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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein eine Temperierungsvorrichtung für Kaltfliesspressen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik wird auf die
DE 12 56 518 A hingewiesen, welche ein heizbares Pressgesenk zur Warmfliesspressherstellung hohlzylindrischer Teile, wobei elektrische Heizelemente zur Beheizung der Fliesspressstempel im Wesentlichen auf eine Temperatur unterhalb der Vorwärmungstemperatur des Werkstücks.
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Weiter wird auf die
DE 39 06 583 C2 welche ein Verfahren zum Fliesspressen beschreibt, bei der ebenfalls eine Strahlungsheizung vorhanden ist mit der der Rezipient mit dem darin befindlichen zu verpressenden pulverförmigen Werkstoff auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt wird.
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Zusätzlich wird auf die
DE 22 63 997 A verweisen, welche ebenfalls eine Heizung des Pressstempels aufzeigt, wobei an diese Heizung auch eine Heizung des formgebenden Werkzeugs angeschlossen ist.
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Das Napf- Rückwärts- und Kaltfliesspressen nach DIN 8583 ist ein Fertigungsverfahren der Massivumformung und gehört nach DIN 8582 zur Untergruppe Durchdrücken/ Druckumformung. Beim Pressvorgang wird eine Butze (Rondelle, Platine) zum Beispiel aus Aluminium oder anderen Knetlegierungen vor das Gesenk (Matrize) geführt. Ein Pressstempel drückt die Butze mit hohem Druck und Geschwindigkeit in das Gesenk. Dabei verformt sich die Butze plastisch und fliesst durch den Ziehspalt zwischen Pressstempel und Gesenk in entgegengesetzter Stempelbewegungsrichtung. Durch die Werkzeuggeometrie (Gesenk, Stempel) wird die geforderte Wandstärke und Bodengeometrie festgelegt. Die Bodenstärke wird indirekt über die Kaltfliesspresse (Maschine) mittels Keilverstellung des Kniehebels eingestellt.
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Im Produktionsbetrieb, bei kontinuierlichem Pressvorgang erwärmen sich die Presswerkzeuge (Gesenkaufnahme, Gesenk und Pressstempel) durch die plastische Verformung der Butze und dehnen sich am Umfang, hauptsächlich aber in der Länge aus. Die Längenausdehnung hat einen direkten Einfluss auf die Bodenstärke der Fliesspressteile, so dass Überschreitungen der erforderlichen Toleranzen erfolgen.
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Bei einem Stillstand in Folge einer Störung oder eines anderen Ausfalls der Kaltfliesspresse kühlen die Presswerkzeuge nach wenigen Minuten wieder ab. In Folge dieser Abkühlung schrumpft die erreichte Längenausdehnung langsam in ihre ursprüngliche Ausganglage zurück. Aus diesem Grund muss der Maschinenbediener bei der Wiederinbetriebnahme der Kaltfliesspresse den Starvorgang stets begleiten und Korrekturen an der Keilverstellung (Längen- und Toleranzausgleich) vornehmen, bis die geforderte Bodenstärke der Fliesspressteile wieder erreicht ist. Aufgrund der Korrelation der Werkzeugtemperatur und der geometrischen Maße der Fliesspressteilen ist ein stabiles Temperaturniveau gleichbedeutend mit der Maßhaltigkeit der Fliesspressteile, insbesondere der Bodenstärke.
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Je nach Format und Stillstandzeit kann dieser Vorgang bis zu einer viertel Stunde dauern. Besonders bei der Wiederinbetriebnahme entsteht dadurch erheblicher Prozessausschuss durch unbrauchbare und toleranzüberschreitende Fliesspressteile, weshalb in dieser Phase ständig Anpassungen durch den Maschinenführer vorgenommen werden müssen.
