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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Endpositionsregelung einer Presse für maßgenaue Formkörper gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung setzt eine Presse voraus, bei der
ein Weg und eine Presskraft des oder der Stempel während des
Pressens beeinflussbar sind. Die Erfindung ist daher insbesondere
für hydraulische
Pressen oder Hybridpressen, also mechanisch/hydraulische Pressen,
vorgesehen, bei denen eine Beeinflussung der genannten Presswerte
während
des Pressens ohne Weiteres möglich
ist.
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Zum Pressen von Formkörpern sind
insbesondere das sog. Pulverpressen und das Kalibrierpressen bekannt.
Beim Pulverpressen wird ein pulverförmiges Material zu einem Formkörper gepresst. Beispielsweise
das Sintern oder Metallpulverpressen sind Pulverpressverfahren.
Beim Kalibrierpressen wird ein Formkörper auf ein Sollmaß gepresst
bzw. nachverdichtet. Die Angabe zweier beispielhafter Pressverfahren
dient zur verständlichen
Erläuterung der
Erfindung und soll diese nicht auf die beiden genannten Verfahren
beschränken.
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Bei beiden genannten Pressverfahren
beeinflusst eine Toleranz des Pressguts eine Maßgenauigkeit des gepressten
Formkörpers.
Beim Pulverpressen beeinflusst die eingefüllte Pulvermenge die Maßgenauigkeit
des gepressten Formkörpers,
ist die Pulvermenge größer oder
kleiner als eine Sollmenge ist der gepresste Formkörper dicker
oder dünner
als er sein soll. Beim Kalibrierpressen beeinflusst eine Dickentoleranz
des zu pressenden Formkörpers
die Dicke des gepressten Formkörpers,
ein vor dem Pressen zu dicker Formkörper weist auch nach dem Pressen
eine über
dem Sollwert liegende Dicke auf. Weitere Einflussfaktoren sind eine
elastische Dehnung des Pulvers oder des Formkörpers und der Pressenstempel.
In Abhängigkeit
von einer Anbringung eines Meßsystems
beeinflusst auch eine elastische Verformung eines Pressenständers das
Pressergebnis.
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Zur Verbesserung der Maßgenauigkeit
werden Pressen möglichst
steif ausgebildet. Zur weiteren Erhöhung der Maßgenauigkeit wird der Weg des Stempels
gemessen, wobei die Messung zur Steigerung der Messgenauigkeit möglichst
nahe an einer Stirnfläche
des Stempels und an einer Gegenfläche eines Gegenstempels oder
einer Matrize erfolgt. Eine Messung unmittelbar an der Stirnfläche ist
nicht möglich,
da diese beim Pressen in die Matrize eintaucht und nicht zugänglich ist
und da der ausgeübte
Pressdruck eine Messung an der Stirnfläche des Stempels ausschließt. Eine
Messung nahe der Stirnfläche
des Stempels eliminiert Elastizitäten der Presse weitgehend.
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Um Elastizitäten der Presse, die sich bei
der Wegmessung nicht eliminieren lassen, da die Wegmessung nicht
unmittelbar an der Stirnfläche
des Stempels erfolgen kann, auszugleichen, ist vorgeschlagen worden,
den Stempelweg um die Elastizität zu
vergrößern. Dabei
lässt sich
die Elastizität
versuchsweise durch Pressen eines Formkörpers ermitteln. Beispiele
derartiger Korrekturen beschreiben die
DE 39 30 475 A1 und die
DE 198 46 210 A1 .
Mit den bekannten Korrekturen lässt
sich eine Endposition des Stempels einer Presse vergleichsweise
genau erreichen. Die bekannten Korrekturen berücksichtigen allerdings nicht
die eingangs geschilderten Toleranzen, d. h. unterschiedliche Pulverfüllmengen beim
Pulverpressen oder unterschiedlich dicke Formkörper beim Kalibrierpressen.
