegungen des Querträ­ gers ausführt. In der Regel führt die Presse den Leer­ hub des beweglichen Querbalkens durch die ersten An­ triebseinrichtungen aus, wobei dessen Hub so groß ist, daß er den Preßstempel dazu bringt, das Material in den Preßstempel bzw. der Matrize einzuschließen, wobei größere oder kleinere Schübe ausgeführt werden. Dies ist die erste Phase der Verdichtung, welche auch sta­ tische Verdichtung des Materials genannt wird.

Sukzessive wird das Material mit einem oder mehreren Druckimpulsen aus der Kammer der zweiten Antriebsein­ richtungen gepreßt, wobei die Stärke dieser Impulse entsprechende Arbeitshübe des Preßstempels (mit einem sehr geringen Arbeitsweg) verursacht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es gleichgültig, ob die Impulse auf den oberen beweglichen Querträger der Presse oder auf einen mit einem unteren Preßstem­ pel versehenen eventuellen unteren Querträger einwir­ ken, wobei der Querbalken ein ausreichendes Maß an Beweglichkeit hat.

Gemäß der vorliegenden Erfindung pulsiert die Zylin­ der-Kolben-Gruppe derart, daß sie entsprechend dem Arbeitshub einen sehr kleinen maximalen Hubweg aus­ führt. Dies hat den Zweck, die Menge der gebrauchten Arbeitsflüssigkeit der zweiten Antriebseinheiten auf ein Minimum zu reduzieren. Somit schließt man aus, daß sich die nicht optimale Elastizität der Arbeitsflüs­ sigkeit negativ auf die Kontrolle der Arbeitsimpulse auswirkt. Um die Bearbeitungsqualität zu optimieren, ist es möglich, entsprechend den verschiedenen chemi­ schen und physikalischen Eigenschaften des zu bearbei­ tenden Materials die Einstellwerte der Arbeitsimpulse einzustellen.

Der größte Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei gleich hohem Arbeitsdruck (und gleichen dafür notwendigen Aufwand) wie bei den herkömmlichen Pressen, eine sehr viel größere Verdichtung des Mate­ rials erreicht wird.

In den folgenden fünf Figuren der bei liegenden schema­ tischen Zeichnung ist die Erfindung detailliert darge­ stellt, und es werden weitere Anwendungsformen ge­ zeigt.

In allen Figuren ist die Presse schematisch darge­ stellt, wobei diese einen oberen feststehenden Quer­ balken 1, einen oberen beweglichen Querbalken 2, der einen oberen Preßstempel 4 trägt, und einen Grundkör­ per 3, welcher einen unteren Preßstempel 5 trägt, auf­ weist. Die zwei Preßstempel 4, 5 sind gegeneinander beweglich und üben den Arbeitsdruck in Kombination mit einer Matrize 6 aus. Üblicherweise muß der bewegliche Querbalken 2 mit einem Aufwärtshub den oberen Preß­ stempel in eine obere Position 44 bringen, damit genü­ gend Abstand zur Matrize entsteht, damit eine Beschickung bzw. Entnahme des Stempels (nicht dargestellt) ermöglicht wird. Dieser Hub des oberen Preßstempels 4 bis auf die oberste oben genannte maximale Position, die den Hohlraum in der Matrize 6 schließt, wird "Leerhub" genannt.

Der Arbeitshub jedoch ist der Hub, den der Preßstempel beim Komprimieren des Materials ausübt. Der Leerhub wird mit ersten Antriebseinrichtungen 10, die den obe­ ren Preßstempel 4 aufnehmen, ausgeführt, um das Mate­ rial innerhalb der Matrize 6 einzuschließen. Bei die­ ser Schließung können die Antriebseinrichtungen 10 einen nicht unwesentlichen statischen Schub auf das Material ausüben und damit einen Teil des Arbeitshubes ausführen.

Zweite Antriebseinrichtungen, welche mit 20 bezeichnet sind, sind als Zylinder-21-Kolben-22-Gruppe ausgeführt, welche unabhängig von den Antriebseinrichtungen 10 agieren. Der Kolben 22 (Fig. 3) ist mit dem oberen Querbalken 2 verbunden und ist verschiebbar. Sein Hub­ weg ist jedoch nicht größer als der erforderliche Ar­ beitshub für die Pressung des Materials.

