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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings mit einer Presse sowie eine Presse, insbesondere eine Presse zur Herstellung von Grünlingen. Mit der Presse werden insbesondere, ggf. sinterfähige, Grünlinge aus pulverförmigem Werkstoff hergestellt. Insbesondere können mit der Presse metallische und/oder keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden.
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Bei bekannten Verfahren bzw. Pressen, die zur Herstellung dünnwandiger, hohlzylindrischer Bauteile eingesetzt werden, wird ein pulverförmiger Werkstoff in einem hohlzylindrischen Aufnahmevolumen einer Matrize angeordnet. Die Matrize umfasst einen, das Aufnahmevolumen umgebenden, steifen Pressring. Das Aufnahmevolumen erstreckt sich in einer radialen Richtung zwischen dem Pressring und einem Kernstab. Für die Herstellung bestimmter Grünlinge besteht der Kernstab aus einem elastisch verformbaren Material und wird zusammen mit dem Werkstoff durch einen, in einer axialen Richtung verfahrbaren Stempel über eine Stirnseite mit einem Pressdruck beaufschlagt. Für die Herstellung anderer Grünlinge ist ein elastisch verformbarer, ringförmiger Pressmantel zwischen Matrize und einem steifen Kernstab angeordnet, der zusammen mit dem Werkstoff durch einen, in einer axialen Richtung verfahrbaren Stempel über eine Stirnseite mit einem Pressdruck beaufschlagt wird. Der elastisch verformbare Kernstab bzw. der Pressmantel überträgt den in der axialen Richtung aufgebrachten Pressdruck des Stempels durch eine Verformung auf den durch den Stempel verdichteten pulverförmigen Werkstoff in der radialen Richtung.
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Aus der
WO 2008/036926 A1 , der
JP 2016-168 676 A sowie der
US 4 496 299 A ist jeweils ein elastisch verformbarer, ringförmiger Pressmantel bekannt, der zwischen Matrize und einem steifen Kernstab angeordnet ist.
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Aus der
JP 2010-274 288 A ist ein elastisch verformbarer Kernstab bekannt, der durch Stempel verformbar ist und so auf einen hohlzylindrischen Pressmantel, der aus einem nicht-elastischen Material besteht, einen Pressdruck überträgt.
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Aus der
EP 1 602 473 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Pulverpresskörpers bekannt, wobei eine Matrize ein Spreizelement aufweist.
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Bei einer Entspannung des Grünlings, also einem Zurückfahren des Stempels, federt der elastisch verformbare Kernstab bzw. der Pressmantel in der axialen Richtung in eine Ausgangsform zurück. Diese Rückfederung ist deutlich stärker als eine Rückfederung des Grünlings. Aufgrund der Reibung zwischen dem Kernstab bzw. dem Pressmantel und dem pulverförmigen Werkstoff entsteht darüber hinaus an der dem Stempel zugewandten Stirnseite des Grünlings ein, in radialer Richtung in das elastisch verformbare Material hervorstehender Rand. Während des Verpressens des pulverförmigen Werkstoffes wirken u. a. Reibkräfte zwischen dem Kernstab bzw. dem Pressmantel und dem Werkstoff bzw. dem Grünling, die auch dann noch nicht abgebaut sind, wenn der Kernstab bzw. der Pressmantel in die Ausgangsform zurückfedern. Diese Umstände führen dazu, dass der Grünling im Rahmen der Entspannung infolge der auf den Grünling wirkenden Scherkräfte versagen kann.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren und eine Presse bereitgestellt werden, mit denen insbesondere auch hohlzylindrische, dünnwandige Grünlinge herstellbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Presse gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 14 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings mit einer Presse vorgeschlagen. Die Presse ist insbesondere eine Pulverpresse, also zum Verpressen eines pulverförmigen Werkstoffes zu einem Grünling geeignet ausgeführt.
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Die Presse umfasst zumindest folgendes:
- • eine Matrize mit einem Aufnahmevolumen für einen pulverförmigen Werkstoff; wobei sich das Aufnahmevolumen entlang einer axialen Richtung zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite erstreckt; wobei die Matrize
- o einen, in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung innerhalb oder außerhalb des Aufnahmevolumens angeordneten und an das Aufnahmevolumen angrenzenden ringförmigen ersten Pressmantel, der aus einem nicht elastisch verformbaren ersten Material gebildet ist;
- o einen, in der radialen Richtung benachbart zum ersten Pressmantel angeordneten zweiten Pressmantel, der aus einem elastisch verformbaren zweiten Material gebildet ist; sowie
- ◯ einen Pressring, der in der radialen Richtung benachbart zu der Gruppe, umfassend den ersten Pressmantel, den zweiten Pressmantel und das Aufnahmevolumen, angeordnet ist;
aufweist; wobei der erste Pressmantel entlang der radialen Richtung zwischen dem Aufnahmevolumen und dem zweiten Pressmantel angeordnet ist;
- • mindestens ein erstes Schließelement zum Verschließen der ersten Stirnseite und zum Verpressen des Werkstoffs;
- • mindestens eine zweites Schließelement zum Verschließen der zweiten Stirnseite und zum Verpressen des Werkstoffs;
- • mindestens einen Stempel, der gegenüber der Matrize zumindest zwischen einer Ausgangsposition und einer Pressposition verfahrbar ist.