Auch wenn der Stempel einer Presse stets exakt die vorgesehene Endposition
erreicht weisen die Formkörper
aufgrund der Toleranzen vor dem Pressen auch nach dem Pressen eine
Toleranz auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Endpositionsregelung einer Presse vorzuschlagen,
das eine Toleranz der Pulvermenge oder eines Formkörpers korrigiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, dass während
des Pressvorgangs mindestens ein charakteristischer Presswert in
Abhängigkeit
von einem anderen charakteristischen Presswert gemessen wird und
eine Korrektur einer Endposition eines Stempels der Presse in Abhängigkeit
von der Messung erfolgt. Charakteristische Presswerte sind solche
Werte, die die Maßgenauigkeit
des gepressten Formkörpers
beeinflussen oder bestimmen. Es sind insbesondere ein Weg, den ein
Pressstempel beim Pressen zurücklegt
bzw. die Position des Pressstempels, und die Presskraft, mit der
der Stempel beaufschlagt wird. Die Kraftmessung ist beispielsweise mit
Dehnmessstreifen oder Piezo-Sensoren möglich, wobei die Messung mit
Piezo-Sensoren sehr genau und sehr schnell ist. Des weiteren besteht
die Möglichkeit
einen den Stempel beaufschlagenden Hydraulikdruck anstelle der Kraft
zu messen. Erfindungsgemäß wird beispielsweise
an einer bestimmten, vorgegebenen Position des Pressstempels die Presskraft
gemessen, die bei einem Formkörper
mit Sollmaß vor
dem Pressen einen Sollwert aufweist. In diesem Fall wird der Stempel
bis in eine Soll-Endposition
weiter bewegt. Weist der Formkörper
vor dem Pressen eine größere als
die Solldicke auf so ist die Presskraft an der vorgegebenen Position
des Pressstempels größer als
bei einem Formkörper
mit Solldicke. In diesem Fall erfolgt eine Korrektur der Endposition
des Stempels, der Stempel wird weiter verfahren als bei einem Formkörper mit
Solldicke, d. h. der Stempel wird über die Soll-Endposition hinaus
verfahren. Bei einem vor dem Pressen dünneren Formkörper ist
die Presskraft an der vorgegebenen Position des Stempels kleiner und
der Stempel wird weniger weit verfahren, d. h. er erreicht die Soll-Endposition
nicht. Vorstehendes gilt entsprechend auch für unterschiedlich große Pulvermengen
beim Pulverpressen. Die Korrektur der Endposition des Stempels erfolgt
so, dass die gepressten Formkörper
nach dem Pressen das Sollmaß aufweisen.
Ein ursprünglich
zu dicker Formkörper
wird weiter zusammengepresst, ein ursprünglich zu dünner Formkörper wird weniger weit zusammengepresst,
so dass sie nach dem Pressen die Solldicke möglichst genau aufweisen. Wie groß die Korrektur
ist lässt
sich durch Versuche ermitteln. Während
einer Serienfertigung lässt
sich durch Messen der Dicken der gepressten Formkörper deren
Maßgenauigkeit
prüfen
und die Korrektur der Endposition des Stempels der Presse nachstellen. Auf
diese Weise ist eine dauerhaft hohe Maßgenauigkeit der gepressten
Formkörper
möglich.
Selbstverständlich
lässt sich
auch durch das erfindungsgemäße Verfahren
keine absolute Maßgenauigkeit
der gepressten Formkörper
erreichen. Allerdings berücksichtigt
die Erfindung eine Toleranz der eingefüllten Pulvermenge oder eine
Dicke des Formkörpers
vor dem Pressen und hat den Vorteil, dass sie die Herstellung von
Formkörpern
mit höherer
Maßgenauigkeit
und geringerer Toleranz ermöglicht.
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Vorzugsweise erfolgt die Messung
kurz vor Erreichen der Endposition des Stempels, da dann die charakteristischen
Presswerte nahe denen an der Endposition sind, wodurch sich die
Genauigkeit gegenüber
einer frühzeitigen
Messung erhöht.
