DE29917742U1 - Presse mit Exzenterkurbeltrieb für Oberstempeleinheit - Google Patents

Description

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Presse mit Exzenterkurbeltrieb für Oberstempeleinheit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Presse zum Verpressen pulverförmiger Massen, insbesondere von Metallpulver, mit einem mindestens ein Pleuel sowie eine Kurbelwelle und ein mit dieser drehfest verbundenes Zahnrad aufweisenden Exzenterkurbeltrieb für den Antrieb einer Oberstempeleinhert und mit einem hydraulischen Antrieb für Presswerkzeugteile.

In der Pulvermetall- und Metallkeramikpulverpresstechnik werden seit vielen Jahren mechanische Puiverpressen zur Herstellung von Pulverpresslingen eingesetzt. Diese üblicherweise als Exzenterpressen oder Kniehebelpressen ausgebildeten mechanischen Pressen zeichnen sich durch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei annähernd sinusförmigem Verlauf der Stempelbewegung bei stark progressivem Presskraftverlauf während des Arbeitszyklus aus. Zur Herstellung besonders komplizierter Formteile werden bevorzugt Pulverpressen eingesetzt, deren Presswerkzeuge durch hydraulische Kolben/Zylinder- Systeme bewegt werden. In Verbindung mit entsprechenden elektronischen Steuerungen lassen sich die einzelnen Presswerkzeuge hinsichtlich Presskraft und Pressweg in optimaler Weise so steuern, daß Presslinge entstehen, die sich trotz ihrer komplizierten Form durch eine weitestgehend konstante Dichte innerhalb des Formkörpervolumens auszeichnen. Im Vergleich zu mechanischen Pressen haben hydraulische Pressen jedoch im allgemeinen eine geringere Arbeitsgeschwindigkeit, also längere Zykluszeiten, und weisen einen deutlich höheren Energieverbrauch auf.

Aus der gattungsbildenden DE 41 14 880 A1 ist eine Presse zum Verpressen pulverförmiger Massen bekannt, die als mechanische Exzenterpresse mit einem elektrischen Antriebsmotor für die Bewegung des Oberstempels der Presse

ausgebildet ist. Für die Bewegung der Matrize ist ein hydraulisches Kolben/Zylinder-System vorgesehen. Die Besonderheit dieser bekannten Presse liegt darin, daß sie einem Codierschalter aufweist, der die Arbeitsstellung des Oberstempels abtastet und ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuerung dieser Presse liefert. Femer ist ein Frequenzumrichter vorhanden, der auf den elektrischen Antriebsmotor wirkt und von der elektronischen Steuerung Stellsignale erhält, so daß die Antriebsbewegung steuerbar ist. Die Drehrichtung des Antriebsmotors bleibt unverändert. Der Oberstempel ist in einem Druckmeßzylinder gelagert und in Pressrichtung verschiebbar, wobei diese hydraulische Verschiebung des Oberstempels von der elektronischen Pressensteuerung geführt wird. Durch diese Kombination einer mechanisch angetriebenen Exzenterpresse mit zusätzlichen hydraulischen Antrieben von Presswerkzeugen soll erreicht werden, daß auch in ihrer Formgestaltung sehr anspruchsvolle Pulverpresslinge bei hoher Stückzahl herstellbar sind, wobei gleichbleibende Abmessungen und gleiche Dichte der Presslinge gewährleistet sein sollen.

Aus der DE 196 49 063 A1 ist der Antrieb einer Presse bekannt, die insbesondere als Schneid- und Umformpresse eingesetzt werden soll. Diese Presse weist ein feststehendes Unterwerkzeug und ein an in Gleitlagern gelagerten Stangen linear geführtes Oberwerkzeug auf. Für den Antrieb des Oberwerkzeugs ist ein Hydraulikantrieb mit Differenzialkolbensystem vorgesehen. Am freien Ende der Kolbenstange des Differenzialkolbens ist ein Kreuzkopf angeordnet, an den zur Kraftübertragung auf die Stangen des Oberwerkzeugs ein spezielles mechanisches Getriebe angeschlossen ist. Dieses Getriebe beinhaltet zum einen Wälzkurvengetriebeglieder, die zwei miteinander in linienförmiger Berührung stehende Wälzkurven aufweisen, zum anderen Pleuelstangen, die die Wälzkurvengetriebeglieder mit den linear geführten Stangen des Oberwerkzeugs verbinden, und Zugstangen, die ihrerseits den Kreuzkopf mit den sich aufeinander abwälzenden Wälzkurvengetriebegliedern verbinden. Dieses relativ komplizierte Antriebssystem soll einen präzisen Gleichlauf und eine exakte Wiederholgenauigkeit des Oberwerkzeugs im unteren Totpunkt der Presse gewährleisten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Presse der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß der von den mechanischen Pressen bekannte und für das Verdichten des Presspulvers vorteilhafte sinusförmige Bewegungs- und

