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Beschreibung
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Verfahren zur Herstellung eines Teils aus pulverförmigem Material
und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines Teiles aus pulverförmigem Material durch Verdichtung des pulverförmigen
Materials, bei welchem man das pulverförmige Material in eine Formöffnung in den
Raum oberhalb eines reziprozierend verschieblichen Stempels füllt und das Material
zwischen der Stirnfläche dieses Stempels und einer festen, das offene Ende der Formöffnung
verschließenden Wand verdichtet.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens mit einem Tisch und einer relativ zu diesem reziprozierend verschieblichen
Presse.
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In dem US-Patent 3 826 599 desselben Anmelders ist eine Preßvorrichtung
zur Herstellung von Teilen aus pulverförmigem Material durch Verdichtung beschrieben,
die eine Presse aufweist, welche sich oberhalb eines Pressenbettes befindet.
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In der Presse ist eine Vorrichtung zur Kompaktierung des pulverförmigen
Materials angeordnet, welche eine Formplatte mit einer oder mehreren Formöffnungen
oder -bohrungen aufweist. In jeder dieser Formbohrungen ist ein Stempel hin-und
herbeweglich gelagert und mittels eines Antriebes verschiebbar. Ein solcher Antrieb
kann beispielsweise eine angetriebene
Nockenwelle und eine geeignete,
den Stempelhalter antreibende Nockenscheibe sein. Eine Presse ist hin- und herverschieblich
oberhalb des Pressenbettes und damit oberhalb der Formplatte angeordnet und wird
in zeitlicher Korrelation mit der reziprozierenden Bewegung des Stempelhalters hin-
und herbewegt. Als Antrieb dient eine geeignete Nockenanordnung, oder ein Hebelarm
und ein Kniehebelmechanismus. Am Ende der Presse können Stempel angeordnet werden,
die jeweils mit den Stempeln in den Formöffnungen zusammenwirken.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Presse in ihrer voll
ausgefahrenen Position verwendet werden, um einen Amboß gegen die Formplatte zu
pressen, der dann die Formöffnungen in der Formplatte verschließt. Die Fläche des
Ambosses ragt über die Formöffnung oder die Formöffnungen hinaus.
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Das pulverförmige Material in den Formöffnungen wird durch die in
den Formöffnungen befindlichen Stempel gegen die untere Fläche des Ambosses verdichtet.
Der Amboß ist zusammen mit einer Zufuhrvorrichtung für das pulverförmige Material
und einer Entnahmevorrichtung für die fertigen Teile am Ende eines Positionierarmes
angeordnet, der über die Formöffnungen in zeitlicher Korrelation mit dem Füllvorgang
der Formöffnungen geschwenkt oder geschoben werden kann. Auch der Verdichtungsschritt
und die Ausstoßung des fertigen Teils erfolgen zeitlich korreliert. Eine solche
Anordnung ist in dem genannten US-Patent sowie in den US-Patenten 3 561 054 und
3 574 892 desselben Anmelders beschrieben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Teilen aus pulverförmigem Material durch Verdichtung zu schaffen, mit welchem
es möglich ist, eine homogenere Dichteverteilung im fertigen Teil zu erzielen. Bei
den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen
zur Verdichtung
von pulverförmigem Material ergab sich entweder aufgrund der Zusammensetzung oder
aufgrund des zur Verbindung der Teilchen verwendeten Bindemittels nach dem Einfüllen
des pulverförmigen Materials in die Formöffnung beim Vorschieben der unteren Stempel
in den Formöffnungen eine Reibung des pulverförmigen Materials an der Wand der Formöffnung
und eine Tendenz des pulverförmigen Materials, an der Wand der Formöffnung kleben
zu bleiben. Dadurch ergab sich eine Vorverdichtung des pulverförmigen Materials,
die nicht gleichmäßig war. Man erhielt nämlich eine größere Dichte des fertigen
Teils in den Bereichen, die der verdichtenden Fläche des unteren Stempels naheliegen,
während die Dichte in dem vom unteren Stempel entfernteren Teil geringer war. Wenn
man beispielsweise ein Teil zwischen zwei Stempeln kompaktiert, von denen der obere
Stempel beim Kompaktierungsvorgang stationär gehalten wird, oder wenn man einen
die Formöffnung überdeckenden stationären Amboß verwendet, dann ist die Dichte des
fertigen Teils bei Verwendung dieses klebrigen Pulvermaterials an der Unterseite
größer als im Kern und an der Oberseite. Diese Nachteile sollen mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beseitigt werden.
