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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, insbesondere zum isostatischen Pressen oder zum Druckgießen.
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Sowohl beim isostatischen Pressen, als auch beim Druckgießen erfolgt eine definierte Formgebung mit Hilfe eines Formgebungswerkzeugs. Dabei handelt es sich im Fall des isostatischen Pressens um ein Preßwerkzeug und im Fall des Druckgießens um ein Druckgußwerkzeug. Die Werkzeuge weisen jeweils einen Unterstempel und einen Oberstempel auf, zwischen denen ein Füllraum ausgebildet ist, der mit Material gefüllt wird. Nach der Formgebung kann der hergestellte Artikel, Preßling bzw. Gußteil, aus dem geöffneten Werkzeug entnommen werden.
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Zum Zusammenhalten des Formgebungswerkzeugs während des Preß- bzw. Druckgußvorgangs wird in Abhängigkeit von dem verwendeten Preß- bzw. Schlickerdruck eine bestimmte, auf das Preßwerkzeug bzw. die Gußform wirkende Schließkraft benötigt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird diese Schließkraft zumeist mit Hilfe hydraulischer Pressen auf das Werkzeug aufgebracht. Die resultierenden Preß- bzw. Druckgußanlagen sind daher vergleichsweise groß, kompliziert und teuer.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein platzsparendes, konstruktiv vergleichsweise einfaches und preiswertes Verfahren zum isostatischen Pressen bzw. Druckgießen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 5 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Werkzeugschlitten, ein auf dem Werkzeugschlitten angeordnetes, zwei zusammenwirkende Werkzeugteile aufweisendes Formgebungswerkzeug, eine Schließeinheit zum Aufbringen einer für das Zusammenhalten des Formgebungswerkzeugs benötigten Werkzeugschließkraft und eine Aufnahmekonstruktion, in der das Formgebungswerkzeug bei dem Aufbringen der Werkzeugschließkraft verklemmbar ist, wobei der Werkzeugschlitten quer zu einer Wirkungsrichtung der Werkzeugschließkraft in eine Arbeitsposition verfahrbar ist, in welcher sich das Formgebungswerkzeug im Inneren der Aufnahmekonstruktion befindet. Erfindungsgemäß ist die Schließeinheit dem Formgebungswerkzeug zugeordnet und gemeinsam mit dem Formgebungswerkzeug in die Aufnahmekonstruktion verfahrbar auf dem Werkzeugschlitten angeordnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Werkzeugschlitten mit einem darauf angeordneten, zwei zusammenwirkende Werkzeugteile aufweisenden Formgebungswerkzeug quer zu einer Wirkungsrichtung einer mit einer Schließeinheit auf das Formgebungswerkzeug aufgebrachten, für das Zusammenhalten des Formgebungswerkzeugs benötigten Werkzeugschließkraft in eine Arbeitsposition verfahren, in der sich das Formgebungswerkzeug im Inneren einer Aufnahmekonstruktion befindet derart, daß sich das Formgebungswerkzeug bei einem Aufbringen der Werkzeugschließkraft in der Aufnahmekonstruktion verklemmt. Erfindungsgemäß ist die Schließeinheit dem Formgebungswerkzeug zugeordnet und wird gemeinsam mit dem Formgebungswerkzeug auf dem Werkzeugschlitten angeordnet in die Aufnahmekonstruktion verfahren.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt.
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Die Erfindung geht davon aus, das Formgebungswerkzeug auf einem Werkzeugschlitten anzuordnen, welcher quer zu der Wirkungsrichtung der Werkzeugschließkraft in eine Arbeitsposition im Inneren einer Aufnahmekonstruktion verfahrbar ist, in der sich das Werkzeug bei dem Aufbringen der Werkzeugschließkraft verklemmt. Die Werkzeugschließkraft wird nachfolgend auch kurz als Schließkraft bezeichnet.
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Die Aufnahmekonstruktion dient mit anderen Worten als Gegenlager für das Einleiten der Schließ- und/oder der Preßkraft in das Formgebungswerkzeug. Die Aufnahmekonstruktion kann dabei als Rahmen- oder U-förmige Haltevorrichtung ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß keine groß dimensionierte hydraulische Presse mehr zum Anlegen der Schließkraft notwendig ist. Der zum Schließen des Werkzeugs erforderliche Hub ist mindestens um den Faktor 10, vorzugsweise aber um den Faktor 20 oder mehr reduziert. Die Kosten der Aufnahmekonstruktion sind gegenüber herkömmlichen Pressen minimal.