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Steigt der Temperaturverlauf der Presswerkzeuge dann wieder auf den stationären Wert an der sich während des kontinuierlichen Umformprozesses einstellt, müssen erneut Anpassungen vorgenommen werden, da ansonsten die Bodenstärke der Fliesspressteile aufgrund der Längenausdehnung des Presstempels zu dünn wird. Der Maschinenbediener muss daher in dieser Situation erneut und in entgegengesetzter Richtung als zuvor eingreifen und die Längenausdehnung der Presswerkzeuge durch die Keilverstellung innerhalb der Bodentoleranz wieder zurückfahren. Hier entsteht also erheblicher Arbeitsaufwand, welcher sich durch Prozessschwankungen, Qualitätsschwankungen und den dadurch nötigen Überwachungs- und Einstellaufwand ergibt, welcher nur durch hoch qualifizierte Maschinenbediener erfüllt werden kann.
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Die Maschinenhersteller von Kaltfliesspressen haben dieses Problem bereits seit längerem erkannt und bieten diesbezüglich unterschiedliche Gesenk- oder Stempelheizungen an.
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Die sogenannten Gesenkheizungen werden in das Maschinenfundament der Kaltfliesspressen hinter der Gesenkaufnahme verbaut. Diese sollen das Gesenk aufwärmen, allerdings ist dabei lediglich eine maximale Temperatur von 40 bis maximal 60 Grad Celsius vorgesehen. Diese geringen Temperaturen haben sich in der Praxis als nicht ausreichend erwiesen.
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Eine Variante der Gesenkheizung ist eine externe Vorrichtung in Form einer Heizplatte die mittels eines integrierten Magneten manuell von Aussen auf die Stirnfläche des Gesenks aufgelegt wird, so dass das Gesenk aufgewärmt werden soll.
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Ferner ist noch eine sogenannte Stempelheizung für Kaltfliesspressen bekannt. Diese Stempelheizung ist ebenfalls eine manuelle anzusetzende Zusatzvorrichtung, wobei zwei Wärmepakete in Form von Halbschalen um den Pressstempel geklemmt werden. Die Temperatureinwirkung erfolgt über das Stempeläußeren ins Innere.
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Der Maschinenbediener muss dabei bei jedem Stillstand der Kaltfliesspresse die Stempelheizung händisch am Presstempel anordnen, um zu verhindern, dass sich der Pressstempel abkühlt und somit sich die Längenausdehnung des Pressstempels verändern kann. Neben weiteren erheblichen Nachteilen liegt hierbei ein hohes Verletzungspotential für den Maschinenbediener vor.
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Eine weitere Methode zum Beheizen der Werkzeuge erfolgt über die händische Verwendung eines Gasbrenners und dessen offener Flamme. Allein das Gefahrenpotential der offenen Flamme ist bereits Grund genug, Ersatz für eine solche Methode zu bieten.
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Weitere erhebliche Nachteil der vorgenannten Systeme sind die aufzubringenden Montagezeiten, die für den Auf- und Abbau benötigt werden. Dabei ist das o.g. Verletzungspotential enorm, welches durch das Gewicht und das schlechte Handling, beispielsweise durch zahlreiche Kabel, zustande kommt, was eine zügige und sichere Handhabung unmöglich macht.
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Neben der zusätzlich aufzubringenden Zeit für die Montage der Vorrichtungen ist zudem der Wirkungsgrad unbefriedigend, da sich der notwendige Temperaturwert der sich während des Umformprozesses einstellt, nicht, oder nur nach unverhältnismäßig langer Aufheizzeit durch die vorgenannten Vorrichtungen erreichen lässt. Dies hat diverse Gründe u. a., weil die die Heizleistung oder die Wärmeübertragung nicht ausreicht oder der Verlust der Wärme dabei derart hoch ist, dass das Aufheizen längere Zeit benötigt als wenn die Anlage durch ihren Betrieb selbstständig aufwärmt.
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Hinzu kommt der Aufwand des Maschinenbedieners, nicht nur für den Auf- und Abbau der Heizvorrichtungen, sondern auch für die Überprüfung und Kalibrierung der Maschine.
