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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Metall- oder Keramikpulverpresse mit automatischer Trajektorien-Generierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine nach dem Verfahren arbeitende Pulverpresse.
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Mit Trajektorie wird in der Mathematik allgemein eine Bahnkurve bezeichnet, die sich beispielsweise als Lösung einer Differentialgleichung ergibt. In der Physik wird der Ort eines Punktes (zum Beispiel eines Massenpunkts oder des Schwerpunkts eines Körpers) häufig durch seinen Ortsvektor angegeben. Die Bewegung eines Punktes wird dann durch eine Funktion beschrieben, die jedem Zeitpunkt t den Ortsvektor des Massenpunkts zum Zeitpunkt t zuordnet. Die so beschriebene Kurve heißt auch Trajektorie oder Bahnkurve. In der Objektverfolgung wird eine Trajektorie dargestellt als eine Zeitsequenz von Koordinaten, welche den Bewegungspfad eines Objektes während der Laufzeit darstellt.
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Gegenstand der Erfindung ist die automatische Berechnung der Bewegungspfade der einzelnen Komponenten einer Pulverpresse.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Bahnkurven-Berechnung der verschiedenen Antriebselemente und Presswerkzeuge einer Metall- oder Keramikpulverpresse.
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Mit dem Gegenstand der
EP 1 129 802 B2 ist ein Verfahren zur Steuerung der Presskraft beim Pressen von Metallpulver bekannt geworden, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Ober- und Unterstempel einer Pulverpresse in einem bestimmten Weg- Zeit- Ablaufdiagramm arbeiten.
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Zum Beispiel wird eine vorgegebene Menge eines Metallpulvers in die Matritzenbohrung eingefüllt, wobei der Unterstempel eine vorgegebene Einfüllposition in der Matritzenbohrung aufweist und der Oberstempel sich oberhalb der Matritzenbohrung befindet.
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In einem zweitem Verfahrensschritt wird der Oberstempel in Richtung auf die Matritzenbohrung so verstellt, dass sie in eine erste vorgegebene Position entsprechend der Oberkante des Presslings gelangt und gleichzeitig wird auch der Unterstempel in eine vorgegebene Zweitposition verstellt, wobei danach nur noch der Unterstempel verstellt wird.
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In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine weitere Bewegung des Unterstempels zum Oberstempel hin, und gleichzeitig erfolgt ein Messen der Presskraft des Unterstempels, wobei eine von der Steuerung zu regelnde Annäherung an die endgültigen Presskraftwerte durch Veränderung der Bahnkurve des Unterstempels entlang einer vorgegebenen Sollkurve für die Presskraft über die Zeit erfolgt.
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Nach dem Stand der Technik erfolgen dann noch weitere nachfolgende Verfahrensschritte.
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Bei dem bekannten Verfahren und einer nach dem Verfahren arbeitenden Pulverpresse wird vorausgesetzt, dass die Bewegungssteuerung bereits schon in Form einer vorgegebenen Kurve vorhanden ist und in eine zugeordnete Bahnsteuerung einprogrammiert wird.
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Damit besteht aber der Nachteil, dass die Ermittlung einer solchen Bahnkurve in Verbindung mit den Presskräften und den sonstigen Parametern umständlich, schwierig und auch nur experimentell zu ermitteln ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Erzeugung der Bahnkurven der bewegten Komponenten einer Pulverpresse so weiter zu bilden, dass die Bahnverfolgungskurven der Pressenkomponenten automatisch generiert werden und zwar in Abhängigkeit von den Dimensionen des Presslings, der als Ergebnis des Pressvorgangs erzeugt werden soll
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Merkmal der Erfindung ist demnach, dass ausgehend von der gewünschten Dimension eines endgültig herzustellenden Presslings nunmehr rückwärts auf die für die Herstellung dieses Presslings erforderlichen Bahnkurven der bewegten Komponenten der Pulverpresse zurückgerechnet wird.