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Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Wand an dem Teil in Anlage läßt, während
man gleichzeitig den Stempel derart verschiebt, daß das Teil aus der Formöffnung
ausgestoßen wird.
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Diese Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine erste Verschiebevorrichtuny für die
Presse, die eine
erste, an einem. Ende schwenkbar an der Presse
angelenkte Stange, eine zweite,mit einem Ende am anderen Ende der ersten Stange
und mit dem andern Ende an einem Schieber schwenkbar angelenkte Stange sowie einen
schwenkbar an der Verbindungsstelle der beiden Stangen angelenkten Arm umfaßt, der
die Verbindungsstelle in Querrichtung derart verschiebt, daß die Presse vom Tisch
weg und wieder auf diesen zu bewegbar ist, und durch eine zweite Verschiebevorrichtung
zur reziprozierenden Verschiebung des Schiebers in zeitlicher Korrelation zur Verschiebung
der Presse, so daß die Presse dadurch eine überlagerte reziprozierende Verschiebung
relativ zum Tisch erfährt.
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Die vorliegende Erfindung schlägt also eine Vorrichtung vor, die eine
zusammengesetzte reziprozierende Bewegung der Presse und eine genaue Bestimmung
der tiefsten Pressenposition zuläßt. Bei dieser zusammengesetzten Pressenbewegung,
bei welcher ein Teil durch den mechanischen Kniehebelantrieb hervorgerufen wird
und ein anderer Teil durch einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb, können
die Bewegungsanteile entweder nacheinander oder gleichzeitig erfolgen, je nach der
zeitlichen Justierung des Anfangs und des Endes der beiden getrennt steuerbaren
Bewegungen. Aufgrund dieser Anordnung können verschiedene Vorteile erzielt werden.
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Wenn man beispielsweise am Ende der Presse einen Anpreßmechanismus
für den Amboß vorsieht, dann kann man durch eine geeignete zeitliche Einstellung
das Anpressen des Ambosses durch einen pneumatischen oder hydraulischen Druck vor
dem Ende des mechanischen Anpreßvorganges durch den Kniehebelmechanismus erreichen,
so daß der Anpreßvorgang des Ambosses progressiver wird und außerdem gleichzeitig
gedämpft und gefedert
erfolgt.
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Bei Konstruktionen, bei denen an der Presse ebenfalls Stempel befestigt
sind, die in die Formöffnungen eindringen und das Material darin zwischen ihren
Endflächen und den Endflächen der in entgegengesetzter Richtung verschiebbaren Stempel
in der Formöffnung verdichten, kann die Verdichtung des pulverförmigen Materials
wesentlich progressiver erfolgen als bei bekannten Verfahren, bei denen lediglich
mechanisch aktivierbare obere Stempel verwendet werden. Dadurch kann die Dichte
der fertigen Teile wesentlich verbessert werden im Vergleich zur Dichte von Teilen,
die mit konventionellen Methoden hergestellt worden sind.
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Der erfindungsgemäße Pressenantrieb ermöglicht durch geeignete zeitliche
Einstellung der pneumatischen oder hydraulischen Pressenbewegung und der durch den
mechanischen Kniehebelantrieb erzeugten Pressenbewegung die Bewegung und den Druck
genau zu wählen, den die oberen Stempel bei ihrer reziprozierenden Verschiebebewegung
gleichzeitig mit der reziprozierenden Bewegung der unteren Stempel oder anschließend
an diese ausüben, so daß während der Verschiebung der oberen Stempel beispielsweise
bei gleichzeitig stationär gehaltenen unteren Stempeln die Dichte der fertigen Teile
an der Oberseite zunächst sehr erhöht wird. Dadurch erhält man dann schließlich
einen fertigen Artikel, dessen Dichte über die gesamte Dicke wesentlich konstanter
ist.
