DE10142623C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte in einer Pulverpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver mit Hilfe einer Pulverpresse nach dem Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Pulverpresse nach dem Patentanspruch 2.

Es ist etwa aus DE 199 03 417 A1 oder DE 197 17 217 C2 bekannt, Metallpulver und auch Pulver aus anderem Material zu Presslingen zu verpressen, um den Press­ ling anschließend zu sintern. Besonders Werkzeuge aus Hartmetall werden im Sinterverfahren hergestellt, z. B. Wendeschneidplatten zum Fräsen. Pulverpressen arbeiten entweder als Exzenterpressen oder als hydraulische Pressen. Hydraulische Pressen sind bevorzugt, da die hydraulischen Pressenzylinder besser im Hinblick auf den Druck und den Weg gesteuert werden können. Bei einer hydraulischen Presse etwa nach DE 197 17 217 C2 ist jeweils ein oberer und ein unterer Pressenzylinder mit dem Ober- und Unterstempel verbunden, die einer Matrizenbohrung zugeordnet sind. Das Pulver wird bei in die Matrizenbohrung eingefahrenem Unterstempel mit Hilfe eines Füllschuhs eingefüllt. Eine genaue Dosierung erfolgt dadurch, dass der Unterstempel anschließend um einen vorgegebenen Betrag hochgefahren wird, wonach anschließend ein über die Matrizenplattenoberfläche überstehendes Pulver mittels Abstreifen entfernt wird. Anschließend wird mit Hilfe des Oberstempels das Pulver zusammengepresst, wobei der Unterstempel entsprechend verstellt werden kann.

Aus der eine Rotationstablettenpresse betreffenden DE 199 55 196 A1 ist bekannt geworden, vor jedem einzelnen Pressvorgang die Fläche unter der ermittelten Press­ kraftkurve im zeitlichen Ablauf zu ermitteln, die ermittelten Werte der einzelnen Pressvorgänge zu einem gleitenden Mittelwert zu berechnen und den berechneten gleitenden Mittelwert als Verstellgröße für die Dosierung des Tablettenpulvers zu verwenden. Aus der bereits genannten 197 17 217 C2 ist bekannt, Kraft-Weg-Ver­ läufe bei einer Pulverpresse gemäß vorgegebener Kraft-Weg-Sollkurve zu steuern.

Aus der bereits genannten DE 199 03 417 A1 ist auch bekannt, das Befüllen einer Form und das Rütteln von Stempel und Matrize während des Befüllvorgangs zu berücksichtigen. Aus DE 36 39 918 A1 ist auch für eine Rotationstablettenpresse bekannt geworden, für maximal auftretende Presskräfte eine Standardabweichung zu ermitteln mit dem Ziel, die Gesamtabweichung von der untersten Oberstempel- Spitzendruckkraft bis zur höchsten Oberstempel-Spitzendruckkraft zu minimieren.

Für die Qualität des Presslings ist entscheidend, dass das Pulvermaterial in seiner Dichte möglichst homogen ist. Es ist bekannt, die Homogenität dadurch zu verbessern, dass der Füllschuh in vorgegebener Weise betätigt wird, beispielsweise beim Vor- und Rückhub mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Ferner ist bekannt, den Füllschuh nicht nur linear in einer Richtung hin und her über die Matrizenbohrung zu bewegen, sondern dieser Bewegung mindestens eine Seitwärtsbewegung zu überlagern. Es ist ferner bekannt, Füllschuh und Matrizenplatte mit Hilfe einer geeigneten Rüttelvorrichtung mit vorgegebener Frequenz und Amplitude in Schwingungen zu versetzen, um die Homogenität des Pulvers in der Matrizenbohrung zu verbessern. Schließlich ist auch denkbar, Unter- und Oberstempel zu rütteln, insbesondere wäh­ rend des Einfüllvorgangs und zu Beginn des Pressvorgangs. Bei Presslingen, die in Achsrichtung eine unterschiedliche Breitenausdehnung aufweisen, muss dafür gesorgt werden, dass die Stempel nicht gegen eine Kante fahren und dadurch beschä­ digt werden. Auch die Matrizenbohrung wird naturgemäß dadurch beschädigt. Daher ist auch bekannt, den Stempeln Wegmessgeber zuzuordnen, die sicherstellen, dass die Stempel auf vorgegebene Positionen gefahren werden können.