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Die Aufnahmekonstruktion ist als starre Konstruktion, jedenfalls aber derart ausgebildet, daß sie unter Einwirkung der bei der Formgebung anliegenden Kräfte nicht oder jedenfalls nur soweit nachgibt, daß ein sicheres Verklemmen des Formgebungswerkzeugs in der Aufnahmekonstruktion gewährleistet bleibt. Die Aufnahmekonstruktion ist dabei wenigstens einseitig offen, um ein Einführen des Formgebungswerkzeugs in das Innere der Aufnahmekonstruktion zu ermöglichen. Das Werkzeug befindet sich in dem Inneren der Aufnahmekonstruktion, wenn es sich an wenigstens zwei gegenüberliegenden Anlageflächen an der Aufnahmekonstruktion abstützen und sich dadurch so verklemmen kann, daß es während des Formgebungsschrittes zusammenbleibt.
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Die durch die Schließeinheit in das Formgebungswerkzeug eingebrachte Werkzeugschließkraft wirkt senkrecht zu den Anlageflächen der Aufnahmekonstruktion. Diese Wirkungsrichtung verläuft zugleich quer zu der Verfahrrichtung, in der das Werkzeug in seine Arbeitsposition in die Aufnahmekonstruktion hinein und wieder heraus bewegt wird.
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Die Aufnahmekonstruktion kann eine einzelne Öffnung zur Aufnahme des Werkzeugs aufweisen. Vorzugsweise weist die Aufnahmekonstruktion eine durchgehende Aufnahme auf, die es ermöglicht, ein Formgebungswerkzeug ohne Richtungswechsel in die Aufnahme hinein und wieder aus der Aufnahme heraus zu bewegen. Bei der Aufnahmekonstruktion kann es sich beispielsweise um einen massiven Materialblock handeln, der eine U-förmige Aussparung oder dergleichen aufweist.
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Die bei der Erfindung zum Einsatz kommende Schließeinheit wird vorzugsweise hydraulisch betrieben. Statt eines Pressenhubs von beispielsweise 200 bis 300 Millimetern, wie bisher üblich, beträgt der Hub der im Inneren der Aufnahmekonstruktion angeordneten Schließeinheit dabei, je nach Bauform und Ausführung der Anlage, nur wenige Millimeter, beispielsweise nur 5 bis 10 Millimeter. Daher sind nur geringe Antriebsleistungen der Schließeinheit, insbesondere geringe Hydraulikleistungen, notwendig. Die zum Einsatz kommende Schließeinheit kann entsprechend klein dimensioniert sein. Die resultierenden Preß- und Druckgießanlagen benötigen deutlich weniger Platz als herkömmliche Anlagen. Gegenüber herkömmlichen Anlagen ergeben sich nicht nur deutliche Energieeinsparungen. Auch das zeitaufwendige Öffnen und Schließen einer großen Hydraulikpresse entfällt. Dadurch kann der Takt erhöht werden. Die Produktivität steigt.
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Von Vorteil ist darüber hinaus, daß vorhandene Formgebungswerkzeuge weiterverwendet werden können. Der eigentliche Preß- bzw. Druckgußvorgang bleibt unverändert. Sämtliche Einstellungen und Erfahrungswerte können übernommen werden. Lediglich für das Einleiten der Schließkraft wird eine geänderte Mechanik verwendet.
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Insgesamt ergibt sich durch den Einsatz des quer verfahrbaren Werkzeugschlittensystems ein einfaches und kosteneinsparendes Anlagenkonzept. Dieses ist sowohl für das isostatische Preßverfahren, als auch für das Druckgießverfahren anwendbar.