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Durch die Kombination eines mechanischen Kniehebelantriebes und eines
pneumatischen oder hydraulischen Antriebes für die Presse kann man daher mit Präzision
die jeweilige Stellung der Presse bestimmen und erhält damit eine weiche und abgefederte
reziprozierende
Bewegung der oberen Stempel oder eine.s Amboßandrückelementes. Dies wiederum ermöglicht
es, Teile mit einer homogeneren Dichteverteilung herzustellen.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang itlit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Fig.
1 eine Seitenansicht des teilweise geschnittenen Pressenmechanismus einer Pulverpresse
gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1; Fig.
3 eine schematische Darstellung des Kompaktierungsvorganges, aus der man die sich
vorher ergebende Dichteverteilung des verdichteten Teiles erkennen kann; Figuren
4 bis 7 schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Stufen des Verdichtungsvorganges,
bei denen man die verbesserte Konstanz der Dichteverteilung erkennen kann, und Fig.
8 eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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In den Figuren 1 und 2 ist eine Presse dargestellt, die einen massiven
Rahmen 10 mit einem Tisch 12 umfaßt, welcher eine in einer öffnung 16 des Tisches
12 angeordnete Stempel-Form-Einrichtung 14 trägt. Die Stempel-Form-Einrichtung 14
kann aufgebaut sein, wie es beispielsweise in den US-Patenten 3 414 940, 3 561 056,
3 574 892, 3 726 622, 3 805 370
oder 3 822 974 beschrieben ist.
Sie kann einen Formplattenabstandshalter 18 aufweisen, der an der Oberseite des
Tisches 12 befestigt ist. Der Formplattenabstandshalter 18 trägt seinerseits eine
Formplatte 24, die eine oder mehrere Formbohrungen aufweist, denen jeweils ein senkrecht
hin und her verschieblicher, in der Zeichnung nicht dargestellter Stempel zugeordnet
ist, der durch einen ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmechanismus reziprozierend
bewegbar ist.
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Die Formplatte 24 hat eine obere Fläche 20, an welcher die untere
Fläche 22 eines Arbeitsstationpositionierers 30 gleitend anliegt, welcher bogenförmig
über die Formplatte schwenkbar ist und in seiner Position mit dem Pressenantrieb
zeitlich korreliert verschiebbar ist, da er am Ende eines Haltearms 26 befestigt
ist, der durch den Antrieb 28 (Fig. 1) verschwenkbar ist. Der Arbeitsstationpositionierer
30 ist mit einer Pulverzufuhrvorrichtung, einem Amboß und einem Teileauswurf- und
Teileaufnahmekopf versehen, wie es beispielsweise in den US-Patenten 3 730 659,
3 726 622 und 3 415 142 beschrieben ist. Der besseren Darstellung wegen ist nur
das obere Teil 40 des Ambosses dargestellt.
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Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, trägt der Formplattenabstandshalter
ein Paar senkrechter Säulen 32, an denen ein Joch 34 reziprozierend verschieblich
gelagert ist. An der Unterseite des Joches 34 ist ein Block 36 befestigt, der einen
Halter für die oberen, nicht dargestellten Stempel bildet. Dies gilt bei Anordnungen,
bei denen die Stempel-Form-Einrichtung 14 obere Stempel aufweist. Das Joch 34 kann
auch eine Platte 38 halten, wie das im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt
ist, welche am oberen Teil 40 des Ambosses 30 anliegt. In Anordnungen, in denen
keine oberen
Stempel verwendet werden, können Joch 34 und Säulen
32 weggelassen werden.
