DE19646536C1

DE19646536C1 - Verfahren zur Herstellung von Kopfflächen von mit zylindrischen Druckrollen zusammenwirkenden Stempeln für Rundlaufpressen und nach diesem Verfahren hergestellte Stempel

Info

Publication number: DE19646536C1
Application number: DE19646536A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Pagel
Original assignee: Korsch Pressen GmbH
Current assignee: Korsch AG
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: DE59710723D1; EP0839638B1; US6056532A; JPH10156587A; EP0839638A3; ES2208821T3; EP0839638A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kopfflächen von mit zylindrischen Druckrollen zusammenwirkenden Stempeln für Rundlauf pressen gemäß dem Merkmal im Oberbegriff von Patent anspruch 1 und nach dem Verfahren hergestellte Stempel gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 3.

Aus der DE 195 02 596 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kraft-Weg-Diagramms der Preßstempel einer Rundläufer-Tablettenpresse (Rundlaufpresse) bekannt, bei dem mit einem minimalen Meßaufwand unter Produktionsbedingungen die Kompressionscharakteristik des auf einer Rundläuferpresse verpreßten Materials ermittelt werden kann. Hierbei wird der Verlauf der Preßkraft mindestens eines Preßstempels in Winkel schritten gemessen und im Rechner gespeichert. Eine Umdrehung des Rotors entspricht z. B. 3600 Winkel impulsen. Jedem dieser Impulse wird eine Kraft zuge ordnet und entsprechend im Rechner abgespeichert. Ferner werden im Rechner die theoretischen Werte für den Weg des Preßstempels gespeichert. Diese sind über entsprechende geometrische Beziehungen zu errechnen. Ausschlaggebend für diesen theoretischen Wert sind der Durchmesser der Druckrolle, die Form des Stempelkopfes und die Relativlage dieser Teile zueinander. Im Rechner ist eine Korrekturtabelle gespeichert, die wesentliche Einflußgrößen auf den tatsächlichen Stempelweg berück sichtigt, wie die Auffederung der Tablettenpresse und die Abplattung von Stempel und Druckrolle durch die Hertzsche Pressung. Sowohl die Auffederung als auch die Hertzsche Pressung sind abhängig von der von der Druckrolle auf den Preßstempel aufgebrachten Preß kraft. Es werden somit kraftabhängige Korrekturfak toren ermittelt, die von den theoretischen Werten für den Stempelweg abzuziehen sind, um den tatsächlichen Stempelweg zu ermitteln. Da der Stempelkopf lediglich im Umfangsbereich einen Radius aufweist, in der Mitte jedoch plan ist, ist die Größe der Hertzschen Pressung abhängig von der Relativlage des Stempelkopfes zur Druckrolle. Die Korrekturwerte berücksichtigen daher die Abhängigkeit der Hertzschen Abplattung von der Winkelstellung des Preßstempels. Mit mathematischen Methoden kann für jeden Drehwinkel die vertikale Be wegung eines Stempelpaares berechnet werden, wobei der theoretische Gesamtweg um die Gesamtauffederung der Tablettenpresse und um die Hertzsche Abplattung zwi schen Stempelkopf und Druckrolle korrigiert werden muß.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die übliche Kopf form von Stempeln für Rundlaufpressen zugrundegelegt, nämlich die kreisförmige, abgeflachte und abgeplattete mittlere Plateaufläche und der im Querschnitt einen Radius aufweisende Randbereich. Für geringere Preß kräfte sind diese bekannten Stempelkopfformen aus reichend, um im Dauerbetrieb den erforderlichen Preß kräften an der Kontaktstelle zwischen der Druckrolle und dem Stempel zu genügen. Dabei besitzt der Stempel kopf die kreisförmige Plateaufläche, an die sich die torusförmige Einlauffläche anschließt. Im höchsten Punkt der Torusfläche kommt es bei maximaler Preßkraft zu einer punktförmigen Berührung zwischen der zylin derförmigen Druckrolle und der in zwei Ebenen gewölb ten Torusfläche des Stempelkopfes und damit zu einer relativ hohen Hertzschen Pressung, dem Hauptparameter für die übertragbare Kraft zwischen den beiden Paarungskörpern, Stempelkopf und Druckrolle. Dadurch wird die Preßkraft der Rundlaufpresse begrenzt.

