DE4117250C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Adapterplatte für eine konventionelle Axial­ presse. Derartige Axialpressen weisen bekanntermaßen einen Pressenständer und ein darin eingebrachtes Werkzeuggestell auf, das sich entsprechend der Pressen-Hubrichtung in ein unteres und ein oberes Werkzeugteil gliedert.

Axialpressen sind z. B. als mechanische oder hydraulische Gesenkpressen bekannt. Das Preßwerkzeug bzw. Pressengestell, in der Fachsprache auch Adapter genannt, ist mittels spezieller Aufnahmevorrichtungen im Pressenständer eingebracht. Es besteht aus seitlichen Führungssäulen, auf die eine obere und untere Werkzeugplatte aufgesetzt und innerhalb denen die Bauteilgruppen des Preßwerkzeuges einschließlich der Formteilmatrizen eingebaut und beweglich geführt sind.

Axialpressen werden zum Schmieden und zur Materialumformung von über die Schmelze hergestellten Formteilen, aber auch zum Pressen und Kalibrieren - nach dem Sintern - von Formteilen aus metallischen oder keramischen Pulvern.

Die Technik des Pulverpressens ist in den letzten Jahren stark ausgewei­ tet und verfeinert worden. Gleichwohl liegen die heute mittels des Axial­ pressens erreichbaren Pulverdichten häufig kaum über 80% der theore­ tischen Werkstoffdichte, günstigstenfalls bei ca. 90%. Damit lassen sich jedoch keine metallischen Formteile fertigen, deren Restporosität und mechanische Festigkeit hohen Anforderungen gerecht werden und die denjenigen vergleichbar sind, die aus schmelzmetallurgischen Rohlingen mittels zerspanender Formgebung hergestellt werden können.

Eine weitergehende Verdichtung mittels Axialpressens scheitert nicht an der Verfügbarkeit höherer Stempeldrücke. Materialblockaden zwischen den einzelnen Körnern des Preßgutes verhindern ein ausreichendes Fließen einzelner Materialbereiche.

Als Ausweg aus der oben geschilderten Grenzsituation wurden bisher das Pulverschmieden oder das Dichtsintern ohne anschließendes Nachkalibrieren unter Verwendung besonders feinkörniger Pulver gesehen. Nachteilig gegenüber dem Axialpressen von Pulvern üblicher Korngröße sind die geringere Formgenauigkeit bzw. Nichteinhaltbarkeit enger Fertigungstoleranzen bei den gefertigten Produkten im Falle des Dichtsinterns, weil derart dichtgesinterte Produkte anschließend nicht mehr kalibrierbar sind.

Neben dem Axialpressen ist das Taumelpressen ein anderes bekanntes Preßverfahren, das bisher überwiegend zur Nachbearbeitung schmelzmetallurgisch gefertigter Formteile, daneben aber auch zum Pulverpressen verwendet wurde. Das Wesen dieses Verfahrens liegt bekanntlich in einem nicht großflächigen, sondern in einem dynamischen bzw. pulsierenden, näherungsweise linienförmigen Verpressen und Verdichten von Pulverwerkstoffen bzw. Werkstücken mittels eines als Preßstempel arbeitenden, sogenannten Taumelkopfes. Dabei überträgt dieser wegen der Linienberührung mit dem Preßgut im Takt der Kreisfrequenz des Taumelvorganges stets nur einen lokal wirkenden axialen Preßdruck auf das Werkstück. Auf den Anwendungsfall Pulverpressen bezogen bedeutet dies ein Fließen der Pulverkörner im Preßgut, selbst in Fällen, wo beim Axialpressen bereits die vorgenannten Blockaden eingetreten sind.

Mittels dieser Technik läßt sich bei Sinterformteilen eine Verbesserung der mechanischen Werkstoffeigenschaften über höhere Verdichtung erzielen. Das Taumelpressen ist in der Regel eine Ergänzung zum Axialpressen von Pulvern. Sofern neben- bzw. nacheinander angewandt, verlangt das aber die hohe Investition zweier teurer Presseneinheiten mit doppeltem Platzbedarf für die Aufstellung und jeweils eigenen Werkzeugen. Zusammen mit der Verlängerung der Fertigungszeit durch den zusätzlichen Preßschritt verteuert ein solcher Zusatzaufwand somit das Sinterprodukt ganz wesentlich, oftmals in einem nicht vertretbaren Maße. In der Praxis hat sich das Pressen eines Formkörpers in einer Axialpresse und das Nachverdichten in einer zusätzlich aufgebauten Taumelpresse aus Kostengründen nicht durchsetzen können.