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Erfindungsgemäß ist jedem Formgebungswerkzeug eine Schließeinheit zugeordnet. Die Schließeinheit ist auf dem Werkzeugschlitten angeordnet und zusammen mit dem Formgebungswerkzeug in die Arbeitsposition verfahrbar. Trägt ein Werkzeugschlitten mehrere Formgebungswerkzeuge oder aber sind mehrere Werkzeugschlitten vorgesehen, gibt es auch eine entsprechende Anzahl von Schließeinheiten. Formgebungswerkzeug und Schließeinheit bilden dabei vorzugsweise eine integrierte Einheit. In diesem Fall sind in jeder Position des Formgebungswerkzeugs nahezu alle Arbeitsschritte möglich. Lediglich der Schritt des Pressens bzw. Druckgießens selbst ist nur in der Arbeitsposition innerhalb der Aufnahmekonstruktion möglich. Vorteilhafterweise ist jedoch das Befüllen des Werkzeugs in einem Vorbereitungsschritt außerhalb der Aufnahmekonstruktion durchführbar. Auf diese Art und Weise kann der Ablauf des Formgebungsverfahrens optimiert werden, insbesondere hinsichtlich der Reihenfolge und des Ablaufs der Verfahrensschritte sowie hinsichtlich der Verweildauer des Werkzeugs in den einzelnen Positionen.
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In einer hierzu alternativen Variante (nicht Teil der beanspruchten Erfindung) ist die Schließeinheit der Aufnahmekonstruktion zugeordnet. Mit anderen Worten ist die Schließeinheit stationär an der Aufnahmekonstruktion, insbesondere im Inneren der Aufnahmekonstruktion positioniert. Sie dient dabei zum Aufbringen der Schließkraft auf dasjenige Formgebungswerkzeug, welches sich gerade in der Arbeitsposition im Inneren der Aufnahmekonstruktion befindet. Dadurch, daß die Schließeinheit in der Aufnahmekonstruktion verbleibt, kann der Werkzeugschlitten ohne Schließeinheit ausgeführt werden. Aufwendige Hydraulikanschlüsse und -verbindungen an dem beweglichen Werkzeugschlitten entfallen. Es ergibt sich insgesamt ein geringerer konstruktiver Aufwand.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Formgebungswerkzeug zumindest während des Befüllens des Werkzeugs mit Material zu der Senkrechten geneigt und/oder ein Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs ist zumindest während des Öffnens des Formgebungswerkzeugs nach abgeschlossener Formgebung zu der Senkrechten geneigt. In beiden Fällen beträgt der Neigungswinkel zur Senkrechten vorzugsweise bis zu 75°. Erreicht wird die Neigung des Formgebungswerkzeugs bzw. des Werkzeugteils durch eine Schrägstellung bzw. Neigung des Werkzeugschlittens. Im einfachsten Fall wird dies durch eine dauerhafte Schrägstellung des Werkzeugsschlittens erreicht, wobei vorzugsweise zugleich die Aufnahmekonstruktion entsprechend geneigt ausgeführt ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß keine dauerhafte Schrägstellung des Werkzeugschlittens vorliegt, sondern der Schlitten bzw. das Formgebungswerkzeug nur zeitweise, d. h. nur während bestimmter Zeiträume, gegenüber der Senkrechten geneigt ist. In diesem Fall sind geeignete Neigungsmittel zur Veränderung der Neigung des Werkzeugschlittens bzw. des Formgebungswerkzeugs vorgesehen.
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Die Schrägstellung des Formgebungswerkzeugs ist für ein optimales Befüllen des Werkzeugs mit Material von Vorteil, insbesondere wenn entsprechende Vorrichtungen zum Entweichen der Luft aus dem Füllraum vorgesehen sind. Nach abgeschlossener Formgebung ermöglicht die Neigung des geöffneten Werkzeugs eine sichere Ablage des Artikels in einem der Werkzeugteile, insbesondere in dem Unterstempel.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine präzise definierte Lage des erzeugten Artikels in dem Werkzeugteil, insbesondere in dem Unterstempel, nach dem Öffnen des Werkzeugs durch eine Anzahl von Positionierelementen gewährleistet. Im Fall des isostatischen Pressens handelt es sich bei den Positionierelementen vorzugsweise um Noppen bzw. Zentriervertiefungen, die vorzugsweise am äußeren Rand der Membrane vorgesehen sind. Eine besonders präzise Lage des Artikels bei Abnahme aus dem Werkzeug ist insbesondere bei nicht rotationssymmetrischen Artikeln erforderlich, um eine ordnungsgemäße Bearbeitung des Artikels in den nachfolgenden Bearbeitungsstationen zu gewährleisten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eines der Werkzeugteile, insbesondere der Oberstempel, aus Stahl gefertigt. Er weist dabei vorzugsweise eine nicht beschichtete Oberfläche auf, so daß daran anhaftendes Material auf einfache Art und Weise, beispielsweise mit Hilfe eines nassen Schwamms, besonders einfach entfernt werden kann. Das Putzen des Werkzeugteils erfolgt dabei vorzugsweise mit einer dafür geeigneten Putzvorrichtung in einem zusätzlichen Schritt nach Abschluß der Formgebung, wenn sich das Werkzeugteil in der Entnahmeposition befindet.