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Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen der Presse, wobei das Aufnahmevolumen an der ersten Stirnseite durch das erste Schließelement verschlossen und der mindestens eine Stempel in der Ausgangsposition angeordnet ist;
- b) Einfüllen des pulverförmigen Werkstoffes in das Aufnahmevolumen;
- c) Schließen der zweiten Stirnseite durch das zweite Schließelement;
- d) Verfahren der Schließelemente und Verpressen des Werkstoffs;
- e) Verfahren des Stempels in die Pressposition, wobei der Stempel in der Pressposition den zweiten Pressmantel kontaktiert und dabei das zweite Material zumindest teilweise verdrängt, so dass eine Presskraft des Stempels auf den zweiten Pressmantel und davon ausgehend über den ersten Pressmantel auf den pulverförmigen Werkstoff übertragen wird;
- f) Verpressen des Werkstoffs zu einem Grünling, wobei der Stempel unabhängig von den Schließelementen verfahrbar ist bzw. verfahren wird.
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Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis f) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Insbesondere können z. B. die Schritte d) und e) in unterschiedlicher Reihenfolge und/oder zumindest teilweise zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden. Insbesondere erfolgt Schritt f) als Ergebnis der Schritte d) und e). Insbesondere werden die Schritte a) bis f) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
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Die Presse ist insbesondere eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlingen. Mit der Presse werden insbesondere sinterfähige Grünlinge hergestellt, also Grünlinge, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. Insbesondere können mit der Presse metallische Pulver und/oder keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden. Dabei kann der pulverförmige Werkstoff auch Zusätze enthalten oder z. B. mit Massivteilen kombiniert bzw. im Rahmen des Verfahrens verbunden werden.
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Insbesondere umfasst die Presse eine Matrize mit einem Aufnahmevolumen für einen pulverförmigen Werkstoff. Das Aufnahmevolumen erstreckt sich entlang einer axialen Richtung zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite.
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Weiter umfasst die Presse mindestens ein erstes Schließelement zum Verschließen der ersten Stirnseite, mindestens ein zweites Schließelement zum Verschließen der zweiten Stirnseite sowie mindestens einen Stempel, der gegenüber der Matrize zumindest zwischen einer Ausgangsposition und einer Pressposition verfahrbar ist.
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Die Schließelemente können als Stempel oder stationäre (also gegenüber dem Aufnahmevolumen unbewegliche) Komponenten der Presse ausgeführt sein. Die Schließelemente können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Insbesondere ist zumindest einer der Schließelemente als verfahrbarer Stempel zum Verpressen des Werkstoffs ausgeführt.
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Die Matrize umfasst zumindest einen ersten Pressmantel, einen zweiten Pressmantel und einen Pressring.
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Der erste Pressmantel ist ringförmig, ggf. hohlzylindrisch, ausgeführt und in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung innerhalb oder außerhalb des Aufnahmevolumens angeordnet. Der erste Pressmantel ist an das Aufnahmevolumen angrenzend angeordnet. Der erste Pressmantel ist aus einem nicht elastisch verformbaren ersten Material gebildet. Der erste Pressmantel ist insbesondere unmittelbar benachbart zum Aufnahmevolumen angeordnet, so dass er den pulverförmigen Werkstoff bzw. den Grünling kontaktiert.
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Insbesondere erstreckt sich der erste Pressmantel entlang der axialen Richtung zumindest über die Position des ersten Schließelements hinaus (z. B. zumindest während Schritt b), so dass das Aufnahmevolumen durch das erste Schließelement und den ersten Pressmantel definiert ist und der zu verpressende Werkstoff in dem Aufnahmevolumen angeordnet werden kann. Insbesondere erstreckt sich der erste Pressmantel während Schritt d) über die Position des zweiten Schließelements hinaus, so dass das Aufnahmevolumen zumindest während Schritt d) von den Schließelementen und dem ersten Pressmantel definiert ist. von der ersten Stirnseite bis hin zur zweiten Stirnseite des Aufnahmevolumens.
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Insbesondere erstrecken sich das erste Schließelement und/oder das zweite Schließelement in einer radialen Richtung über das Aufnahmevolumen und bis hin zum ersten Pressmantel. Insbesondere werden die Schließelemente über eine innere bzw. äußere Umfangsfläche des ersten Pressmantels gegenüber der radialen Richtung geführt.
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Der zweite Pressmantel ist in der radialen Richtung (unmittelbar) benachbart zum ersten Pressmantel angeordnet. Der zweite Pressmantel kontaktiert insbesondere den ersten Pressmantel. Der zweite Pressmantel ist insbesondere aus einem elastisch verformbaren zweiten Material gebildet.
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Insbesondere erstreckt sich der zweite Pressmantel entlang der axialen Richtung zumindest, bevorzugt genau, von der ersten Stirnseite bis hin zur zweiten Stirnseite des Aufnahmevolumens. Insbesondere erstreckt sich der zweite Pressmantel in zumindest einer axialen Richtung, bevorzugt in beiden axialen Richtung über die Stirnseiten des Aufnahmevolumens hinweg.
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Insbesondere erstreckt sich der erste Pressmantel entlang zumindest einer axialen Richtung, bevorzugt entlang beider axialen Richtungen, über den zweiten Pressmantel hinweg.