Das Taumelpressen wird in speziell dafür entwickelten Einzweckpressen durchgeführt. Stellvertretend für derartige Antriebsaggregate seien die DE 20 33 107 B2, die EP 00 14 575 A1, die EP-A2 03 69 789 A2 und die EP 03 83 578 A2 genannt.

Die DE-AS 16 52 653 beschreibt eine solche Taumelpresse, auch Walzgesenkpresse genannt. Der dort mit Patrizenträger und Patrize bezeichnete Taumelkopf wird entsprechend der dort beschriebenen Ausführung über eine Kugelkalotte gegen das Werkstück abgestützt und weist ein zapfenförmiges Patrizenträgerende auf, das nicht nur - wie üblich - in einem einzigen, sondern in zwei ineinanderliegenden, zur Mittelachse der Walzgesenkpresse jeweils exzentrischen Ringen gelagert ist, wobei beide exzentrische Ringe angetrieben sind und die Antriebsleistung vorzugsweise mittels hydraulischer Vorrichtungen auf die exzentrischen Ringe übertragen wird.

Entsprechend einer anderen bekannten Ausführung wurde in der DE 25 32 067 A1 bereits vorgeschlagen, die Taumelbewegung mittels drei oder vier am Umfang des Gesenkhalters angebrachter, mit entsprechender Phasenverschiebung arbeitender Druckzylinder zu erzeugen. Taumelvorrichtung und Antriebsaggegate befinden sich innerhalb der Presse. Derartige Ausführungen haben jedoch keine praktische Bedeutung erlangt. Ein Grund dafür dürfte die fehlende praktische Erfahrung mit vergleichbaren, unter hohem Druck arbeitenden Aggregaten sein, wo durch die Entkoppelung der Bewegungen zusätzliche Steuerungsprobleme anfallen.

Bei den vorbekannten Sonderausführungen für eine Taumelpresse ist weiterhin die Taumelgesenkpresse zur Herstellung von Werkstücken mit langgestrecktem Schaft zu nennen, wie sie in der DE 31 30 923 C2 beschrieben ist. Die Taumelpresse weist zu diesem Zweck im Untergesenk eine Durchgangsöffnung in Form einer Nut auf, die von der Bearbeitungszone bis zu einem seitlich auskragenden Abschnitt des Werkzeuges verläuft. Die Gesenkaufnahme, die das Untergesenk trägt, ist aus der Bearbeitungszone seitlich herausbewegbar. Somit läßt sich das Werkstück leicht ein- und ausbauen. Die Übertragung der Antriebsleistung auf den Taumelkopf erfolgt wahlweise mechanisch oder hydraulisch.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe vorliegender Erfin­ dung die Kombination des Axialpressens und des Taumelpressens bzw. Taumel­ schmiedens in einer einzigen handelsüblichen Axialpresse. Die Aufgabe besteht im einzelnen darin, eine handelsübliche bzw. eine vorhandene Axialpresse mit wirtschaftlich und technisch vertretbarem Aufwand um die Funktion des Taumelpressens zu erweitern. Die Erweiterung ist wirtschaft­ lich, wenn sie in einem Fertigungsbetrieb, je nach den Anforderungen an das Werkstück, die Durchführung beider Preßverfahren alternativ oder nacheinander vergleichsweise kostengünstig gestattet. Wie weiter vorne bereits angeführt, erlaubt z. B. die für Sinter-Massenteile gebotene Preiskalkulation die Installation und kombinierte Anwendung von getrennten Axial- und Taumelpressen in der Regel nicht, selbst dort nicht, wo der technische Vorteil der Kombination beider Preßtechniken erkannt ist.

Die Erweiterung ist zudem auch technisch sinnvoll, wenn ein rascher Umbau von der einen in die andere Pressenfunktion ohne lange Pressenstillstandszeiten und mit eher beschränkten technischen Mitteln möglich ist.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung wird mittels einer Adapterplatte für eine Axialpresse gemäß Anspruch 1 vorliegender Erfindung erfüllt.

Der Begriff Adapterplatte besagt, daß es sich hierbei um eine Zusatzvor­ richtung für eine Standardausrüstung bzw. für ein Standardwerkzeug zur Erfüllung einer Zusatzfunktion handelt. Eine Adapterplatte erfüllt die Zusatzfunktion erwartungsgemäß, wenn die Platte mit vergleichsweise geringem zeitlichen und mit nur durchschnittlichem technischen Aufwand in die Standardausrüstung einführbar ist.