Bei der Herstellung von Presslingen nach dem beschriebenen Verfahren ist ferner wesentlich, dass die Presslinge annähernd gleiche Dichte aufweisen. Hierzu ist erfor­ derlich, dass der maximale Pressdruck, der in der Endposition zum Beispiel des Oberstempels erzielt wird, möglichst gleich bleibt. Der Pressdruck ist jedoch von unterschiedlichen Gegebenheiten abhängig. Bei Änderungen in der Befüllmenge stellt sich naturgemäß ein unterschiedlicher maximaler Pressdruck ein. Ein unter­ schiedlicher Pressdruck stellt sich auch ein, wenn die Verteilung des Pulvers nicht homogen ist.

Es ist ferner bekannt, zwischen Pressenzylinder und Stempel eine Kraftmessdose anzuordnen, mit der die jeweilige maximale Presskraft aufgezeichnet werden kann. Im Betrieb muss dann dafür gesorgt werden, dass bei einer zu großen Abweichung der maximalen Presskraft von einem vorgegebenen Wert durch Änderung bestimmter Parameter eine Annäherung an die gewünschte Presskraft erhalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Verpressen von Pulver in Pulverpressen anzugeben, das vollständig automatisch durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Naturgemäß ergibt sich für die Werte der maximalen Presskraft bei der Produktion eine Streuung. Erfindungsgemäß wird von Zeit zu Zeit die Häufigkeitsverteilung der Presskraftwerte ermittelt und daraus die Standardabweichung. Die Standardabwei­ chung liegt bekanntlich zwischen den Wendepunkten der Gauß'schen Verteilungs­ kurve. Weicht die ermittelte Standardabweichung von einer vorgegebenen minimalen Abweichung ab, wird erfindungsgemäß eine Änderung mindestens eines Parameters des Pressprozesses geändert. So können zum Beispiel die Rüttelparameter geändert werden, der Wegverlauf des Füllschuhs, die Geschwindigkeit des Füllschuhs bzw. der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit während des Vor- und Rückhubes usw. Nach einem vorgegebenen Programm können einzelne oder Kombinationen von Parametern geändert werden. Da stets von neuem die Standardabweichung ermittelt wird und festgestellt werden kann, ob diese kleiner wird, ist es auf diese Weise möglich, eine Minimierung der Standardabweichung zu erhalten. Auf diese Weise kann der Betrieb der Pulverpresse bzw. der Pressprozess völlig automatisiert und eine Minimierung der Standardabweichung innerhalb kürzester Zeit erreicht werden. So ist es auch möglich, bei sonstigen Änderungen des Pressprozesses, beispielsweise bei einem anderen Pulvermaterial, bei einer Änderung der maximalen Presskraft oder dergleichen ebenfalls eine Minimierung der Standardabweichung zu erzielen.

Auf einem anliegenden Zeichnungsblatt ist eine Gauß'sche Verteilungskurve für die maximale Presskraft einer Pulverpresse wiedergegeben. Mit X ist der Mittelwert der maximalen Presskraft angegeben, mit s die Standardabweichung im Wendepunkt der Verteilungskurve und mit R die Spannweite. Es versteht sich, dass s minimal ist, um reproduzierbar gleichmäßige Presslinge zu erhalten. Andererseits ist es nicht möglich, die Standardabweichung gegen Null gehen zu lassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Steuerung vor zur Steuerung der Pulverpresse, die auch Mittel ansteuert zum Rütteln der unterschiedlichen am Pressprozess beteiligten Bauteile sowie zur Steuerung des Antriebs für den Füllschuh und dessen Weg bei der Bewegung auf der Matrizenplatte. Erfindungsgemäß ist ein Speicher vorgesehen, in dem die jeweiligen gemessenen maximalen Presskraftwerte, die jeweiligen Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenzen und Amplituden für die Rüttelvorrichtung gespeichert sind. Ferner ist eine Rechner­ stufe vorgesehen, in der die Häufigkeitsverteilung der aus dem Speicher ausgelesenen maximalen Presskraftwerte und die Standardabweichung ermittelt werden. Schließ­ lich ist eine Programmstufe vorgesehen, in der ein Schema für unterschiedliche Parameterwerte für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenzen der Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge dieser Daten bzw. der Kombination dieser Daten derart, dass die Programmstufe in der Folge die vor­ gegebenen Änderungen vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. ein Minimum.

