DE4117250C2 - - Google Patents
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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.
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