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Besonders vorteilhaft ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, daß der das Formgebungswerkzeug beaufschlagende Schließdruck und der auf das in das Formgebungswerkzeug eingebrachte Material wirkende Druck gleichzeitig anliegen. Insbesondere ist ein gleichzeitiger Druckaufbau bei isostatischem Druck und Schließdruck möglich, so daß eine zu hohe Flächenpressung auf den Membranenring am Unterstempel einerseits und den Oberstempelring andererseits vermieden werden kann. Anders ausgedrückt ist es mit der vorliegenden Erfindung auf besonders einfache Art und Weise möglich, den Preßdruck einerseits und den Schließdruck andererseits aneinander anzugleichen. Vorteilhafterweise erfolgt dabei eine proportionale, automatische Anpassung des Schließdrucks und damit der Schließkraft an den Preßdruck. Anders ausgedrückt wird stets nur so viel Schließkraft aufgebracht, daß sich das Formgebungswerkzeug beim Anlegen des benötigten Preßdrucks nicht öffnet. Dadurch lassen sich überhohe Schließkräfte vermeiden, die zu einem Verschleiß der Auflageflächen führt. Gegenüber herkömmlichen Anlagen ist daher der Materialverschleiß bei der vorliegenden Erfindung deutlich verringert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Werkzeug nach Abschluß der Formgebung geöffnet, indem die über eine gemeinsame Schwenkachse miteinander verbundenen Werkzeugteile voneinander weggeschwenkt werden. Dabei ist vorzugsweise der Oberstempel ortsfest ausgeführt, während der Unterstempel von dem Oberstempel wegbewegt wird. Die Lage der Schwenkachse ist dabei entsprechend der vorgegebenen Randneigung des herzustellenden Artikels festgelegt. Bei besonders steilwandigen Artikeln wird das Öffnen der beiden Werkzeugteile in eine erste und eine zweite Teilbewegung aufgeteilt derart, daß ein erstes Werkzeugteil, zumeist der Unterstempel, zunächst geradlinig von einem zweiten Werkzeugteil, zumeist der Oberstempel, entfernt und anschließend von diesem weggeschwenkt wird. Die geradlinige Bewegung des beweglichen Werkzeugteils in dem ersten Teilschritt des Öffnungsvorgangs ist dabei vorteilhafterweise begleitet von einem Herausdrücken des Artikels aus dem feststehenden Werkzeugteil, beispielsweise mit Hilfe eines in diesem Werkzeugteil integrierten Ausstoßers.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine teilweise geschnitten dargestellte Frontalansicht einer Anlage zum isostatischen Pressen,
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2 eine Seitenansicht der in 1 abgebildeten Anlage,
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3 ein nicht mit einer Schließkraft beaufschlagtes Preßwerkzeug in einer Arbeitsposition in einer Aufnahmekonstruktion, die eine stationäre Schließeinheit aufweist (nicht Teil der Erfindung),
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4 ein nicht mit einer Schließkraft beaufschlagtes Preßwerkzeug mit integrierter Schließeinheit in einer Arbeitsposition,
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5 das Preßwerkzeug aus 4 bei aufgebrachter Schließkraft,
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6 das in 4 dargestellte Preßwerkzeug außerhalb der Arbeitsposition im geöffneten Zustand,
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7 das in 6 dargestellte Preßwerkzeug in einer Putzposition,
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8 die in den 1 und 2 abgebildete Anlage mit Entnahme- und Putzrobotern und Transportbändern in einer Draufsicht.