Die Messung muss allerdings so rechtzeitig erfolgen, dass der Stempel
die Endposition auch bei einer Verkürzung des Wegs des Stempels
infolge der Korrektur noch nicht erreicht hat und an der korrigierten
Endposition zum Stillstand gebracht werden kann.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung
sieht ein Stillsetzen der Presse zur Messung vor. Nach Errechnung
der Endposition wird der Stempel bis zur errechneten Endposition
weiterbewegt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere
vorgesehen, wenn eine Stempelposition (oder ein Stempelweg) in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Stempelkraft gemessen wird, da bei diesem
Verfahren die Zeit zur Korrektur der Endposition während des
Pressens vielfach nicht ausreicht.
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Erfindungsgemäß lässt sich das Verfahren an mehreren
Stempeln einer Presse durchführen, vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Verfahren an
allen oder mehreren regelbaren Stempeln einer Presse durchgeführt. Es
lassen sich dadurch unterschiedliche Maße des Formkörpers maßgenau pressen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, die Stempelposition in Abhängigkeit von einer Presskraft
zu messen, d. h. die Stempelposition bei einer vorgegebenen Presskraft
zu messen.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht
umgekehrt vor, die Presskraft in Abhängigkeit von einer Stempelposition
zu messen, d. h. die Presskraft bei einer vorgegebenen Stempelposition zu
messen. Die charakteristischen Presswerte sind in beiden Fällen die
Stempelposition bzw. der Stempelweg und die Presskraft oder ein
den Stempel beaufschlagender hydraulischer Druck bzw. bei mehreren
geregelten Stempeln die die Stempel beaufschlagenden hydraulischen
Drücke.
Eine Umrechnung in die Presskraft ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht erforderlich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte und schematisierte Darstellung der Stempel einer Presse
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 ein
Weg-Zeit-Diagramm zu 1;
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3 die
Stempel einer zweiten Presse in einer geöffneten Stellung in einer vereinfachten, schematisierten
Darstellung;
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4 die
Stempel aus 3 in geschlossener
Stellung; und
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5 ein
Kraft-Zeit-Diagramm zu 3 und 4.
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1 zeigt
einen Stempel 10 und eine Matrize 12 einer im Übrigen nicht
dargestellten, hydraulischen Kalibrierpresse. Eine hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheit 14 zum
Antrieb des Stempels 10 ist symbolisch dargestellt. Anstelle
einer Stempel- oder Presskraft ist ein Hydraulikdruck in einem Zylinder der
Kolben-Zylinder-Einheit 14 mit
einem Drucksensor 16 messbar bleibt. Es ist nicht notwendig,
den zur Stempel- oder Presskraft proportionalen Hydraulikdruck in
die Kraft umzurechnen. Des Weiteren ist eine Position des Stempels 10 in
Bezug auf die Matrize 12 mit einer Abstandmesseinrichtung 18 messbar.
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Zum Kalibrieren wird ein zu kalibrierendes Formteil 20 in
die Matrize 12 eingelegt und der Stempel 10 wird
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zunächst
in eine vorgegebene Pressposition s1 bewegt,
die in 1 mit einer Strichlinie
angedeutet ist. Die Position s1 ist nahe
einer Soll-Endposition s0 des Stempels 10.
Die Soll-Endposition s0 ist diejenige Position
des Stempels 10, bei der ein Formteil 20, welches
vor dem Pressen eine Soll-Dicke aufweist, nach dem Pressen/Kalibrieren
ebenfalls eine Soll-Dicke aufweist, wobei die Soll-Dicke nach dem
Pressen/Kalibrieren kleiner als vor dem Pressen/Kalibrieren ist.
