EP3558656A1 - Matrize für eine presse und verfahren zur herstellung eines grünlings mit einer presse - Google Patents
Matrize für eine presse und verfahren zur herstellung eines grünlings mit einer presseInfo
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- EP3558656A1 EP3558656A1 EP17816745.8A EP17816745A EP3558656A1 EP 3558656 A1 EP3558656 A1 EP 3558656A1 EP 17816745 A EP17816745 A EP 17816745A EP 3558656 A1 EP3558656 A1 EP 3558656A1
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Definitions
- a second diameter is arranged between the inner peripheral surface and the first diameter, wherein a cross-sectional area of the die present on a second diameter is at most 80%, in particular at most 60%, preferably at most 40%, of the inner peripheral surface.
- a further cross-sectional area is provided between the second diameter and the first diameter which is greater than the cross-sectional area present on the second diameter.
- a plurality of centering surfaces are arranged on the first diameter, wherein the centering surfaces are arranged spaced apart along the circumferential direction.
- at least three centering surfaces are provided, which are arranged spaced from each other along the circumferential direction.
- the holding region is arranged in the radial direction between the inner circumferential surface and the first diameter.
Landscapes
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen zwei Stirnseiten (4, 5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehendvon der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfläche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einemersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfläche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
Description
MATRIZE FÜR EINE PRESSE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES GRÜNLINGS MIT EINER PRESSE
Die Erfindung betrifft eine Matrize für eine Presse, insbesondere für eine Pulver- presse zur Herstellung von Grünlingen. Mit der Presse werden insbesondere sinterfähige Grünlinge hergestellt, also Grünlinge, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. Insbesondere können in der Matrize metallische und/oder keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden. Bekannte Matrizen dieser Art umfassen einen sogenannten Schrumpfring, wobei innerhalb des Schrumpfrings ggf. ein Kern (insbesondere aus Hartmetall) angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfläche der Matrize bildet. Die Innenum- fangsfläche der Matrize bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling. Über eine nach oben offene erste Stirnseite der Matrize kann insbesondere mindestens ein Oberstempel der Presse entlang einer axialen Richtung in die Matrize hineinfahren. Der mindestens eine Oberstempel gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche der Matrize und verpresst das Pulver zunehmend. Insbesondere kann zusätzlich mindestens ein Unterstempel vorgesehen sein, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite der Matrize entlang der axialen Richtung in die Matrize hineinfährt, bzw. in der Matrize zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung verfährt. Zwischen dem mindestens einen Oberstempel und dem mindestens einen Unterstempel wird so das Pulver zu einem Grünling verpresst, wobei die Innenumfangsfläche der Matrize insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings definiert.
Die Matrize weist an einer Außenumfangsfläche insbesondere einen Kragen auf, über den die Matrize in der Presse aufgenommen und verspannt werden kann. Der Kragen erstreckt sich in einer radialen Richtung über die Außenumfangsfläche, so dass die Matrize an einer Auflage der Presse aufgelegt bzw. abgestützt werden kann. Im Übrigen sind derartige Matrizen im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt, wobei die zylindrisch geformte Außenumfangsfläche üblicherweise über ein
Radialspiel in der Presse aufgenommen ist, so dass eine Zentrierung von Stempeln) und Matrize zueinander, also ein koaxiales Anordnen von Stempel(n) und Matrize, ermöglicht werden kann. Eine Matrize kann an den Stirnseiten jeweils Stempelführungszonen aufweisen, wobei beabstandet von den Stirnseiten und benachbart zu den Stempelführungszonen eine Presszone vorliegt. Die Presszone ist die Zone, in der das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet wird. Dabei ist die Presszone in der Matrize eindeutig definiert und entlang der axialen Richtung begrenzt. Weiter kann zu- mindest an einer Stirnseite eine Entformungszone vorgesehen sein, d. h. eine Zone der Matrize, durch die der Grünling aus der Matrize ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse bereitgestellt wird. Beim Pressen des Pulvers wird durch den hohen Pressdruck die Innenumfangsfläche der Matrize ebenfalls stark beansprucht. Dabei wird die Innenumfangsfläche der Matrize in der radialen Rich- tung (bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist) elastisch aufgeweitet. Diese Aufweitung in der Presszone führt nun dazu, dass bei der Entformung starke Reibkräfte entstehen. Diese Reibkräfte können bis in die Entformungszone hinein vorliegen, weil die Matrize üblicherweise zylindrisch ausgeführt ist und daher eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit (also einen im Wesentlichen konstanten Widerstand gegen eine elastische Aufweitung in der radialen Richtung bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist) ent- lang der axialen Richtung aufweist.
Diese Aufweitung nur in der Presszone der Matrize führt auch dazu, dass der Grünling nicht maßgenau herstellbar ist. Insbesondere kann sich während des Ent- formens des Grünlings eine Konizität des Grünlings einstellen. Dabei federt die Matrize in der Presszone mit fortschreitender Entformung zurück, so dass der
Grünling am unteren Ende immer weiter zugeschnürt und damit insgesamt konisch wird.