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Der zweite Pressmantel ist insbesondere, gerade wenn er in der radialen Richtung außerhalb des ersten Pressmantels, aber auch wenn er in der radialen Richtung innerhalb des ersten Pressmantels angeordnet ist, ringförmig, ggf. hohlzylindrisch, ausgeführt.
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Insbesondere ist der zweite Pressmantel, wenn er in der radialen Richtung außerhalb des ersten Pressmantels angeordnet ist, in der radialen Richtung zwischen dem Pressring und dem ersten Pressmantel angeordnet.
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Der zweite Pressmantel ist insbesondere, wenn er in der radialen Richtung innerhalb des ersten Pressmantels angeordnet ist, als Massivkörper (also nicht ringförmig), ggf. zylindrisch, ausgeführt.
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Insbesondere ist der zweite Pressmantel, wenn er in der radialen Richtung außerhalb des ersten Pressmantels angeordnet ist, in der radialen Richtung zwischen dem Pressring und dem ersten Pressmantel angeordnet.
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Insbesondere ist der Aufnahmeraum, wenn er in der radialen Richtung außerhalb des ersten Pressmantels angeordnet ist, in der radialen Richtung zwischen dem Pressring und dem ersten Pressmantel angeordnet.
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Insbesondere ist der Pressring in der radialen Richtung benachbart zu der Gruppe, umfassend den ersten Pressmantel, den zweiten Pressmantel und das Aufnahmevolumen, angeordnet.
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Insbesondere erstreckt sich der Pressring entlang der axialen Richtung zumindest, bevorzugt genau, von der ersten Stirnseite bis hin zur zweiten Stirnseite des Aufnahmevolumens. Insbesondere erstreckt sich der Pressring in zumindest einer axialen Richtung, bevorzugt in beiden axialen Richtung über die Stirnseiten des Aufnahmevolumens, und/ oder über den ersten Pressmantel und/ oder über den zweiten Pressmantel, hinweg.
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Der Pressring ist insbesondere aus einem nicht elastisch verformbaren Material ausgeführt.
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Ein nicht elastisch verformbares Material ist in diesem Zusammenhang z. B. ein metallischer Werkstoff, z. B. ein Stahlwerkstoff bzw. eine metallische Legierung. Demgegenüber ist ein elastisch verformbares Material in diesem Zusammenhang z. B. ein Kunststoff, insbesondere ein nichtmetallischer und/oder nicht keramischer Werkstoff.
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Der erste Pressmantel ist insbesondere entlang der radialen Richtung zwischen dem Aufnahmevolumen und dem zweiten Pressmantel angeordnet.
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In Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen der Presse, wobei das Aufnahmevolumen an der ersten Stirnseite durch das erste Schließelement verschlossen und der Stempel in der Ausgangsposition angeordnet ist. Das erste Schließelement bildet also insbesondere die erste Stirnseite des Aufnahmevolumens. Das Aufnahmevolumen ist insbesondere bis auf die Einfüllöffnung für den pulverförmigen Werkstoff geschlossen ausgeführt. Das Aufnahmevolumen wird insbesondere durch die Komponenten der Presse definiert, z. B. durch den ersten Pressmantel, den Pressring, mindestens ein Schließelement, einen Kernstab, einen Auswerfer, etc. Das Aufnahmevolumen umfasst insbesondere ein größeres Volumen als das Volumen des hergestellten Grünlings, da dieser durch Verpressen und Verdichten des pulverförmigen Werkstoffes hergestellt wird.
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In Schritt b) erfolgt ein Einfüllen des pulverförmigen Werkstoffes in das Aufnahmevolumen. Das Einfüllen kann z. B. über die zweite Stirnseite erfolgen.
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In Schritt c) erfolgt ein Schließen der zweiten Stirnseite durch das zweite Schließelement. Das zweite Schließelement bildet insbesondere die zweite Stirnseite des Aufnahmevolumens. Damit ist in Schritt c) das Volumen des Aufnahmevolumens definiert. Das Aufnahmevolumen wird durch die Bewegung der Schließelemente verkleinert oder vergrößert.
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In Schritt d) erfolgt ein Verfahren der Schließelemente und ein Verpressen des Werkstoffs. Dabei wird das Aufnahmevolumen sukzessive verringert.
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In Schritt e) erfolgt ein Verfahren des mindestens einen Stempels in die Pressposition. Der Stempel verfährt insbesondere entlang der axialen Richtung oder aber entlang einer radialen Richtung, einer Umfangsrichtung oder einer beliebigen Kombination der vorstehend genannten Richtungen.
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Insbesondere kontaktiert der Stempel in der Pressposition den zweiten Pressmantel und verdrängt dabei das zweite Material zumindest teilweise, so dass eine Presskraft des Stempels auf den zweiten Pressmantel und davon ausgehend über den ersten Pressmantel auf den pulverförmigen Werkstoff übertragen wird.
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Die Kontaktierung des zweiten Materials des zweiten Pressmantels erfolgt insbesondere sukzessive während des Verfahrens des mindestens einen Stempels. Das zweite Material wird also während des Verfahrens in zunehmendem Maße verdrängt. Das verdrängte Volumen des zweiten Materials dient nun dazu, den ersten Pressmantel abzustützen, der mit der durch die Schließelemente aufgebrachten Presskraft über den verdichteten Werkstoff beaufschlagt wird. Das erste Material des ersten Pressmantels kann also insbesondere in der radialen Richtung nicht ausweichen bzw. der Presskraft der Schließelemente ausweichen, sondern wird über das zweite Material mit einer Stützkraft abgestützt. Ggf. wird der erste Pressmantel hin zum Aufnahmevolumen bewegt und verkleinert es.