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Zudem sind die vorgenannten Heizvorrichtungen bei kurzen Maschinenstillständen, bei denen die Werkzeuge nur teilweise und unterschiedlich schnell abkühlen unbrauchbar, was insbesondere durch die Zeit für den Auf- und Abbau begründet ist.
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Vorgenannte Temperierungsvorrichtung für Kaltfliesspressen sind bereits in vielfältiger Form und Ausgestaltung bekannt und gebräuchlich. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise die
DE 10 2004 016 735 B3 zu nennen wobei hier zwischen ein Obergesenk und ein Untergesenk ein Heizelement positioniert wird.
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Weiterhin ist auf die
DD 1 28 836 A3 hinzuweisen, wobei ein Heizelement zwischen einem Gesenkeinsatz und einer Gesenkhalteplatte angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Temperaturregelvorrichtung bereitgestellt werden, die es erlaubt direkt und gezielt über die Eingabe von definierten und gemessenen Parametern in den Kaltfliesspressprozess einzugreifen, wobei eine leichtere und sicherere Handhabung, sowie ein höherer Wirkungsgrad und eine Verringerung von Stillstandzeiten und eine Minimierung von Arbeitsaufwand und Prozessausschuss erreicht werden sollen. Ein stabiles Temperaturniveau der Werkzeuge, das für eine reproduzierbare Maßhaltigkeit der Fliesspressteile nötig ist, soll dabei einzustellen und auch in unterschiedlichen Situationen zu halten sein. Eine schnelle und einfache Regelung soll es ermöglichen, sowohl in der Startphase als auch nach Unterbrechungen unterschiedlicher Art und Länge innerhalb kürzester Zeit zu dem vorgesehenen Betrieb zu gelangen oder zurückzukehren.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Kaltfliesspressen für das horizontal Napf- Rückwärts- und Fliesspressen, dienen u.a. zur Herstellung von Aluminiumverpackungen und weitern Fliesspressteilen.
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Die Lösung der Aufgabe besteht aus einer erfindungsgemässen Temperaturregelvorrichtung, die an mehreren wesentlichen Bereichen in die einer Kaltfliesspresse integriert bzw. angeordnet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass eine Gesenkheizung und eine Stempelheizung sowie eine Steuereinrichtung und mehrere Temperatursensoren umfasst sind.
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Bei der Gesenkheizung handelt es sich um ein Heizelement. Dieses Heizelement ist im Bereich einer Auflagefläche eines Gesenks in einer Gesenkaufnahme angeordnet. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise die Heizleistung respektive die eingebrachte Temperatur gleichmässig zwischen dem Gesenk und der Gesenkaufnahme verteilt.
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Das Heizelement ist derart ausgebildet, dass es den gesamten Bereich der Auflagefläche des Gesenks in der Gesenkaufnahme zuverlässig und schnell auf die gewünschte Temperatur aufwärmen kann. Natürlich kann diese Temperatur auch durch das Heizelement gehalten werden. Ein solches Heizelement kann beispielsweise als Heizspirale, Heizpatrone, Heizschlaufe, Heizplatte oder Heizdraht ausgebildet sein.
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Bei der gewünschten Temperatur handelt es ich um den Temperaturbereich, der sich während der aufeinander folgenden Umformprozesse im Normalbetrieb der Kaltfliesspresse einstellt. Dieser Bereich liegt zwischen 90 und 140 Grad Celsius und ist insbesondere von dem jeweiligen Fliesspressteil sowie von weiteren Faktoren abhängig.
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Bei der Stempelheizung handelt es sich um zumindest ein weiteres Heizelement, welches in dem Pressstempel angeordnet bzw. integriert ist. Dabei ist das weitere Heizelement im Inneren des Pressstempels zwischen einem Pressstempelanker und einem Presstempelkopf angeordnet. Der Pressstempelanker ist der Bereich des Pressstempels, der von einem Pressstempelhalter aufgenommen wird. Der Pressstempelkopf ist der gegenüberliegende Bereich des Pressstempels, der zusammen mit dem Gesenk das Fliesspressteil formt.