Zur Reduzierung dieser Reibkräfte wurde vorgeschlagen, Entformungsschrägen an der Innenumfangsfläche der Matrize vorzusehen, so dass mit der Bewegung des Grünlings entlang der axialen Richtung aus der Presszone heraus und durch die Entformungszone hindurch hin zur Stirnseite eine Entspannung des Grünlings eintritt. Bekannte Ausführungen von derartigen Matrizen verursachen hohe Kosten, z. B. aufgrund des für die Matrize verwendeten Materials und/oder auch für Hilfsvorrichtungen, die zur Handhabung der Matrize bzw. zur Montage und Demontage in der Presse erforderlich sind. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ungewollte, aber bisher prozessbedingte Konizitäten am Grünling vermieden werden. Dabei sollen auch nicht rotationsymmetrische Bauteile mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Insbesondere soll eine Matrize für eine Presse bereitgestellt werden, die ein geringeres Gewicht als übliche Matrizen aufweist, wobei die Maßhaltigkeit der herzustellenden Grünlinge nicht beeinträchtigt werden soll. Weiter soll bevorzugt ermöglicht werden, dass die bei der Entformung des Grünlings auftretenden Reibkräfte reduziert werden, wobei Entformungsschrägen ggf. nicht erforderlich sein sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Matrize gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den
Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Hierzu trägt eine Matrize zur Anordnung in einer Presse bei, wobei die Matrize sich entlang einer axialen Richtung zwischen einer ersten Stirnseite und einer (gegenüber liegenden) zweiten Stirnseite erstreckt und zwischen den Stirnseiten eine Innenumfangsfiäche ausbildet. Die Matrize erstreckt sich ausgehend von der In- nenumfangsfiäche entlang einer radialen Richtung hin zu einer Außenumfangsfiä- che und hin zu mindestens einer Zentrierfiäche, die in der radialen Richtung auf einem ersten Durchmesser angeordnet ist. Die Matrize weist beabstandet zu den Stirnseiten eine Presszone auf. Im Bereich der Presszone weist die Matrize eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten angeordneten Zonen der Matrize, höhere maximale (also höchste dort vorliegende) erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (also eines auf dem jeweiligen Abschnitt der Innenumfangsfiäche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche des Abschnitts der Innenumfangsfiäche angeordnet ist) auf die Innenumfangsfiäche wirkenden Presskraft (bzw. dem dort wirkenden Pressdruck) auf. Die maximale erste Steifigkeit ist um mindestens 10 %, insbesondere um mindestens 15 %, bevorzugt um mindestens 20 %, besonders bevor- zugt um mindestens 40 % höher als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende minimale (also kleinste dort vorliegende) zweite Steifigkeit. Ganz besonders bevorzugt gilt dies für beide an den Stirnseiten angeordneten Zonen. Die maximale erste Steifigkeit ist bevorzugt höher, insbesondere um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 15 %, besonders bevorzugt um mindestens 20 %, oder sogar um mindestens 40 %, als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende maximale (also größte dort vorliegende) zweite Steifigkeit. Ganz besonders bevorzugt gilt dies für beide an den Stirn- Seiten angeordneten Zonen.
Die Steifigkeiten bezeichnen insbesondere den Widerstand der Innenumfangsflä- che gegenüber einer Verformung in der radialen Richtung (bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist). Die Einheit der Steifigkeit ist: N/m [Newton/Meter].
Die Steifigkeit kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden: Über eine FEM- Analyse bei der die Verformung, insbesondere die elastische Verformung, der Matrize bei einer bestimmen Presskraft [N], welche insbesondere senkrecht auf die Innenumfangsfläche der Matrize wirkt, bestimmt wird (also die Verschiebung des Materials der Matrize in Richtung des Normalenvektors der Innenumfangsfläche der Matrize, welche in [m] angegeben werden kann). Das Verhältnis dieser Größen (Presskraft [N]/Materialverschiebung [m]) stellt die Steifigkeit der Matrize dar.
Je geringer die Steifigkeit der Matrize, desto größer ist die elastische Verformung der Matrize. Die Matrize soll in der Presszone also so steif wie möglich sein, um die Maßhaltigkeit des Grünlings zu gewährleisten. In dem Bereich der unteren und/oder oberen Stirnfläche soll die Matrize insbesondere die geringste Steifigkeit aufweisen, um insbesondere in der Entformungszone eine größere Elastizität aufzuweisen, damit die Reibkräfte in dieser Zone minimiert werden und ggf. die Oberfläche des Grünlings nicht bzw. nur in geringem Maße beeinträchtigt wird.
Die Matrize ist insbesondere für eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlin- gen vorgesehen. Mit der Presse werden insbesondere sinterfähige Grünlinge hergestellt, also Grünlinge, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. Insbesondere können in der Matrize metallische Pulver oder auch keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden. Insbesondere umfasst die Matrize einen sogenannten Schrumpfring, wobei innerhalb des Schrumpfrings ggf. ein Kern (insbesondere aus Hartmetall) angeordnet
ist, der dann die Innenumfangsfläche der Matrize bildet. Die Innenumfangsfläche der Matrize bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling. Über eine nach oben offene erste Stirnseite der Matrize kann insbesondere mindestens ein Oberstempel der Presse entlang einer axialen Richtung in die Matrize hineinfahren. Der mindestens eine Oberstempel gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche der Matrize und verpresst das Pulver zunehmend. Insbesondere kann zusätzlich mindestens ein Unterstempel vorgesehen sein, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite der Matrize entlang der axialen Richtung in die Matrize hineinfährt. Zwischen dem mindestens einen Oberstempel und dem mindestens einen Unterstempel wird so das Pulver zu einem Grünling verpresst, wobei die Innenumfangsfläche der Matrize insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings definiert. Über die Stempel wird die Presskraft in das Pulver eingebracht. Die Presskraft wird über die Stempel und die Matrize gehalten. Auf die Matrize wirkt dabei die Presskraft in der Richtung des Normalenvektors.