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Über den ersten Pressmantel (bzw. über den zweiten Pressmantel) und die Schließelemente wird der Werkstoff verpresst und zunehmend verdichtet.
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In Schritt f) erfolgt ein Verpressen des Werkstoffs zu einem Grünling, wobei der Stempel unabhängig von den Schließelementen verfahrbar ist bzw. verfahren wird.
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Insbesondere liegt also keine, z. B. mechanische, Kopplung zwischen dem Stempel und den Schließelementen vor. Insbesondere kann der mindestens eine Stempel unabhängig von den Schließelementen verfahren und mit einer Presskraft beaufschlagt werden.
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Insbesondere wird das Aufnahmevolumen ausschließlich durch ein Verfahren der Schließelemente verringert. Insbesondere verändert sich ein Abstand der Stirnseiten voneinander während Schritt d) oder zusätzlich während Schritt e), also während der Verdrängung des zweiten Materials durch den mindestens einen Stempel.
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Durch das beschriebene Verfahren kann insbesondere erreicht werden, dass bei einer Entspannung der formgebenden Pressenbestandteile, hier also der Schließelemente und des ersten Pressmantels, der Grünling nicht beschädigt wird. Insbesondere löst sich der Grünling von der Wandung zumindest des ersten Pressmantels aufgrund des Rücksprungs des Grünlings und des ersten Pressmantels, der sich bei Zurückbewegen des mindestens einen Stempels in die Ausgangsposition in der radialen Richtung entspannen kann.
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Eine Scherwirkung erzeugende Relativbewegung zwischen Pressenbestandteil und Grünling liegt damit nicht vor. Zudem kann eine hohe Formgenauigkeit des Grünlings (im Hinblick auf eine vorbestimmte Geometrie) erreicht werden. Die aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung eines stirnseitigen Rands am Grünling tritt hier insbesondere nicht auf.
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Insbesondere ist der mindestens eine Stempel in der Pressposition beabstandet von dem ersten Pressmantel angeordnet. Insbesondere ist der mindestens eine Stempel in der radialen Richtung beabstandet von dem ersten Pressmantel angeordnet. Ggf. kontaktiert der mindestens eine Stempel den Pressring bzw. ist, zumindest in der Pressposition, benachbart dazu angeordnet.
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Insbesondere umfasst das zweite Material ein Polymermaterial. Insbesondere umfassen die anderen Materialien der anderen Komponenten der Presse, also z. B. der mindestens eine Stempel, bzw. jeder Stempel, der Pressring, der erste Pressmantel, die Schließelemente, jeweils einen metallischen Werkstoff, z. B. einen Stahlwerkstoff.
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Insbesondere wird nach Schritt f) in einem Schritt g) der mindestens eine Stempel aus der Pressposition zurück in die Ausgangsposition verfahren, wobei eine Entspannung des Grünlings ausschließlich in der radialen Richtung erfolgt.
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Während Schritt g) werden insbesondere die Schließelemente zumindest gegenüber der axialen Richtung nicht verfahren. Der in Schritt f) hergestellte Grünling wird also gegenüber der radialen Richtung entspannt.
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Insbesondere wird nach Schritt f) in einem Schritt g) der Grünling durch ein Verfahren des mindestens einen Stempels und zumindest eines der Schließelemente sukzessive entspannt, wobei eine Entspannung des Grünlings sowohl in der radialen Richtung als auch in der axialen Richtung erfolgt. Insbesondere kann durch ein aufeinander abgestimmtes Verfahren des mindestens einen Stempels und der Schließelemente ein Entspannen des Grünlings gesteuert werden, so dass Spannungen im Grünling sukzessive abgebaut werden können.
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Insbesondere sind während der Verdrängung des zweiten Materials durch den Stempel, also während Schritt e), die Schließelemente stationär positioniert, werden also nicht bewegt. Insbesondere ist also die Bewegung der Schließelemente vor Schritt e) bereits abgeschlossen oder wird nach Schritt e) fortgesetzt.
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Insbesondere werden die Schritte d) und e) zumindest teilweise zeitlich parallel zueinander ausgeführt, d. h. Stempel und Schließelemente werden zumindest teilweise zeitlich parallel zueinander verfahren.
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Insbesondere umfasst die Presse mehrere Stempel, die in Schritt e) zum Verdrängen des zweiten Materials eingesetzt werden. Die Stempel können gleichzeitig oder auch in einer festgelegten Reihenfolge verfahren werden. Die Stempel können aus unterschiedlichen Richtungen in das zweite Material hinein verfahren werden. Mit dem Einsatz von mehreren Stempeln kann insbesondere die Verteilung der Presskraft auf den ersten Pressmantel vergleichmäßigt werden.