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An der Position s1 wird
der Stempel 10 stillgesetzt und es wird der Hydraulikdruck
in der Kolben-Zylinder-Einheit 14 in Abhängigkeit
von der Stempelposition s1 gemessen. Idealerweise
wird ohne die Presse stillzusetzen während des Verdichtungs-/Pressvorgangs
gemessen um keine Zeit zu verlieren. Es wird ein Korrekturwert (abgekürzt: Korr.) für die Endposition
s0 des Stempels 10 berechnet und der
Stempel 10 anschließend
in die berechnete Endposition s0 + Korr.
bewegt. Der Korrekturwert wird so ermittelt, dass das Formteil 20 nach
dem Pressen/Kalibrieren die gewünschte
Soll-Dicke aufweist. Ist die Dicke des Formteils 10 aufgrund
Toleranz vor dem Pressen größer als
die Soll-Dicke, muss der Stempel 10 über die Soll-Endposition s0 hinwegverfahren werden, das Formteil 20 wird
also stärker
gepresst, um nach dem Pressen/Kalibrieren die Soll- Dicke aufzuweisen.
Bei einem solchen Formteil sind die Stempelkraft und der Hydraulikdruck
in der Kolben-Zylinder-Einheit 14 an der Stempelposition
s1 größer als
bei einem Formteil 20 das vor dem Pressen die Soll-Dicke
aufweist.
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Ist umgekehrt das Formteil 20 aufgrund
Toleranz vor dem Pressen dünner
als die Soll-Dicke, wird der Stempel 10 nicht bis zur Soll-Endposition
s0 verfahren, sondern weniger weit, so dass
auch in diesem Fall das Formteil 20 nach dem Pressen/Kalibrieren
die Soll-Dicke aufweist. Bei einem Formteil 20, dessen
Dicke vor dem Pressen geringer als die Soll-Dicke ist ist der Hydraulikdruck
in der Kolben-Zylinder-Einheit 14 an der Stempelposition
s1 kleiner als bei einem Formteil 20,
das vor dem Pressen die Soll-Dicke aufweist. Der Korrekturwert ist
in diesem Fall negativ. Die Stempelposition s1,
an der der Hydraulikdruck in der Kolben-Zylinder-Einheit 14 gemessen
wird, wird so gewählt,
dass der Stempel 10 seine korrigierte Endposition keinesfalls überfahren hat.
Der Stempelweg s über
der Zeit t ist in 2 dargestellt.
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Der Korrekturwert wird versuchsweise
ermittelt, indem toleranzbehaftete Formteile 20 so gepresst
werden, dass sie nach dem Pressen die Soll-Dicke aufweisen. Beim
Pressen wird der Stempel 10 in der Position s1 angehalten
und es werden der Hydraulikdruck an dieser Stempelposition sowie die
zur Erzielung der Soll-Dicke erforderliche Endposition des Stempels 10 gemessen.
Während
einer Serienfertigung kann stichprobenartig die Dicke der gepressten/kalibrierten
Formteile 20 gemessen und erforderlichenfalls der Korrekturwert
geändert
werden, um die Soll-Dicke des Formteils 20 nach dem Pressen/Kalibrieren
dauerhaft mit einer kleinen Toleranz zu gewährleisten.
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Nach dem Pressen/Kalibrieren wird
der Stempel 10 zurückgefahren
und das kalibrierte Formteil 20 wird mit Auswerfstiften 21 oder
mit einem Unterstempel 23, wie er in 1 mit Strichlinien angedeutet ist, ausgeworfen.
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3 und 4 zeigen Stempel 22, 24, 26, 28, 30 und
eine Matrize 32 einer im Übrigen nicht dargestellten,
hydraulischen Pulverpresse in offener (3) und geschlossener (4) Stellung. Die Pulverpresse weist drei
rohrförmige,
ineinanderliegende obere Stempel 22, 24, 26 und
zwei rohrförmige,
ineinanderliegende untere Stempel 28, 30 auf,
die in der Matrize 32 einliegen. In einem inneren, unteren Stempel 30 ist
ein Mittelstift 34 aufgenommen. Mit der Pulverpresse wird
ein Metallpulver 36, welches in die Matrize 32 eingefüllt wird,
zu einem Formteil oder Pressling 38, wie es in 4 dargestellt ist, gepresst bzw.
gesintert. Anstelle von Metallpulver 36 kann Keramikpulver,
Ferritpulver, Hartmetallpulver oder ein anderes Pulver gepresst
bzw. gesintert werden. Die Aufzählung
ist nicht abschließend.