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Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung nicht maßstabsgerecht, dabei lediglich schematisch und nur mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Nachfolgend wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum isostatischen Pressen beschrieben.
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Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zum isostatischen Pressen. Das verwendete Preßwerkzeug 2 umfaßt zwei zusammenwirkende Werkzeugteile 3, 4. Die einzelnen Werkzeugteile 3, 4 sind zumindest teilweise auf plattenförmigen Trägern 5, 6 angebracht. Die Trägerplatten 5, 6 sind mit Hilfe eines Werkzeugschlittens 7 auf Führungen 8 in verschiedene Positionen horizontal verfahrbar. Die Werkzeugschlitten 7 werden dabei durch einen Kurbeltrieb 9 angetrieben.
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Ein massiver Stahlblock 11 mit rechteckiger Aussparung 12 dient als Aufnahmekonstruktion 13 zur Aufnahme des Preßwerkzeugs 2 in einer Arbeitsposition A. An einer Seite der Aussparung 12 sind Aufnahmen 14 für die Führungen 8 des Werkzeugschlittens 7 vorgesehen.
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In 1 sind zwei Preßwerkzeuge 2 dargestellt, die unmittelbar benachbart zueinander auf Werkzeugschlitten 7 angeordnet sind. Dabei befindet sich das erste Werkzeug 2 in einer Position B außerhalb der Aufnahmekonstruktion 13 und das zweite Werkzeug 2 in einer Arbeitsposition A im Inneren der hier aufgeschnitten dargestellten Aufnahmekonstruktion 13.
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Wie in den 1 und 8 abgebildet, kann das Preßwerkzeug 2 in der Position B außerhalb der Aufnahmekonstruktion 13 geöffnet und ein gepreßter Artikel 15 aus dem Werkzeug 2 entnommen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Roboters 16. Ändert der Werkzeugschlitten 7 seine Position, verfährt er in 1 also nach rechts, so wird dasjenige Werkzeug 2, das sich bis dahin in der Arbeitsposition A befand, aus der Aufnahmekonstruktion 13 herausbewegt und kann geöffnet werden, während das andere, zuvor geschlossene Werkzeug 2 in die Arbeitsposition A verfahren wird und dort ein Preßvorgang erfolgt. Die Verfahrrichtung des Werkzeugschlittens 7 ist in 1 mit dem Pfeil 17 bezeichnet.
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Wie in 2 abgebildet, ist der Werkzeugschlitten 7 und zugleich die Aussparung 12 der Aufnahmekonstruktion 13 zur Senkrechten 18 geneigt. Der Neigungswinkel α beträgt dabei etwa 30°.
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Das Preßwerkzeug 2 wirkt mit einer Schließeinheit 21 zusammen. Die Schließeinheit 21 ist dabei entweder stationär in der Aufnahmekonstruktion 13 angeordnet, wie in 3 abgebildet, oder aber befindet sich auf dem Werkzeugschlitten 7 und wird mit dem Werkzeug 2 mitbewegt, wie in 4 abgebildet.
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Nachfolgend soll zunächst der Vorgang des isostatischen Pressens kurz beschrieben werden. Dabei werden für die zwei zusammenwirkenden Werkzeugteile 3, 4 des Preßwerkzeugs 2 die Begriffe Oberstempel 3 und Unterstempel 4 verwendet. Als Unterstempel 4 wird dasjenige bewegbare Werkzeugteil bezeichnet, an dem die mit einem Preßdruck beaufschlagbare elastische Membran 22 angeordnet ist, welche das in den Füllraum 23 eingefüllte Material (nicht dargestellt) beim Anlegen eines Preßdrucks in Richtung des anderen Werkzeugteils, des als Festteil ausgebildeten Oberstempels 3, einseitig verdichtet, so daß sich der gepreßte Artikel 15 bildet, der an der Wand des Oberstempels 3 anliegt. Das Beaufschlagen der Preßmembran 22 erfolgt hydraulisch. Als Hydraulikflüssigkeit wird beispielsweise Öl verwendet. Zur Befestigung der Membran 22 dient ein am Unterstempel 4 angeordneter Klemmring 24. Bei dem zur Herstellung der Artikel 15 verwendeten Material (nicht dargestellt) handelt es sich um keramisches Granulat. Nach dem Öffnen des Preßwerkzeugs 2 wird der gepreßte Artikel 15 aus dem Werkzeug 2 entnommen. Mit diesem Verfahren lassen sich unter anderem stark konturierte, steilwandige Artikel 15, wie beispielsweise topf- oder schüsselförmige Artikel 15, herstellen.