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Vorteil der Erfindung ist demnach, dass ausgehend von einer gewünschten Dimension, einer Dichte und anderen physikalischen Eigenschaften eines Presslings nun mit den Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl von Bahnverfolgungskurven für die einzelnen Pressenkomponenten berechnet werden, die dann später einer Steuerung für eine Pulverpresse eingespeist werden und so die Pulverpresse in Ihrem Betrieb so zu steuern, dass dann schließlich der Pressling in seinen gewünschten Abmessungen erzeugt wird.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel erfolgen die Ermittlung der Bahnverfolgungskurven und die Bahnplanung direkt auf der Steuerung der Pulverpresse. Dies erfolgt durch Eingaben auf der Benutzeroberfläche der Steuerung, woraus danach alle Bahnkurven automatisiert berechnet werden, die dann direkt für die Produktion benutzt werden.
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Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass nicht mehr einzelne Bahnpunkte manuell berechnet und eingegeben werden müssen, sondern ausgehend von den Dimensionen und den physikalischen Eigenschaften (z.B. Härte, Dimension oder Oberflächenbeschaffenheit) werden für den gewünschten Pressling alle Bahnkurven der Pressenkomponenten berechnet, was zum einen die Einstellzeit minimiert, die notwendig ist um ein entsprechendes CNC Programm zu erstellen. Gleichfalls werden potenzielle Fehlberechnungen und Benutzerfehleingaben minimiert.
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Die Maschinengeometrie hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf die expliziten Positionswerte der Pressenkomponenten, die nach dem vorliegenden Verfahren automatisch berechnet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass bei Pulverpressen die maximalen Geschwindigkeiten der jeweiligen Achsbewegungen vorgegeben werden, welche einen wesentlichen Einfluss auf die Herstellung des Presslings haben.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann gleichfalls davon ausgegangen werden, dass der zeitliche Abstand zwischen den Wegpunkten der sich bewegenden Teile von Ober- und Unterstempel minimal gewählt ist.
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Die Geschwindigkeiten sollen aber durch den Bediener noch zusätzlich einstellbar sein.
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Ein gängiger Maschinentyp, der über die erfindungsgemäße Pulverpresse hinausgeht, wäre z.B. eine hydraulische Pulverpresse die aus folgenden Teilen besteht:
- - Presszylinder
- - Drei Oberstempel (am oberen Presszylinder angebracht)
- - Vier Unterstempel + Mittelstift
- - Füllschuh
- - Entnahmeeinheit
- - Matrize
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Es wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein einfacher, hülsenförmiger Pressling vorhanden ist, aus dessen Fertigabmessungen rückwärts auf die notwendigen Bahnverfolgungskurven geschlossen werden soll.
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Im gezeigten einfachen Ausführungsbeispiel besteht der Pressling aus zwei koaxial ineinandergreifenden Presssegmenten, wobei in der Längsmittelachse ein Mittelloch vorhanden ist.
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Für die Erzeugung einer automatischen Bahnverfolgungskurve einer derartigen Pulverpresse sind auch Benutzerangaben notwendig. Derartige Benutzerangaben können sein
- - Auswahl der Stempel: drei Ober- und vier Unterstempel sind vorhanden, jedoch werden nur jeweils zwei benötigt.
- - Optional: der untere Totpunkt der Presszylinder muss definiert werden. Hierunter wird die Endlage der Presszylinder verstanden, die dann erreicht wird wenn die Presszylinder in den Pressling eindringen und die endgültige Verdichtungsarbeit erfüllt haben.
- - Angabe des verwendeten Pulvers, z.B. wird ein Pulver mit einer Dichte von 3 g/ccm verwendet.
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Erfindungsgemäß können aus den vorgenannten Abmessungen und den physikalischen Gegebenheiten der verwendeten Pulverpresse nunmehr die Parameter automatisch berechnet werden, die zur Herstellung eines bestimmten Presslings in einer bestimmten Dimension erforderlich sind.
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Die Werkzeugabmaße und die Maschinenparameter, die zur Herstellung eines Presslings erforderlich sind, werden erfindungsgemäß aus folgenden weiteren Parametern berechnet:
- - Presslingmaße (ergeben sich aus dem gewünschten Produkt)
- - Maschinengeometrie
- - Auswahl der Stempel
- - unterer Totpunkt der Presszylinder
- - abgeschätzte Kräfte, welche das Werkzeug stauchen (abhängig vom Verdichtungsgrad und den verwendeten Segmentflächen)
- - Rückfederkraft des Werkzeuges, die bei der automatischen Berechnung der Bahnverfolgungskurve berücksichtigt werden muss.