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Eine Presse 42 hat ein Ende 44, welches an der Oberseite des Jochs
34 befestigt ist, so daß das Joch auf die Formplatte 24 zu und von dieser weg bewegt
werden kann. Die Presse 42 ist in einem Gehäuse 46 verschieblich gelagert. Das Gehäuse
46 ist oberhalb des Tisches 12 mittels im Querschnitt rechteckiger oder quadratischer
Stützsäulen 48 gehalten, die jeweils eine Stange 50 aufnehmen, deren oberes Ende
durch eine geeignete Öffnung 52 in einer einstückig am Gehäuse 46 angeformten Nase
hindurchtritt. Auf dieses Ende der Stange 50 sind eine Mutter 56 und eine Kontermutter
58 aufgeschraubt, so daß das Gehäuse 46 von oben gegen die Stützsäulen 48 gepreßt
wird. Das andere Ende der Stange 50 ist im Preßsitz oder durch Einschrauben in einer
geeigneten Gewindebohrung 59 im Tisch 12 gehalten.
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Zur Gleitlagerung der Presse 42 weist das Gehäuse 46 eine Bohrung
60 auf, in welche eine Hülse 62 eingepaßt ist. Diese weist einen Ringflansch 64
auf, der sich in einem erweiterten Teil 66 der Bohrung 60 befindet. Befestigungsschrauben
68 sind durch geeignete Öffnungen 70 im Flansch 64 gesteckt und in geeignete Gewindebohrungen
72 eingeschraubt und halten dadurch die Hülse 62 in ihrer Position. Die Hülse 62
bildet eine Bohrung 74, die eine in ihr verschiebliche, geschlitzte Lagerhülse 76
aufnimmt. Auch diese Lagerhülse 76 ist mit einem Ringflansch 78 versehen, der sich
normalerweise im Abstand vom Ringflansch 64 der Hülse 62 befindet. Die Lagerhülse
76 hat einen in Längsrichtung verlaufenden, in der Zeichnung nicht dargestellten
Schlitz und ist mittels relativ langer Schrauben 80 in ihrer Position gehalten,
die
durch Öffnungen 82 im Flansch 78 und damit ausgerichtete Öffnungen 84 im Flansch
64 der Hülse 62 hindurchtreten.
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Die Lagerhülse 76 bildet eine Bohrung 86, die mit einer relativ dünnen
Schicht 88 beschichtet ist, beispielsweise in einer Stärke von 0,76 mm, die vorzugsweise
aus einem selbstschmierenden Plastikmaterial bestehen, beispielsweise aus Tetrafluoräthylen,
Nylon oder ähnlichem. Diese Schicht 88 weist eine glatte, zylindrische Lagerfläche
90 auf, welche die Umfangsfläche 92 der Presse 42 dicht, aber eine Verschiebung
ermöglichend umschließt. Eine Ringdichtung 94 befindet sich in einer Ringnut 96,
die in der Nähe des unteren offenen Endes in die Lagerhülse 76 eingeformt ist. Die
Ringdichtung 94wirkt als Abstreifelement, das verhindert, daß Schmutz zwischen die
Umfangsfläche 92 der Presse 42 und die Lagerfläche 90 der Lagerhülse 76 eindringen
kann. Die Umfangsfläche 98 der Lagerhülse 76 ist leicht konisch ausgebildet, beispielsweise
mit einem Winkel von 1 bis 20, und auch die Innenbohrung 74 der Hülse 62 weist eine
entsprechende Konizität auf. Dadurch kann die Festigkeit der Anlage der Lagerhülse
76 auf der Umfangsfläche 92 der Presse 42 präzise justiert werden, so daß man jedes
Spiel aufgrund von Abnützung kompensieren kann. Dazu muß man nur die Schrauben 80
anziehen, wodurch die Lagerhülse 76 in die konische Bohrung 74 der Hülse 62 eingeschoben
wird. Dabei wird die Lagerhülse 76 zusammengepreßt, so daß ihr Innendurchmesser
verkleinert wird, wozu gleichzeitig die Breite des nicht dargestellten Längsschlitzes
verringert wird.