progressive Kraftverlauf verbunden wird mit den durch eine vergleichsweise einfache hydraulische Antriebstechnik bewirkten Vorteilen hinsichtlich hoher Flexibilität der Presse und eines dem idealen Verlauf nahekommenden Pressverlaufs bei hoher Reproduzierbarkeit von Geschwindigkeit und Position der Presswerkzeuge. Der Energieverbrauch dieser Presse soll in Relation zu den von ihr erzeugbaren Antriebskräften klein sein. Die Pressparameter sollen zur Optimierung des Bewegungsablaufs und des Leistungsbedarfs auf einfache Weise einstellbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Presse mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen dieser Presse angegeben.

Die erfindungsgemäße Presse weist für den Antrieb ihrer Oberstempeleinhert einen Exzenterkurbeltrieb auf, der mindestens ein Pleuel (üblicherweise paarweise angeordnet) beinhaltet, das an seinem einen Ende mit der Oberstempeleinhert und an seinem anderen Ende exzentrisch mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Die Verbindung mit der Kurbelwelle kann beispielsweise über eine Exzenterscheibe realisiert sein. Mit der Kurbelwelle ist ein Zahnrad drehfest verbunden, das zum Beispiel mit der Exzenterscheibe einstückig ausgebildet sein kann. Für den hydraulischen Antrieb des Exzenterkurbeltriebs sieht die Erfindung mindestens eine Zahnstange vor, die mit dem Zahnrad des Exzenterkurbeltriebs zusammenwirkt, also dieses antreibt. Die Zahnstange ist ihrerseits zur Übertragung eines reversierenden Antriebsdrehmoments durch ein hydraulisches Zylinder/Kolben-System linear verfahrbar. Zweckmäßigerweise besitzt die Zahnstange ein Länge, die zumindest annähernd einer halben Umdrehung des Zahnrads entspricht. Für manche Anwendungen reicht eine Länge aus, die geringfügig unterhalb der einer halben Umdrehung des Zahnrads, vorzugsweise bei einer einem Kurbelwinkelbereich von bis zu 120° entsprechenden Länge liegt, während für andere Anwendungsfälle besondere Vorteile entstehen, wenn diese Zahnstangenlänge etwas größer ist als die einer halben Zahnradumdrehung entsprechende Länge. Die Zahnstange wird durch das mindestens eine Zylinder/Kolben-System hin und her bewegt. In entsprechender Weise dreht sich das Zahnrad vor und zurück und bewegt sich die Oberstempeleinheit infolge der Kraftübertragung durch das Pleuel auf und ab, also zwischen Pressstellung und Einfüll/Auswurf- Stellung hin und her. Im Unterschied zu üblichen mechanischen Pressen mit Exzenterkurbeltrieb führt die Kurbelwelle im Fall der erfindungsgemäßen

Presse also keine vollständigen Umdrehungen aus, sondern bewegt sich in einem Kurbelwinkelbereich von z.B. mindestens 180°.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Presse mit zwei Zahnstangen ausgebildet, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads angeordnet sind und jeweils durch ein eigenes Zylinder/Kolben-System angetrieben werden. Vorteilhaft sind wegen ihrer besonders einfachen Herstellung und hohen Steifigkeit Zylinder/Kolben-Systeme mit Tauchkolben. Da diese nur in einer Richtung hydraulisch angetrieben werden, übernimmt der eine Tauchkolben den Antrieb für den Arbeitshub, also für die Bewegung der Oberstempeleinheit z.B. vom oberen Totpunkt bis in den Bereich des unteren Totpunkts, während der andere Tauchkolben für die Bewegung während des Leerhubs, also die Bewegung vom unteren Totpunkt bis in den oberen Totpunkt übernimmt. Da für den Leerhub deutlich weniger Kraft benötigt wird als für den Arbeitshub, ist es vorteilhaft, die Durchmesser der beiden Zylinder/Kolben-System unterschiedlich auszubilden. Die Zylinder/Kolben-Systeme sollten dabei so schaltbar sein, daß das Zylinder/Kolben-System mit dem größeren Durchmesser nur während des Arbeitshubs und das mit dem kleineren Durchmesser nur während des Leerhubs mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Dies hat den Vorteil, daß für den Leerhub aufgrund des kleineren Hydraulikkolbens ein entsprechend geringeres Volumen an Hydraulikflüssigkeit benötigt wird, so daß bei gleichbleibendem Fördervolumen der Hydraulikpumpe während des Arbeits- und des Leerhubes der Leerhub mit entsprechend größerer Geschwindigkeit abläuft, so daß sich die Zykluszeit der Presse entsprechend verkürzt. Dieser Vorteil läßt sich grundsätzlich auch bei Verwendung von lediglich einem einzigen Zylinder/Kolben-System erzielen, wenn dieses einen sogenannten Differentialkolben aufweist, also einen Kolben mit zwei Arbeitsflächen, wobei die eine deutlich kleiner ist als die andere. Bei Einsatz von zwei Differentialkolbensystemen ergibt sich wegen der gleichzeitigen Wirksamkeit der Zylinder/Kolbensysteme eine Halbierung der Zahnbelastung am Zahnrad und an den beiden Zahnstangen bei gleichem Drehmoment im Vergleich zur Bauweise mit lediglich einem D'rfferentialkolbensystem. Während des Arbeitshubs sollte jeweils die größere und während des Leerhubs jeweils die kleinere Kolbenfläche der Differentialkolbensysteme mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Presse mit zwei Zylinder/Kolben-Systemen ermöglicht zusätzlich auch eine einfache Vorspannung des Antriebssystems und dadurch völlige Spielfreiheit.