Die Matrize weist insbesondere (ggf. unmittelbar angrenzend) an den Stirnseiten jeweils eine Stempelführungszone als Zonen auf, wobei beabstandet von den Stirnseiten und (ggf. unmittelbar) benachbart zu den Stempelführungszonen eine Presszone vorliegt. In der Presszone wird das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet. Insbesondere ist die Presszone durch den Bereich entlang der axialen Richtung definiert, in dem das Pulver während des Aufbringens der höchsten Presskraft angeordnet ist.
Weiter liegt insbesondere zumindest an einer Stirnseite eine Entformungszone vor, d. h. eine Zone der Matrize, durch die der Grünling aus der Matrize ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse bereitgestellt wird.
Insbesondere wird über die mindestens eine (äußere) Zentrierfläche die Matrize in der Presse gegenüber den Stempeln ausgerichtet. Eine Zentrierung der Matrize gegenüber den Stempeln ist insbesondere jedoch auch über andere Flächen, z. B. Teile der Außenumfangsfläche möglich. Insbesondere liegt zwischen der Zentrier-
fläche (oder der jeweiligen für die Zentrierung genutzten Fläche) und der Presse das kleinste Radialspiel zwischen Matrize und Presse in der radialen Richtung vor (dabei sind Anschlüsse für Kühlleitungen usw. ausgenommen). Insbesondere liegt die mindestens eine Zentrierfläche auf dem größten ersten Durchmesser der Mat- rize, d. h. die Matrize erstreckt sich nur innerhalb des ersten Durchmessers.
Insbesondere werden die Zentrierfiächen, bzw. die Ober- und Unterseite der Matrize in unmittelbarer Nähe der Zentrierfiächen als Kragen zur Klemmung der Matrize in einer Aufnahme (einem Adapter) der Presse genutzt. Es sind aber auch anderen Flächen geeignet, hier als Kragen zur Klemmung der Matrize durch eine Aufnahme der Pressen genutzt zu werden.
Die hier vorgeschlagene Matrize ist insbesondere so gestaltet, dass (nur) im Bereich der Presszone eine maximale bzw. möglichst hohe erste Steifigkeit vorliegt. Durch diese hohe erste Steifigkeit kann eine maßgenaue Fertigung des Grünlings durch die Presse bzw. den Pressvorgang sichergestellt werden. Andererseits ist eine zweite Steifigkeit im Bereich der Stirnseiten der Matrize deutlich kleiner ausgeführt, weil in diesen (in axialer Richtung begrenzten) Bereichen eine deutlich geringere Beanspruchung der Matrize durch die in Richtung des Normalen- vektors wirkende Presskraftkomponente vorliegt.
Für die geringere zweite Steifigkeit kann insbesondere ein Großteil des üblicherweise in zylindrisch ausgeführten Matrizen vorliegenden Materials eingespart werden. Gegenüber zylindrisch ausgeführten Matrizen kann somit das Gewicht von mindestens 25 %, bevorzugt von mindestens 50 % und besonders bevorzugt von mindestens 75% eingespart werden.
Insbesondere weist die Matrize integrierte Kühlleitungen und/oder Heizleitungen auf, die für eine Temperierung der Matrize während der Pressvorgänge erforder- lieh sind.
Die Gestaltung und Auslegung der Matrize erfolgt insbesondere durch Berechnung und Simulation der auftretenden Belastungen und Verformungen der Matrize (z. B. durch FEM-Berechnungen: Finite-Elemente-Methode). Weiterhin können Programme zur Topologie-Optimierung hier eingesetzt werden.
Die geringere zweite Steifigkeit führt insbesondere weiter dazu, dass die Reibkräfte während des Entformens des Grünlings aus der Matrize reduziert werden können. Insbesondere sind Entformungsschrägen am Grünling bzw. an der Innenum- fangsfläche der Matrize nicht mehr zwingend erforderlich, so dass sehr maßhalti- ge und zylindrische Außenumfangsflächen des Grünlings herstellbar sind. Weiterhin wird die Beanspruchung der Matrize durch die Reibung während der Ent- formung reduziert, so dass der Verschleiß der Matrize reduziert werden kann. Zudem werden die Rückstellkräfte der Matrize während des Entformens des Grünlings über die eine Stirnseite reduziert, so dass der Grünling weniger eingeschnürt wird und daher eine nur sehr geringe oder sogar keine (ungewollte) Konizität aufweist.
Die Einsparung des Materials der Matrize führt nun insbesondere zu einer deutlichen Gewichtseinsparung. Damit kann jedoch die Handhabung der Matrize, ins- besondere bei der Montage in der Presse bzw. Demontage aus der Presse, erleichtert werden. Ggf. ist nun sogar eine rein manuelle Handhabung der Matrize, also ein Bewegen der Matrize ohne mechanische Hilfsmittel (z. B. Kran, Hebevorrichtung oder ähnliches), möglich. Insbesondere sind die verwendeten Hilfsmittel aber in jedem Fall für weniger Gewicht auszulegen, so dass auch hier eine deutliche Kostenreduktion erreichbar ist. Derzeit können nur Pressen mit einer Presskraft von bis zu 1500 kN [kiloNewton] manuell gerüstet werden. Infolge der vorliegend vorgeschlagenen Gewichtsreduzierung können zukünftig Pressen mit einer Presskraft von bis zu 4000 kN manuell gerüstet werden. Insbesondere ist bei manuellen Rüsten auch ein Adapterwechsel für die Matrize nicht notwendig. Damit entfällt der Bedarf für einen zweiten Adapter und einen Adapterbahnhof. Auch die Gefahr
einer Beschädigung der Matrize bzw. der Stempel durch den Kontakt der Matrize mit den scharfkantigen Stempeln der Presse kann so reduziert werden.