Das trifft für die Adapterplatte gemäß vorliegender Erfindung zu, soweit sie die in Anspruch 1 genannten technischen Merkmale aufweist.

Die Adapterplatte wird bevorzugt in den Führungssäulen des Werkzeug­ gestells der Axialpresse eingesetzt und mit einzelnen Baugruppen des Axialpreßwerkzeuges mechanisch verbunden.

Die Adapterplatte kann wahlweise im oberen oder im unteren Werkzeugteil eingebracht werden.

Die Vorrichtungen und Konstruktionsteile der Adapterplatte sind auf geringe Bauhöhe in der Axial- bzw. Preßrichtung ausgelegt.

Bisher verwendete Techniken zur Erzeugung der Taumelbewegung lassen sich auf vorliegende Erfindung in beschränkter Variationsbreite und bei entsprechend angepaßten Ausführungsdetails übertragen.

In der Adapterplatte gemäß Erfindung befindet sich neben dem Taumelkopf nur die Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung selbst. Die Antriebsleistung für die Taumelbewegung wird von einem außerhalb der Axialpresse bzw. des Werkzeuggestells befindlichen Antriebsaggregat auf den Taumelkopf übertragen. Das Antriebsaggregat kann demnach örtlich völlig getrennt von der Axialpresse mit Adapterplatte aufgestellt sein.

Die Auswahl von Übertragungseinrichtungen für die Antriebsleistung ist ebenfalls auf platzsparende Bauteile beschränkt. Nur dann ist sichergestellt, daß sie sich in die vorhandene Axialpresse, bzw. das Werkzeuggestell einführen und an die Kupplung der Adapterplatte anschließen lassen.

Beim Taumelpressen ist bekanntlich der Taumelbewegung des Taumelkopfes eine Axialbewegung zu überlagern.

Die Adapterplatte gemäß Erfindung, im Werkzeugoberteil eingebracht, macht die Pressenhauptbewegung des Oberstempels der Axialpresse voll mit. Das Taumelpressen erfolgt also nicht notwendigerweise bei konstanter Höheneinstellung des Taumelkopfes und axial bewegtem Werkzeugunterteil, wie in den am Markt verfügbaren Taumelpressen üblich.

Die vorgenannte Einbringung der Adapterplatte in das Werkzeuggestell gestattet es weiterhin, den Preßstempel des Taumelkopfes auch zum Axialpressen zu verwenden. Dazu wird der Taumelkopf in seine Ruhestellung, d. h. in eine Lage gebracht, wo seine Rotationsachse mit der Pressenhauptachse zusammenfällt, und dort arretiert.

Angesichts des sehr beschränkten Raumes, welcher für eine Adapterplatte in einer herkömmlichen Axialpresse zur Verfügung steht, bietet die bisher nicht kommerziell genutzte Technologie zur Erzeugung der Taumelbewegung eines Taumelkopfes mittels hydraulischer Druckstempel besondere Vorteile. Die Preßstempel derartiger Druckzylinder können wahlweise an einer der Arbeitsfläche diametral gegenüberliegenden Ringfläche des Taumelkopfes in Axialrichtung ansetzen, oder alternativ auch sternförmig in einer zur Axialrichtung senkrechten Ebene an einem Zylinderfortsatz des Taumelkopfes ansetzen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zur Erzeugung der Taumelbewegung mindestens 6, in gleichen Abständen um die Taumelachse angeordnete, mit der Taumelfrequenz zueinander phasenverschoben arbei­ tende, hydraulische Druckzylinder zu verwenden.

Bei der hydraulischen Antriebsvariante für das Taumelpressen läßt sich das Druckmittel zur Übertragung der Antriebsleistung über flexible Druck­ schläuche mit gebräuchlichen Kupplungseinrichtungen schnell und platzsparend von einer außerhalb der Axialpresse befindlichen Hydraulikpumpe auf den Taumelkopf zuführen.

Als Antriebsaggregat haben sich Axial-, aber auch Radialpumpen bewährt, bei denen einzelne Druckzylinder entweder axial über eine Taumelscheibe oder in sternförmiger, radialer Anordnung über Nocken von einer zentralen mechanischen Antriebseinheit exakt phasenverschoben zueinander angesteuert werden.

Im Falle der mechanischen Übertragung einer Antriebsleistung auf den Taumelkopf hat es sich als vorteilhaft erwiesen, in Anlehnung an den Stand der Technik den Taumelkopf in einer kugel- bzw. kalottenförmigen Ausnehmung der Adapterplatte gleitbar zu lagern und die Taumelbewegung mittels einer einen Zylinderfortsatz des Taumelkopfes umschließenden rotierenden Exzenterbüchse zu erzeugen.