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Insbesondere weist der mindestens eine Stempel eine, in Schritt e) das zweite Material kontaktierende Stirnfläche auf, wobei die Stirnfläche eine Kontur aufweist, durch die das zweite Material in der radialen Richtung hin zum ersten Pressmantel verdrängt wird. Die Kontur kann z. B. eine konische, also gegenüber der axialen bzw. der radialen Richtung geneigte Oberfläche umfassen. Die Oberfläche kann gerade bzw. eben, ggf. nur in Umfangsrichtung gebogen, ausgeführt sein. Die Oberfläche kann aber auch in einer Ebene, die parallel zur axialen Richtung und zur radialen Richtung verläuft, eine kurvenförmige Kontur aufweisen.
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Insbesondere wird das zweite Material durch die Stirnfläche gezielt in Richtung hin zum ersten Pressmantel verdrängt, so dass eine gleichmäßige Verteilung der über den mindestens einen Stempel in das zweite Material eingebrachten Presskraft ermöglicht wird.
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Insbesondere ist zumindest eines der Schließelemente zumindest teilweise als Auswerfer ausgeführt, so dass der Grünling nach Schritt f), und bevorzugt nach Schritt g), in einem weiteren Schritt h) durch den Auswerfer entlang der axialen Richtung verschiebbar ist. Der Auswerfer ist insbesondere nach Art eines Stempels ausgeführt, mit dem der Grünling aus dem Aufnahmeraum entfernbar ist.
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Insbesondere ist das Aufnahmevolumen ringförmig. Bevorzugt ist das Aufnahmevolumen hohlzylindrisch.
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Insbesondere ist das Aufnahmevolumen in der radialen Richtung innerhalb des ersten Pressmantels, und damit auch innerhalb des zweiten Pressmantels und des Pressrings, angeordnet. Alternativ kann das Aufnahmevolumen in der radialen Richtung auch außerhalb des ersten Pressmantels und damit außerhalb des zweiten Pressmantel, aber innerhalb des Pressrings, angeordnet sein.
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Es wird eine Presse zur Herstellung mindestens eines Grünlings vorgeschlagen. Die Presse umfasst zumindest
- • eine Matrize mit einem Aufnahmevolumen für einen pulverförmigen Werkstoff; wobei sich das Aufnahmevolumen entlang einer axialen Richtung zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite erstreckt; wobei die Matrize
- o einen, in einer quer zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung innerhalb oder außerhalb des Aufnahmevolumens angeordneten und an das Aufnahmevolumen angrenzenden ringförmigen ersten Pressmantel, der aus einem nicht elastisch verformbaren ersten Material gebildet ist;
- o einen, in der radialen Richtung benachbart zum ersten Pressmantel angeordneten zweiten Pressmantel, der aus einem elastisch verformbaren zweiten Material gebildet ist; sowie
- ◯ einen Pressring, der in der radialen Richtung benachbart zu der Gruppe, umfassend den ersten Pressmantel, den zweiten Pressmantel und das Aufnahmevolumen, angeordnet ist;
aufweist; wobei der erste Pressmantel entlang der radialen Richtung zwischen dem Aufnahmevolumen und dem zweiten Pressmantel angeordnet ist; - • mindestens ein erstes Schließelement zum Verschließen der ersten Stirnseite und zum Verpressen des Werkstoffs;
- • mindestens eine zweites Schließelement zum Verschließen der zweiten Stirnseite und zum Verpressen des Werkstoffs;
- • mindestens einen Stempel, der gegenüber der Matrize zumindest zwischen einer Ausgangsposition und einer Pressposition unabhängig von den Schließelementen verfahrbar und dabei so angeordnet ist, dass er in der Pressposition das zweite Material zumindest teilweise verdrängt.
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Die auf die Presse bezogenen Ausführungen zum beschriebenen Verfahren sind auf die Presse übertragbar.
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Insbesondere wird die Matrize in der Presse über einen Adapter gehalten. insbesondere wird die Matrize während des beschriebenen Verfahrens in der Presse nicht bewegt. Insbesondere werden während des Verfahrens nur die anderen Komponenten der Presse, z. B. die Schließelemente, der mindestens eine Stempel, der Kernstab, der Auswerfer, gegenüber der Matrize bewegt.
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Insbesondere weist die Presse ein System zur Datenverarbeitung, z. B. ein Steuergerät, auf, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist bzw. das das Verfahren ausführt. Insbesondere weist das System Mittel auf, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.
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Das Steuergerät bzw. die Mittel umfasst bzw. umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.
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Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Presse, das System zur Datenverarbeitung und/oder das computerimplementierte Verfahren (also das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine bekannte Presse in einer Seitenansicht im Schnitt, vor einem Pressvorgang;
- 2: die Presse nach 1 in einer Seitansicht im Schnitt, während eines Pressvorgangs;
- 3: eine erste Ausführungsvariante einer Presse in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt a) des Verfahrens;
- 4: die Presse nach 3 in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte b) und c) des Verfahrens;
- 5: die Presse nach 3 und 4 in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte d), e) und f) des Verfahrens;
- 6: die Presse nach 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt g) des Verfahrens;
- 7: die Presse nach 3 bis 6 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt g) des Verfahrens;
- 8: die Presse nach 3 bis 7 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt h) des Verfahrens; und
- 9: eine zweite Ausführungsvariante einer Presse in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte d), e) und f) des Verfahrens.
