EP2311587A1 - Pulverpresse - Google Patents
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- EP2311587A1 EP2311587A1 EP09172938A EP09172938A EP2311587A1 EP 2311587 A1 EP2311587 A1 EP 2311587A1 EP 09172938 A EP09172938 A EP 09172938A EP 09172938 A EP09172938 A EP 09172938A EP 2311587 A1 EP2311587 A1 EP 2311587A1
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- powder press
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- B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
- B30B1/18—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means
- B30B1/181—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by screw means the screw being directly driven by an electric motor
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
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- B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
- B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
Definitions
- the invention relates to a powder press for producing a compact of a powdery material, in particular metal powder or ceramic powder.
- Such a powder press includes a frame, an upper punch assembly, a lower punch assembly, and a die assembly disposed between the two punch assemblies.
- the die assembly defines a mold cavity into which the powdered material can be filled. Thereafter, the upper punch assembly and the lower punch assembly can be pressed against each other to form the compact.
- the invention has for its object to provide a powder press, in which the said disadvantages of known powder presses are largely avoided.
- a powder press for producing a compact of a powdery material, with a frame, an upper punch assembly, a lower punch assembly and a arranged between the two punch assemblies die assembly which defines a mold cavity, in which the powdered material can be filled and thereafter for forming the compact, the upper punch assembly and the lower punch assembly are pressed against each other, according to the invention on the one hand the upper punch assembly has an upper spindle drive and on the other hand, the die assembly and / or the lower punch assembly has at least one lower spindle drive.
- the inventive use of one or more spindle drives results in a short drive train ("direct drive"), whereby a high rigidity and thus high dynamics of the press drive is achieved even with large moving masses and / or large pressing forces.
- the invention thus has, on the one hand, an upper direct drive for the upper punch arrangement and, on the other hand, at least one lower direct drive for the die arrangement and / or the lower punch arrangement.
- a direct drive on the inventive powder press is preferably characterized in that the drive motor acts directly on the spindle and this in turn directly or via a plunger on the punch assembly or on the die assembly, ie that both between the drive motor and spindle and between the spindle and punch assembly or between the spindle and die assembly no belt, gear, eccentric, knee lever or the like. Is provided.
- the spindle drives are controlled spindle drives.
- the spindle drives in the pressing process e.g. take into account the properties of a particular powder material as well as the desired properties of a compact produced from the powder material. But also damage to the press can be avoided, which could be caused by incorrect operation or malfunction of the press.
- the upper punch arrangement, the die arrangement and the lower punch arrangement have only spindle drives for their drive. This gives all the movable arrangements of the press a short drive train and thus a high rigidity, thereby a significant contribution is made to the accuracy of the inventive press.
- the die assembly is movable and has a die drive.
- a die drive This allows operation of the press according to the invention optionally in the withdrawal process, in which the die is withdrawn vertically from the compact after the pressing process, or in the ejection process, in which the compact is ejected against the die friction by means of the lower punch.
- the die arrangement can also have a die spindle drive for this purpose.
- the controlled punch or die spindle drive is preferably a servo motor arrangement, in particular with a rotation angle sensor for rotation angle control, a speed sensor for speed control or a torque sensor for torque control and with a position sensor for detecting a linear position of the respective punch or die. It is particularly advantageous if all drives are equipped by servo motors and their sensor or sensors for detecting one or more operating parameters, wherein preferably also the sensor or sensors associated memory means are provided for storing the operating data thus detected.
- a spindle drive and preferably each of the spindle drives of the press, includes a servo motor assembly having a sensor for detecting a spindle position and a sensor for detecting a change in spindle position.
- the sensor for detecting the spindle position is preferably a linear position sensor, e.g. an optical, an inductive or a resistive sensor.
- the sensor for detecting a change in the spindle position is preferably an angular position sensor, such as e.g. an optical, an inductive or a resistive sensor.
- a spindle drive and preferably each of the spindle drives includes a servomotor arrangement with a sensor for detecting a spindle torque. This allows a shutdown of the press, if on at least one of the spindle drives torque which exceeds a maximum permissible value. When the maximum torque is exceeded, an emergency stop can be initiated.
- the current flowing through the spindle driving motor can also be used. As a result, it is not only possible to implement the initiation of an emergency stop, but it is also possible to carry out an idle stroke, ie, a rotation and axial movement of the spindle, with the spindle.
- Such idle strokes may be performed from time to time after predetermined service intervals to determine the condition of the spindle, nut and bearings. If the measured idle stroke exceeds a maximum allowable idle stroke, it may serve to provide early detection of mechanical damage, allowing for preventative maintenance.
- the servomotor for producing a controlled rotary drive is a hollow-shaft electric motor. Inside the hollow shaft is the rotating element of the spindle drive. This allows a compact design, in particular a low overall height, and a particularly short drive train in the inventive press.
- a spindle drive and preferably each of the spindle drives includes a threaded rod-nut block unit with a threaded rod external thread and a complementary mother block internal thread.
- a torque-free linear drive can be generated by way of the nut block, which engages with the rotationally driven threaded rod and which only makes a linear movement along the longitudinal axis of the threaded rod about its longitudinal axis when the threaded rod is rotated.
- the threaded rod by means of the motor, in particular by means of a servomotor, rotatably driven, and the mother block is rigidly connected to the punch assembly or with a plunger or with it in one piece.
- the upper punch assembly, the die assembly, or the lower punch assembly two or more parallel to each other identical spindle drives.