Der mechanische Antrieb von außen erfolgt über eine starre Leitspindel oder Schiebewelle als Übertragungseinrichtung. Die Enden dieser Welle oder Spindel werden in Anwendung bekannter Technologien über ein Kupplungselement in der Adapterplatte mit der Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung, hier der rotierenden Exzenterbüchse, mechanisch lösbar verbunden.

Die Adapterplatte gemäß vorliegender Erfindung wird überall dort mit Vor­ teil angewandt, wo bisher allein mittels des Axialpressens gepreßt wurde und wo es gilt, die geometrische und fertigkeitsmäßige Qualität von Formteilen zu verbessern und/oder einen nach anderen Verfahren erzielbaren, hohen Qualitätsstandard wirtschaftlicher zu erreichen. Vorzugsweise Anwendungsbereiche sind demnach das Schmieden oder Tiefziehen von Formteilen, insbesondere von Stahlteilen, unter Verwendung schmelzmetallurgisch gefertigten Vormaterials. Aber auch für das Pressen von metallischen und keramischen Pulvern und/oder für das Kalibrieren metallischer Sinterformteile ist die Adapterplatte gemäß Erfindung vorteilhaft verwendbar.

Durch die Adaptierung zur Presse mit Doppelfunktion gemäß vorliegender Erfindung wird die Fertigung sintermetallurgisch hergestellter Formteile in hoher Werkstoffqualität kostenmäßig wettbewerbsfähig zu solchen, die nach anderen Technologien gefertigt werden, insbesondere aus erschmolzenen Rohlingen mittels mechanischer Formgebung.

Die Adapterplatte gemäß Erfindung eröffnet der pulvermetallurgischen Fertigung in Praxis somit ein neues, um hochfeste, porenarme Bauteile erweitertes Produktespektrum.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Fig. 1 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch den Schnitt durch die Adapterplatte gemäß Erfin­ dung in einer bevorzugten Ausführung. Die Adapterplatte ist in das Werk­ zeuggestell einer konventionellen Axialpresse eingebaut und bildet mit Baugruppen der Axialpresse eine Funktionseinheit. In der Figur ist der obere Werkzeugteil der vorhandenen Axialpresse durch den Werkzeug­ tisch 12 des Werkzeuggestells dargestellt, an dem die Adapterplatte 6 über Flanschverbindungen mittels Schrauben 9 befestigt ist. Der Adapterplatte gegenüber befindet sich das untere Werkzeugteil der Axialpresse, wie es unverändert sowohl zum Axialpressen, als auch zum Taumelpressen verwendet wird. Das untere Werkzeugteil besitzt eine Matri­ zenplatte 2, in die eine spezifische Formteilmatrize 3 eingesetzt ist und in die ein von unten wirkender Preßstempel 1 hineinreicht. In der Preßmatrize ist das zu bearbeitende Werkstück 4 gezeigt.

Die oberen und unteren Werkzeugteile der Axialpresse sind mittels Füh­ rungssäulen 11 miteinander verbunden und zueinander justiert. Das Werk­ zeugoberteil bewegt sich bekanntlich während des Axialpreßvorganges ent­ lang dieser Säulen auf das Werkzeugunterteil zu. Entsprechend wird auch die Adapterplatte 6 längs der Führungssäulen zusammen mit dem Werkzeug­ oberteil auf das Werkzeugunterteil zubewegt.

Die Adapterplatte ist innerhalb des Werkzeuggestells derart justiert, daß sie exakt mit der Hauptachse der Axialpresse zusammenfällt.

Der wesentliche Teil der Adapterplatte ist der Taumelkopf 5. Er besitzt entsprechend einer vorbekannten Ausführung einen kugelförmigen Kopfteil und ist in einer kugelschalenförmigen Ausnehmung des Schaftes der Adapter­ platte gleitbar gelagert. Im Taumelkopf ist ein mechanisch verankerter, separater Preßstempel 10 eingelassen. Die mit dem zu pressenden Werk­ stoff in Berührung kommende Preßfläche des Preßstempels selbst ist nicht eben, sondern hat die Form eines Kegelmantels mit nahe an 180° reichendem Kegelwinkel.