Alternativ dazu, siehe Fig. 1 und 2, ist der Kolben 22 mit einem unteren Querbalken 7 verbunden, auf dem der untere Preßstempel 5 lagert. Eine Kammer 23 der zwei­ ten Antriebseinrichtungen 20 wird mit Arbeitsflüssig­ keit über dafür vorgesehene Einrichtungen (nicht dar­ gestellt) versorgt. Die Flüssigkeit beaufschlagt die Kammer 23 impulsartig mit sehr hohem Druck. Der maxi­ male Impulsdruck wird in einer sehr kurzen Zeitspanne (von wenigen Tausendstel) Sekunden erreicht. Dieser Arbeitsgang wird mehrmals wiederholt, wodurch eine pulsierende Komprimierung des Materials erreicht wird. Der maximale Flüssigkeitsdruck entspricht dem notwen­ digen Arbeitsdruck, um eine herkömmliche Pressung durchzuführen.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 beinhalten die An­ triebseinrichtungen 10 eine Zylinder-11-Kolben-12- Gruppe, welche in der Lage ist, einen Schub zu entwickeln, der gleich oder sogar größer sein kann, als der maximale Schub, der von den zweiten Antriebseinrich­ tungen 20 entwickelt wird. Bei den zweiten An­ triebseinrichtungen 20 ist der Zylinder 21 mit dem Grundkörper 3 verbunden, und der Kolben 22 ist mit dem unteren beweglichen Querbalken 7 der Presse verbunden, auf dem wiederum der Preßstempel 5 fixiert ist.

Im Betrieb wird nach dem Beschicken der Matrize 6 mit Pulverkeramik zuerst ein Leerhub des beweglichen Quer­ balkens mittels der Zylinder-11-Kolben-12-Gruppe ausge­ führt, und damit schließt der obere Preßstempel 4 das Material innerhalb der Matrize 6 ein, welche von unten vom unteren Preßstempel 5 geschlossen wird. In dieser Phase steht der untere Preßstempel 5 still, und der Kolben 22 lagert am unteren Ende der Kammer 23 und gleichzeitig auf dem Grundkörper 3.

In vorteilhafter Weise wird in dieser Phase durch die Zylinder-11-Kolben-12-Gruppe der obere Preßstempel 4 auf das Material gedrückt, um die erste Phase der stati­ schen Pressung des Materials auszuführen.

Die Zylinder-21-Kolben-22-Gruppe wird sukzessive in Be­ wegung gesetzt, indem die Kammer 23 mit Arbeitsflüs­ sigkeit beschickt wird, während der obere Preßstempel 4 in einer unter Druck stehenden Kammer 13 in Stellung gehalten wird. Der Hub des Kolbens 22 ist relativ kurz und nicht größer als der notwendige Arbeitshub, um das Material zu verdichten. Für den Fall, daß eine erste statische Verdichtung durch die Zylinder-11-Kolben-12- Gruppe erreicht wird, kann der Hubweg bis auf eine Größenordnung von 1/10 mm reduziert werden.

Die Menge der benötigten Flüssigkeit, um den unteren Preßstempel 5 zu bewegen, ist relativ klein. Die Kon­ sequenz ist, daß eventuell auftretende unerwünschte Effekte, die von der Elastizität der Flüssigkeit her­ rühren, kaum relevant sind.

Am Ende jedes Impulses kann die Kammer 13 für einen bestimmten Zeitraum entleert werden, falls die Eigen­ schaften des Materials dies erfordern. Damit wird eine perfekte Kontrolle des Verdichtungszyklus des Materi­ als erreicht.

In der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 weisen die ersten Antriebseinrichtungen 10 zwei hydraulische Winden 100 auf, die mit relativ niedrigem Druck arbeiten und so­ mit den Leerhub des Querbalkens 2 ermöglichen, ohne daß dieser eine erste Pressung bzw. eine statische Pressung verursacht. Am Ende des Hubes ist ein An­ schlag 15 vorgesehen, der eine weitere Bewegung des Querbalkens 2 nach oben verhindert. Der Anschlag 15 weist einen oberen Teil 151 und einen unteren 152 auf, wobei beide in einer Art und Weise verzahnt sind, daß sie beiderseitig in vertikaler Richtung gleiten kön­ nen. Nach dem erfolgten Leerhub werden die Bauteile 151 und 152, die den Anschlag 15 bilden, gegeneinander ein wenig gedreht und so geschlossen, wodurch ein Lö­ sen der vorgenannten Bauteile 151, 152 verhindert wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die zwei­ ten Antriebseinrichtungen 20, welche den Impuls akti­ vieren, wie in der Lösung nach Fig. 1 ausgeführt, wäh­ rend in der Ausführung nach Fig. 3 die Antriebsein­ richtungen 20 an den Schäften der Winden 100 befestigt sind.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Lösung wie in der Fig. 1, wobei die zweiten Antriebseinrichtungen 20 nicht auf dem Grundkörper 3 befestigt sind und auf den unteren Querbalken 7 wirken, sondern auf dem Kolben 12 der ersten Antriebseinrichtungen 10 befestigt sind, wäh­ rend der untere bewegliche Querbalken 7 fehlt.

Fig. 5 zeigt eine sehr ähnliche Lösung wie in der Fig. 4, wobei jedoch anstatt der Zylinder-11-Kolben-12-Gruppe ein Gewindebolzen 16 vorgesehen ist, der in eine in dem oberen feststehenden Querträger 1 der Presse ange­ ordnete Mutter fest eingeschraubt ist. Die Arbeitswei­ se des Gewindebolzens 16 erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist die glei­ chen Vorteile wie die Lösungen in den Fig. 2 und 3 auf, d. h. die mechanische Blockierung des beweglichen Querträgers 2 gegen die impulsartigen Schübe, die durch die zweiten Antriebseinrichtungen 20 verursacht werden.