Insbesondere bei der Verwendung von Tauchkolben empfiehlt es sich, dieses jeweils zusammen mit der Zahnstange als ein zusammenhängendes Bauteil, also einstückig auszubilden. Selbstverständlich können der Tauchkolben und die Zahnstange auch als separate Bauteile gefertigt werden, die erst danach miteinander verbunden werden (beispielsweise durch ein Schraubgewinde).

Im Hinblick auf eine einfache Ausbildung der Hydraulik und der Steuerung der Presse empfiehft es sich den Hub der Zahnstange oder Zahnstangen durch eine entsprechende Verstelleinrichtung in Form eines mechanischen Endanschlags einstellbar zu gestalten. Ein solcher Endanschlag kann etwa in Form einer arretierbaren Geschwindespindel ausgebildet sein, an die die freie Stirnseite der Zahnstange am Ende des Hubes anstößt.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Presse eine Matrize beinhaltet, die durch Hydraulikzylinder in Bahnsteuerung kontrolliert verfahrbar ist, wie dies bei Hydraulikpressen grundsätzlich bekannt ist. Ferner kann die Presse einen hydraulisch betätigbaren Werkzeugadapter umfassen. Für diese Fälle ist es zweckmäßig einen zentralen elektrischen Motor vorzusehen, der eine Hydraulikpumpe für das oder die Zylinder/Koben-Systeme des Antriebs der Oberstempeleinheit sowie eine weitere Hydraulikpumpe für die Hydraulikzylinder der Matrize und/oder den hydraulisch betätigbaren Werkzeugsadapter antreibt.

Zur Erfassung der jeweiligen Ortsposition der Oberstempeleinheit empfiehlt sich der Einsatz elektronischer Meßsysteme für eine indirekte oder vorzugsweise direkte Ermittlung. Beispielsweise kann ein elektronisches Wegmeßsystem zur Erfassung der aktuellen Position des antreibenden Zylinder/Kolben-Systems oder auch ein elektronischer Drehwinkelgeber zur Erfassung der aktuellen Winkelstellung der Kurbelwelle vorgesehen sein.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Presse, deren Bewegungen ihrer Presswerkzeugteile zweckmäßigerweise von einer elektronischen Steuerung geführt werden, besteht darin, daß über den hydraulisch mit einfachen Mitteln hinsichtlich Volumenstrom und Druck sehr einfach zu beeinflussenden Strom des Hydraulikmittels ein unmittelbarer Einfluß auf den Antrieb des Exzenterkurbeltriebs genommen werden

kann. Sowohl die Geschwindigkeit als auch das Drehmoment am Exzenterkurbeltrieb lassen sich also hydraulisch sehr leicht und genau beeinflussen. Darüber hinaus ist es von Vorteil, daß durch den Exzenterkurbeltrieb eine erhebliche Übersetzung hinsichtlich der von der Presse erzeugbaren Presskraft erreicht wird. Die benötigte Presskraft ist naturgemäß im Bereich des unteren Totpunkts der Oberstempeleinhert am größten. Gerade in dieser Stellung der Presse ist aber das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebskraft und Presskraft auch am größten. Das führt dazu, daß die für den Pressantriebs benötigte Antriebsleistung im Vergleich zu einer mit gleicher maximaler Presskraft ausgestatteten hydraulischen Presse wesentlich geringer gewählt werden kann. Dadurch ist auch der gesamte Energieverbrauch während eines Presszyklusses wesentlich geringer.

Die erfindungsgemäße Presse erlaubt Zykluszeiten, die noch unter derjenigen einer in üblicher Weise elektromotorisch angetriebenen mechanischen Exzenterkurbelpresse liegen. Dies ist dann möglich, wenn die Verstelleinrichtungen für die Hubbegrenzung so eingestellt werden, daß der Hub jeweils deutlich vor Erreichen, des oberen Totpunkts des Exzenterkurbeltriebs beendet und anschließend umgekehrt wird. Bei einer üblichen mechanischen Presse muß dieser Weg Immer voll durchfahren werden.