Neben den obengenannten Gleitflächen zwischen Taumelkopf und Schaft der Adapterplatte gehören eine Vielzahl von Druckzylindern 8 mit Druckstem­ peln 7 zu den Vorrichtungen zur Erzeugung der Taumelbewegung. Die Druck­ zylinder sind so in den Schaft der Adapterplatte eingelassen, daß die Druckstempel auf einer Ringfläche des Taumelkopfes enden und infolge der zueinander phasenversetzten Hubbewegung die Taumelbewegung des Taumel­ kopfes erzeugen. Für praktische Ausführungen haben sich 8-12 gleich­ mäßig auf einem Kreis angeordnete Druckzylinder bewährt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Übertragungseinrichtungen, hier Öldruckleitungen, nicht in Fig. 1 dargestellt, über die die An­ triebsleistung von einem außerhalb des Werkzeuggestells und außerhalb der Presse befindlichen Antriebsaggregat, hier einem spezifischen Pumpenaggre­ gat, übertragen werden.

Entsprechend wurde auch auf die Darstellung der Kupplungselemente verzich­ tet. Dem Fachmann ist eine Vielzahl von schnell lösbaren Kupplungseinrich­ tungen für Öldruckleitungen bekannt.

Aus der Figur ist unschwer zu entnehmen, daß zur Durchführung des Taumel­ pressens die Adapterplatte gemeinsam mit dem Werkzeugoberteil entspre­ chend des oberen Pfeiles auf das untere Werkzeugteil mit dem zu bearbei­ tenden Werkstück hin zugestellt wird.

Während des Taumelpressens muß der Taumelbewegung bekanntlich eine Axial­ bewegung überlagert werden. Im Werkzeuggestell einer Axialpresse läßt sich die zusätzliche Axialbewegung entweder durch Hub des unteren Preß­ stempels oder durch weiteres Absenken des gesamten oberen Werkzeugteiles, einschließlich Adapterplatte, erreichen.

In dem dargestellten Beispiel sind einzelne Baugruppen des Werkzeugober­ teils der Axialpresse vor der Montage der Adapterplatte zum Taumelpressen ausgebaut worden. In Anwendungsfällen, in denen das verfügbare Platzange­ bot eine solche Lösung zuläßt, wird die Adapterplatte zum Taumelpressen unmittelbar mit dem unveränderten Werkzeugoberteil der Axialpresse mecha­ nisch verbunden.

Die in der Figur dargestellte Ausführung einer erfindungsgemäßen Adapter­ platte wurde mit Erfolg sowohl zum Formteilschmieden schmelzmetallurgisch gefertigter Ronden und Ringe, als auch zum Pressen bzw. Nachverdichten pulvermetallurgisch gefertigter Massenformteile verwendet.

Die Vorteile der Erfindung kamen insbesondere dort zum Tragen, wo die Fertigung sehr unterschiedlicher Produkte in jeweils nur beschränkter Stückzahl große Flexibilität hinsichtlich Preßverfahren und Werkzeug­ wechsel verlangte.

Claims (6)

1. Adapterplatte für eine Axialpresse mit einem in einem Pressenständer angebrachten Werkzeuggestell, das sich entsprechend der Pressen- Hubrichtung in ein oberes und ein unteres Werkzeugteil gliedert, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterplatte ein Werkzeug mit Taumelkopf zum Taumelpressen ist, die gegen Bauteilgruppen des Werkzeuggestells austauschbar oder in diesem zusätzlich anbringbar ist, und daß die Adapterplatte eine Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung des Taumelkopfes sowie Kupplungselemente für den Anschluß von Übertragungseinrichtungen besitzt, über die sie mit einem außerhalb der Axialpresse befind­ lichen Antriebsaggregat für den Taumelkopf verbunden ist.

2. Adapterplatte für eine Axialpresse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß diese zusammen mit dem unteren Werkzeugteil eine Funktionseinheit zum Taumelpressen ist.

3. Adapterplatte für eine Axialpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung mindestens 6, in gleichen Abständen um die Taumelachse angeordnete, mit der Taumelfrequenz zueinander phasenverschoben arbeitende, hydraulische Druckzylinder und -stempel aufweist.

4. Adapterplatte für eine Axialpresse nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckstempel an einer der Arbeitsfläche diametral gegenüberliegenden Ringfläche des Taumelkopfes in Axialrichtung ansetzen.

5. Adapterplatte für eine Axialpresse nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Taumelkopf einen Zylinderfortsatz besitzt und dort die Druckstempel in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse radial ansetzen.

6. Adapterplatte für eine Axialpresse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taumelkopf eine feststellbare Grundstellung besitzt, in der er zum Axialpressen verwendbar ist.