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Das Gehäuse 46 trägt das Gehäuse eines Arbeitszylinders 99, der mittels
zweier Seitenplatten 100 im Abstand vom Gehäuse 46 gehalten ist. Die Seitenplatten
100 sind mit ihrer unteren Kante an der Oberseite des Gehäuses 46 angeschweißt oder
angeformt
und mit ihrer oberen Kante an der Unterseite des Arbeitszylinders 99 angeschweißt
oder angeformt. Der Arbeitszylinder 99 hat ein offenes Ende, das eine Bohrung 102
bildet. In dieser Bohrung befindet sich eine Hülse 104 aus Bronze oder einem anderen
Material mit niedriger Reibung, welche im Preßsitz oder in anderer Weise in der
Bohrung 102 gehalten ist. Diese Hülse 104 bildet ein lineares Lager für einen reziprozierend
darin gelagerten Schieber 106. Das am Boden des Arbeitszylinders 99 hervorstehende
Ende des Schiebers 106 ist über zwei schwenkbar miteinander verbundene Stangen 108
und 110 mit der Oberseite der Presse 42 verbunden. Die Stange 108 hat ein erstes,
gabelförmig ausgebildetes Ende 112 mit einer Querbohrung 114, in welcher im Preßsitz
ein Stift 116 gehalten ist, der durch eine damit ausgerichtete Querbohrung 118 im
nach unten vorstehenden Ende 119 des Schiebers 106 hindurchtritt. Das untere Ende
119 ist so breit, daß es zwischen die parallelen Gabelbereiche der Stange 108 paßt.
Das andere Ende 121 der Stange 108 ist ebenfalls gabelförmig ausgebildet und trägt
eine Querbohrung 120, in welcher im Preßsitz ein Stift 122 gehalten ist, der eine
gelenkige Verbindung zwischen der Stange 108 und der Stange 110 bildet. Das entsprechende
Ende der Stange 110 weist eine mit einer Innenhülse versehene Bohrung 123 auf, welche
den durch sie hindurchgesteckten Stift 122 drehbar aufnimmt. In ähnlicher Weise
weist das andere Ende der Stange 110 eine mit einer Lagerhülse versehene Querbohrung
124 auf, die einen Stift 126 drehbar aufnimmt, welcher im Preßsitz in einer entsprechenden
Querbohrung 128 am oberen Ende der Presse 42 gehalten ist. Die Presse 42 ist in
diesem Bereich 130 ebenfalls gabelförmig ausgebildet und nimmt das Ende der Stange
110 zwischen sich auf.
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Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Kniehebelbetätigungsarm
132 schwenkbar mit dem Stift 122 verbunden, und zwar mittels eines gabelförmigen
Endes 134. Jedes Teil dieses gabelförmigen Endes 134 weist eine mit einer Lagerhülse
versehene Bohrung 137 auf, in welcher das Ende des Stiftes 122 drehbar gelagert
ist. Der Betätigungsarm 132 und die Stangen 108 und 110 bilden zusammen einen Kniehebelmechanismus
136, mit dessen Hilfe die Presse relativ zum Gehäuse 46 mechanisch reziprozierend
nach oben und nach unten verschoben werden kann. Dies erfolgt mittels einer in der
Zeichnung nicht dargestellten Nocken-Nockenbahn-Anordnung, die den Arm 132 aus der
in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung, die der unteren Stellung
der Presse 42 entspricht, in die in Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellte
Stellung verschiebt, in welcher die Stangen 108 und 110 um ihre durch die Stifte
116 und 126 definierten Drehachsen in die in strichpunktierten Linien dargestellte
Stellung verschwenkt werden, wobei der Stift 122 in der aus Fig. 1 ersichtlichen
Weise nach links verschoben wird, so daß die Presse angehoben wird. Der Mechanismus
zur Betätigung des die Presse 42 reziprozierend verschiebenden Kniehebelmechanismus
136 kann ein geeigneter, vom Pressenantrieb betätigter Mechanismus sein, wie er
ausführlich im US-Patent 3 826 599 beschrieben ist.
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Das obere Ende des Schiebers 106 hat einen Teil 138 mit geringerem
Durchmesser, über den eine öffnung 140 paßt, die sich in einem scheibenförmigen
Kolbenelement 142 befindet.