Claims (14)

1. Presse für die Formung von Teilen aus Pulverkera­ mik, bestehend aus einem Grundkörper mit einem Ke­ ramikstempel, einem oberen feststehenden Querbal­ ken und einem oberen beweglichen Querbalken, wel­ cher obere Preßstempel von dem Keramikstempel trägt, und erste Antriebseinrichtungen für das He­ ben und Senken des oberen beweglichen Querbalkens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Antriebseinrichtungen (10) und dem beweglichem Querbalken (2) zweite Antriebsein­ richtungen (20) angeordnet sind, welche unabhängig von den ersten Antriebseinrichtungen (10) agieren, und als eine Zylinder-(21)-Kolben-(22)-Gruppe ausge­ bildet sind, welche einen Hub aufweist, der gerade ausreichend ist, um den notwendigen Arbeitshub zum Pressen des Materials in dem Stempel zu gewährlei­ sten, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche mindestens einmal die zweite Antriebseinrichtung (20) bei Erreichen der untersten Stellung des obe­ ren beweglichen Querbalkens (1) mittels einer An­ triebsflüssigkeit derart versorgen, daß sie das Erreichen eines maximalen Druckes innerhalb von maximal 20/1000 s ermöglichen.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Antriebseinrichtungen (10) mindestens eine hydraulische Zylinder-(11)-Kolben-(12)-Gruppe aufweisen.

3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsdruck, welcher die zweiten An­ triebseinrichtungen (20) speist, gleich dem Flüs­ sigkeitsdruck der ersten Antriebseinrichtungen (10) ist.

4. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schub der zweiten Antriebseinrichtungen (20) kleiner oder gleich dem Schub der ersten An­ triebseinrichtungen (10) ist.

5. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Antriebseinrichtungen (10) einen Gewin­ debolzen (16) aufweisen, welcher in eine in dem oberen festen Querbalken (1) der Presse angeordne­ te Mutter fest eingeschraubt ist.

6. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Anschlag (15) für einen Aufwärts­ hub des oberen beweglichen Querbalkens (2) vorge­ sehen ist.

7. Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (15) zwei passend verzahnte Bauteile (151, 152) aufweist, welche durch eine beidseitige Drehung auseinander fädelbar und gegeneinander stellbar sind.

8. Presse für die Formung von Teilen aus Pulverkera­ mik, bestehend aus einem Grundkörper, einem oberen feststehenden Querbalken, einem oberen beweglichen Querbalken, der obere Preßstempel von dem Kera­ mikstempel, welcher sich auf den Grundkörper auf­ stützt, trägt, und einem unteren beweglichen Quer­ balken, welcher untere Preßstempel des Kera­ mikstempels trägt und erste Antriebseinrichtungen für das Heben und Senken des oberen beweglichen Querbalkens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (3) und dem unteren be­ weglichen Querbalken (7) zweite, von den ersten Antriebseinrichtungen (10) unabhängige An­ triebseinrichtungen (20) gelagert sind, welche als Zylinder-(21)-Kolben-(22)-Gruppe ausgebildet sind, und einen Hub aufweisen, der gerade ausreichend ist, um den notwendigen Arbeitshub zum Pressen des Materials in dem Stempel zu gewährleisten, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche mindestens einmal die zweite Antriebseinrichtung (20) mittels einer Antriebsflüssigkeit nach Erreichen der un­ tersten Stellung des oberen beweglichen Querbal­ kens (2) derart versorgen, daß sie das Erreichen eines maximalen Druckes innerhalb von maximal 20/1000 s ermöglichen.

9. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Antriebseinrichtungen (10) als hydrau­ lische Zylinder-(11)-Kolben-(12)-Einrichtung ausge­ bildet sind.

10. Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruck, welcher die zweiten An­ triebseinrichtungen (20) versorgt, gleich dem Flüssigkeitsdruck für die ersten Antriebseinrich­ tungen (10) ist.

11. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schub der zweiten Antriebseinrichtungen (20) kleiner oder gleich dem durch die ersten An­ triebseinrichtungen (10) ausgeführten Schub ist.

12. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Antriebseinrichtungen (10) einen Gewin­ debolzen (16) aufweisen, welcher in eine in dem oberen feststehenden Querträger (1) der Presse an­ geordnete Mutter fest eingeschraubt ist.

13. Presse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (15) für den Aufwärtshub des oberen beweglichen Querbalkens (2) vorgesehen ist.

14. Presse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (15) passend verzahnte Bauteile (151, 152) aufweist, welche durch eine beiderseiti­ ge Drehung auseinander fädelbar und gegeneinander stellbar sind.