Die erste Steifigkeit entlang einer Umfangsrichtung der Matrize kann unterschied- lieh ausgeführt sein bzw. in Umfangsrichtung variieren. Insbesondere ist die Matrize also nicht rotationssymmetrisch um eine zur axialen Richtung parallelen Achse ausgeführt (oder insbesondere nur bei einer Drehung von 180 Winkelgrad entlang der Umfangsrichtung). Eine solche Ausgestaltung der Matrize ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn nicht-rotationssymmetrische Grünlinge hergestellt werden, z. B. Quader.
Insbesondere ist die mindestens eine Zentrierfläche entlang der axialen Richtung (zumindest teilweise oder ausschließlich) in der Presszone angeordnet. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die mindestens eine Zentrierfläche zumindest teilweise auch in einer der benachbart zu den Stirnseiten vorliegenden Zonen und insbesondere vollständig außerhalb der Presszone angeordnet sein. Entscheidend ist dabei aber insbesondere, dass die erste Steifigkeit in der Presszone gegenüber den zweiten Steifigkeiten in den anderen Zonen erhöht ausgeführt ist. Insbesondere weist die mindestens eine Zentrierfläche eine erste Höhe entlang der axialen Richtung auf, wobei die erste Höhe höchstens 80 % eines kleinsten Ab- stands zwischen den Stirnseiten beträgt. Der kleinste Abstand wird bevorzugt im Bereich des Übergangs von den Stirnseiten zu der Innenumfangsfläche bestimmt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Matrize entlang der radialen Richtung zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser zumindest
- einen zumindest in der axialen Richtung reduzierten Querschnitt oder
- in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnete Verbin- dungsbereiche
auf.
Der in der axialen Richtung reduzierte Querschnitt beschreibt die Form der Matrize an den Stirnseiten in dem Bereich zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser. Hier kann eine Art Einschnürung der Form der Matrize vor- gesehen sein, das heißt, die Matrize weist in diesem Bereich einen kleineren Abstand zwischen den Stirnseiten auf als im Bereich der Innenumfangsfläche.
Die Verbindungsbereiche beschreiben die Form der Matrize entlang der Umfangs- richtung. Hier können zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durch- messer Freiräume (also ohne Material der Matrize) vorliegen. Dabei können durch die Verbindungsbereiche z. B. Speichen gebildet werden, die die Innenumfangsfläche mit einer an dem ersten Durchmesser angeordneten Zentrierfläche verbinden. Insbesondere sind die Verbindungsbereiche zusätzlich in der axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere können so z. B. Speichen gebildet werden, die in der Umfangsrichtung an zumindest teilweise gleichen Positionen, dabei aber in der axialen Richtung an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
Insbesondere ist ein zweiter Durchmesser zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser angeordnet, wobei eine auf einem zweiten Durchmesser vorliegende Querschnittsfläche der Matrize höchstens 80 %, insbesondere höchstens 60 %, bevorzugt höchstens 40 % der Innenumfangsfläche beträgt. Auf die- sem zweiten Durchmesser sind also, wie vorstehend ausgeführt, Bereiche ohne Material, also Freiräume, vorgesehen. Insbesondere ist zwischen dem zweiten Durchmesser und dem ersten Durchmesser eine weitere Querschnittsfläche vorgesehen, die größer ist als die auf dem zweiten Durchmesser vorliegende Quer- schnittsfläche.
Insbesondere sind mehrere Zentrierflächen auf dem ersten Durchmesser angeordnet, wobei die Zentrierflächen entlang der Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere sind zumindest drei Zentrierflächen vorgesehen, die voneinander entlang der Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind.
Die mindestens eine Zentrierfläche kann in der Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein. Das heißt zum Beispiel, dass diese Zentrierfläche über den Umfang zusammenhängend ausgebildet ist. Die Matrize kann mindestens einen, in der axialen Richtung von der mindestens einen Zentrierfläche beabstandet angeordneten Haltebereich aufweisen. Insbesondere ist der Haltebereich zur Erleichterung der Handhabung der Matrize vorgesehen. Insbesondere dient der Haltebereich als Griff für die manuelle Handhabung der Matrize. Bevorzugt ist der Haltebereich einstückig, also bevorzugt stoff- schlüssig, mit der Matrize verbunden. Alternativ kann der Haltebereich auch z. B. über Schrauben an der Matrize befestigt werden.
Insbesondere ist der Haltebereich in der radialen Richtung zwischen der Innenum- fangsfläche und dem ersten Durchmesser angeordnet.
Bevorzugt erstreckt sich der Haltebereich ringförmig.