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Zum Betrieb sind eine Einschießvorrichtung 25 für das Granulat, Leitungen 26 zum Befüllen des Füllraums mit Granulat, Leitungen 27 zum Befüllen des sich zwischen der Wand des Unterstempels 4 und der Preßmembran 22 ausgebildeten Druckraums 28 (siehe 5) mit einem hydraulischen Fluid und weitere Funktionselemente vorgesehen. Auf den Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Preßwerkzeugs 2 soll nachfolgend nicht weiter eingegangen werden, da diese dem Fachmann bekannt sind.
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Während des Preßvorgangs ist der Druckraum 28 zwischen dem Unterstempel 4 und der Membran 22 mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt, so daß die Membran 22 einseitig mit einem Preßdruck beaufschlagt ist und das Granulat einseitig verdichtet. Dadurch wird ein an der Wand des Oberstempels 3 anliegender Artikel 15 gebildet. Bei dem hydraulischen Fluid handelt es sich beispielsweise um Öl, das mit einem Druck von 300 bar eine Verdichtung des Granulats bewirkt.
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Nachdem der die Membran 22 beaufschlagende Preßdruck abgebaut ist, das hydraulische Fluid also nicht mehr an der Membran 22 anliegt, beginnt sich die Membran 22 von der Oberfläche des gepreßten Artikels 15 abzulösen. Das Preßwerkzeug 2 öffnet sich und der gepreßte Artikels 15 wird von dem wegschwenkenden Unterstempel 4 in eine Entnahmeposition mitgenommen und kann dort beispielsweise mit Hilfe eines Saugnapfes oder dergleichen erfaßt und aus dem Preßwerkzeug 2 entfernt werden.
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Zum Verschwenken von Ober- bzw. Unterstempel 3, 4 dienen entsprechend am Werkzeugschlitten 7 angebrachte bzw. auf die Werkzeugteile 3, 4 wirkende hydraulisch angetriebene Schwenkzylinder 29. Anstelle von hydraulischen Antriebsmitteln können bei der vorliegenden Erfindung auch andere Antriebsmittel, beispielsweise elektrische Antriebsmittel, verwendet werden.
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Nachfolgend wird die Schließeinheit 21 und das Zusammenwirken von Schließeinheit 21 und Preßwerkzeug 2 näher beschrieben. Die Schließeinheit 21 besteht aus zwei Hauptkomponenten, nämlich einem als hydraulischen Kolben ausgeführter Zylinder 31, der auf den Unterstempel 4 des Preßwerkzeugs 2 wirkt und einem sich beim Aufbringen des Schließdrucks in der Aussparung 12 abstützenden, mit dem Zylinder 31 zusammenwirkenden und als Widerlager für den Zylinder 31 dienenden Zylindergehäuse 32. Der Zylinder 31 ist dabei in dem Zylindergehäuse 32 geführt. Zylinder 31 und Zylindergehäuse 32 stehen dabei zugleich über ein im Zylindergehäuse 32 gehaltenes, auf den Zylinder 31 wirkendes Federpaket 33 in Verbindung miteinander.
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Die Schließkraft wirkt somit in Bewegungsrichtung des Zylinders 31 senkrecht zu den sich gegenüberliegenden Anlageflächen 34, 35 der Aussparung 12 der Aufnahmekonstruktion 13. Die Wirkungsrichtung der Werkzeugschließkraft ist mit Pfeil 36 bezeichnet.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante (nicht Teil der Erfindung) wird lediglich das Preßwerkzeug 2 auf dem Werkzeugschlitten 7 in die verschiedenen Positionen verfahren, während die Schließeinheit 21 in der Aussparung 12 der Aufnahmekonstruktion 13 verbleibt.