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Das weitere Heizelement ist dabei derart ausgebildet, dass der Pressstempel zuverlässig und schnell auf die gewünschte Temperatur aufgewärmt werden kann, wobei dann diese Temperatur oder dieser Temperaturbereich gehalten wird. Durch die Länge des weiteren Heizelements und dessen axialer Positionierung im Pressstempel, wird ein definiertes Temperaturwirkungsfeld erzeugt. Auch hier liegt die gewünschte Temperatur in dem Temperaturbereich, der sich während der aufeinander folgenden Umformprozesse im Normalbetrieb der Kaltfliesspresse einstellt. Dieser Temperaturbereich liegt zwischen 120 und 190 Grad Celsius und ist insbesondere von dem jeweiligen Fliesspressteil sowie von weiteren Faktoren abhängig.
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Natürlich können die Gesenkheizung und auch die Stempelheizung auch Temperaturen erreichen, die oberhalb der angegebenen Maxima der Temperaturbereiche liegt. Dies hat den Vorteil, dass die gewünschten Temperaturbereiche durch die starke Heizleistung schnell erreicht werden kann.
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Das weitere Heizelement kann unterschiedliche Ausformungen aufweisen, wobei mehrere weitere Heizelemente umfasst sein können. Das weitere Heizelement kann beispielsweise als Heizspirale vorliegen und dabei Wicklungen bzw. Windungen oder auch Überlappungen, beispielsweise in der Form einer acht aufweisen. Das weitere Heizelement kann natürlich auch in anderer Form ausgebildet sein, wie beispielsweise als Heizpatrone, Heizschlaufe, Heizplatte oder Heizdraht, wobei die Anordnung und auch die Anzahl der weiteren Heizelemente variieren kann.
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Sowohl die Gesenkheizung als auch die Stempelheizung ist mit einer Stromquelle verbunden, die vorzugsweise über die Kaltfließpresse erfolgt.
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Es ist daher vorgesehen, dass die Gesenkheizung und die Stempelheizung elektrisch betrieben werden. Weiterhin sind die Stempelheizung und die Gesenkheizung mit einem Steuergerät verbunden, wobei eine bidirektionaler Signals-, Befehls- und Informationsaustauch vorgesehen ist.
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Zur ständigen Kontrolle der Temperatur der Werkzeuge der Kaltfliesspresse sind mehrere Temperatursensoren umfasst, die ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden sind und so die jeweils gemessene und vorliegende Temperatur an das Steuergerät übermitteln. Solche Temperatursensoren sind insbesondere in und an der Gesenkaufnahme und in und an dem Presstempel angeordnet.
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Dabei sind die Temperatursensoren derart angeordnet bzw. verteilt, dass die Erfassung der Temperaturen zuverlässig erfolgt. Auch die Gesenkheizung und die Schaftheizung selbst können Temperatursensoren umfassen.
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Die über die Temperatursensoren erfassten Temperaturdaten erlauben es in vorteilhafter Weise eine gezielte und abgestimmte Steuerung der Gesenkheizung und der Stempelheizung vorzunehmen. Dabei ist es wesentlich, dass eine Temperaturreglung der Gesenkheizung und der Stempelheizung unabhängig voneinander und auf Grundlage der erfassten Temperaturdaten und ggf. weiterer einzugebender Parametern erfolgt.
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Natürlich kann eine Regelung der Temperatur der Gesenkheizung und der Stempelheizung auch manuell erfolgen, dafür ist neben dem Steuergerät auch ein Anzeige- und Steuerterminal vorgesehen. Dieses Anzeige- und Steuerterminal kann natürlich auch mit der Steuerungsvorrichtung der Kaltfliesspresse verknüpft oder kombiniert sein.