Die Zykluszeit einer herkömmlichen mechanischen Presse wird wesentlich mitbestimmt durch die notwendigen Abläufe beim Freilegen des Preßlings. Hierzu gehört insbesondere die notwendige Aufrechterhaltung einer Auflastekraft während des Abziehens der Matrize, die durch ein in die Oberstempelantriebseinheit untergebrachtes hydraulisches Zylinder/Kolben-System aufgebracht wird. Im Durchlaufbetrieb muß dieses Zylinder/Kolben-System entsprechend der Rückbewegung der Oberstempelantriebseinheit eine Ausfahrbewegung zur Aufrechterhaltung der Auflastekraft durchführen und nach Abziehen der Matrize möglichst schnell wieder in die Ausgangsposition zurückfahren. Dies erfordert entweder eine besonders leistungsfähige (teure) Hydraulik oder aber eine Anpassung der Grundgeschwindigkeit (Drehzahl) der Presse an den Zeitbedarf für die Bewegung des Zylinder/Kolben-Systems. Bei der erfindungsgemäßen Presse kann problemlos die Geschwindigkeit der Oberstempelantriebseinheit im Bereich des unteren Totpunktes stark reduziert oder sogar zeitweilig auf Null gehalten werden, bis der Preßling freigelegt ist. Hierdurch kann der hydraulische Aufwand für die Zylinderbewegungen für die Auflastekraft sehr klein gehalten werden. Nach dem

Ausformen kann die Oberstempelantriebseinheit mit der maximal möglichen Geschwindigkeit in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren werden.

Ein ebenfalls vorteilhafter Betrieb der erfindungsgemäßen Presse ergibt sich dann, wenn die Verstelleinrichtung für die Hubbegrenzung im Bereich des unteren Totpunktes der Oberstempeleinheit so eingestellt wird, daß der untere Totpunkt um ein kleines Stück überfahren wird. Die Presse wird also im Bereich eines Kurbelwinkels betrieben, der geringfügig über 180° liegt. Nach Erreichen des Endpunktes wird wegen des grundsätzlich reversierenden Betriebes der Presse der Totpunkt bei 180° zwangsläufig erneut überfahren. Das bedeutet, daß auf eine äußerst einfache Art und Weise ein doppeltes Pressen mit maximaler Presskraft am unteren Totpunkt bei jedem Arbeitszyklus stattfindet. Dies hat bei bestimmten Pressteilen einen besonderen Vorteil.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Presse,

Fig. 2 ein schematisches Prinzipbild einer Presse mit zwei

Differentialkolbensystemen und

Fig. 3 den Vertauf charakteristischer Größen der Presse in Abhängigkeit vom

Kurbelwinkel.

Bei der Darstellung in Figur 1 handelt es sich um eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Presse im Schnittbild, wobei lediglich der Antrieb einer Oberstempeleinheit 2 wiedergegeben ist. Diese Oberstempeleinhert 2, in der je nach der Form des herzustellenden Presskörpers ein oder mehrere Oberstempel gehalten werden, ist in einem Grundgestell 1 der Presse gleitend gelagert. Der Preßkörper wird in dem von einer Matrize 12 und einer im Grundgestell 1 der Presse z.B. fest abgestützen Unterstempeleinheit 11 eingeschlossenen Formhohlraum erzeugt, in den der oder die Oberstempel beim Pressen eintauchen. Zweckmäßigerweise ist eine mechanische Verstelleinrichtung 13 vorgesehen, über die die Ausgangsposition der

Oberstempeleinheit 2 einstellbar ist. Über ein Pleuel 3 wird die Oberstempeleinheit 2 mittels einer im Grundgestell 1 drehbar gelagerten Kurbelwelle 4 bewegt. Beim Drehen der Kurbelwelle 4 ergibt sich für die Oberstempeleinheit 2 ein annähemd sinusförmiger Geschwindigkeitsverlauf. Ein Zahnrad 5 ist mit der Kurbelwelle 4 drehfest verbunden.