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Dieses weist an seiner Kante zwei elastomere Dichtringe 144 auf. In
einem Teilbereich des Teiles 138 des Schiebers 106 ist ein Gewinde 146 aufgebracht,
auf das eine Haltemutter 148 aufgeschraubt ist. Diese hält das scheibenförmige Kolbenelement
142
auf dem Schieber 106 in Position. Das scheibenförmige Kolbenelement 142 befindet
sich in einer vergrößerten Bohrung 150, die konzentrisch zur Bohrung 102 des Arbeitszylinders
99 angeordnet ist. Das Kolbenelement 142 unterteilt zusammen mit den Dichtringen
144 die zylindrische Bohrung 150 in eine untere Kammer 152 und eine obere Kammer
154. Die obere Kammer 154 ist mittels einer Endplatte 156 verschlossen, die an der
oberen Stirnfläche 160 des Arbeitszylinders 99 befestigt ist. Die Endplatte 156
weist einen Dichtring 158 auf, der in eine geeignete Ringnut eingelegt ist und an
der Stirnfläche 160 des Arbeitszylinders 99 anliegt. Die Endplatte 156 weist eine
zentral angeordnete Innenbohrung 162 auf, in welche ein Teil 164 mit geringerem
Durchmesser eines Flanschstopfens 166 eingeschraubt ist. Dieser Flanschstopfen 166
weist eine Innenbohrung 168 auf, in welcher verschieblich ein Endteil 170 des Schiebers
106 mit noch weiter herabgesetztem Durchmesser geführt ist. In einer geeigneten
Umfangsnut im Endteil 170 ist ein Ring 172 angeordnet.
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Das äußerste Ende des Endteiles 170 trägt ein Außengewinde 174, auf
welches eine Schulterscheibe 176 aufgeschraubt ist.
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Eine Ringschulter 178, die zwischen dem Teil 138 des Schiebers 106
und dem darüber hinaus vorstehenden Endteil 170 gebildet ist, bildet einen Anschlag,
der am Ende 180 des unteren Teils 164 des Flanschstopfens 166 zur Anlage gelangen
kann. In ähnlicher Weise bildet die obere Stirnfläche 182 des flanschförmigen Bereichs
des Flanschstopfens 166 einen Anschlag, der an der Unterseite 184 der Schulterscheibe
176 zur Anlage gelangen kann. Die Schulterscheibe 176 ist längs des Außengewindes174
des Endteils 170 des Schiebers 106 justierbar. Die Stellung der Schulterscheibe
kann dabei fixiert werden, indem man eine oder mehrere Feststellschrauben
186,
die radial an der Schulterscheibe 176 angeordnet sind, anzieht. Auch der Flanschstopfen
166 kann in seiner vertikalen Position durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben
in die Endplatte 156 des Arbeitszylinders positioniert werden. Dadurch kann jede
Abwärtsbewegung des Kolbenelementes 142 und damit des Schiebers 106 durch die Anlage
der Stirnfläche 182 an der Unterseite 184 begrenzt werden. Jede Aufwärtsbewegung
des Schiebers 106 wird einstellbar durch die Anlage der Ringschulter 178 am Ende
180 des Flanschstopfens 166 begrenzt. Im flanschförmigen Bereich des Flanschstopfens
166 sind radiale Öffnungen 188 vorgesehen, mit deren Hilfe die Vertikalposition
des Flanschstopfens 166 verändert werden kann, indem man den Flanschstopfen mittels
einer Stahlstange oder mittels eines anderen Werkzeuges verdreht, die in die Öffnung
188 eingeführt wird, um ein Drehmoment auf den Flanschstopfen 166 auszuüben.
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Das Kolbenelement 142 und damit der Schieber 106 können reziprozierend
verschoben werden, indem man ein Druckmedium in die Kammern 152 und 154 einführt
bzw. aus diesen absaugt.