Es wird nachfolgend der Einfachheit halber von Metallpulver 36 gesprochen
werden, ohne dass dadurch andere Pulver ausgeschlossen werden sollen.
Dem Pulver können Schmier-
oder Gleitmittel und/oder weitere Zusätze wie beispielsweise Legierungselemente
zugesetzt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Formteil 38 ein
Rad mit einer Nabe 40, einer Radscheibe 42 und
einem Radkranz 44 am Umfang. Die Nabe 40 und der
Radkranz 44 stehen beidseitig axial über die Radscheibe 42 über, das
Rad ist symmetrisch zu einer radialen Mittelebene. Es sollen die
Dicken des Radkranzes 44 und der Nabe 40 in axialer Richtung
sowie deren symmetrische Ausrichtung zueinander in axialer Richtung
mit hoher Maßgenauigkeit
hergestellt werden.
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Zum Pressen werden erfindungsgemäß die Stempel 22, 24, 26, 28, 30 so
verfahren, dass jeder Stempel 22, 24, 26, 28, 30 eine
Soll-Endposition in Bezug auf die Matrize 32 etwa gleichzeitig
erreicht. Vor Erreichen der Endpositionen wird bei Erreichen einer
vorgegebenen Stempelposition die Stempel- oder Presskraft oder statt
der Kraft der auf den jeweiligen Stempel 22, 24, 26, 28, 30 ausgeübte Hydraulikdruck
gemessen und es wird ein Korrekturwert ermittelt, der zu einer Soll-Endkraft
F0 bzw. einem Soll-Enddruck addiert wird.
Die Ermittlung des Korrekturwerts erfolgt für diejenigen Stempel 22, 26, 30 der
Pulverpresse, die die Radnabe 40 und den Radkranz 44 pressen,
deren Maßgenauigkeit
hoch ist. Für
die Stempel 24, 28, die die Radscheibe 42 pressen,
bei der die Anforderung an die Maßgenauigkeit geringer ist,
braucht kein Korrekturwert berechnet zu werden, diese Stempel 24, 28 können stets
mit demselben Enddruck beaufschlagt werden. Der Korrekturwert kann
für alle
Stempel 22, 26, 30 berechnet werden, wenn
einer der Stempel 22, 26, 30 die vorgegebene
Position s1 erreicht oder der Korrekturwert kann
für jeden
Stempel 22, 26, 30 ermittelt werden wenn
der jeweilige Stempel 22, 26, 30 eine
vorgegebene Stempelposition erreicht. Der Korrekturwert wird so
ermittelt, dass nach dem Pressen die Radnabe 40 und der
Radkranz 44 eine Soll-Dicke aufweisen. Ist also beispielsweise
im Bereich des Radkranzes 44 zu viel Metallpulver 36 eingefüllt, wird
ein negativer Korrekturwert ermittelt und der den Radkranz 44 pressende
Stempel 22 wird mit einem niedrigeren als dem Soll-Enddruck
beaufschlagt. Die Korrekturwerte werden experimentell ermittelt
und bei einer Serienfertigung durch Messung der Maßhaltigkeit des
Formteils 38 kontrolliert und erforderlichenfalls geändert. Zur
Erzielung der erforderlichen Lagegenauigkeit der Radnabe 40 und
des Radkranzes 44 in axialer Richtung kann zusätzlich die
Stempelposition der die Radnabe 40 pressenden Stempel 26, 30 korrigiert
werden. Der Presskraftverlauf eines Stempels, beispielsweise des
Stempels 26, ist in 5 dargestellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich
das Formteil 38 mit hoher Maßgenauigkeit pressen/kalibrieren,
so dass eine Nachbearbeitung entbehrlich ist. Toleranzbedingte Füllmengenunterschiede
beim Einfüllen
des Metallpulvers 36 in die Matrize 32 werden
durch das erfindungsgemäße Verfahren
ausgeglichen.