- a plurality of parallel and parallel driving forces on a punch or die assembly performing spindle drives a given linear or axially acting driving force in such an arrangement (punch or die) not only torque-free, but also practically be introduced without bending. This too is an important contribution to increasing the accuracy of the inventive press, in particular in the production of compacts having large dimensions transverse to the axial pressing direction.
- the powder press preferably contains a control unit or a control unit for controlling or controlling the movement of the spindle drives.
- the control unit or control unit is designed in particular for the synchronized movement of the spindle drives and in particular for the mutual compensation of the individual angular momenta of the spindle drives.
- the linear force and / or the Torque of the spindle can be used as a controlled variable.
- the linear force and / or the Torque of the spindle can be used as a controlled variable.
- the upper punch assembly has a single upper spindle drive, wherein the die assembly or the lower punch assembly has two lower spindle drives.
- the design with two lower spindle drives on the die assembly enables the provision of a pull-out method powder press.
- the design with two lower spindle drives on the lower punch assembly makes it possible to provide a powder press operating according to the ejection method.
- the spindle drives include ball screws or satellite roller spindles (i.e., roller rotatable spindles) to minimize friction between the rotating threaded rod and the nut block, thus providing virtually torque free axial drive over the nut block.
- the hollow shaft motor contains braced bearings.
- cooling fins may be provided on the housing of the Hohiwellenmotors, wherein the hollow shaft motor is conveniently associated with a fan.
- the described powder press according to the invention not only enables the high precision and high dynamics achieved due to its high rigidity, but is also characterized by a low maintenance requirement and a small number of energy transmission lines (no hydraulic hoses) and a small number of passive drive elements (no belts, gearboxes , Eccentric, knee lever and the like.).
- FIG. 1 is a perspective view of a schematically illustrated inventive powder press 1 with three vertical spindle drives 6, 7, 8 shown.
- the powder press 1 contains a frame 2 with an upper frame plate or upper cross-brace 2a and a lower one Frame plate or lower cross brace 2f. Between the upper frame plate 2 a and the lower frame plate 2 f extend four vertically extending prismatic, in particular cylindrical frame columns 2 b, 2 c, 2 d, 2 e, which, viewed from above, are arranged in the vertices of a rectangle (frame column rectangle). These four frame columns 2b, 2c, 2d, 2e together with the two frame plates 2a and 2f form a stable base frame on which movable components of the powder press 1 are mounted.
- the two main movably mounted components of the powder press 1 are an upper punch assembly 3 and a die assembly 4.
- a lower punch assembly 5 is fixedly attached to the lower frame plate 2f of the frame 2. It forms another essential component of the powder press. 1
- the upper punch arrangement 3 essentially appears as a rectangle, in the corners of which guide sleeves 3a, 3b, 3c, 3d are formed.
- the die assembly 4 appears as viewed from above substantially as a rectangle, in whose vertices guide sleeves 4a, 4b, 4c, 4d are formed.
- the upper punch assembly 3 is vertically slidably supported by its guide sleeves 3a, 3b, 3c, 3d on the four guide rods 2k, 21, 2m, 2n of the frame 2.
- the die assembly 4 is mounted by means of their guide sleeves 4a, 4b, 4c, 4d to the four guide rods 2k, 21, 2m, 2n of the frame 2 vertically slidably.
- the lower portion of the frame 2 includes four frame posts 2g, 2h, 2i, 2j which extend downward from the lower frame plate 2f and support the entire weight of the powder press 1.
- An upper spindle drive 6 fixed to the upper frame plate 2a serves to drive the upper punch assembly 3.
- Two identical lower spindle drives 7, 8 fixed to the lower frame plate 2f cooperate to drive the die assembly 4.
- the upper punch assembly 3, the lower punch assembly 5, and the die assembly 4 disposed between the two punch assemblies 3, 5 define a mold cavity into which the powdered material may be filled, after which the upper punch assembly 3 is pressed against the lower punch assembly 5 to form the compact ,
- the lowest surface of the upper and movable punch assembly 3 and the uppermost surface of the lower and stationary die assembly 5 are located inside the mold cavity of the likewise movable die assembly 4th
- a Dosierschuh drive linkage 19 (see also Fig. 2 ) is also attached to the frame 2. It serves to drive a metering shoe 20, with which the powdery material is pushed into the mold cavity of the die assembly 4. The powdery material is transported via a powder line, not shown, from a powder container to the metering shoe 20.
- a servomotor 21 serves to drive the metering shoe drive linkage 19, at the end of the metering shoe 20 is attached.
- Fig. 2 is a sectional view of the powder press of Fig. 1 shown along a vertical plane in which the vertical spindle axes of the three spindle drives 6, 7, 8 extend.
- Some components of the powder press 1 therefore appear in Fig. 2 as a sectional view, while those in the back half of Fig. 1 arranged components of the powder press in Fig. 2 appear as a front view.
- powder press 1 allows the powder pressing by the so-called. Deduction process.
- the mold cavity is filled with powder.
- the upper punch assembly 3 is moved from the top down against the lower, fixed die assembly 5 and into the mold cavity of the die assembly 4, wherein the powder is compacted in the mold cavity into a compact.
- the die assembly 4 is moved down ("withdrawn") and the upper die assembly moved back up again, exposing the green die placed on the lower die assembly 5. The pressing process is finished.
- FIG. 3A is a perspective view of a schematically illustrated spindle drive 6 shown according to a first variant, while in Fig. 3B a sectional view of the spindle drive of Fig. 3A is shown along a plane containing the spindle axis.
- a hollow shaft motor 10 surrounds a spindle or threaded rod 11. The projecting into the interior of the hollow shaft motor 10 spindle 11 is rotatably connected to the rotor of the hollow shaft motor 10 and fixed axially and therefore can be rotated by this about the spindle longitudinal axis.