Die hier vorgeschlagene besondere Gestalt der Matrizen lässt sich selbstverständlich mit den bekannten Herstellungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Sägen, Bohren sowie Schleifen, Drahtschneiden, Senkerodieren und Hartfräsen etc. erzeugen. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, die Matrize oder zumindest die Schrumpfringe durch sogenannte additive Verfahren, z. B. Lasersintern (3D-Druck Verfahren, zur Herstellung von räumlichen Strukturen aus pulverförmigen Ausgangsmaterial durch Sintern; Werkstück wird schichtweise erzeugt), herzustellen. Hier- durch ist eine wirklich freie Gestaltung der Matrize möglich, wobei das Gewicht der Matrize so weit wie möglich reduziert werden kann.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings mit einer Presse vorgeschlagen, wobei die Presse zumindest eine wie vorstehend beschriebene Matrize und mindestens einen Stempel aufweist, der über eine Stirn- seite der Matrize in eine durch die Innenumfangsfläche gebildete Aufnahme für den Grünling entlang der axialen Richtung verfahrbar ist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
a) Anordnen eines Pulvers in der Aufnahme;
b) Verfahren des mindestens einen Stempels in der Matrize entlang der axialen Richtung und Verpressen des Pulvers zu einem Grünling in der Presszone; c) Entformen des Grünlings aus der Matrize über eine Stirnseite der Matrize; wobei die Matrize beabstandet zu den Stirnseiten die Presszone und im Bereich der Presszone eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten angeordneten Zonen höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors zumindest in Schritt b) auf die Innenumfangsfläche wirkenden Presskraft aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende minimale zweite Steifigkeit. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Grünling in Schritt c) über eine an der ersten Stirnseite angeordnete erste Zone aus der Matrize entformt wird, wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als zumindest die, in der ersten Zone vorliegende minimale zweite Steifigkeit. Die Ausführungen zu der Matrize gelten gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste",„zweite",...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegen- ständen oder Größen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände oder Größen zueinander zwingend vorgeben. Sollte
eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
Fig. 1 : eine bekannte Matrize in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 2: die Matrize nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 3: eine Matrize gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 4: die Matrize nach Fig. 3 in einer Draufsicht;
Fig. 5: die Matrize nach Fig. 3 und 4 in einer Seitenansicht;
Fig. 6: die Matrize nach Fig. 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 7: eine Matrize gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 8: eine Matrize gemäß einer dritten Ausfuhrungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 9: eine Matrize gemäß einer vierten Ausfuhrungsvariante in einer perspektivischen Ansicht; eine Matrize gemäß einer fünften Ausführungsvariante in einer spektivischen Ansicht; Fig. 11 : die Matrize nach Fig. 10 in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 12: die Matrize nach Fig. 10 und 11 in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 13: eine Matrize gemäß einer sechsten Ausführungsvariante in einer per- spektivischen Ansicht;
Fig. 14: eine Matrize gemäß einer siebten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht; Fig. 15: eine Matrize gemäß einer achten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Matrize 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 2 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Fig. 1 und 2 wer- den im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Die Matrize 1 umfasst einen sogenannten Schrumpfring 23, wobei innerhalb des Schrumpfrings 23 ein Kern 24 angeordnet ist, der dann die Innenumfangsf äche 6 der Matrize 1 bildet. Die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling 25. Über eine nach oben offene erste Stirnseite 4 der Matrize 1 kann ein Oberstempel 26 der Presse 2
entlang einer axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfahren. Der Oberstempel 26 gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 und verpresst das Pulver zunehmend. Hier ist zusätzlich ein Unterstempel 27 vorgesehen, der (bei der Montage der Matrize 1) über eine nach unten offene zweite Stirnseite 5 der Matrize 1 entlang der axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfährt und sich bis zur Demontage der Matrize 1 innerhalb der Matrize 1 auf und ab bewegt. Zwischen dem Oberstempel 26 und dem Unterstempel 27 wird so das Pulver durch Presskräfte 14 zu einem Grünling 25 verpresst, wobei die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings 25 definiert.
Die Matrize 1 weist an einer Außenumfangsfläche 8 einen Kragen 28 auf, über den die Matrize 1 in der Presse 2 aufgenommen und verspannt werden kann. Der Kragen 28 erstreckt sich in einer radialen Richtung 7 weiter als die Außenumfangsfläche 8, so dass die Matrize 1 auf einer Auflage 29 der Presse 2 aufgelegt werden kann. Die Matrize 1 ist zylindrisch ausgeführt, wobei die zylindrisch geformte Außenumfangsfläche 8 über ein Radialspiel in der Presse 2 aufgenommen ist, so dass eine Zentrierung von Stempeln 26, 27 und Matrize 1, also ein koaxiales Anordnen von Stempeln 26, 27 und Matrize 1, ermöglicht werden kann. Die Matrize 1 weist an der ersten Stirnseite 4 eine erste Zone 12 und an der zweiten Stirnseite 5 eine zweite Zone 13 auf, die jeweils als Stempelführungszone 30 bezeichnet wird. Beabstandet von den Stirnseiten 4, 5 und benachbart zu den Stempelführungszonen 30 liegt eine Presszone 11 vor. Die Presszone 11 ist die Zone, in der das Pulver mit der höchsten Presskraft 14 verdichtet wird. Dabei ist die Presszone 11 in der Matrize 1 eindeutig definiert und entlang der axialen Richtung 3 begrenzt. Weiter liegt an der ersten Stirnseite 4 eine Entformungszone 31 vor, d. h. eine Zone der Matrize 1 , durch die der fertig verpresste Grünling 25 aus der Matrize 1 ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse 2 bereitgestellt wird. Beim Pressen des Pulvers wird durch den hohen Pressdruck die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 ebenfalls stark beansprucht. Dabei wird die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 in der Richtung des Normalenvektors 32
elastisch aufgeweitet. Diese Aufweitung in der Presszone 11 führt nun dazu, dass bei der Entformung starke Reibkräfte entstehen. Diese Reibkräfte liegen bis in die Entformungszone 31 hinein vor, da die Matrize 1 üblicherweise zylindrisch ausgeführt ist und daher eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit (also einen im Wesentlichen konstanten Widerstand gegen eine elastische Aufweitung in der Richtung des Normalenvektors 32) entlang der axialen Richtung 3 aufweist. Diese Aufweitung nur in der Presszone 11 der Matrize 1 führt dazu, dass der Grünling 25 nicht maßgenau herstellbar ist. Während des Entformens des Grünlings 25 kann sich eine Konizität des Grünlings 25 einstellen. Dabei federt die Matrize 1 in der Presszone 11 mit fortschreitender Entformung zurück, so dass der Grünling 25 am unteren Ende immer weiter zugeschnürt und damit insgesamt konisch wird.