- - die zuletzt genannten Parameter haben nichts unmittelbar mit dem Maschinentyp zu tun, sondern sie ergeben sich aus dem gewünschten Produkt bzw. den Benutzereingaben
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Ausgehend von der Maschinengeometrie, den Abmaßen des gewünschten Produkts, dem Totpunkt und der Stauchung werden die Abmaße der Werkzeuge berechnet. Davon ausgehend kann die Trajektorienberechnung gestartet werden.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
- 1: Schnitt durch einen Pressling mit Dimensionsangaben
- 2: Die Draufsicht auf den Pressling nach 1
- 3: Schematisiert ein Schnitt durch eine Pulverpresse in der Ruhestellung der Pressenkomponenten
- 4:Längsschnitt durch die Presse nach 3 im Zeitpunkt 1
- 5: Angabe der Pulverhöhen in der Matrize
- 6: Schnitt durch die Matrize mit noch nicht geschlossenem Oberstempel
- 7: Schnitt durch die Matrize bei geschlossenem Oberstempel
- 8: Geschwindigkeitskurve des Unterstempels 2 die Zeit
- 9: Längsschnitt durch die Matrize im Punkt 3 (kraftloser Pulvertransfer)
- 10: Trajektorie des Unterstempels 2 mit verschiedenen Positionspunkten
- 11: die aus 10 abgeleitete Geschwindigkeit
- 12: die aus 11 abgeleitete Beschleunigung
- 13: Die Verdichtung des Presslings in der Matrize zum Zeitpunkt 4
- 14: Die Entstauchung bzw. Entspannung des Presslings im Zeitpunkt 5
- 15: die Entnahme des Presslings aus der Matrize
- 16: die fortschreitende Entnahme des Presslings
- 17: Schematische Darstellung einer Recheneinheit zur Trajektorienberechnung der Bahnverfolgungskurve des Unterstempels 2
- 18: Schematisierte Darstellung der Steuerung der Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings
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Als Ausführungsbeispiel ist in 1 und 2 ein Pressling 1 mit Angabe seiner Fertigmaße in Millimeter dargestellt. Dieser besteht aus einem zylinderförmigen Hülsenkörper, der aus einem Außenring 2 größeren Durchmessers besteht, in den ein Innenring 3 kleineren Durchmessers integriert ist. Der Pressling weis ein Mittelloch 4 aus. Er bildet eine vorder- und rückseitig, zentrale Ausnehmung 5 rund um das Mittelloch 4 aus. Gemäß 2 beträgt der Außendurchmesser des Außenrings 30 mm, der Außendurchmesser des Innenrings 3 20 mm und der Durchmesser des Mittellochs 10 mm. Die axiale Länge beträgt 10 mm und die Höhe der unteren Ausnehmung 4, sowie die Höhe der oberen Ausnehmung 3 mm, wobei der Innenring eine Dicke von 3 mm hat.
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Die erfindungsgemäße Trajektorienberechnung (Bahnplanung) der Pulverpresse 6 berechnet in einem ersten Verfahrensschritt die Füllposition der Matrize 11 und definiert diese wie folgt:
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Es wird in einem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass die Dichte des Presslings 1 im Außenring 2 6,9 g/cm3 und im Innenring 3 6,6 g/cm3 betragen soll. Der Pressling besteht somit aus zwei Segmenten und dem Mitteloch.
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Es wird ein Metallpulver mit einer Dichte von 3 g/cm3 verwendet. Die Abmessungen der beiden Segmente sind in
5 angegeben.
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Aus der Dichte des Pulvers und der Dichte und Höhe des Presslings
1 berechnen sich die Füllhöhen mit
z.B.
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Es handelt sich um ein Beispiel bei dem in einem ersten Punkt 1 der Trajektorie, also zu einem bestimmten ersten Zeitpunkt, alle Positionen, des jeweiligen Zylinders die bekannt sein müssen.