- a fastening means 12 for example in the form of a double flange, serves for fastening the stator or the housing of the hollow shaft motor 10 to the frame 2 of the powder press 1 (see also FIG Fig. 5 ).
- a thread-free portion of the spindle 11 is rotatably mounted in the interior of the fastening means 12 by means of a bearing 13, for example a rolling bearing, about the spindle longitudinal axis.
- a nut block 15 is via its internal thread (not shown) and via the (not shown) external thread of the spindle 11 with this in engagement.
- the mother block 15 is rigid with a plunger 16, ie rotatably connected.
- the nut block / plunger unit 15/16 is axially displaceable on a guide block 18 and with respect to its longitudinal axis or with respect to the Spindle longitudinal axis rotatably mounted.
- the plunger 16 is connected to the punch assembly 3 and makes it possible to drive this torque-free in the vertical direction downwards or upwards.
- FIG. 4A is a perspective view of a schematically illustrated spindle drive 6 shown according to a second variant, while in Fig. 4B a sectional view of the spindle drive of Fig. 4A is shown along a plane containing the spindle axis.
- a hollow shaft motor 10 ' surrounds a spindle or threaded rod 11'.
- the spindle 11 'protruding into the interior of the hollow shaft motor 10' is non-rotatable with the rotor of the hollow shaft motor 10 'but axially movably connected with respect to the rotor.
- the spindle 11 ' can therefore be rotated by the hollow shaft motor 10' about the spindle longitudinal axis and with respect to the hollow shaft motor 10 'along the spindle longitudinal axis to be moved.
- a fastening means 12 ' serves for fastening the stator or the housing of the hollow shaft motor 10' to the frame 2 of the powder press 1 (see also FIG Fig. 6 ).
- a nut block 15 ' is engaged with it via its internal thread (not shown) and via the external thread (not shown) of the spindle 11'.
- the nut block 15 ' is fixedly secured in the double flange 12' fixed to the frame 2.
- a rotational movement of the spindle 11 'in one or the other direction of rotation leads to a movement of the spindle 11' upwards or downwards.
- a lower thread-free region of the spindle 11 ' is rotatably mounted in a bearing housing 17 about the spindle longitudinal axis and fixed in the axial direction by means of a bearing 3', for example a rolling bearing.
- the bearing housing 17 serves to be rigidly fixed to the upper punch assembly 3, ie non-rotatably.
- the spindle 11 ' which moves vertically upwards or downwards, moves the bearing housing 17, which can be attached to the stamp arrangement 3 in a rigid or rotationally fixed manner, upwards or downwards. This makes it possible to drive the punch assembly 3 torque-free in the vertical direction downwards or upwards.
- Fig. 5 is a perspective view of the spindle drive according to the first variant of FIGS. 3A and 3B shown. This spindle drive is attached to the frame 2 of a powder press 1 according to the invention.
- Fig. 6 is a perspective view of the spindle drive according to the second variant of FIGS. 4A and 4B shown.
- This spindle drive is attached to the frame 2 of a powder press 1 according to the invention.
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Abstract
Eine Pulverpresse (1) zur Herstellung eines Presslings aus einem pulverförmigen Material, mit einem Rahmen (2), einer oberen Stempelanordnung (3), einer unteren Stempelanordnung (5) und einer zwischen den beiden Stempelanordnungen angeordneten Matrizenanordnung (4). Die Matrizenanordnung definiert einen Formhohlraum, in den das pulverförmige Material eingefüllt werden kann und danach zur Formung des Presslings die obere Stempelanordnung (3) und die untere Stempelanordnung (5) gegeneinander gepresst werden können. Die obere Stempelanordnung (3) besitzt einen oberen Spindelantrieb (6). Die Matrizenanordnung (4) und/oder die untere Stempelanordnung (5) besitzt mindestens einen unteren Spindelantrieb (7,8).
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings aus einem pulverförmigen Material, insbesondere aus Metallpulver oder aus Keramikpulver.
- Eine derartige Pulverpresse enthält einen Rahmen, eine obere Stempelanordnung, eine untere Stempelanordnung und eine zwischen den beiden Stempelanordnungen angeordnete Matrizenanordnung. Die Matrizenanordnung definiert einen Formhohlraum, in den das pulverförmige Material eingefüllt werden kann. Danach können zur Formung des Presslings die obere Stempelanordnung und die untere Stempelanordnung gegeneinander gepresst werden.