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Dies kann über Leitungen 190 und 192 erfolgen. Wenn Druckmedium durch
die Leitung 190 in die Kammer 152 eingelassen wird, während gleichzeitig das Druckmedium
über die Leitung 192 aus der Kammer 154 abgesaugt wird, dann wird das Kolbenelement
142 und mit ihm der Schieber 106 nach oben verschoben, bis die Ringschulter 178
am Ende 180 zur Anlage gelangt, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
Wenn Druckmedium über die Leitung 192 in die Kammer 154 eingelassen wird, während
Druckmedium über die Leitung 190 aus der Kammer 152 abgesaugt wird, dann werden
das Kolbenelement 142 und der Schieber 106 nach unten geschoben, wobei die Ringschulter
178 vom Ende 180 getrennt wird, bis die Stirnfläche
182 an der
Unterseite 184 zur Anlage kommt Diese Verschiebung des Schiebers 106 verschiebt
damit auch den oberen Anlenkpunkt des Kniehebelmechanismus, der durch den Stift
116 gebildet wird. Dabei werden auch die Presse 42 und insbesondere die Platte 38
verschoben oder genauer noch weiter nach unten verschoben, als es durch die Abwärtsbewegung
möglich ist, die durch den Kniehebelmechanismus 136 in dessen unterster Position
möglich ist. Umgekehrt führt die Aufwärtsbewegung des Schiebers 106, die sich aufgrund
der Aufwärtsbewegung des Kolbenelementes 142 ergibt, zu einer Verschiebung des Stiftes
116 in Aufwärtsrichtung, wodurch gleichzeitig auch die Platte 38 und die Presse
42 nach oben verschoben werden.
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Der Hub der Presse 42, der sich aufgrund der Tätigkeit des Kolbenelementes
142 im Arbeitszylinder 99 ergibt und damit die obere und die untere Extremposition
des Schiebers 106 werden durch die Justierung des Flanschstopfens 166 und der Schulterscheibe
1 76 bestimmt. Das Druckmedium, das zur reziprozierenden Verschiebung des Kolbenelementes
142 verwendet wird, kann ein hydraulisches oder ein pneumatisches Druckmedium sein,
beispielsweise Druckluft, wobei es günstig ist, daß man dabei auch noch den Vorteil
der Dämpfung des pneumatischen Systems erzielt. Das in der Zeichnung nicht dargestellte,
zur Einführung und Absaugung des Druckmechanismus in bzw. aus den Kammern 152 und
154 durch die Leitungen 190 bzw. 192 dienende Ventil wird durch eine geeignete Nockenscheibe
auf dem Antrieb der gesamten Presse betätigt, so daß die Aktivierung des Arbeitszylinders
zeitlich so eingestellt werden kann, daß sie zu jedem Zeitpunkt des durch den Kniehebelmechanismus
136 hervorgerufenen Arbeitszyklus der Presse 42 oder am Ende dieses Zyklus oder
am Beginn dieses Zyklus
stattfinden kann. Die Bewegungsrichtung
des Kolbenelements 142 und damit des Schiebers 106 kann dieselbe sein wie die Bewegungsrichtung
der Presse 42, wie sich aufgrund der Tätigkeit des Kniehebelmechanismus 136 ergibt,
sie kann dieser aber auch entgegengesetzt sein.
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Wenn man die hydraulische oder pneumatische Betätigung des Schiebers
106 unwirksam machen will, dann muß man nur die Schulterscheibe 176 so einstellen,
daß ihre Unterseite 184 an der Stirnfläche 182 des Flanschstopfens 166 anliegt,
wobei der Flanschstopfen 166 vorher so justiert worden ist, daß sein Ende 180 an
der Ringschulter 178 des Schiebers anliegt. Auf diese Weise kann die durch den Stift
116 gebildete Achse nach oben und nach unten in jeder beliebigen Position fixiert
werden, wobei die Justierung innerhalb des Bereiches möglich ist,den die Justierelemente
zulassen. Wenn die Justierung einmal fixiert worden ist, dann kann man die Leitungen
190 und 192 von der Druckmedienquelle abtrennen, so daß die Druckmittelbetätigung
der Presse abgeschaltet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man also leicht eine Referenzposition
für die Presse 42 einstellen und man kann außerdem leicht die Presse 42 mit einer
zusätzlichen Vorrichtung verschieben, die neben dem Kniehebelmechanismus 136 und
mit diesem zusammenarbeitet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erhält man
zusätzlich eine erhöhte Flexibilität der reziprozierenden Bewegung der Presse 42
und durch geeignete zeitliche Abstimmuny die Möglichkeit einer gemeinsamen oder
sukzessiven Bewegung der Presse, einmal mit Hilfe des Kniehebelmechanismus und zum
andern mit Hilfe der zusätzlichen, druckmittelbetätigten Verschiebevorrichtung.