Das Pleuel 3 ist mit der Kurbelwelle über eine Exzenterscheibe verbunden, die einstückig mit dem Zahnrad 5 ausgeführt sein kann. An einander gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads 5 sind zwei Zahnstangen 6.1 und 6.2 angeordnet, die mit dem Zahnrad 5 in antriebstechnischer Verbindung stehen. Im vorliegenden Fall sind die Zahnstangen vertikal stehend angeordnet. Grundsätzlich wäre aber auch eine andere Winkellage möglich. Nach oben hin setzen sich die Zahnstangen in Form eines Tauchkolbens 7.1 bzw. 7.2 eines zugeordneten Zylinder/Kolben-Systems fort, so daß eine exakte lineare Gleitführung vorliegt. Auch im unteren Bereich sind die beiden Zahnstangen 6.1 und 6.2 exakt gleitend geführt. Die Tauchkolben 7.1 und 7.2 können jeweils einstückig mit den Zahnstangen 6.1 bzw. 6.2 ausgeführt sein. Zur Bewegung der Oberstempeleinhert 2 ist ein hydraulisches Drucksystem vorgesehen, das eine über ein Überdruckventil abgesicherte Hydraulikpumpe 9 aufweist, die vorzugsweise als regelbare Pumpe ausgebildet ist. Die Saugseite der Hydraulikpumpe 9 ist mit einem Vorratsbehälter für die Hydraulikflüssigkeit verbunden, während die Druckseite über ein 4/3-Wege-Ventil 8 wahlweise jeweils mit einem der beiden Zylinderräume verbindbar ist, die den beiden Tauchkolben 7.1 und 7.2 zugeordnet sind. In einer ersten Stellung des Ventils 8 wird der Zylinderraum für den Tauchkolben 7.1 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und der Zylinderraum für den Tauchkolben 7.2 gleichzeitig an den Vorratsbehälter für das Hydraulikmittel angeschlossen, während in einer zweiten Stellung (eingezeichnete Mittelstellung) beide Zylinderräume verschlossen sind und die Hydraulikpumpe 9 mit ihrer Druckseite unmittelbar wieder an den Vorratsbehälter für Hydraulikmittel angeschlossen ist. In einer dritten Schattstellung des Ventils 8 ist der linke Zylinderraum an den Vorratsbehälter für Hydraulikmittel und der rechte Zylinderraum an die Druckseite der Hydraulikpumpe 9 angeschlossen. Der Tauchkolben 7.1 hat eine deutlich größere Querschnittsfläche als der Tauchkoben 7.2, so daß der Tauchkoben 7.1 bei gleichem Hydraulikdruck eine entsprechend größere Kraft entwickelt, die als Umfangskraft über die Zahnstange 6.1 auf das Zahnrad 5 übertragen wird.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Presse läßt sich wie folgt beschreiben:

Die Tauchkolben 7.1 und 7.2 werden über das Hydraulikventil 8 wechselweise mit dem von der Hydraulikpumpe 9 geförderten Hydraulikmittel beaufschlagt und bewirken somit über die Zahnstangen 6.1 und 6.2 und das Zahnrad 5 eine entsprechende Drehbewegung der Kurbelwelle 4. Der Hub der Tauchkoben 7.1 und 7.2 sowie die Länge der Zahnstangen 6.1 und 6.2 sind so ausgelegt, daß sich bei einem vollständigen Hub eine Drehbewegung an der Kurbelwelle von etwa 180° ergibt. Bei entsprechender Wahl der Ausgangsstellung von Pleuel 3 und Zahnstangen 6.1 und 6.2 fährt der Kurbeltrieb bei vollem Hub seine beiden absoluten Totpunkte an. Am Boden des Gleitraums, in dem sich die Zahnstangen 6.1 und 6.2 bewegen, ist jeweils eine Verstelleinrichtung 10.1 bzw. 10.2 angeordnet, die einen einstellbaren Endanschlag darstellt, auf den das freie Ende der Zahnstange 6.1 bzw. 62. stirnseitig auffahren kann. Durch die Verstelleinrichtung 10.1 wird die effektive Endlage der Oberstempeleinheit 2 im Bereich des unteren Totpunkts UT und durch die Verstelleinrichtung 10.2 die effektive Endlage im Bereich des oberen Totpunkts OT festgelegt. Selbstverständlich kann anstelle einer gesteuerten Bewegung mit verstellbaren Endanschlägen für die Endlagen auch eine elektronisch geregelte Bewegung mit frei programmierbaren Positionen und Geschwindigkeiten vorgesehen werden. Wenn die Tauchkolben 7.1, 7.2 sowie die Zahnstangen 6.1 und 6.2 hinreichend lang ausgebildet sind, kann der Kurbeltrieb auch eine Drehung von über 180° ausführen. In diesen Fällen kann dann je nach Bedarf durch Einstellung der Verstelleinrichtungen 10.1 und 10.2 ein Arbeitsbereich von unter 180° oder auch über 180° vorgegeben werden. In letzterem Fall wird dann der absolute Totpunkt der Pressstellung einmal im eigentlichen Arbeitstakt und dann noch einmal zu Beginn des "Leertaktes" überfahren, so daß eine Doppelpressung bewirkt wird. Durch Verkürzung der Drehung der Kurbelwelle auf einen Bereich von deutlich unter 180° kann die Notwendigkeit vermieden werden, das relativ zeitraubende Tal und/oder die Bergspitze der sinusförmigen Bewegungskurve komplett durchfahren zu müssen. Damit läßt sich ohne weiteres etwa 30-50% der Zykluszeit einsparen. Eine solche Möglichkeit besteht nur bei einem Reversierbetrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung, nicht aber bei Pressen mit dem üblichen Exzenterantrieb, der regelmäßig vollständige Umdrehungen ausführt. Da der Tauchkolben 7.1 eine deutlich größere Querschnrttsfläche aufweist als der Tauchkolben 7.2 bewirkt er eine hohe Presskraft bei vergleichsweise mäßiger Geschwindigkeit der Oberstempelleinheit 2, was für die Verdichtung des Pulvers günstig ist. Die Bewegung der Oberstempeleinheit 2 zum Öffnen der Pressform und zum Freilegen des Presskörpers wird durch den im Querschnitt deutlich kleineren