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Dadurch ist sichergestellt, dass sich die gewünschten Füllhöhen ergeben, und dabei ist der Unterstempel auf den Referenzpunkt Null gesetzt.
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Parameterberechnung
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Werkzeugabmaße
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Die Abmaße der Werkzeuge werden berechnet abhängig von:
- - Presslingmaße
- - Maschinengeometrie
- - Auswahl Stempel
- - Unterer Totpunkt Presszylinder
- - Abgeschätzten Kräften, welche das Werkzeug stauchen (Abhängig von Verdichtungsgrad plus Segmentfläche)
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Die Zahlenangaben auf Seite 8 und 9 sind Ausgangswerte für die Antriebszylinder, um eine gewünschte Füllhöhe in einer Matrize für die Herstellung eines Presslings zu erreichen.
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Gemäß 3 sind am Presszylinder die Oberstempel 9,10 befestigt, die über hydraulische Zylinder verfahrbar sind, welche die Stempelwerkzeuge tragen. Die Stempelwerkzeuge ergeben den Pulverkontakt in der Matrize 11 und werden durch den Presszylinder bewegt.
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Der Presszylinder hat demnach nur eine generelle Bewegungsaufgabe während die einzelnen Pressstempel 9,10 und 12, 13 noch durch zusätzliche Antriebszylinder angetrieben sind, deren Bahnplanung berechnet wird.
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Die Matrize 11 kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung noch optional angehoben werden, um einen Austritt von Pulver vor dem Schließen im Gesenk zu vermeiden.
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Es kann noch ein nicht zeichnerisch dargestellter Füllschuh zur Einfüllung des Pulvermaterials in die Matrize 11 vorgesehen sein.
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In diesem Fall kann beim Ausfahren des Füllschuhs die Matrize 11 abgesenkt um eine gleichmäßigere Verteilung des Pulvers in der Matrize 11 zu garantieren.
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In der 4 sind in Verbindung mit der 5 die geometrischen Anforderungen an die verschiedenen Pressstempel 9, 10; 12, 13, die Matrize 11 in Abhängigkeit von dem herzustellenden Pressling nach 5 anhand eines Zahlenbeispiels dargestellt. In 4 sind allerdings aus Vereinfachungsgründen die Pressstempel 9 und 10 nicht eingezeichnet und die 5 zeigt die Pulverhöhen, die für das herzustellende Teil benötigt werden.
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Zum Übergang von 6 (Füllposition) auf 7 (Pulverkontakt) müssen lediglich die Pressstempel 9, 10 abgesenkt werden, um den Höhenunterschied zwischen Pulveroberkante und Oberstempelunterkante auszugleichen. Dies zeigt die 7.
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Es wird nur der Presszylinder abgesenkt. Die Oberstempelunterkanten befinden sich zu diesem Zeitpunkt schon auf einer gemeinsamen Ebene, sodass bei der finalen Position wie in 7 die Oberstempelunterkanten das Pulver berühren, dieses aber noch nicht verdichten.
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Optional werden Matrize und Mittelstift angehoben, um ein Austreten von Pulver zu vermeiden (aber das wird ja später noch erwähnt)
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Die Pulversegmente werden so verschoben, dass sich alle Höhenabmaße relativ zueinander den Dimensionen des Presslings entsprechen.
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In einem Punkt 2 der Bahnplanung erfolgt nun die Berechnung des Pulverkontaktes.
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In 6 und 7 wird angegeben, dass der Presszylinder von der alten Position ausgehend minus hkontakt angegeben wird, die noch notwendig ist, dass der Presszylinder in die Matrize einfährt und die Oberstempel in Pulverkontakt kommt.
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Presszylinder: alte Position minus h(Kontakt)
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Die Matrize 11 kann optional angehoben werden um ein Austreten von Pulver zu vermeiden. Alle anderen Positionen entsprechen der Füllposition.
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Die 8 zeigt als Beispiel einer Trajektorienkurve auf der Ordinate die Position des Unterstempels 2 und auf der Abszisse die Angabe der Zeit. Auf der Abszisse ergibt sich für die Bereiche 1 und 3 eine Beschleunigungsphase und für den Bereich 2 eine konstante Geschwindigkeit.