Fig. 3 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 4 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 3 in einer Draufsicht. Fig. 5 zeigt die Matrize nach Fig. 3 und 4 in einer Seitenansicht. Fig. 6 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Fig. 3 bis 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Die Matrize 1 erstreckt sich entlang einer axialen Richtung 3 zwischen zwei Stirn- Seiten 4, 5 und bildet zwischen den Stirnseiten 4, 5 eine Innenumfangsfläche 6 aus. Die Matrize 1 erstreckt sich ausgehend von der Innenumfangsfläche 6 entlang einer radialen Richtung 7 hin zu einer Außenumfangsfläche 8 und hin zu drei, in der radialen Richtung 7 auf einem ersten Durchmesser 9 angeordneten, Zentrierflächen 10. Die Matrize 1 weist beabstandet zu den Stirnseiten 4, 5 eine Presszone 11 auf. Im Bereich der Presszone 11 weist die Matrize 1 eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten 4, 5 angeordneten Zonen 12, 13, höhere maximale (also höchste dort vorliegende) erste Steifigkeit gegenüber einer in der Richtung des Normalenvektors 32 auf die Innenumfangsfläche 6 wirkenden Presskraft 14 auf. Die Matrize 1 ist für eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlingen 25 vorgesehen. Mit der Presse 2 werden sinterfähige Grünlinge 25 hergestellt, also Grün-
linge 25, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. In der Matrize 1 können metallische Pulver oder auch keramische Pulver zu Grünlingen 25 ver- presst werden. Die Matrize 1 umfasst einen sogenannten Schrumpfring 23, wobei innerhalb des Schrumpfrings 23 ein Kern 24 angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfiäche 6 der Matrize 1 bildet. Die Innenumfangsfiäche 6 der Matrize 1 bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling 25. Über eine nach oben offene erste Stirnseite 4 der Matrize 1 kann ein Oberstempel 26 der Presse 2 entlang einer axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfahren. Der Oberstempel 26 gleitet dabei entlang der Innenumfangsfiäche 6 der Matrize 1 und verpresst das Pulver zunehmend. Hier ist zusätzlich ein Unterstempel 27 vorgesehen, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite 5 der Matrize 1 entlang der axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfährt. Zwischen dem Oberstempel 26 und dem Un- terstempel 27 wird so das Pulver durch Presskräfte 14 zu einem Grünling 25 verpresst, wobei die Innenumfangsfiäche 6 der Matrize 1 insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings 25 definiert. Über die Stempel 26, 27 wird die Presskraft 14 in das Pulver eingebracht. Die Presskraft 14 wird über die Stempel 26, 27 und die Matrize 1 gehalten. Auf die Matrize 1 wirkt dabei die Presskraft 14 in der Rich- tung des Normalenvektors 32.
Die Matrize 1 weist an den Stirnseiten 4, 5 jeweils Stempelführungszonen 30 als Zonen 12, 13 auf, wobei beabstandet von den Stirnseiten 4, 5 und benachbart zu den Stempelführungszonen 30 eine Presszone 11 vorliegt. In der Presszone 11 wird das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet. Die Presszone 11 ist durch den Bereich entlang der axialen Richtung 3 definiert, in dem das Pulver während des Aufbringens der höchsten Presskraft 14 (siehe Fig. 1) angeordnet ist.
Weiter liegt zumindest an der ersten Stirnseite 4 eine Entformungszone 31 vor, d. h. eine erste Zone 12 der Matrize 1, durch die der Grünling 25 aus der Matrize 1 ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse 2 bereitgestellt wird.
Über die Zentrierflächen 10 wird die Matrize 1 in der Presse 2 gegenüber den Stempeln 26, 27 ausgerichtet. Die Zentrierflächen 10 liegen auf dem größten ersten Durchmesser 9 der Matrize 1 , d. h. die Matrize 1 erstreckt sich nur innerhalb des ersten Durchmessers 9.
Bei der hier vorgeschlagenen Matrize 1 wurde davon ausgegangen, dass nur im Bereich der Presszone 11 eine möglichst hohe erste Steifigkeit vorliegen sollte. Durch diese hohe erste Steifigkeit kann eine maßgenaue Fertigung des Grünlings 25 durch die Presse 2 bzw. den Pressvorgang sichergestellt werden. Andererseits kann eine zweite Steifigkeit im Bereich der Stirnseiten 4, 5 der Matrize 1 deutlich kleiner ausgeführt sein, da in diesen (in axialer Richtung 3 begrenzten) Bereichen eine deutlich geringere Beanspruchung der Matrize 1 durch die in Richtung des Normalenvektors 32 wirkende Presskraft(-komponente) 14 vorliegt.