- Bekannte Pulverpressen dieser Bauart verwenden geregelte hydraulische Antriebe für die Bewegung der Stempelanordnungen (sog. "hydraulische Pressen") oder Elektromotoren, die über passive Antriebselemente wie Riemen, Getriebe, Exzenter, Kniehebel, Spindeln und dgl. die Stempelanordnungen antreiben (sog. "mechanische Pressen"). Bei der Hydraulik-Variante erhält man eine hohe Präzision und Dynamik auch bei grossen bewegten Massen, was allerdings mit relativ hohem Energieverbrauch erkauft wird. Bei der Motoren-Variante ist der Energieverbrauch geringer. Dafür erzielt man aufgrund der passiven Elemente im Antriebsstrang aber nur geringere Steifigkeit und weniger Dynamik. Darüberhinaus sind die genannten passiven Antriebselemente der Motoren-Variante nicht nur wegen ihrer Störanfälligkeit, sondern auch aufgrund ihres Verschleisses ein wesentlicher Kostenfaktor.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulverpresse bereitzustellen, bei der die genannten Nachteile bekannter Pulverpressen weitgehend vermieden werden.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings aus einem pulverförmigen Material, mit einem Rahmen, einer oberen Stempelanordnung, einer unteren Stempelanordnung und einer zwischen den beiden Stempelanordnungen angeordneten Matrizenanordnung, welche einen Formhohlraum definiert, in den das pulverförmige Material einfüllbar ist und danach zur Formung des Presslings die obere Stempelanordnung und die untere Stempelanordnung gegeneinander pressbar sind, wobei erfindungsgemäss einerseits die obere Stempelanordnung einen oberen Spindelantrieb aufweist und andererseits die Matrizenanordnung und/oder die untere Stempelanordnung mindestens einen unteren Spindelantrieb aufweist. Durch den erfindungsgemässen Einsatz eines oder mehrerer Spindelantriebe ergibt sich ein kurzer Antriebsstrang ("Direktantrieb"), wodurch eine hohe Steifigkeit und somit eine hohe Dynamik des Pressenantriebs auch bei grossen bewegten Massen und/oder bei grossen Presskräften erzielt wird. Die Erfindung hat somit einerseits für die obere Stempelanordnung einen oberen Direktantrieb und andererseits für die Matrizenanordnung und/oder die untere Stempelanordnung mindestens einen unteren Direktantrieb. Ein solcher Direktantrieb an der erfindungsgemässen Pulverpresse zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass der Antriebsmotor unmittelbar auf die Spindel und diese wiederum unmittelbar oder über einen Stössel auf die Stempelanordnung oder auf die Matrizenanordnung einwirkt, d.h. dass sowohl zwischen Antriebsmotor und Spindel als auch zwischen Spindel und Stempelanordnung bzw. zwischen Spindel und Matrizenanordnung kein Riemen, Getriebe, Exzenter, Kniehebel oder dgl. vorgesehen ist.
- Vorzugsweise handelt es sich bei den Spindelantrieben um geregelte Spindelantriebe. Dadurch lassen sich beim Pressvorgang durch Regeln der Spindelantriebe z.B. die Eigenschaften eines bestimmten Pulvermaterials sowie die angestrebten Eigenschaften eines aus dem Pulvermaterial hergestellten Presslings berücksichtigen. Aber auch Schäden an der Presse lassen sich vermeiden, die durch eine Fehlbedienung oder eine Fehlfunktion der Presse entstehen könnten.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die obere Stempelanordnung, die Matrizenanordnung und die untere Stempelanordnung nur Spindelantriebe für ihren Antrieb aufweisen. Dadurch erhalten alle bewegbaren Anordnungen der Presse einen kurzen Antriebsstrang und somit eine hohe Steifigkeit, wodurch ein wesentlicher Beitrag zur Genauigkeit der erfindungsgemässen Presse geleistet wird.
- Zweckmässigerweise ist auch die Matrizenanordnung bewegbar und weist einen Matrizen-Antrieb auf. Dies ermöglicht einen Betrieb der erfindungsgemässen Presse wahlweise im Abzugsverfahren, bei dem die Matrize nach dem Pressvorgang vom Pressling vertikal abgezogen wird, oder im Ausstossverfahren, bei dem der Pressling gegen die Matrizenreibung mittels des unteren Stempels ausgestossen wird. Auch die Matrizenanordnung kann hierfür einen Matrizen-Spindelantrieb aufweisen.
- Vorzugsweise ist der geregelte Stempel- oder Matrizen-Spindelantrieb eine Servomotor-Anordnung insbesondere mit Drehwinkelsensor zur Drehwinkelregelung, Drehzahlsensor zur Drehzahlregelung oder Drehmomentsensor zur Drehmomentregelung sowie mit einem Positionssensor zur Erfassung einer linearen Position des jeweiligen Stempels oder der Matrize. Besonders vorteilhaft ist, wenn alle Antriebe mittels Servomotoren und deren Sensor bzw. Sensoren zur Erfassung eines oder mehrerer Betriebsparameter ausgestattet sind, wobei vorzugsweise auch dem oder den Sensoren zugeordnete Speichermittel zum Speichern der so erfassten Betriebsdaten vorgesehen sind.
- Zweckmässigerweise enthält ein Spindelantrieb und vorzugsweise jeder der Spindelantriebe der Presse eine Servomotor-Anordnung mit einem Sensor zur Erfassung einer Spindelposition und mit einem Sensor zur Erfassung einer Änderung der Spindelposition. Der Sensor zur Erfassung der Spindelposition ist vorzugsweise ein Linearposition-Sensor wie z.B. ein optischer, ein induktiver oder ein resistiver Sensor. Der Sensor zur Erfassung einer Änderung der Spindelposition ist vorzugsweise ein Winkelposition-Sensor wie z.B. ein optischer, ein induktiver oder ein resistiver Sensor.