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Um aus den Wegpunkten einen zeitabhängen Positionsablauf zu berechnen, wird unter Berücksichtigung der Achs-Geschwindigkeiten und - Beschleunigungen die Trajektorien der verschiedenen bewegten Antriebsteile berechnet.
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Und ausgehend von einem bestimmten Unterstempel 2 gibt es deshalb den Punkt P1, der die Füllposition beschreibt, einen Punkt P2 der den Pulverkontakt des Unterstempels 2 beschreibt, welcher der Position entspricht, in der noch keine Bewegung vollzogen wird. Im Punkt P3 erfolgt und das kraftlose Verschieben, in dem der Unterstempel 2 abgesenkt wird. Daraus ergeben sich drei Positionen für den Unterstempel 2 und ausgehend von einer bestimmten Menge an Positionen lässt sich die Bahnkurve nach 8 daraus berechnen.
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Die 8 dient lediglich der Veranschaulichung der verschieden Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsphasen. Die hier eingezeichneten Punkte haben aber keinen physikalischen oder prozessbezogenen Zusammenhang. Zur weiteren Erläuterung wird auf die 11 verwiesen.
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Die Bahnkurve in 11 ist demnach die Verbindung zwischen diesen Punkten. Die Bahnplanung erfolgt unter Berücksichtigung von Beschleunigung und maximalen Geschwindigkeiten der bewegten Pressenkomponenten. Es wird gefordert, dass beispielsweise im Punkt 3 alle Achsen zum gleichen Zeitpunkt die gewünschte Position erreichen und eine synchrone Bewegung ausführen.
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In der 11 ist die Stellung des Unterstempels 2 im Punkt 3 dargestellt, der auf ein kraftloses Verschieben gerichtet ist.
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Unter diesem Begriff „kraftloses Verschieben“ wird verstanden, dass die einzelnen unkomprimierten Pulversegmente so verschoben werden, dass die Höhen relativ zueinander dem finalen Pressling entsprechen. Im Punkt P3 ist dies bereit vollendet.
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Beim Pulverkontakt kommt es zu einer maximalen Annäherung von Ober- und Unterstempeln, ohne dabei eine Verdichtungskraft auf das Pulver wirken zu lassen. Im Punkt P3 werden die Stempel jeweils synchron zueinander verschoben, um die relative Geometrie des finalen Presslings zu erreichen.
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Der Begriff „relative Geometrie“ besagt, dass alle Abmaße durch die Verdichtungsfaktoren skaliert sind.
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In der 9 ist eine Stellung der Pulverpresse mit den zwei Ober- 9, 10 und zwei Unterstempeln 12, 13 und der Matrize 11 dargestellt. Der gepunktete Bereich ist die Anhäufung des Pulvers, nachdem der kraftlose Pulvertransfer abgeschlossen ist.
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In 10 ist der gepunktete Bereich der 9 nochmals vergrößert unter Angabe der Dimensionen dargestellt. Der kraftlose Pulvertransfer ist so gewählt, dass beim nachfolgenden Pressvorgang ein spannungsfreies Verdichten ermöglicht wird.
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Spannungsfrei heißt, dass nach dem Pulvertransfer die relativen Höhen zu den unterschiedlichen Segmenten gleich des finalen Presslings sind und somit während der Verdichtung alle Pulversegmente gleichermaßen komprimiert werden und auch die relativen Höhen der Segmente dann gleich bleiben. Nicht nur die Höhen des Pulvers werden gleichermaßen verdichtet, sondern auch die relativen Höhenabstände sind gleich.
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Zum Zeitpunkt der Verdichtung sind alle Stempelzylinder bzw. Stempel im Anschlag und der Presszylinder in seiner finalen Verdichtungsposition bzw. im unteren Totpunkt.
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Das Diagramm nach 11 ist nun der gewünschte Bewegungsablauf des Unterstempels 2 in diesem speziellen Ausführungsbeispiel bis zum Punkt 3, das heißt das kraftlose Verschieben des Pulvertransfers in die Matrize, dargestellt. Die obere Darstellung in 11 ist die Position des Unterstempels 2 über die Zeit und die darunter stehende Darstellung ist der dazu gehörende Geschwindigkeitsverlauf.