Tauchkolben 7.2 bewirkt. Bei gleichbleibendem Fördervolumen der Hydraulikpumpe 9 bedeutet dies, daß der Leertakt erheblich schneller abläuft als der eigentliche Arbeitstakt. Die erfindungsgemäße Presse kombiniert also in vorteilhafter Weise eine langsame Arbeftsfahrt mit großer Presskraft und eine schnelle Rückfahrt mit geringerer Kraft. Die Antriebsleistung der Presse kann auf diese Weise deutlich gleichmäßiger genutzt werden, als dies bei einer üblichen hydraulischen Presse der Fall ist.

Rechts oben ist in Figur 1 der sinusähnliche Verlauf des von der Oberstempeleinheit 2 zurückgelegten Weges in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Im gewählten Beispiel beträgt die Kurbelwellendrehung 180°, so daß sich die Oberstempeleinheit 2 vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT bewegt. Die dafür benötigte Zeit ist mit t_v bezeichnet. Da die anschließende Rückbewegung vom unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt durch den kleineren Tauchkolben 7.2 bewirkt wird, liegt zwar eine gleich große Drehung der Kurbelwelle 4 vor, aber der Zeitbedarf ist aufgrund des konstanten Förderstroms der Hydraulikpumpe 9 kleiner geworden und beträgt nur noch tr. Der zweite Teil der Sinuskurve ist daher in Richtung der Zeitachse entsprechend gestaucht. Durch strichpunktierte Linien sowie die Zeichen +/- ist in der Grafik angedeutet, daß die Endlage der Oberstempeleinheit im Bereich der Totpunkte durch Betätigung der Verstelleinrichtungen 10.1 und 10.2 in positive oder negative Richtung variiert werden kann. Der Teil des Arbeitstaktes, in dem das Pulver in der Pressform verdichtet wird, ist mit A bezeichnet.

In Figur 2 ist in stark schematisierter Form das Prinzipbild einer erfindungsgemäßen Presse dargestellt, die statt der beiden Tauchkolbensysteme 6.1, 6.2 gemäß Figur 1 nunmehr zwei Differentialkolbensystemen 14.1,14.2 aufweist. Da die beiden Differentialkolbensysteme 14.1 und 14.2 sowohl während des Arbeits- als auch während des Leerhubs gleichzeitig mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden, reduziert sich die jeweilige Zahnbelastung bei gleichem Drehmoment an der Kurbelwelle auf die Hälfte der Belastung gegenüber der Presse von Figur 1. Die Funktionsweise ist im übrigen grundsätzlich gleich.

In Figur 3 sind im Sinne eines Ausführungsbeispiels in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel des Exzenterkurbeltriebs die Verläufe einiger Kennwerte einer erfindungsgemäßen Presse wiedergegeben. Dabei ist nur jeweils der Ausschnitt im Bereich des Kurbelwinkels &agr; von 130° bis etwa 180° (unterer Totpunkt) wiedergegeben. Das

ausgewährte Beispiels bezieht sich auf eine Presse, bei der der Kurbelwinkelbereich von 130° bis 180° einem Verfahrweg der Oberstempeleinheit um 40 mm entspricht. Die Kurve s des Verfahrwegs in Figur 3 gibt somit den Abstand der Oberstempeleinhett von dem unteren Totpunkt an. Dieser Verfahrweg entspricht etwa dem tatsächlichen Pressvorgang in der Presse, also der Phase der Pulververdichtung.

Die mit F bezeichnete Kurve gibt den Verlauf der tatsächlichen Presskraft bei einem repräsentativen Presskörper wieder, der die von der Presse verarbeitbare maximale Höhe aufweist. Mit zunehmender Pulververdichtung steigt diese Presskraft F ab etwa einem Kurbelwinkel &agr; von 140° stark an bis auf einen Wert von 2340 kN im unteren Totpunkt.