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Bei der in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsvariante ist die Schließeinheit 21 mit dem Preßwerkzeug 2 zu einer integralen Einheit verbunden. Schließeinheit 21 und Preßwerkzeug 2 stehen dabei über ein in dem Zylindergehäuse 32 angeordnetes, indirekt auf die Trägerplatte 5 des Oberstempel 3 wirkendes Federpaket 37 in Verbindung miteinander.
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In 4 ist das Preßwerkzeug 2 in einer Arbeitsposition A abgebildet. Es ist noch nicht mit einer Schließkraft beaufschlagt. Zwischen der Trägerplatte 5 des Oberstempels 3 bzw. der Unterseite 38 des Zylindergehäuses 32 und den Anlageflächen 34, 35 der Aussparung 12 der Aufnahmekonstruktion 13 befinden sich noch Luftspalte 39, so daß das Werkzeug 2 mit der Schließeinheit 21 unverklemmt in der Aufnahmekonstruktion 13 einliegt.
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Zum Aufbringen der Schließkraft wird über eine entsprechend vorgesehene Leitung 40 ein geeignetes Fluid, beispielsweise Öl, in den als dichte Kammer ausgeführten Arbeitsraum 41 zwischen Zylinder 31 und Zylindergehäuse 32 gedrückt, siehe 5. Dadurch wird die Schließkraft eingeleitet und das Preßwerkzeug 2 schließt sich. Der sich über das eingebrachte Öl an dem Zylindergehäuse 32 abstoßende Zylinder 31 wirkt auf den Unterstempel 4 und drückt diesen in Wirkrichtung 36 der Werkzeugschließkraft gegen den Oberstempel 3. Die Trägerplatte 5 des Oberstempels 3 wird gegen die obere Anlagefläche 34 der Aussparung 12 der Aufnahmekonstruktion 13 gedrückt und der dort vorhandene Luftspalt 39 geschlossen. Zugleich stützt sich das Zylindergehäuse 32 an der gegenüberliegenden unteren Anlagefläche 35 der Aussparung 12 ab, so daß auch der dortige Luftspalt 39 verschwindet. Im Ergebnis verklemmt sich das Preßwerkzeug 2 in der Aufnahmekonstruktion 13.
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Zugleich wird automatisch der erforderliche isostatische Druck (Preßdruck) aufgebaut, indem die Preßmembran 22 einseitig beaufschlagt wird, wie oben im Detail beschrieben. Während der Preßdruck einen Membranhub von beispielsweise 2 bis 4 Millimetern bewirkt, stellt die Schließkraft einen Zylinderhub von beispielsweise 5 bis 10 Millimetern sicher. Erfindungsgemäß ist dieser Minimalhub von wenigen Millimetern zur Sicherung des gesamten Formgebungsprozesses ausreichend.
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Im Gegensatz zu der in den 4 bis 7 dargestellten Variante mit integrierter Schließeinheit 12 weist bei der in 3 abgebildeten Ausführungsform mit stationärer Schließeinheit 21 auch der Unterstempel eine Trägerplatte 6 auf, auf die der Zylinder 31 beim Aufbau des Schließdrucks wirkt. Bei der Variante mit integrierter Schließeinheit 12 hingegen wirkt der Zylinder 31 unmittelbar auf den Unterstempel 4. Eine zusätzliche Trägerplatte 6 für den Unterstempel 4 ist in diesem Fall nicht erforderlich.
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Die Aufnahmekonstruktion 13 weist in den hier beschriebenen Ausführungsformen obere und untere Anlageflächen 34, 35 auf. Die Position der Anlageflächen ist jedoch für die Ausführung der Erfindung nur von untergeordneter Bedeutung. So wären bei entsprechender Anordnung des Preßwerkzeugs 2 bzw. der Schließeinheit 21 auch eine rechte und eine linke Anlagefläche denkbar. Wesentlich ist hingegen, daß sich die Anlageflächen gegenüberliegen, so daß sich das Werkzeug 2 zwischen den Anlageflächen verklemmen kann.
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6 zeigt das Preßwerkzeug 2 in einer Entnahmeposition B außerhalb der Arbeitsposition A im geöffneten Zustand. Hierzu wurde der Unterstempel 4 von dem Oberstempel 3 um eine Schwenkachse 42 in Schwenkrichtung 43 weggeschwenkt. Der Artikel 15 liegt in dem Unterstempel 4 und kann von dort aufgenommen und weiterbearbeitet werden. Noppen und Zentriervertiefungen sind als Positionierelemente 44 am äußeren Rand der Membran 22 vorgesehen und gewährleisten eine exakte Abnahmeposition des Artikels 15 von dem Unterstempel 4.