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1 zeigt eine bekannte Presse 2 in einer Seitenansicht im Schnitt, vor einem Pressvorgang. 2 zeigt die Presse 2 nach 1 in einer Seitansicht im Schnitt, während eines Pressvorgangs. Die 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Die Presse 2 umfasst eine Matrize 3 mit einem, ein Aufnahmevolumen 4 umgebenden, steifen Pressring 12. Das Aufnahmevolumen 4 erstreckt sich in einer radialen Richtung 9 zwischen dem Pressring 12 und einem steifen Kernstab 21. Für die Herstellung des Grünling 1 ist ein elastisch verformbarer, ringförmiger erster Pressmantel 10 zwischen dem Pressring 12 und dem Kernstab 21 angeordnet, der zusammen mit dem, in den Aufnahmeraum 4 eingefüllten Werkstoff 5 durch einen, in einer axialen Richtung 6 verfahrbaren Stempel 15 über eine erste Stirnseite 7 mit einem Pressdruck beaufschlagt wird. Der elastisch verformbare erste Pressmantel 10 überträgt den in der axialen Richtung 6 aufgebrachten Pressdruck des Stempels 15 durch eine Verformung auf den durch den Stempel 15 verdichteten pulverförmigen Werkstoff 5 in der radialen Richtung 9.
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Bei einer Entspannung des Grünlings 1, also einem Zurückfahren des Stempels 15, federt der erste Pressmantel 10 in der axialen Richtung 6 in eine Ausgangsform zurück. Diese Rückfederung ist deutlich stärker als eine Rückfederung des Grünlings 1. Aufgrund der Reibung zwischen dem ersten Pressmantel 10 und dem pulverförmigen Werkstoff 5 entsteht darüber hinaus an der dem Stempel 15 zugewandten ersten Stirnseite 7 des Grünlings 1 ein, in radialer Richtung 9 in das elastisch verformbare Material des ersten Pressmantels 10 hervorstehender Rand (hier nicht dargestellt). Während des Verpressens des pulverförmigen Werkstoffes 5 wirken u. a. Reibkräfte zwischen dem ersten Pressmantel 10 und dem Grünling 1, die auch dann noch nicht abgebaut sind, wenn der erste Pressmantel 10 in die Ausgangsform zurückfedert. Diese Umstände führen dazu, dass der Grünling 1 im Rahmen der Entspannung infolge der auf den Grünling 1 wirkenden Scherkräfte versagen kann.
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3 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Presse 2 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt a) des Verfahrens. 4 zeigt die Presse 2 nach 3 in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte b) und c) des Verfahrens. 5 zeigt die Presse 2 nach 3 und 4 in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte d), e) und f) des Verfahrens. 6 zeigt die Presse 2 nach 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt g) des Verfahrens.
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7 zeigt die Presse 2 nach 3 bis 6 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt g) des Verfahrens. 8 zeigt die Presse 2 nach 3 bis 7 in einer Seitenansicht im Schnitt, während Schritt h) des Verfahrens. Die 3 bis 8 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Die Presse 2 umfasst eine Matrize 3 mit einem Aufnahmevolumen 4 für einen pulverförmigen Werkstoff 5. Das Aufnahmevolumen 4 erstreckt sich entlang einer axialen Richtung 6 zwischen einer ersten Stirnseite 7 und einer zweiten Stirnseite 8. Die Presse 2 umfasst ein erstes Schließelement 13 zum Verschließen der ersten Stirnseite 7 und zum Verpressen des Werkstoffes 5, ein zweites Schließelement 14 zum Verschließen der zweiten Stirnseite 8 und zum Verpressen des Werkstoffes 5, einen Stempel 15, der gegenüber der Matrize 3 zumindest zwischen einer Ausgangsposition 16 (siehe 3, 4, 6, 7 und 8) und einer Pressposition 17 (siehe 5) verfahrbar ist, einen Kernstab 21 sowie einen Auswerfer 19 (das zweite Schließelement 14).
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Die Matrize 3 weist einen, in einer quer zur axialen Richtung 6 verlaufenden radialen Richtung 9 außerhalb des Aufnahmevolumens 4 angeordneten und an das Aufnahmevolumen 4 angrenzenden ringförmigen ersten Pressmantel 10 auf, der aus einem nicht elastisch verformbaren ersten Material gebildet ist. Weiter weist die Matrize 3 einen, in der radialen Richtung 9 benachbart zum ersten Pressmantel 10 angeordneten zweiten Pressmantel 11 auf, der aus einem elastisch verformbaren zweiten Material gebildet ist. Zusätzlich umfasst die Matrize 3 einen Pressring 12, der in der radialen Richtung 9 benachbart zu der Gruppe, umfassend den ersten Pressmantel 10, den zweiten Pressmantel 11, den Kernstab 21 und das Aufnahmevolumen 4, angeordnet ist. Der erste Pressmantel 10 ist entlang der radialen Richtung 9 zwischen dem Aufnahmevolumen 4 und dem zweiten Pressmantel 11 angeordnet.
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Das Aufnahmevolumen 4 erstreckt sich entlang einer Umfangsrichtung 20 um den 21 Kernstab der Presse 2, der während der Verdrängung des zweiten Materials durch den Stempel 15 stationär positioniert ist.
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Das erste Schließelement 13 und zweite Schließelement 14 sind gegenüber dem Aufnahmevolumen 4 jeweils verfahrbar. Die Schließelemente 13, 14 werden jeweils als Stempel zum Verpressen des Werkstoffes 5 eingesetzt. Das erste Schließelement 13 wird zusätzlich als Auswerfer 19 eingesetzt.