- Es ist auch vorteilhaft, wenn ein Spindelantrieb und vorzugsweise jeder der Spindelantriebe eine Servomotor-Anordnung mit einem Sensor zur Erfassung eines Spindeldrehmoments enthält. Dies ermöglicht ein Abschalten der Presse, falls an mindestens einem der Spindelantriebe ein Drehmoment übertragen wird, das einen maximal zulässigen Wert übersteigt. Beim Überschreiten des maximalen Drehmoments kann ein Notstopp eingeleitet werden. Zur Bestimmung des Spindeldrehmoments kann auch der durch den die Spindel antreibenden Motor fliessende Strom verwendet werden. Dadurch lässt sich nicht nur das Einleiten eines Notstopps realisieren, sondern es kann auch mit der Spindel ein Leerhub, d.h. eine Drehung und axiale Bewegung der Spindel durchgeführt werden. Solche Leerhübe können von Zeit zu Zeit nach vorbestimmten Wartungsintervallen durchgeführt werden, um den Zustand der Spindel, der Mutter und der Lager zu ermitteln. Wenn der gemessene Leerhubstrom einen maximal zulässigen Leerhubstrom übersteigt, kann dies zur Früherkennung mechanischer Schäden dienen, wodurch eine vorbeugende Wartung ermöglicht wird.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der erfindungsgemässen Pulverpresse ist der Servomotor zur Erzeugung eines geregelten Drehantriebs ein Hohlwellen-Elektromotor. Im Innern der Hohlwelle befindet sich dabei das zu drehende Element des Spindelantriebs. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise, insbesondere eine geringe Bauhöhe, sowie einen besonders kurzen Antriebsstrang bei der erfindungsgemässen Presse.
- Vorzugsweise enthält ein Spindelantrieb und vorzugsweise jeder der Spindelantriebe eine Gewindestange-Mutterblock-Einheit mit einem Gewindestangen-Aussengewinde und einem dazu komplementären Mutterblock-Innengewinde. Über den Mutterblock, der mit der drehangetriebenen Gewindestange in Eingriff ist und der beim Drehen der Gewindestange um ihre Längsachse nur eine lineare Bewegung entlang der Längsachse der Gewindestange durchführt, kann ein drehmomentfreier Linearantrieb erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführung wird die Gewindestange mittels des Motors, insbesondere mittels eines Servomotors, drehangetrieben, und der Mutterblock ist mit der Stempelanordnung bzw. mit einem Stössel starr verbunden oder damit einstückig.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführung haben die obere Stempelanordnung, die Matrizenanordnung oder die untere Stempelanordnung zwei oder mehrere parallel zueinander angeordnete identische Spindelantriebe. Durch mehrere parallel angeordnete und parallele Antriebskräfte auf eine Stempel- oder Matrizenanordnung ausübende Spindelantriebe kann eine vorgegebende lineare bzw. axial wirkende Antriebskraft in eine solche Anordnung (Stempel oder Matrize) nicht nur drehmomentfrei, sondern auch praktisch verbiegungsfrei eingeleitet werden. Auch dies ist ein wichtiger Beitrag zur Erhöhung der Genauigkeit der erfindungsgemässen Presse insbesondere bei der Herstellung von Presslingen, die grosse Abmessungen quer zur axialen Pressrichtung haben. Zusätzlich zu der erwähnten gleichmässigen Krafteinleitung in die entsprechende Stempelanordnung bietet sich auch die Möglichkeit zur Drehmoment- bzw. Drehimpuls-Kompensation während des Betriebs der Pulverpresse, wofür insbesondere die beweglichen Teile zweier paralleler identischer Spindelantriebe mit zueinander gegenläufigen Drehbewegungen angetrieben werden können. Ein weiterer Vorteil der zwei oder mehreren parallel zueinander angeordneten identischen Spindelantriebe ist die dadurch erzielbare geringere Bauhöhe in der Axialrichtung, d.h. in der Richtung der Presskräfte.
- Vorzugsweise enthält die Pulverpresse eine Regelungseinheit oder eine Steuerungseinheit zum Regeln bzw. Steuern der Bewegung der Spindelantriebe. Die Regelungseinheit oder Steuerungseinheit ist insbesondere zum synchronisierten Bewegen der Spindelantriebe und insbesondere zur gegenseitigen Kompensation der einzelnen Drehimpulse der Spindelantriebe ausgelegt. Um eine Kompensation der einzelnen Drehimpulse der Spindelantriebe zu erzielen, ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn die beweglichen Teile zweier paralleler identischer Spindelantriebe mit zueinander gegenläufigen Drehbewegungen angetrieben werden können. Zur Drehimpuls-Kompensation müssen dann nur entgegengesetzt gleiche Drehgeschwindigkeiten der Spindelantriebe eingehalten werden. Dies ergibt dann auch gleiche Axialgeschwindigkeiten der parallelen identischen Spindelantriebe. Als Regelgrösse können alternativ zu der Linearposition oder der Winkelposition der Spindel oder alternativ zu der Lineargeschwindigkeit oder der Winkelgeschwindigkeit der Spindel auch die Linearkraft und/oder das Drehmoment der Spindel verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Kombination dieser Grössen als Regelgrösse.
- Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Pulverpresse hat die obere Stempelanordnung einen einzigen oberen Spindelantrieb, wobei die Matrizenanordnung oder die untere Stempelanordnung zwei untere Spindelantriebe hat. Die Bauform mit zwei unteren Spindelantrieben an der Matrizenanordnung ermöglicht die Bereitstellung einer nach dem Abzugverfahren arbeitenden Pulverpresse. Die Bauform mit zwei unteren Spindelantrieben an der unteren Stempelanordnung ermöglicht die Bereitstellung einer nach dem Ausstossverfahren arbeitenden Pulverpresse.
- Zweckmässigerweise enthalten die Spindelantriebe Kugelumlaufspindeln oder Satellitenrollenspindeln (d.h. Rollenumlaufspindeln), um die Reibung zwischen der drehangetriebenden Gewindestange und dem Mutterblock zu minimieren und somit einen praktisch drehmomentfreien Axialantrieb über den Mutterblock zu erzielen.