Aufgrund der bei hohen Preßkräften auftretenden Pit tingbildung bei der Paarung Stempelkopf-Druckrolle ist eine Grenze der zulässigen Preßkräfte mit den bekann ten Stempelkopfformen heute schon erreicht und schon teilweise überschritten. Zur Erhöhung der zulässigen Preßkräfte bei zukünftigen Entwicklungen der techni schen Rundlaufpressen sind die bekannten Stempelkopf formen mit der punktförmigen Berührungsstelle nicht mehr wesentlich entwicklungsfähig. Unter der Annahme einer Preßkraft von 80 kN und einer herkömmlichen Stempelkopfform ergibt sich am Übergang der Torus fläche in die Plateaufläche bei ausgeführten Stempeln in der Kontaktzone von Stempelkopf und Druckrolle eine Hertzsche Pressung von über 4300 N/mm², die einer maximal zulässigen Hertzschen Pressung für die Paarung von Stempelkopf und Druckrolle entspricht.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die Paarung von Stempelkopf und zylindrischer Druck rolle so auszugestalten, daß hohe Hertzsche Pressungen vermieden werden, sowie einen entsprechenden Stempel bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die beim Einwirken der zylindrischen Druckrolle auf den Stempel durch die momentanen Kontaktpunkte zwi schen Stempelkopf und zylindrischer Druckrolle verlau fenden Mantellinien der zylindrischen Druckrolle auf der Kopffläche des Stempels mittels eines Werkzeuges als aufeinanderfolgende Berührungslinienschar ausge bildet werden. Die erfindungsgemäße Stempelkopfform besitzt in allen Eingriffsstellungen zwischen zylin drischer Druckrolle und Stempelkopf eine Linienbe rührung zwischen Stempelkopf und Druckrolle unter Vermeidung örtlicher minimaler Krümmungsradien des Stempelkopfes mit einer wesentlich kleineren Hertz schen Pressung, wodurch insgesamt eine bedeutsam größere Preßkraft zugelassen werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kopf fläche von Stempeln für Rundlaufpressen so gestaltet, daß nach einer gewollten Eintauchfunktion des Stempels in die Matrize in allen Eingriffsstellen zwischen Druckrolle und Stempelkopf eine Linienberührung zwi schen der Druckrolle und dem Stempelkopf stattfindet und in keiner Eingriffsstellung ein örtlich minimaler Krümmungsradius vorhanden ist. Dabei wird der Stempel kopf nach einer beliebigen, zu wählenden Eintauchfunk tion in Abhängigkeit vom Drehwinkel so hergestellt, daß die momentanen Mantellinien der zylindrischen Druck rolle in den momentanen Berührungsstellen von Stempel kopf und Druckrolle auf den Stempel durch geeignete Werkzeugbewegungen übertragen werden. Damit entsteht durch kontinuierlichen Übergang von einer Eingriffs stellung zur folgenden Eingriffsstellung auf der Ober seite des Stempelkopfes zwar eine in zwei Ebenen gekrümmte Oberfläche, deren Krümmungsradius längs der Berührungslinie aber unendlich groß ist. Diese Ober fläche erfüllt einerseits das vorgegebene Eintauch verhalten des Stempels in die Matrize beim Durchdrehen des Stempels unter der Druckrolle, andererseits kommt es in jeder Eingriffsstellung zu einer Linienberührung zwischen Stempelkopf und zylindrischer Druckrolle mit einer relativ geringen Hertzschen Pressung selbst bei hoher Preßkraft, da örtliche minimale Krümmungsradien vermieden werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Oberfläche des Stempelkopfes in Abhän gigkeit von den Berührungslinien der zylindrischen Druckrolle radial-linear ausgeformt, so daß der Berüh rungskontakt zwischen der zylindrischen Druckrolle und dem Stempelkopf ausschließlich in radial-linearen Berührungslinien erfolgt. Hierdurch werden punkt förmige Berührungen und damit große Hertzsche Pres sungen und aus diesen folgende Auskolkungen (Pitting bildung) vermieden.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Stempel für Rundlauf pressen mit einer mit zylindrischen Druckrollen zusam menwirkenden Stempelkopffläche ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Stempelkopffläche eine aufeinander folgende Berührungslinienschar aufweist, die aus den durch die momentanen Kontaktpunkte zwischen Stempel kopf und zylindrischer Druckrolle verlaufenden momen tanen Mantellinien der zylindrischen Druckrolle auf der Kopffläche des Stempels ausgebildet ist. Bei be liebigen Einlaufkurven der Stempelköpfe in die Druck rollen findet somit ausschließlich eine Linienberüh rung statt, wobei der Krümmungsradius längs einer Berührungslinie zum Pressenmittelpunkt hin abnimmt. Dadurch entsteht längs dieser momentanen Berührungs linie eine zum Pressenmittelpunkt hin größere Hertz sche Pressung als an der Stempelaußenkante.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist unter der Voraussetzung einer kippsteifen Druckrollenlagerung die Berührungslinienschar zu der zum Drehmittelpunkt der Rundlaufpresse gerichteten Seite des Stempelkopfes um wenige hundertstel Millimeter geneigt ausgebildet. Dabei entsteht im unbelasteten Zustand der Paarung von Druckrolle und Stempelkopf ein Klaffen auf der zur Pressenmitte, d. h. dem Drehmittelpunkt zugeneigten Stempelkopfseite, während bei Belastung eine nahezu gleichmäßige Hertzsche Pressung über der gesamten Eingriffslinie entsteht und dadurch eine maximale Tragfähigkeit der Paarung Druckrolle-Stempelkopf ermöglicht wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die prinzipielle Vorderansicht (obere Darstellung) und die prinzipielle Draufsicht (untere Darstellung) der Paarung Stempel kopf/zylindrische Druckrolle einer Rundlaufpresse,

Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer plateaulosen Stempelkopffläche gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Draufsicht auf die Stempelkopf fläche nach Fig. 2,

Fig. 4 die der Fig. 2 entsprechende perspek tivische Ansicht mit grafisch darge stelltem maximalen und minimalen Krümmungsradius und

Fig. 5 ein Diagramm des Krümmungsradius und der Hertzschen Pressung über dem Stempelkopfquerschnitt.

In Fig. 1 ist der geometrische Zusammenhang zwischen der Einlaufkurve des Stempels 1 in die nicht darge stellte Matrize und der zur Erzeugung der Kopffläche 2 des Stempels 1 notwendigen Werkzeugbahn für ein zylin drisches Werkzeug 3 dargestellt. Die zur Fertigung dieser Kopffläche 2 notwendigen Werkzeugbewegungen ergeben sich z. B. für einen Stempel 1 mit Plateau fläche und einem kreisförmigen Stempeleinlauf in die Druckrolle 4 in Abhängigkeit von dem Werkstückdreh winkel δ:

mit

δ - Werkstückdrehwinkel
r_plateau - Plateauradius
r_einlauf - Einlaufradius
r_druck - Druckrollenradius
r_werkzeug - Werkzeugradius
x_werkzeug - x-Koordinate des Werkzeuges = f(δ)
y_werkzeug - y-Koordinate des Werkzeuges = f(δ)

Mit den Koordinaten δ, x_werkzeug, y_werkzeug ist eine Fertigung der Stempelkopfkontur bei z. B. kreisförmiger Einlaufkurve möglich.

In Fig. 1 sind in der oberen Darstellung die Drehachse 5 der Druckrolle 4 und die Drehachse 6 des Werkzeuges 3 und in der unteren Darstellung der Drehmittelpunkt 7 des auf dem Flugkreisradius 8 rotierenden Stempels 1 dargestellt. Die beim Einwirken der zylindrischen Druckrolle 4 auf den Stempel 1 durch die momentanen Kontaktpunkte 9 zwischen dem Stempel 1 und der Druck rolle 4 verlaufenden momentanen Mantellinien 10 der Druckrolle 4 auf der Kopffläche 2 des Stempels 1 werden mittels des Werkzeuges 3 als aufeinander folgende Berührungslinienschar 11 ausgebildet.

Die Fig. 2 zeigt die perspektivische Ansicht auf die Kopffläche 2 des plateaulosen Stempelkopfes 1 mit der Berührungslinienschar 11 aus den Berührungslinien 10. Auch hier ist der Flugkreisradius 8 dargestellt. Dabei sind mit dünnen Linienzügen der Ausgangszylinder 12 für den Stempel 1 und der Flugkreisradius 8 darge stellt, auf dem die Stempel 1 um den Drehmittelpunkt 7 der Rundlaufpresse umlaufen. Aus dem Ausgangszylinder 12 werden mittels des Werkzeuges 3, z. B. ein zylindri sches Schleif- oder Fräswerkzeug, die Mantellinien 10 herausgearbeitet, wobei die frühere Punktberührung mittels der durchgehenden Mantellinien 10 in eine reine Linienberührung umgesetzt ist. Die frühere Torusform des Stempelkopfes ist durch eine gewölbte Form mit geraden Mantellinien 10 ersetzt.