Für die geringere zweite Steifigkeit kann ein Großteil des üblicherweise in zylindrisch ausgeführten Matrizen 1 (siehe Fig. 1 bis 3) vorliegenden Materials eingespart werden. Die Zentrierflächen 10 sind entlang der axialen Richtung 3 ausschließlich in der Presszone 11 angeordnet.
Die Zentrierflächen 10 weisen eine erste Höhe 16 entlang der axialen Richtung 3 auf, wobei die erste Höhe 16 kleiner ist als ein kleinster Abstand 17 zwischen den Stirnseiten 4, 5 beträgt.
Die Matrize 1 weist entlang der radialen Richtung 7 zwischen der Innenumfangs- fiäche 6 und dem ersten Durchmesser 9 sowohl einen zumindest in der axialen Richtung 3 reduzierten Querschnitt 18 als auch in der Umfangsrichtung 15 vonei- nander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche 19 auf.
Der in der axialen Richtung 3 reduzierte Querschnitt 18 beschreibt die Form der Matrize 1 an den Stirnseiten 4, 5 in dem Bereich zwischen der Innenumfangsflä- che 6 und dem ersten Durchmesser 9. Hier liegt also eine Einschnürung der Form der Matrize 1 vor, das heißt, die Matrize 1 weist in diesem Bereich einen kleine- ren Abstand 17 zwischen den Stirnseiten 4, 5 auf als im Bereich der Innenum- fangsfläche 6.
Die Verbindungsbereiche 19 beschreiben die Form der Matrize 1 entlang der Um- fangsrichtung 15. Hier liegen zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 Freiräume (also ohne Material der Matrize 1) vor. Dabei werden durch die Verbindungsbereiche 19 Speichen gebildet, die die Innenumfangsfläche 6 mit einer an dem ersten Durchmesser 9 angeordneten Zentrierfläche 10 verbinden. Hier sind drei Zentrierflächen 10 auf dem ersten Durchmesser 9 angeordnet, wobei die Zentrierflächen 10 entlang der Umfangsrichtung 15 voneinander beabstandet angeordnet sind.
Die Matrize 1 weist zudem einen, in der axialen Richtung 3 von den Zentrierflä- chen 10 beabstandet angeordneten Haltebereich 22 auf.
Der Haltebereich 22 ist zur Erleichterung der Handhabung der Matrize 1 vorgesehen. Der Haltebereich 22 dient als Griff für die manuelle Handhabung der Matrize 1. Vorliegend ist der Haltebereich 22 über Schrauben an der Matrize 1 befestigt (siehe Fig. 4).
Der Haltebereich 22 ist in der radialen Richtung 7 zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 angeordnet. Der Haltebereich 22 erstreckt sich ringförmig.
In Fig. 6 ist der Grünling 25 innerhalb der Presszone 11 angeordnet. Der Grünling 25 wird in Schritt b) des Verfahrens in der Presszone durch Verpressen eines Pulvers gebildet. In der Presszone 11 wird der höchste Pressdruck erreicht. In Schritt c) des Verfahrens (hier nicht dargestellt) wird der Grünling 25 über die als Ent- formungszone 31 vorgesehene erste Zone 12, die an der ersten Stirnfläche 4 angeordnet ist, entformt.
Fig. 7 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 wird verwiesen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante weist die Matrize 1 im Bereich der Verbindungsbereiche 19 weitere Freiräume bzw. Aussparungen auf. Auch die Anbindung des Haltebereichs 22 an die Matrize 1 bzw. an den Schrumpfring 23 ist hier anders gestaltet. Fig. 8 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer dritten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 wird verwiesen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante sind die Verbindungsbereiche 19 zusätzlich in der axialen Richtung 3 voneinander beabstandet angeordnet. So werden Speichen gebildet, die in der Umfangsrichtung 15 an zumindest teilweise gleichen Positionen, dabei aber in der axialen Richtung 3 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Zudem ist die Zentrierfläche 10 in der Umfangsrichtung 15 umlaufend ausgebildet.
Hier können die Verbindungsbereiche 19 als Griffe für die manuelle Handhabung der Matrize 1 genutzt werden.
Fig. 9 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer vierten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier ein weiterer umlaufender Zwi- schenring zwischen der Innenumfangsfläche 6 und der umlaufend ausgeführten Zentrierfläche 10 vorgesehen.
Fig. 10 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer fünften Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 11 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 10 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei der Schnitt durch die Mittelachse der Matrize 1 verläuft. Fig. 12 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 10 und 11 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei hier die Schnittlinie seitlich versetzt zur Mittelachse verläuft. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier ein in der Umfangsrichtung 15 umlaufend ausgebildeter, gewellter Bereich ausgebildet, der einen in der axialen Richtung deutlich reduzierten Quer- schnitt 18 aufweist.