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Die 12 zeigt die Beschleunigungskurve des Diagramms nach 11.
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Daraus ergibt sich der zeitliche Verlauf aus den Punkten der einzelnen Achse unter Berücksichtigung aller anderen Achsen, sodass die jeweiligen Punkte zeitgleich zu allen anderen Achsen abgestimmt sind. Außerdem wird die Verbindung zwischen zwei Punkten aufgeteilt in
- • eine Beschleunigungs- oder Abbremsphase
- • eine Phase mit konstanter Geschwindigkeit und
- • eine erneute beschleunigte Abbremsphase zum anschließenden Punkt.
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Diese Phasen sind in der 11 als Beispiel eingetragen. Es gibt jedoch über die vorgenannten Phasen hinaus noch andere Beschleunigungsmuster wie z.B. Abbremsphase, konstante Geschwindigkeit und weitere Abbremsphase oder dergleichen mehr.
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Es handelt sich demnach um negative und positive Beschleunigungsprofile die in der Bahnverfolgungskurve nach z.B. zwischen den Punkten P2 und P3 ablaufen. Das ist in 12 dargestellt.
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Es handelt sich allerdings nur um eine stark vereinfachte Beschreibung der Berechnung der Bahnverfolgungskurven. Erfindungsgemäß werden für jeden charakteristischen Punkt alle Zylinderpositionen berechnet und dann durch die vorgegebene Bahnplanung miteinander kombiniert, um auch physikalisch erreichbare Positionsverläufe bzw. Bahnen zu berechnen.
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in der 13 der Schluss der Pressenstempel bei erfolgter Verdichtung des Presslings 1 dargestellt.
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Alle Ober- und Unterstempel 9, 10 und 12, 13 befinden sich am Anschlag, also in der Endposition und der Presszylinder in seiner finalen Verdichtungsposition. Die Matrize 11wird bewegt, um die Scherung am äußeren Rand zu minimieren. Während der Verdichtung fahren nun die Stempel 9,10 und 12, 13 in einer mehr oder weniger linearen Kurve in den Anschlag 16 und der Presszylinder in seine finale Verdichtungsposition bzw. in den unteren Totpunkt. Diese Position wird so vorgegeben, dass während des Vorgangs des Verdichtens alle Höhen und Pulverhöhen, sowie alle Abstände von allen Kanten relativ zueinander gleich verdichtet werden, und sich deshalb im gleichen Maß verändern. Die Innenfläche der Matrize 11 definiert den Außenumfang des Presslings 1.
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Die 10 zeigt nunmehr die Abmaße der Pulversäulen nach dem Pulvertransfer, das heißt, nach dem kraftlosen Pulvertransfer.
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Diese Abmessungen ergeben sich aus den Dimensionsangaben für den hergestellten Pressling in 1 und 2 zuzüglich die gewünschten Fertigdichten des Presslings in Abhängigkeit der verwendeten Pulverdichte.
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Ein zur Berechnung notwendiger Algorithmus geht punktweise vor. Aus diesem Grund erfolgt die punktweise Darstellung im Diagramm der Trajektorienkurve nach 8 und den 11 und 12.
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Für den dort dargestellten Punkt P3 ist in diesem Ausführungsbeispiel zunächst das Ziel die Abmaße des Pressling nach 10 zu erreichen und davon ausgehend werden dann die Positionen der Pressenstempel im Stadium des finalen kraftlosen Pulvertransfers nach 9 und 10 berechnet.
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In der 11 unten ist die Geschwindigkeitskurve eines Bahnpunktes dargestellt, wie er von der Position P1 über die Position P2 und die Position P3 verläuft und in der 12 ist die Beschleunigungskurve dargestellt, die sich ebenfalls auf den Bahnverlauf nach 11 (oben) bezieht.
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Die 14 zeigt den Unterstempel 2 (Bezugszeichen 13) vor der Stauchung mit Angabe, welcher Höhenunterschied h stauchung bei der nachfolgenden Entspannung des Presswerkzeuges notwendig ist.
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Zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung tritt auch die maximale Kraft F auf, aus der eine Stauchung h stauchung des Werkzeuges resultiert.