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Der erste Pressmantel 10 ist ringförmig und hohlzylindrisch ausgeführt und in einer quer zur axialen Richtung 6 verlaufenden radialen Richtung 9 außerhalb des Aufnahmevolumens 4 angeordnet. Der erste Pressmantel 10 ist an das Aufnahmevolumen 4 angrenzend angeordnet. Der erste Pressmantel 10 ist aus einem nicht elastisch verformbaren ersten Material gebildet. Der erste Pressmantel 10 ist unmittelbar benachbart zum Aufnahmevolumen 4 angeordnet, so dass er den pulverförmigen Werkstoff 5 bzw. den Grünling 1 (nur in 6) kontaktiert. Der erste Pressmantel 10 erstreckt sich entlang der axialen Richtung 6 über die erste Stirnseite 7 und über die zweite Stirnseite 8 des Aufnahmevolumens 4 hinweg.
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Das erste Schließelement 13 und das zweite Schließelement 14 erstrecken sich in einer radialen Richtung 9 nur über das Aufnahmevolumen 4 und werden durch den Kernstab 21 und den ersten Pressmantel 10 gegenüber der radialen Richtung 9 geführt.
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Der zweite Pressmantel 11 ist in der radialen Richtung 9 unmittelbar benachbart zum ersten Pressmantel 10 angeordnet. Der zweite Pressmantel 11 kontaktiert den ersten Pressmantel 10. Der zweite Pressmantel 11 ist aus einem elastisch verformbaren zweiten Material gebildet. Der zweite Pressmantel 11 erstreckt sich, während der Schritte d), e) und f) entlang der axialen Richtung 6 über die erste Stirnseite 7 und über die zweite Stirnseite 8 des Aufnahmevolumens 4, hinweg.
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Der zweite Pressmantel 11 ist ringförmig und hohlzylindrisch ausgeführt. Der zweite Pressmantel 11 ist in der radialen Richtung 9 zwischen dem Pressring 12 und dem ersten Pressmantel 10 angeordnet.
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Der Pressring 12 erstreckt sich entlang der axialen Richtung 6 über die zweite Stirnseite 8 des Aufnahmevolumens 4 und über die erste Stirnseite 7 hinaus.
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Der erste Pressmantel 10 ist entlang der radialen Richtung 9 zwischen dem Aufnahmevolumen 4 und dem zweiten Pressmantel 11 angeordnet.
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In Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen der Presse 2, wobei das Aufnahmevolumen 4 an der ersten Stirnseite 7 durch das erste Schließelement 13 verschlossen und der Stempel 15 in der Ausgangsposition 16 angeordnet ist (siehe 3). Das erste Schließelement 13 bildet also die erste Stirnseite 7 des Aufnahmevolumens 4. Das Aufnahmevolumen 4 ist bis auf die Einfüllöffnung für den pulverförmigen Werkstoff 5, die zweite Stirnseite 8, geschlossen ausgeführt. Das Aufnahmevolumen 4 wird durch die Komponenten der Presse 2 definiert, also durch den ersten Pressmantel 10, die Schließelemente 13, 14 und einen Kernstab 21. Das Aufnahmevolumen 4 umfasst ein größeres Volumen als das Volumen des hergestellten Grünlings 1, da dieser durch Verpressen und Verdichten des pulverförmigen Werkstoffes 5 hergestellt wird. Die Stirnseiten 7, 8 werden während der Schritte d), e) und f) entlang der axialen Richtung 6 aufeinander zu bewegt.
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In Schritt b) erfolgt ein Einfüllen des pulverförmigen Werkstoffes 5 in das Aufnahmevolumen 4 (siehe 4). Das Einfüllen erfolgt über die zweite Stirnseite 8.
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In Schritt c) erfolgt ein Schließen der zweiten Stirnseite 8 durch das zweite Schließelement 14 (siehe 4). Das zweite Schließelement 14 bildet die zweite Stirnseite 8 des Aufnahmevolumens 4. Damit ist in Schritt c) das Volumen des Aufnahmevolumens 4 definiert. Der pulverförmige Werkstoff 5 füllt das Aufnahmevolumen 4 vollständig aus.
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In Schritt d) erfolgt ein Verfahren der Schließelemente 13, 14 und ein Verpressen des Werkstoffs 5. Dabei wird das Aufnahmevolumen 4 sukzessive verringert.
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In Schritt e) erfolgt ein Verfahren des Stempels 15 in die Pressposition 17 (siehe 5). Der Stempel 15 verfährt entlang der axialen Richtung 6.
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Dabei kontaktiert der Stempel 15 in der Pressposition 17 den zweiten Pressmantel 11 und verdrängt dabei das zweite Material zumindest teilweise, so dass eine Presskraft des Stempels 15 auf den zweiten Pressmantel 11 und davon ausgehend über den ersten Pressmantel 10 auf den pulverförmigen Werkstoff 5 übertragen wird.