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Weiterhin ist bei der erfindungsgemässen Temperierungsvorrichtung vorgesehen, dass die Gesenkheizung aus der Gesenkaufnahme entnehmbar und somit austauschbar ist. Ebenso ist auch vorgesehen, dass die Stempelheizung aus dem Pressstempel entnehmbar und somit ebenfalls austauschbar ist. Auf diese Weise kann eine ggf. defekte Gesenk- oder Stempelheizung ersetzt werden, so dass das Werkzeug wiederverwendbar ist.
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Um eine fortlaufende, schnelle und einfache Temperaturregelung zu ermöglichen ist das Steuergerät aufgrund der Temperaturdaten von den Temperatursensoren automatisch dazu in der Lage, sowohl in der Startphase als auch nach Unterbrechungen unterschiedlicher Art und Länge innerhalb kürzester Zeit mittels der Gesenkheizung und der Stempelheizung die Gesenkaufnahme und den Presstempel auf die vorgegebene Temperatur zu erwärmen bzw. diese bei Stillstand zu halten.
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Aufwendige Anpassungen und Kalibrierungen der Kaltfliesspresse entfallen dadurch. Weiterhin entfällt der zeitraubende Auf- und Abbau von externen Heizvorrichtungen, wodurch weiterhin Zeit und Geld gespart werden. Insbesondere wird durch vorliegende Erfindung die Anzahl der zu verwerfenden Fliesspressteile die ausserhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen auf ein Minimum reduziert.
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Durch diese abgestimmte und kontinuierlich angepasste Erwärmung bleibt die maximale Längenausdehnung der Presswerkzeuge während eines Stillstands, der wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden dauern kann, nahezu gleichbleibend. Mühevolle und zeitraubende Anpassungen müssen nicht vorgenommen werden. Auch der Startvorgang kann genau abgestimmt werden, sodass Verwerfungen und ungewünschte Prozessschwankungen auf ein Minimum reduziert werden.
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Die erfindungsgemässe Temperaturvorrichtung ermöglicht daher einen unkomplizierten Start, mit geringfügigem Prozessausschuss, unter Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen, beispielsweise im Bereich der Bodenstärke der Fließpressteile. Innerhalb kürzester Zeit kann dadurch die Kaltfliesspresse in Betrieb genommen werden. Eine Justierung und Anpassung der Keilverstellungen muss daher nur noch im Optimierungsfall nachgestellt werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- 1 eine geschnittene und schematische Teilansicht einer Kaltfliesspresse mit einem Stempelhalter, einem Pressstempel und einer Gesenkaufnahme.
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Ausführungsbeispiel
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In 1 ist eine geschnittene und schematische Teilansicht einer Kaltfliesspresse 1 dargestellt. Dabei ist in einem Stempelhalter 12 ein Pressstempel 3 mit seinem Stempelanker 13 angeordnet. Gegenüber dem Stempelanker 13 weist der Pressstempel 3 einen Pressstempelkopf 11 auf. Zwischen dem Stempelanker 13 und dem Pressstempelkopf 11, weist der Pressstempel 3 in axialer Ausrichtung eine Stempelheizung 5 auf. Die Stempelheizung 5 umfasst ein Heizelement 7 welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Heizschlaufe 6 ausgebildet ist. Die Stempelheizung 5 bzw. das als Heizschlaufe 6 ausgebildete Heizelement 7 ist im Inneren 10 des Pressstempels 3 angeordnet, wobei mit im Inneren 10 der Bereich des Pressstempels 3 gemeint ist, der vollkommen von diesem selbst umschlossen ist.