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7 zeigt das Preßwerkzeug 2 in einer Putzposition C, in welcher der Unterstempel 4 über die in 6 abgebildete Entnahmeposition B hinaus von dem Oberstempel 3 weggeschwenkt ist. Eine Putzvorrichtung 45 mit einem rotierenden nassen Schwamm 46 fährt auf den Oberstempel 3 zu und säubert den Oberstempel 3. Dieser ist aus Stahl gefertigt, was eine besonders einfache Reinigung ermöglicht.
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Sowohl das Abnehmen der Artikel 15, als auch das Putzen des Oberstempels 3 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von entsprechend ausgeführten Robotern 16, die, wie in 8 abgebildet, in geeigneter Art und Weise in der Nähe der Vorrichtung 1 positioniert sind. Die entnommenen Artikel 15 werden beispielsweise auf Transportbänder 47 gelegt und zur weiteren Bearbeitung abtransportiert. Durch die sehr kompakte Bauform der Vorrichtung 1 läßt sich eine Station, wie in 8 abgebildet, beispielsweise auf einer Fläche von etwa 14 qm realisieren. Dabei nimmt die eigentliche Preßvorrichtung 1, wie in 1 und 2 dargestellt, nur eine Fläche von etwa 3,5 qm ein.
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Dem Fachmann ist bekannt, daß anstelle von Öl andere Hydraulikflüssigkeiten verwendet werden können und daß anstelle einer Hydraulik andere Antriebe zum Einsatz kommen können, ohne daß dies einen Einfluß auf den Erfindungsgedanken hätte. Auch die Ausführung der Leitungen, Versorgungssysteme und Steuerungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
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Wird die vorliegende Erfindung beim Druckgießen angewendet, gilt das oben Beschriebene entsprechend. Anstelle von Granulat wird Schlicker als Material verwendet. Das Druckgußwerkzeug weist keine Membran auf. Aufgrund der deutlich geringeren Drücke sind beim Druckgießen keine geschlossenen Aufnahmekonstruktionen erforderlich. Statt dessen können offene Rahmenkonstruktionen verwendet werden, solange dadurch zwei sich gegenüberliegende Anlageflächen zum Verklemmen des Werkzeugs bereitgestellt werden.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Werkzeug, Preßwerkzeug
- 3
- Werkzeugteil, Oberstempel
- 4
- Werkzeugteil, Unterstempel
- 5
- Trägerplatte für Oberstempel
- 6
- Trägerplatte für Unterstempel
- 7
- Werkzeugschlitten
- 8
- Führung
- 9
- Kurbeltrieb
- 10
- (frei)
- 11
- Stahlblock
- 12
- Aussparung
- 13
- Aufnahmekontur
- 14
- Aufnahme für Führung
- 15
- Artikel
- 16
- Entnahme-, Putzroboter
- 17
- Verfahrrichtung
- 18
- Senkrechte
- 19
- (frei)
- 20
- (frei)
- 21
- Schließeinheit
- 22
- Membran
- 23
- Füllraum
- 24
- Klemmring
- 25
- Einschießvorrichtung
- 26
- Leitung
- 27
- Leitung
- 28
- Druckraum
- 29
- Schwenkzylinder
- 30
- (frei)
- 31
- Zylinder
- 32
- Zylindergehäuse
- 33
- Federpaket
- 34
- obere Anlagefläche
- 35
- untere Anlagefläche
- 36
- Wirkungsrichtung der Werkzeugschließkraft
- 37
- Federpaket
- 38
- Zylindergehäuseunterseite
- 39
- Luftspalt
- 40
- Leitung
- 41
- Arbeitsraum
- 42
- Schwenkachse
- 43
- Schwenkrichtung
- 44
- Positionierelement
- 45
- Putzvorrichtung
- 46
- Schwamm
- 47
- Transportband
- A
- Arbeitsposition
- B
- Entnahmeposition
- C
- Putzposition
- α
- Neigungswinkel