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Daraus resultiert die Kraft F, die auf das Werkstück ausgeübt wird. In dem in 14 dargestellten Schritt der Entstauchung bzw. Entspannung ist das Ziel, die Position oder den Punkt aller Pressenstempel so zu wählen, um das Bauteil zu entlasten, um Spannungen innerhalb der verschiedenen Segmente des Presslings auszugleichen.
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Um die nötige Entlastung oder Entspannung zu bestimmen muss die Stauchung jedes einzelnen Pressenstempels berechnet werden. Die Stauchung ergibt sich aus der Kraft, die aus dem Verdichtungsdruck und der Fläche des jeweiligen Stempels resultiert.
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Die Stauchung ist auch das Resultat aus den Elastizitätsmodulen der einzelnen Komponenten. Das jeweilige Elastizitätsmodul hängt vom Material, der Fläche und der Menge der verwendeten Pressenstempel 9, 10 und 12, 13 ab. Der nächste Schritt wäre dann die Berechnung der Positionsänderung des Presszylinders, aller Stempel und der Matrizen, um die Entstauchung zu ermöglichen, bzw. eine Stauchungskompensation zu erbringen.
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Die 15 und 16 zeigen die Freigabe und Entnahme des Presslings 1 .
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In 15 ist der Pressling noch eingeklemmt. Gleichzeitig sind alle Stempel 9,10 und 12, 13 auf die jeweils gleiche Höhenlage angehoben. In der 16 erfolgt dann die Freigabe.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel beschreibt einen relativ einfach aufgebauten Pressling 1, der nur aus zwei Segmenten besteht.
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Bei drei oder mehr Segmenten werden alle Stempel mit der gleichen Geschwindigkeit verfahren, bis sie die finale Position erreicht haben und dann in einer Ebene sind. Dies hat den Vorteil, dass eine Reibung, die während des Ausfahren der jeweiligen Stempel entsteht, auf alle Stempelflächen gleichmässig verteilt wird.
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In 16 wird die Matrize 11 in Pfeilrichtung 23 angehoben und kann so entnommen werden. Eine Kollision mit den Stempeln 12, 13 ist damit ausgeschlossen.
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In 17 ist schematisiert ein Blockschaltbild dargestellt, bei dem auf der Eingangsseite einer Recheneinheit 24 als Teil der Maschinensteuerung 27 die Dimensionen des Presslings, die Maschinenparameter und Benutzereingaben eingespeist werden, was manuell oder maschinengesteuert erfolgen kann.
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Die Recheneinheit 24 erzeugt dann als Ausgabe die Bahnverfolgungskurven 25, 26 (und eine Vielzahl weiterer) z.B. für einen Unterstempel 1 und 2.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren läuft dann mit folgenden Schritten ab:
- 1. Ermittlung der Fertigabmasse eines Pressling
- 2. Eingabe dieser Abmasse in die Recheneinheit 24
- 3. Eingabe weiterer Benutzereingaben
- 4. Berechnung von Punkten auf der Bahnverfolgungskurve (Trajektorie) getrennt für jeden bewegten Teil der Presse, wobei alle Punkte unter Berücksichtigung der Maschinenparameter oder Eingabeparameter berechnet werden.
- 5. Einspeisung der ermittelten Bahnverfolgungskurven 25, 26 in die Steuerung 27 einer Pulverpresse
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Alle Bewegungspunkte aller sich bewegenden Teile der Presse werden in einer eigenen Bewegungskurve (Bahnverfolgungskurven = Trajektorien) beschrieben.
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Mit dem Algorithmus werden die einzelnen Punkte Schritt für Schritt berechnet, um dann für jeden Punkt die absoluten Positionen der dazu gehörenden Pressenkomponenten zu haben. Nachdem alle Positionen festgelegt wurden, werden die zeitlichen Abstände zwischen diesen Punkten zu berechnet und daraus ein Positionsverlauf in jeder einzelnen Achse der Pressenkomponente ermittelt.
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Es wird berechnet, dass der Positionsverlauf physikalisch abfahrbar ist, indem dann auch noch die maximalen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen jeder einzelnen Achse mit berücksichtigt werden.