- Vorzugsweise enthält der Hohlwellenmotor verspannte Wälzlager. Ausserdem können am Gehäuse des Hohiwellenmotors Kühlrippen vorgesehen sein, wobei dem Hohlwellenmotor zweckmässigerweise ein Lüfter zugeordnet ist. Diese Massnahmen ermöglichen einen spielfreien Antrieb bzw. minimieren thermische Dimensionsänderungen am Motor und an der Spindel, was ebenfalls die Präzision der erfindungsgemässen Pulverpresse erhöht.
- Die beschriebene erfindungsgemässe Pulverpresse ermöglicht nicht nur die aufgrund ihrer hohen Steifikeit erzielte hohe Präzision und hohe Dynamik, sondern sie zeichnet sich auch durch einen geringen Wartungsbedarf und eine geringe Anzahl von Energieübertragungsleitungen (keine Hydraulikschläuche) und eine geringe Anzahl passiver Antriebselemente aus (keine Riemen, Getriebe, Exzenter, Kniehebel und dgl.).
- Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Pulverpresse anhand der Zeichnung, wobei:
-
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer schematisch dargestellten erfindungsgemässen Pulverpresse mit drei vertikalen Spindelantrieben ist; -
Fig. 2 eine Schnittansicht der Pulverpresse vonFig. 1 entlang einer vertikalen Ebene ist, in welcher die vertikalen Spindelachsen der drei Spindelantriebe verlaufen; -
Fig. 3A eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Spindelantriebs gemäss einer ersten Variante ist; -
Fig. 3B eine Schnittansicht des Spindelantriebs vonFig. 3A entlang einer die Spindelachse enthaltenden Ebene ist; -
Fig. 4A eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Spindelantriebs gemäss einer zweiten Variante ist; -
Fig. 4B eine Schnittansicht des Spindelantriebs vonFig. 4A entlang einer die Spindelachse enthaltenden Ebene ist; -
Fig. 5 eine Perspektivansicht des Spindelantriebs gemäss der ersten Variante vonFig. 3A und 3B ist, welcher am Rahmen der erfindungsgemässen Pulverpresse befestigt ist; und -
Fig. 6 eine Perspektivansicht des Spindelantriebs gemäss der zweiten Variante vonFig. 4A und 4B ist, welcher am Rahmen der erfindungsgemässen Pulverpresse befestigt ist. - In
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer schematisch dargestellten erfindungsgemässen Pulverpresse 1 mit drei vertikalen Spindelantrieben 6, 7, 8 gezeigt. Die Pulverpresse 1 enthält einen Rahmen 2 mit einer oberen Rahmenplatte bzw. oberen Querverstrebung 2a und einer unteren Rahmenplatte bzw. unteren Querverstrebung 2f. Zwischen der oberen Rahmenplatte 2a und der unteren Rahmenplatte 2f erstrecken sich vier vertikal verlaufende prismenförmige, insbesondere zylinderförmige Rahmensäulen 2b, 2c, 2d, 2e, die von oben betrachtet in den Eckpunkten eines Rechtecks (Rahmensäulen-Rechteck) angeordnet sind. Diese vier Rahmensäulen 2b, 2c, 2d, 2e bilden zusammen mit den beiden Rahmenplatten 2a und 2f ein stabiles Grundgestell, an dem bewegliche Bauteile der Pulverpresse 1 gelagert sind. - Die beiden wesentlichen beweglich gelagerten Bauteile der Pulverpresse 1 sind eine obere Stempelanordnung 3 und eine Matrizenanordnung 4. Eine untere Stempelanordnung 5 ist an der unteren Rahmenplatte 2f des Rahmens 2 feststehend angebracht. Sie bildet ein weiteres wesentliches Bauteil der Pulverpresse 1.
- Die obere Stempelanordnung 3 erscheint von oben betrachtet im wesentlichen als Rechteck, in dessen Eckpunkten Führungshülsen 3a, 3b, 3c, 3d ausgebildet sind. Auch die Matrizenanordnung 4 erscheint von oben betrachtet im wesentlichen als Rechteck, in dessen Eckpunkten Führungshülsen 4a, 4b, 4c, 4d ausgebildet sind.
- Ähnlich wie die vier Rahmensäulen 2b, 2c, 2d, 2e erstrecken sich zwischen der oberen Rahmenplatte 2a und der unteren Rahmenplatte 2f vier vertikal verlaufende prismenförmige, insbesondere zylinderförmige Führungsstangen 2k, 21, 2m, 2n, die von oben betrachtet ebenfalls in den Eckpunkten eines Rechtecks (Führungssäulen-Rechteck) angeordnet sind, das kleiner als das Rahmensäulen-Rechteck ist und innerhalb von diesem angeordnet ist.
- Die obere Stempelanordnung 3 ist mittels ihrer Führungshülsen 3a, 3b, 3c, 3d an den vier Führungsstangen 2k, 21, 2m, 2n des Rahmens 2 vertikal gleitend gelagert. Auch die Matrizenanordnung 4 ist mittels ihrer Führungshülsen 4a, 4b, 4c, 4d an den vier Führungsstangen 2k, 21, 2m, 2n des Rahmens 2 vertikal gleitend gelagert.
- Der untere Bereich des Rahmens 2 enthält vier Rahmenstützen 2g, 2h, 2i, 2j, die sich von der unteren Rahmenplatte 2f aus nach unten erstrecken und das gesamte Gewicht der Pulverpresse 1 tragen.
- Ein oberer Spindelantrieb 6, der an der oberen Rahmenplatte 2a befestigt ist, dient zum Antrieb der oberen Stempelanordnung 3. Zwei identische untere Spindelantriebe 7, 8, die an der unteren Rahmenplatte 2f befestigt sind, dienen gemeinsam zum Antrieb der Matrizenanordnung 4.