Die Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die Kopffläche 2 des Stempels 1 mit der Mantellinienschar 11. In der Fig. 4 ist für diejenige Eingriffslinie 10, bei welcher die maximale Preßkraft zwischen Druckrolle 4 und Stempel 1 beim Preßvorgang auftritt, der Verlauf der Krümmungsradien 14 längs der Eingriffslinie 10 aufgetragen. Für die dem Drehmittelpunkt 7 (Pfeil 13) der Rundlaufpresse zugeneigte Seite des Stempels 1 treten die kleineren Krümmungsradien 14 entlang dieser ausgewählten Eingriffslinie 10 auf. Diese Geometrie des Stempelkopfes 2 führt auf der zum Drehmittelpunkt 7 gerichteten Innenseite des Stempels 1 wegen des geringeren resultierenden Krümmungsradius (minimaler Krümmungsradius 14_min) von Druckrolle 4 und Stempel 1 auf dieser Seite des Stempels 1 zu einer höheren Hertzschen Pressung als auf der Außenseite des Stem pels 1. Zum Ausgleich sind die zu erzeugenden Ein griffslinien 10 mit einer geringen Neigung so gefer tigt, daß bei unbelasteter Paarung von Druckrolle 4 und Stempel 1 auf der Innenseite des Stempels 1 ein Klaffen auftritt und bei maximaler Preßkraft ein nahezu gleichmäßiger Verlauf der Hertzschen Pressung unter der Berührungslinie 10 entsteht.

Die Fig. 5 zeigt das Diagramm über der Berührungslinie 10 der maximalen Preßkraft von 300 kN den Verlauf des Krümmungsradius 14 des Stempels 1, den Verlauf der Hertzschen Pressung 15 ohne Neigungskorrektur und den Verlauf der Hertzschen Pressung 16 mit Neigungs korrektur einer ausgeführten Paarung von Druckrolle 4 und Stempel 1. Deutlich ist das wesentliche Absenken der maximalen Hertzschen Pressung trotz höherer Preßkraft und das zusätzliche Absenken der örtlichen maximalen Hertzschen Pressung an der Stempelinnenkante durch die vorgenommene Korrektur bei gleicher Gesamt belastung zu erkennen. Die Korrektur beträgt 0,7 µm/mm.

Bezugszeichenliste

1 Stempel
2 Kopffläche
3 Werkzeug
4 Druckrolle
5 Drehachse der Druckrolle
6 Drehachse des Werkzeuges
7 Drehmittelpunkt der Presse
8 Flugkreisbahn
9 Kontaktpunkt
10 Mantellinie
11 Mantellinienschar
12 Ausgangszylinder
13 Pfeil zum Drehmittelpunkt der Presse
14 Krümmungsradius
15 Hertzsche Pressung ohne Neigungskorrektur
16 Hertzsche Pressung mit Neigungskorrektur

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kopfflächen (2) von mit zylindrischen Druckrollen (4) zusammenwirkenden Stempeln (1) für Rundlaufpressen insbesondere durch spanende Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Einwirken der zylindrischen Druckrolle (4) auf den Stempel (1) durch die momentanen Kontaktpunkte zwischen der Kopffläche (2) des Stempels (1) und der zylindrischen Druckrolle (4) verlaufenden momentanen Mantellinien (10) der zylindrischen Druckrolle (4) auf der Kopffläche (2) des Stempels (1) mittels eines Werkzeuges (3) als aufeinanderfolgende Berührungslinienschar (11) ausgebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Berührungslinienschar (11) zu der zum Drehmittelpunkt (7) der Rundlaufpresse gerichteten Seite des Stempels (1) um wenige hundertstel Milli meter geneigt ausgebildet wird.

3. Stempel (1) für Rundlaufpressen mit einer mit zylindrischen Druckrollen (4) zusammenwirkenden Kopffläche (2), hergestellt gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopffläche (2) des Stempels (1) eine auf einanderfolgende Berührungslinienschar (11) auf weist, die aus den durch die momentanen Kontakt punkte zwischen der Kopffläche (2) des Stempels (1) und der zylindrischen Druckrolle (4) verlaufenden momentanen Mantellinien (10) der zylindrischen Druckrolle (4) auf der Kopffläche (2) des Stempels (1) ausgebildet ist.

4. Stempel (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Berührungslinienschar (11) zu der zum Drehmittelpunkt (7) der Rundlaufpresse gerichteten Seite des Stempels (1) um wenige hundertstel Milli meter geneigt ausgebildet ist.