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Und diese Bahnverfolgungskurven 25, 26, die z.B. anhand des Bewegungsablaufes des Geschwindigkeits- und Beschleunigungsablaufes des Unterstempels 2 dargestellt wurden, werden nun bei einer herkömmlichen Pulverpresse gemäß 18 in die Steuerung 27 eingespeist. -
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Wenn die physikalischen Eigenschaften aller Antriebseinheiten der Pulverpresse und zusätzlich noch die sonstigen physikalischen Parameter vorgegeben sind, ist eine automatische Programmierung der Steuerung 27 einer solchen Pulvermetallpresse möglich.
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Durch die Eingabe der mehreren Bahnverfolgungskurven 25, 26 für jedes einzelne Pressenelement kann nun automatisch ausgehend von einem bestimmten Ausgangszustand und ausgehend von bestimmten gewünschten Dimensionen eines Presslings die jeweilige Bahnverfolgungskurve 25, 26 erstellt werden. Somit kann bei ordnungsgemäßer Programmierung der Steuerung 27 der Pulverpresse davon ausgegangen werden, dass der Pressling 1 in der gewünschten Dimension erstellt wird.
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Man benötigt zur Ausführung des Verfahrens eine Pulverpresse mit Positionsregelung, um in der Lage zu sein, alle Zylinder und deren Achsen entsprechend den vorgegebenen Bahnkurven zu fahren und über eine Regelstrecke Abweichungen der Istkurve von der Sollkurve zu korrigieren.
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In der vorliegenden Erfindung wurden die zeitabhängigen Positionsangaben neben den nötigen Höhenabmaßen der zu verwendeten Werkzeuge berechnet. Die hieraus ermittelten Bahnverläufe können dann im laufenden Betrieb der Maschine genutzt werden, um bei positionsgeregelter Abarbeitung der Trajektorien den gewünschten Pressling zu produzieren.
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Das heißt, also dass auch bei der Steuerung der Pulverpresse, die mit dem erfindungsgemäßen Bahnverfolgungskurven programmiert wurde, dann einen Soll- Ist- Vergleich stattfinden muss, um auch sicherzustellen, dass auch den einprogrammierten Bahnverfolgungskurven der endgültige Pressling mit seinen gewünschten Dimensionen erstellt wird.
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Dies zeigt die 18, wo erkennbar ist, dass mit der erfindungsgemäßen Eingabe von Bahnverfolgungskurven 25, 26 für die verschiedenen Pressenelemente eine Steuerung der Presse programmiert wird, die zu dem in 1 dargestellten Pressling in der gewünschten Dimension führt. Über die Steuerleitungen 29 erfolgt die Rückführung der Istpositionen auf eine Regelung in der Steuerung 27 der Maschine, in der ein Vergleich der Istkurven mit den jeweiligen Sollkurven (Trajektorien/Bahnkurven) und eine dementsprechende Korrektur der Istkurven stattfindet.
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Der Begriff „Istpositionen“ bedeutet, dass pro Achse eine skalare Position gemessen wird. Die Trajektorien bilden dann die Sollkurven.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Preßling
- 2.
- Außenring
- 3.
- Innenring
- 4.
- Mittelloch
- 5.
- Ausnhemung
- 6.
- Pulverpresse
- 7.
- Stempelplatte (oben)
- 8.
- Stempelplatte (oben)
- 9.
- Oberstempel 1
- 10.
- Oberstempel 2
- 11.
- Matrize
- 12.
- Unterstempel 1
- 13.
- Unterstempel 2
- 14.
- Stempelplatte
- 15.
- Stempelplatte
- 16.
- Grundplatte
- 17.
- Mittelstift
- 18.
- Abstand
- 19.
- Abstand
- 20.
- Abstand
- 21.
- Pulverfüllung
- 22.
- Kontakthöhe
- 23.
- Pfeilrichtung
- 24.
- Recheneinheit
- 25.
- Bahnverfolgungskurve (US2)
- 26.
- Bahnverfolgungskurve (weitere)
- 27.
- Steuerung
- 28.
- Eingabepfade
- 29.
- Steuerleitungen
- 30.
- Rückführungspfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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