- Die obere Stempelanordnung 3, die untere Stempelanordnung 5 und die zwischen den beiden Stempelanordnungen 3, 5 angeordnete Matrizenanordnung 4 definieren einen Formhohlraum, in den das pulverförmige Material eingefüllt werden kann, wonach zur Formung des Presslings die obere Stempelanordnung 3 gegen die untere Stempelanordnung 5 gepresst wird. Dabei befinden sich die unterste Fläche der oberen und bewegbaren Stempelanordnung 3 sowie die oberste Fläche der unteren und feststehenden Stempelanordnung 5 im Innern des Formhohlraums der ebenfalls bewegbaren Matrizenanordnung 4.
- Ein Dosierschuh-Antriebsgestänge 19 (siehe auch
Fig. 2 ) ist ebenfalls am Rahmen 2 befestigt. Es dient zum Antreiben eines Dosierschuhs 20, mit dem das pulverförmige Material in den Formhohlraum der Matrizenanordnung 4 geschoben wird. Das pulverförmige Material wird dabei über eine nicht dargestellte Pulverleitung von einem Pulverbehälter zu dem Dosierschuh 20 transportiert. Ein Servomotor 21 dient zum Antrieb des Dosierschuh-Antriebsgestänges 19, an dessen Ende der Dosierschuh 20 befestigt ist. - In
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Pulverpresse vonFig. 1 entlang einer vertikalen Ebene gezeigt, in welcher die vertikalen Spindelachsen der drei Spindelantriebe 6, 7, 8 verlaufen. Einige Bauteile der Pulverpresse 1 erscheinen deshalb inFig. 2 als Schnittansicht, während die in der hinteren Hälfte vonFig. 1 angeordneten Bauteile der Pulverpresse inFig. 2 als Vorderansicht erscheinen. - Insbesondere erkennt man die obere Stempelanordnung 3, die Matrizenanordnung 4 und die untere Stempelanordnung 5 sowie den oberen Spindelantrieb 6 und die beiden unteren Spindelantriebe 7, 8. Diese Bauteile 3, 4, 5, 6, 7, 8 erscheinen alle in einem vertikalen Schnitt.
- Die in
Fig. 1 und inFig. 2 dargestellte Pulverpresse 1 ermöglicht das Pulverpressen nach dem sog. Abzugverfahren. Hierbei wird der Formenhohlraum mit Pulver gefüllt. Anschliessend wird die obere Stempelanordnung 3 von oben herab gegen die untere, feststehende Stempelanordnung 5 und in den Formhohlraum der Matrizenanordnung 4 bewegt, wobei das Pulver in dem Formhohlraum zu einem Pressling verdichtet wird. Nach dem Pressen wird die Matrizenanordnung 4 nach unten bewegt ("abgezogen") und die obere Stempelanordnung wieder zurück nach oben bewegt, wodurch der auf der unteren Stempelanordnung 5 liegende Pressling freigelegt wird. Der Pressvorgang ist beendet. - In
Fig. 3A ist eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Spindelantriebs 6 gemäss einer ersten Variante gezeigt, während inFig. 3B eine Schnittansicht des Spindelantriebs vonFig. 3A entlang einer die Spindelachse enthaltenden Ebene gezeigt ist. Ein Hohlwellenmotor 10 umgibt eine Spindel bzw. Gewindestange 11. Die ins Innere des Hohlwellenmotors 10 ragende Spindel 11 ist mit dem Rotor des Hohlwellenmotors 10 drehfest und axial feststehend verbunden und kann daher von diesem um die Spindel-Längsachse gedreht werden. Ein Befestigungsmittel 12, z.B. in Form eines Doppelflansches, dient zur Befestigung des Stators bzw. des Gehäuses des Hohlwellenmotors 10 an dem Rahmen 2 der Pulverpresse 1 (siehe auchFig. 5 ). Ein gewindefreier Abschnitt der Spindel 11 ist im Innern des Befestigungsmittels 12 mittels eines Lagers 13, z.B. ein Wälzlager, um die Spindel-Längsachse drehbar gelagert. - Ein Mutterblock 15 ist über sein Innengewinde (nicht dargestellt) und über das (nicht dargestellte) Aussengewinde der Spindel 11 mit dieser in Eingriff. Der Mutterblock 15 ist mit einem Stössel 16 starr, d.h. drehfest verbunden. Die Mutterblock/Stössel-Einheit 15/16 ist an einem Führungsblock 18 axial verschiebbar und bezüglich ihrer Längsachse bzw. bezüglich der Spindel-Längsachse drehfest gelagert. Der Stössel 16 ist mit der Stempelanordnung 3 verbunden und ermöglicht es, diese drehmomentfrei in vertikaler Richtung nach unten oder nach oben anzutreiben.