Es versteht sich, dass Änderungen bestimmter Daten einen größeren Einfluss auf die Änderung der maximalen Presskraft haben als andere. Daher wird bei einem "Durch­ spielen" der unterschiedlichen Daten zur Beeinflussung der Standardabweichung darauf Rücksicht genommen und zum Beispiel erst diejenigen Werte einer Änderung unterzogen, die den meisten Einfluss auf die maximale Presskraft haben.

Bei der Beschreibung der Erfindung wurden nur einige Parameter für den Füllschuh und für die Rüttelvorrichtung erwähnt. Es sind noch andere Parameter denkbar, die auf den Füllprozess bzw. den Pressenvorgang Einfluss nehmen und die willkürlich veränderbar sind. Diese sollen durch die beschriebene Erfindung gleichermaßen erfasst sein.

Claims (2)

1. Verfahren zur Minimierung der Streuung der maximalen Presskräfte beim Ver­ pressen von Pulver, insbesondere Metallpulver, mit Hilfe einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte, einen Oberstempel und mindestens einen Unterstempel auf­ weist, die einer Matrizenbohrung zugeordnet und jeweils von einem hydrau­ lischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie einen auf der Matrizenplatte ent­ lang eines vorgegebenen Weges bewegbaren Füllschuh für die Befüllung der Matrizenbohrung mit dem Pulver, bei dem die maximale Presskraft zumindest des Oberstempels bei Erreichen einer vorgegebenen Position gemessen wird, der Füllschuh, die Matrizenplatte, Ober- und/oder Unterstempel bei der Befüllung und/oder zu Beginn des Pressvorgangs mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude gerüttelt werden und bei der ferner die Füllzeit bzw. der zeitliche Bewegungsablauf des Füllschuhs vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Intervallen die Häufigkeitsverteilung der maximalen Presskraftwerte ermittelt wird und daraus die Standardabweichung für die maximale Presskraft, die Stan­ dardabweichung ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, die Rüttel­ parameter, die Füllzeit, der zeitliche Bewegungsablauf und/oder der Wegverlauf des Füllschuhs nach einem vorgegebenen Programm geändert werden, bis die Standardabweichung den vorgegebenen Wert bzw. ein Minimum erreicht hat.

2. Vorrichtung zur Steuerung einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte, einen Ober- und mindestens einen Unterstempel aufweist, die einer Matrizenbohrung zugeordnet und jeweils von einem hydraulischen Pressenzylinder betätigbar sind sowie einen Füllschuh, der mittels eines Füllschuhantriebs entlang eines vorge­ gebenen veränderbaren Weges auf der Matrizenplatte bewegt wird für die Befül­ lung der Matrizenbohrung mit Pulver, die ferner eine Kraftmessvorrichtung auf­ weist, die zumindest die Kraft am Oberstempel misst, eine Wegmesseinrichtung für zumindest den Oberstempel, eine Rüttelvorrichtung mit veränderbarer Fre­ quenz und Amplitude für den Füllschuh, die Matrizenplatte, den Unterstempel und/oder den Oberstempel, wobei die Steuervorrichtung ein Programm enthält, das den Weg des Füllschuhs, den zeitlichen Verlauf der Bewegung des Füll­ schuhs und/oder die Rüttelfrequenz vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorgesehen ist, in dem die jeweiligen maximalen Presskraftwerte, die jeweiligen Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude für die Rüttelvorrichtung gespeichert sind, ferner eine Rechen­ stufe vorgesehen ist, in der die Häufigkeitsverteilung der aus dem Speicher herausgelesenen maximalen Presskraftwerte und die Standardabweichung ermit­ telt und ggf. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, ferner eine Programmstufe vorgesehen ist, in der ein Schema für unterschiedliche Parameter für die Betätigung des Füllschuhs und/oder die Frequenz und Amplitude der Rüttelvorrichtung gespeichert sind sowie eine vorgegebene Folge von Kombi­ nationen der gespeicherten Daten derart, dass die Programmstufe die vorgege­ benen Änderungen vornimmt, bis die Standardabweichung einen vorgegebenen Wert bzw. ein Minimum erreicht hat.