Das zur jeweiligen Presskraft gehörende Drehmoment M_dan der Kurbelwelle hat unter den gegebenen Abmessungsverhältnissen der Presse bei einem Kurbelwinkel von 140° eine Größe von 7125 Nm. Das Drehmoment steigt dann steil an und erreicht bei etwa 160° sein Maximum mit einem Wert 45500 Nm. Die Presskraft beträgt im Drehmomentmaximum 1225 kN. Nach Erreichen des Maximums fällt das Drehmoment bei weiter zunehmendem Kurbelkwinkel &agr; stark ab und beträgt im unteren Totpunkt Null, während die Presskraft ihren Höchstwert erreicht. Da das Drehmoment direkt proportional ist zur hydraulischen Kraft des zugeordneten Tauchkolbens, entspricht der Vertauf des Drehmoments auch dem Verlauf der hydraulischen Kraft, d.h. der Tangentialkraft am Zahnrad des Kurbeltriebs. Man erkennt, daß schon bei einer mittleren Presskraft das höchste Drehmoment anliegt und für die weitere Steigerung der Presskraft nicht nur keine Erhöhung des Drehmoments erforderlich ist, sondern dieses Drehmoment sogar bis auf Null im unteren Totpunkt absinkt. Dieser Kraftverlauf ist allgemein typisch für Pulverpressen und um so ausgeprägter, je größer die Höhe der herzustellenden Pressteile ist. Der Verlauf der Drehmomentenkurve ist dagegen typisch für eine Presse mit Exzenterkurbertrieb. Die Fläche unter der Drehmomentkurve M_d ist repräsentativ für die bei der Verdichtung des Presskörpers geleistete Arbeit.

Unter den Verhältnissen des der Figur 2 zugrunde liegenden Ausführungsbeispiels beträgt die Tangentialkaft am Zahnrad, d.h. die Kraft des Hydraulikzylinders, im Drehmomentmaximum (45500 Nm) lediglich 364 KN, während die tatsächlich auf den Pressling einwirkende Presskraft bei 1225 kN liegt. Das bedeutet also, daß an dieser

Stelle des Arbeitstaktes unter den gegebenen Bedingungen der Presse und des zu verpressenden Pulvers eine Kraftübersetzung im Verhältnis zur aktuellen Preßkraft (1225 kN) von 1:3,37 und im Verhältnis zur Endpreßkraft (2340 kN) von 1:6,43 vorliegt. Die maximal mögliche Kraftübersetzung V ist in Figur 2 ebenfalls in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel &agr; dargestellt. Insbesondere im Bereich der letzten Winkelgrade vor Erreichen des unteren Totpunkts ergibt sich ein stark progressiver Anstieg für die Kraftübersetzung V. Bei einem Kurbelwinkel &agr; von 165° liegt der Wert von V bei 1:3, bei 175°bereits bei 1:10 und erreicht bei 177,5° den Wert von etwa 1:20. Solche Verhältnisse lassen sich bei der Herstellung von Pressteilen mit sehr geringem Pressweg auch praktisch nutzen und realisieren. In einem solchen Fall wäre für das Erreichen der in vorstehendem Beispiel geschilderten maximalen Presskraft von 2340 kN lediglich eine Tangentialkraft am Zahnrad des Kurbeltriebs von etwa 116 kN erforderlich. Das wäre etwa lediglich 1/3 der notwendigen Tangentialkraft von 364 kN bei dem Presskörper des vorstehenden Beispiels mit großer Presskörperhöhe.

Dementsprechend wäre für die Herstellung entsprechend niedriger Pressteile auch nur eine auf etwa 1/3 reduzierte Antriebsleistung erforderlich. Zwischen den beiden genannten Extremwerten des Übersetzungsverhältnisses der Presskraft von etwa 1:6 und etwa 1:20 liegt der übliche Arbeitsbereich einer Pulverpresse. Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Presse würde eine übliche hydraulische Presse mit direktem Kolbenantrieb für die Presswerkzeuge eine etwa 6-fach höhere Hydraulikkraft und selbst mit einer intelligenten last- und geschwindigkeitsabhängigen Regelung noch einen 2- bis 3-fach höheren Leistungsbedarf haben.

Im Hinblick auf die Flexibilität der erfindungsgemäßen Presse ist noch darauf hinzuweisen, daß durch Fördermengenänderung an der Hydraulikpumpe 9 eine unmittelbare Änderung der Grundgeschwindigkeit der Presse sowie der Geschwindigkeiten innerhalb einzelner Zyklusabschnitte problemlos möglich ist. Der Steuerungsaufwand hierfür ist minimal. Durch entsprechendes Schalten des Hydraulikventils 8 können bei Bedarf Stillstandszeiten in den Presszyklus eingebaut oder aber auch Leerhübe zeitlich verkürzt werden.