- In
Fig. 4A ist eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Spindelantriebs 6 gemäss einer zweiten Variante gezeigt, während inFig. 4B eine Schnittansicht des Spindelantriebs vonFig. 4A entlang einer die Spindelachse enthaltenden Ebene gezeigt ist. Ein Hohlwellenmotor 10' umgibt eine Spindel bzw. Gewindestange 11' Die ins Innere des Hohlwellenmotors 10' ragende Spindel 11' ist mit dem Rotor des Hohlwellenmotors 10' drehfest, aber bezüglich des Rotors axial beweglich verbunden. Die Spindel 11' kann daher von dem Hohlwellenmotor 10' um die Spindel-Längsachse gedreht und bezüglich des Hohlwellenmotors 10' entlang der Spindel-Längsachse verschoben werden. Ein Befestigungsmittel 12', z.B. in Form eines Doppelflansches, dient zur Befestigung des Stators bzw. des Gehäuses des Hohlwellenmotors 10' an dem Rahmen 2 der Pulverpresse 1 (siehe auchFig. 6 ). - Ein Mutterblock 15' ist über sein Innengewinde (nicht dargestellt) und über das (nicht dargestellte) Aussengewinde der Spindel 11' mit dieser in Eingriff. Der Mutterblock 15' ist in dem am Rahmen 2 befestigten Doppelflansch 12' feststehend befestigt. Eine Drehbewegung der Spindel 11' in die eine oder in die andere Drehrichtung führt zu einer Bewegung der Spindel 11' nach oben bzw. nach unten. Ein unterer gewindefreier Bereich der Spindel 11' ist mittels eines Lagers 3', z.B. ein Wälzlager, in einem Lagergehäuse 17 um die Spindel-Längsachse drehbar und in Axialrichtung fixiert gelagert. Das Lagergehäuse 17 dient dazu, um an der oberen Stempelanordnung 3 starr, d.h. drehfest befestigt zu werden. Die sich vertikal nach oben oder nach unten bewegende Spindel 11' bewegt das an der Stempelanordnung 3 starr bzw. drehfest anbringbare Lagergehäuse 17 nach oben oder nach unten. Dadurch wird ermöglicht, die Stempelanordnung 3 drehmomentfrei in vertikaler Richtung nach unten oder nach oben anzutreiben.
- In
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht des Spindelantriebs gemäss der ersten Variante vonFig. 3A und 3B gezeigt. Dieser Spindelantrieb ist am Rahmen 2 einer erfindungsgemässen Pulverpresse 1 befestigt. - In
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht des Spindelantriebs gemäss der zweiten Variante vonFig. 4A und 4B gezeigt. Dieser Spindelantrieb ist am Rahmen 2 einer erfindungsgemässen Pulverpresse 1 befestigt.
Claims (15)
- Pulverpresse (1) zur Herstellung eines Presslings aus einem pulverförmigen Material, mit einem Rahmen (2), einer oberen Stempelanordnung (3), einer unteren Stempelanordnung (5) und einer zwischen den beiden Stempelanordnungen (3, 5) angeordneten Matrizenanordnung (4), welche einen Formhohlraum definiert, in den das pulverförmige Material einfüllbar ist und danach zur Formung des Presslings die obere Stempelanordnung und die untere Stempelanordnung gegeneinander pressbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stempelanordnung (3) einen oberen Spindelantrieb (6) aufweist, und dass die Matrizenanordnung (4) und/oder die untere Stempelanordnung (5) mindestens einen unteren Spindelantrieb (7, 8) aufweist.
- Pulverpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelantriebe (6, 7, 8) geregelte Spindelantriebe sind.
- Pulverpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stempelanordnung (3), die Matrizenanordnung (4) und die untere Stempelanordnung (5) nur Spindelantriebe (6, 7, 8) für ihren Antrieb aufweisen.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spindelantrieb (6, 7, 8), vorzugsweise jeder der Spindelantriebe (6, 7, 8), eine Servomotor-Anordnung mit einem Sensor zur Erfassung einer Spindelposition und mit einem Sensor zur Erfassung einer Änderung der Spindelposition aufweist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spindelantrieb (6, 7, 8), vorzugsweise jeder der Spindelantriebe (6, 7, 8), eine Servomotor-Anordnung mit einem Sensor zur Erfassung eines Spindeldrehmoments aufweist.
- Pulverpresse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor der Servomotor-Anordnung zur Erzeugung eines geregelten Drehantriebs ein Hohlwellen-Elektromotor (10; 10') ist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spindelantrieb (6, 7, 8), vorzugsweise jeder der Spindelantriebe (6, 7, 8), eine Gewindestange-Mutterblock-Einheit (11, 15, 11' 15') mit einem Gewindestangen-Aussengewinde und einem dazu komplementären Mutterblock-Innengewinde aufweist.
- Pulverpresse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange (11; 11') mittels des Motors drehangetrieben ist und der Mutterblock mit der Stempelanordnung starr verbunden oder mit dieser einstückig ist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stempelanordnung (3), die Matrizenanordnung (4) oder die untere Stempelanordnung (5) zwei oder mehrere parallel zueinander angeordnete identische Spindelantriebe (7, 8) aufweist bzw. aufweisen.
- Pulverpresse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile zweier paralleler identischer Spindelantriebe (7, 8) mit zueinander gegenläufigen Drehbewegungen angetrieben werden können.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Regelungseinheit oder eine Steuerungseinheit zum Regeln bzw. Steuern der Bewegung, insbesondere zum synchronisierten Bewegen, der Spindelantriebe (6, 7, 8), insbesondere unter Kompensation der einzelnen Drehimpulse, aufweist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stempelanordnung (3) einen einzigen oberen Spindelantrieb (6) aufweist, und dass die Matrizenanordnung (4) oder die untere Stempelanordnung (5) zwei untere Spindelantriebe (7, 8) aufweist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadaurch gekennzeichnet, dass die Spindelantriebe Kugelumlaufspindeln (13; 13`) oder Satellitenrollenspindeln aufweisen.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadaurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenmotor verspannte Wälzlager aufweist.
- Pulverpresse nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenmotor an seinem Gehäuse Kühlrippen aufweist, und dass dem Hohlwellenmotor ein Lüfter zugeordnet ist.
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