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Weiterhin ist in 1 eine Gesenkaufnahme 2, ebenfalls in einer geschnittenen Teilansicht dargestellt. In die Gesenkaufnahme 2 ist ein Gesenk 9 aufgenommen. Die Gesenkaufnahme 2 umfasst in ihrem Inneren, wobei für das Innere die gleiche Definition gilt, die bereits oben gegeben wurde, eine Gesenkheizung 4. Die Gesenkheizung 4 umfasst ein weiteres Heizelement 7.1, welches im vorliegendem Ausführungsbeispiel als eine weitere Heizschlaufe 6.1 ausgebildet. Die weitere Heizschlaufe 6.1 ist im unmittelbaren Bereich unterhalb einer Auflagefläche 8 des Gesenks 9 der Gesenkaufnahme 2 angeordnet. Mit unterhalb ist die Seite gemeint, die von dem Gesenk 9 abgewandt ist und sich innerhalb der Gesenkaufnahme 2 befindet.
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Die weitere Heizschlaufe 6.1 ist dabei derart ringförmig ausgebildet, dass eine zielgerichtete Erwärmung der Gesenkaufnahme 2 und des Gesenks 9 auf optimale Weise erfolgt. Natürlich sind in weiteren Ausführungsformen auch andere schlaufenförmige Ausformungen der weiteren Heizschlaufe 6.1 bzw. andere Ausbildungen des weiteren Heizelements 7.1 vorgesehen.
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Die erwähnten Temperatursensoren sowie ein Steuergerät sind natürlich vorhanden, in vorliegender vereinfachter 1 jedoch nicht dargestellt.
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Bezugnehmend auf die 1 erklärt sich die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung folgendermassen:
- Im Rahmen eines Startvorgangs einer Kaltfliesspresse 1 werden über die Temperatursensoren die Temperaturen in und an der Gesenkaufnahme 2 sowie dem Pressstempel 3 erfasst. Auf Grundlage dieser Temperaturdaten sowie weiterer ggf. eingetragener Parameter werden dann die Gesenkaufnahme 2 sowie der Pressstempel 3 durch die Gesenkheizung 4 bzw. die Stempelheizung 5 auf die erforderlichen Temperaturen erwärmt. Dabei wird die Erwärmung dann stetig angepasst, so dass die Arbeitstemperatur, also die Temperatur der Werkzeuge, die bei einer konstant und fortlaufend produzierenden Kaltfliesspresse 1 mit verbauten Presswerkzeugen vorherrscht.
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Sollte die Kaltfliesspresse 1 aus irgendeinem Grund angehalten werden, so wird vom Steuergerät über die umfassten Temperatursensoren die dadurch verursachte Abkühlung des Presstempels 3 und der Gesenkaufnahme 2 separat erfasst, woraufhin die jeweils umfassten Heizungen, also die Gesenkheizung 4 und/oder die Stempelheizung 5 die Gesenkaufnahme 2 und/oder den Presstempel 3 wieder auf die vorgesehene Temperatur aufheizen.
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Obwohl nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, ist es offensichtlich, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen hinzufügen kann, ohne Wesen und Umfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Ausformung der jeweiligen Heizelemente 7, 7.1 der Stempelheizung 5 und der Gesenkheizung 4 variieren. Auch kann die Anordnung und Anzahl der Gesenkheizung 4 in der Gesenkaufnahme 2 oder die Anordnung und Anzahl der Stempelheizung 5 in dem Pressstempel 3 variieren. Wesentlich ist dabei einzig, dass eine optimale Verteilung der angegebenen Wärme in dem jeweiligen Werkzeug erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kaltfliesspresse
- 2
- Gesenkaufnahme
- 3
- Pressstempel
- 4
- Gesenkheizung
- 5
- Stempelheizung
- 6
- Heizschlaufe
- 6.1
- Weitere Heizschlaufe
- 7
- Heizelement
- 7.1
- Weiteres Heizelement
- 8
- Auflagefläche
- 9
- Gesenk
- 10
- Inneres des Pressstempels
- 11
- Pressstempelkopf
- 12
- Pressstempelhalter
- 13
- Pressstempelanker