Es ist ein zweiter Durchmesser 20 zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 angeordnet, wobei eine auf einem zweiten Durchmesser 20 vorliegende Querschnittsfläche 21 der Matrize 1 deutlich kleiner ist als die Innen- umfangsfläche 6. Zwischen dem zweiten Durchmesser 20 und dem ersten Durchmesser 9 ist eine weitere Querschnittsfläche vorgesehen (hier direkt benachbart zur umlaufend ausgeführten Zentrierfläche 10), die größer ist als die auf dem zweiten Durchmesser 20 vorliegende Querschnittsfläche 21. Hier werden die Zentrierflächen 10, bzw. die Ober- und Unterseite der Matrize 1 in unmittelbarer Nähe der Zentrierflächen 10 als Kragen 28 zur Klemmung der Matrize 1 in einer Aufnahme (einem Adapter; hier ist nur eine Auflage 29 der Aufnahme gezeigt) der Presse 2 genutzt. Fig. 13 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer sechsten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 14 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer siebten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 15 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer achten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Die Figuren 13 bis 15 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausfüh- rungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier die Innenumfangsfläche 6 nicht rotationssymmetrisch ausgeführt. Auf-
grund der Form der Innenumfangsfläche 6 bzw. der Aufnahme für das zu verpressende Pulver wird die Innenumfangsfläche 6 bzw. die Matrize 1 in Abhängigkeit von der Position entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlich stark durch die, über die Stempel 26, 27 aufgebrachte und auf die Innenumfangsfläche 6 einwirkende Presskraft 14 beansprucht. Daher wird die Matrize 1 mit einer entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlichen ersten Steifigkeit ausgeführt. Hier ist die Matrize 1 um einen Winkelschritt von 180 Winkelgrad rotationssymmetrisch um eine zur axialen Richtung 3 parallelen Achse ausgeführt. Eine solche Ausgestaltung der Matrize 1, mit einer entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlichen ersten Steifigkeit, ist insbesondere gerade dann sinnvoll, wenn nicht rotationssymmetrische Grünlinge 25 (bzw. Grünlinge 25, die nur bei einer Drehung von 180 Winkelgrad eine Symmetrie aufweisen) hergestellt werden, z. B. wie dargestellt quaderförmige Grünlinge 25. Durch diese spezielle Ausführungsvariante der Matrize können asymmetrische Grünlinge 25 ideal abgestützt werden, so dass radial asymmetrische Verformungen der Matrize 1 und damit des Grünlings 25 vermieden werden können.
Bezugszeichenliste
1 Matrize
2 Presse
3 axiale Richtung
4 erste Stirnseite
5 zweite Stirnseite
6 Innenumfangsfläche
7 radiale Richtung
8 Außenumfangsfläche
9 erster Durchmesser
10 Zentrierfläche
11 Presszone
12 erste Zone
13 zweite Zone
14 Presskraft
15 Umfangsrichtung
16 erste Höhe
17 Abstand
18 Querschnitt
19 Verb indungsbere ich
20 zweiter Durchmesser
21 Querschnittsfläche
22 Haltebereich
23 Schrumpfring
24 Kern
25 Grünling
26 Oberstempel
27 Unterstempel
28 Kragen
29 Auflage
Stempelführungszone
Entformungszone
Richtung des Normalenvektors
Claims
Patentansprüche
Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen einer ersten Stirnseite (4) und einer zweiten Stirnseite (5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehend von der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfiäche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einem ersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfiäche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
Matrize (1) nach Patentanspruch 1, wobei die erste Steifigkeit entlang einer Umfangsrichtung (15) unterschiedlich ist.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindestens eine Zentrierfläche (10) entlang der axialen Richtung (3) in der Presszone (11) angeordnet ist.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindestens eine Zentrierfiäche (10) eine erste Höhe (16) entlang der axialen Richtung (3) aufweist, wobei die erste Höhe (16) höchstens 80 % eines kleinsten Abstands (17) zwischen den Stirnseiten (4, 5) beträgt.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) zumindest
einen zumindest in der axialen Richtung (3) reduzierten Querschnitt
(18) oder
in einer Umfangsrichtung (15) voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche (19)
aufweist.
Matrize (1) nach Patentanspruch 5, wobei die Verbindungsbereiche (19) zusätzlich in der axialen Richtung (3) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein zweiter Durchmesser (20) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) angeordnet ist, wobei eine auf dem zweiten Durchmesser (20) vorliegende Querschnittsfläche (21) der Matrize (1) höchstens 80 % der Innenumfangsfläche (6) beträgt.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei mehrere Zentrierflächen (10) auf dem ersten Durchmesser (9) angeordnet sind, wobei die Zentrierflächen (10) entlang einer Umfangsrichtung (15) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Zentrierfläche (10) in einer Umfangsrichtung (15) umlaufend ausgebildet ist.
Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Matrize (1) mindestens einen, in der axialen Richtung (3) von der mindestens einen Zentrierfläche (10) beabstandet angeordneten Haltebereich (22) aufweist.
Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings (25) mit einer Presse (2), wobei die Presse (2) zumindest eine Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche und mindestens einen Stempel (26, 27) aufweist, der über eine Stirnseite (4, 5) der Matrize (1) in eine durch die Innenumfangsfläche (6) gebildete Aufnahme für den Grünling (25) entlang der axialen Richtung (3) verfahrbar ist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
a) Anordnen eines Pulvers in der Aufnahme;
b) Verfahren des mindestens einen Stempels (26, 27) in die Matrize (1) entlang der axialen Richtung (3) und Verpressen des Pulvers zu einem Grünling (25) in der Presszone (11);
c) Entformen des Grünlings (25) aus der Matrize (1) über eine Stirnseite (4, 5) der Matrize (1);
wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) die Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) zumindest in Schritt b) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
Verfahren nach Patentanspruch 11, wobei der Grünling (25) in Schritt c) über eine an der ersten Stirnseite (4) angeordnete erste Zone (12) aus der Matrize entformt wird, wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als zumindest die, in der ersten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
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