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Die Kontaktierung des zweiten Materials des zweiten Pressmantels 11 erfolgt sukzessive während des Verfahrens des Stempels 15. Das zweite Material wird während des Verfahrens in zunehmendem Maße verdrängt. Das verdrängte Volumen des zweiten Materials dient nun dazu, den ersten Pressmantel 10 abzustützen, der mit der durch die Schließelemente 13, 14 aufgebrachten Presskraft über den verdichteten Werkstoff 5 beaufschlagt wird. Das erste Material des ersten Pressmantels 10 kann also in der radialen Richtung 9 nicht ausweichen bzw. der Presskraft der Schließelemente 13, 14 ausweichen, sondern wird über das zweite Material mit einer Stützkraft abgestützt. Ggf. wird der erste Pressmantel 10 hin zum Aufnahmevolumen 4 bewegt und verkleinert es.
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Über den ersten Pressmantel 10 (bzw. über den zweiten Pressmantel 11) und die Schließelemente 13, 14 wird der Werkstoff 5 verpresst und zunehmend verdichtet.
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In Schritt f) erfolgt ein Verpressen des Werkstoffs 5 zu einem Grünling 1, wobei der Stempel 15 unabhängig von den Schließelementen 13, 14 verfahrbar ist bzw. verfahren wird (siehe 5).
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Das Aufnahmevolumen 4 wird ausschließlich bzw. im Wesentlichen durch ein Verfahren der Schließelemente 13, 14 verringert. Ein Abstand der Stirnseiten 7, 8 voneinander verändert sich während Schritt d) oder zusätzlich während Schritt e), also während der Verdrängung des zweiten Materials durch den Stempel 15.
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Der Stempel 15 ist in der Pressposition 17 in der radialen Richtung 9 beabstandet von dem ersten Pressmantel 10 angeordnet. Der Stempel 15 kontaktiert den Pressring 12 bzw. ist in der Pressposition 17 benachbart dazu angeordnet.
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Nach Schritt f) wird in einem Schritt g) der Stempel 15 aus der Pressposition 17 zurück in die Ausgangsposition 16 verfahren (6). Das zweite Material verformt sich zurück und der erste Pressmantel 10 ordnet sich in einem Abstand zum Grünling 1 an. Dabei erfolgt eine Entspannung des Grünlings 1 ausschließlich in der radialen Richtung 9. Aufgrund des üblichen Rücksprungs des Grünlings 1 löst sich der Grünling 1 von der Wandung des Kernstabs 21 selbstständig. Während Schritt g) werden die Schließelemente 13, 14 nicht verfahren.
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Alternativ kann nach Schritt f) in einem Schritt g) der Grünling 1 durch ein Verfahren des Stempels 15 und zumindest eines der Schließelemente 13, 14 sukzessive entspannt, wobei eine Entspannung des Grünlings 1 sowohl in der radialen Richtung 9 als auch in der axialen Richtung 6 erfolgt (6 und 7). Durch ein aufeinander abgestimmtes Verfahren des Stempels 15 und der Schließelemente 13, 14 kann ein Entspannen des Grünlings 1 gesteuert werden, so dass Spannungen im Grünling 1 sukzessive abgebaut werden können.
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In 7 ist dargestellt, dass das zweite Schließelement 14 entlang der axialen Richtung 6 verfahren wird und die zweite Stirnseite 8 des Aufnahmevolumens 4 freigibt.
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Das erste Schließelement 13 ist zumindest teilweise als Auswerfer 19 ausgeführt, so dass der Grünling 1 nach Schritt g) in einem weiteren Schritt h) durch den Auswerfer 19 entlang der axialen Richtung 6 verschiebbar ist (8).
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Die Presse 2 weist ein System 22 zur Datenverarbeitung, z. B. ein Steuergerät, auf, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist bzw. das das Verfahren ausführt (siehe 3).
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9 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Presse 2 in einer Seitenansicht im Schnitt, während der Schritte d), e) und f) des Verfahrens. Auf die Ausführungen zu den 3 bis 8 wird verwiesen.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante umfasst die Presse 2 mehrere Stempel 15, die in Schritt d) zum Verdrängen des zweiten Materials eingesetzt werden. Die Stempel 15 können gleichzeitig oder auch in einer festgelegten Reihenfolge verfahren werden. Die Stempel 15 werden aus unterschiedlichen Richtungen, nämlich aus unterschiedlichen axialen Richtungen 6 und aus der radialen Richtung 9, in das zweite Material hinein verfahren.
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Wie auch bereits in der ersten Ausführungsvariante weisen die Stempel 15 eine, in Schritt e) das zweite Material kontaktierende Stirnfläche 18 auf, wobei die Stirnfläche 18 eine jeweils ebene Kontur aufweist. Durch die ebene Kontur der Stirnfläche des entlang der radialen Richtung 9 verfahrenden Stempels 15 wird das zweite Material in der radialen Richtung 9 hin zum ersten Pressmantel 10 verdrängt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grünling
- 2
- Presse
- 3
- Matrize
- 4
- Aufnahmevolumen
- 5
- Werkstoff
- 6
- axiale Richtung
- 7
- erste Stirnseite
- 8
- zweite Stirnseite
- 9
- radiale Richtung
- 10
- erster Pressmantel
- 11
- zweiter Pressmantel
- 12
- Pressring
- 13
- erstes Schließelement
- 14
- zweites Schließelement
- 15
- Stempel
- 16
- Ausgangsposition
- 17
- Pressposition
- 18
- Stirnfläche
- 19
- Auswerfer
- 20
- Umfangsrichtung
- 21
- Kernstab
- 22
- System