Mit besonderem Vorteil wird der durch die Erfindung vorgeschlagene Antrieb für die Oberstempeleinheit bei Pulverpressen eingesetzt, deren sonstige Bewegungsebenen (Matrize, Werkzeugadapter) ebenfalls hydraulisch angetrieben sind und die einen gemeinsamen Hauptantriebsmotor für die Hydraulik besitzen. Dies ist besonders

deswegen zweckmäßig, weil der Leistungsbedarf für die Oberstempeleinheit und die Matrize in der Regel nicht gleichzeitig sondern nacheinander anstehen und das größere Schwungmoment eines zentralen Antriebs zum Abbau der Leistungsspitze an der Oberstempeleinheit im Bereich eines Kurbelwinkels von etwa 160° und später am unteren Totpunkt (Kurbelwinkel 180°) beim Losreißen der Matrize förderlich ist. Die erfindungsgemäße Presse liefert einen etwa sinusförmigen Bewegungs- und Kraftverlauf, ermöglicht eine hohe Genauigkeit bei den zu erzeugenden Presskörpern, hat einen hohen Wirkungsgrad, ist im Hinblick auf die herstellbaren Teile äußerst flexibel, erhöht die Produktionsleistung deutlich und bringt einen wesentlichen Fortschritt in der Fertigungstechnologie.

Bezugszeichenliste	,6.2	Grundgestell
1	,7.2	Oberstempeleinheit
2		Pleuel
3		Kurbelwelle
4	1,10.	Zahnrad
5		Zahnstange
6.1		Tauchkolben
7.1		Hydraulikventil
8	14.1	Hydraulikpumpe
9	2 Verstelleinrichtung
10.	Unterstempel
11	Matrize
12	Verstelleinrichtung
13	, 14.2 Differentialkolbensystem

Claims (15)

1. Presse zum Verpressen pulverförmiger Massen, insbesondere von Metallpulvern, mit einem mindestens ein Pleuel (3) sowie eine Kurbelwelle (4) und ein mit dieser drehfest verbundenes Zahnrad (5) aufweisenden Exzenterkurbettrieb für den Antrieb einer Oberstempeleinheit (2) und mit einem hydraulischen Antrieb für Preßwerkzeugteile, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines reversierenden Antriebsdrehmoments mindestens eine Zahnstange (6.1, 6.2) vorgesehen ist, durch die das Zahnrad (5) antreibbar ist, und daß die Zahnstange (6.1, 6.2) ihrerseits durch ein hydraulisches Zylinder/Kolben-System linear verfahrbar ist.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zahnstangen (6.1, 6.2) vorgesehen sind, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads (5) angeordnet und jeweils durch ein eigenes Zylinder/Kolben-System antreibbar sind.

3. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinder/Kolben-System jeweils einen Tauchkolben (7.1, 7.2) aufweist.

4. Presse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der beiden Zylinder/Kolben-Systeme unterschiedlich sind.

5. Presse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder/Kolben-Systeme so schaltbar sind, daß das Zylinder/Kolben- System mit dem größeren Durchmesser nur während des Arbeitshubs und das Zylinder/Kolben-System mit dem kleineren Durchmesser nur während des Leerhubs mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird.

6. Presse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (7.1, 7.2) und die Zahnstange (6.1, 6.2) ein körperlich zusammenhängendes Bauteil bilden.

7. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine ZylinderlKolbensystem als Differentialkolbensystem (14.1, 14.2) ausgebildet ist.

8. Presse nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Differentialkolbensysteme (14.1, 14.2) so schaltbar sind, daß die größere Kolbenfläche der Differentialkolbensysteme (14.1, 14.2) nur jeweils während des Arbeitshubs und die kleinere Kolbenfläche nur jeweils während des Leerhubs mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird.

9. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zahnstange (6.1, 6.2) eine Länge aufweist, die zumindest annähernd einer halben Umdrehung des Zahnrads (5), insbesondere einem Kurbelwinkelbereich von bis zu 120° entspricht.

10. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der mindestens einen Zahnstange (6.1, 6.2) durch eine Verstelleinrichtung (10.1, 10.2) in Form eines mechanischen Endanschlages einstellbar ist.

11. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Presse eine Matrize (12) umfaßt, die durch Hydraulikzylinder kontrolliert verfahrbar ist.

12. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Presse einen hydraulisch betätigbaren Werkzeugadapter umfaßt.

13. Presse nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler elektrischer Motor vorgesehen ist zum gemeinsamen Antrieb der Hydraulikpumpe (9) zur Druckversorgung für das wenigstens eine Zylinder/Kolben-System für den Antrieb der Oberstempeleinheit (2) sowie einer weiteren Hydraulikpumpe für die Hydraulikzylinder der Matrize (12) und/oder den hydraulisch betätigbaren Werkzeugadapter.

14. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Wegmeßsystem zur Erfassung der aktuellen Position des mindestens einen Zylinder/Kolben-Systems vorgesehen ist.

15. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Drehwinkelgeber zur Erfassung der aktuellen Stellung der Kurbelwelle (4) vorgesehen ist.