Insbesondere bei der Verwendung eines pneumatischen
Druckmittels
erhält man den Vorteil einer gedämpften Betätigung des Kolbenelements 142 und damit
des Schiebers 106 sowie der Presse 42, d.h. der Amboß 30 kann auf die obere Fläche
20 der Formplatte 24 gedämpft und gefedert gepreßt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion
erhält man dann, wenn man die Platte 38 der Presse 42 zur Betätigung entweder unabhängiger
oberer Stempel oder in den Amboß eingebauter oberer Stempel verwendet, wie dies
beispielsweise im US-Patent 3 775 032 beschrieben und schematisch in den Figuren
3 bis 6 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein Artikel
aus Pulvermaterial zwischen dem Ende eines Ambosses 30 und der Endfläche eines Stempels
202 verdichtet wird, wobei der Stempel 202 reziprozierend verschieblich in einer
Bohrung 204 der Formplatte 24 angeordnet ist. Bevor man den Artikel mit Hilfe des
reziprozierenden Stempels 202 verdichtet, indem man diesen gegen die Endfläche des
Ambosses 30 verschiebt, der oberhalb der Formöffnung 204 angeordnet ist, wird die
Formöffnung mit Pulvermaterial 206 gefüllt, in dem sich eine große Anzahl kleiner
fester Teilchen 208 aus Metall, Keramik oder ähnlichem befinden, die mit einer kleinen
Menge eines Binders und manchmal eines Schmiermittels gemischt sind. Bei bestimmten
Zusammensetzungen des pulverförmigen Materials unter Hinzufügung von Binder und
Schmiermittel kann dem Pulver die Fließfähigkeit fehlen, so daß man eine relativ
klebrige pastöse Konsistenz erhält. Wenn dann der Stempel 202 nach oben verschoben
wird, dann ist die Reibung zwischen dem pulverförmigen Material 206 und der Wand
der Formbohrung 204 ausreichend, eine relative Vorverdichtung des Pulvermaterials
zu erreichen, und zwar selbst dann, wenn das Material nicht klebrig ist. Diese Vorverdichtung
nimmt ausgehend von der Endfläche
des Stempels 222 langsam ab,
und zwar als Funktion des Abstande eines bestimmten Teilchens von de Fläche des
Stempels. Sobald also der Stempel 202 nach oben verschoben wird, ist die Dichte
des Pulvermaterials am Boden grö3er und nimmt als Funktion der Höhe langsam ab.
Eine solche ungleichmäßige, aber zunehmend geringer werdende Dichte ist in Fig.
3 durch eine dichtere Packung der Teilchen in der Nähe der Endfläche des Stempels
202 dargestellt. Diese dichtere Packung nimmt dabei als Funktion des Abstands des
Teilchens von der Fläche des Stempels 202 ab. Da die mit einem Bindemittel beschichteten
Teilchen 208 außerdem noch an der Wand der Formbohrung hängen bleiben, führt die
Reibung der Wand zusätzlich noch zu einer dichteren Packung der Teilchen in der
Nähe der Wände, während die Packung zur Mitte hin weniger dicht ist. Als Ergebnis
stellt sich eine Dichte ein, die etwa der in Fig. 3 dargestellten ähnelt, d.h. die
Dichte eines Gegenstandes ist am Umfang und am Boden größer als an der Oberseite
und im Zentrum. Sogar die Schwerkraft führt zu einer vergrößerten Dichte am Boden
des verdichteten Artikels, sobald pulverförmiges Material in die Formöffnung gefüllt
wird. Dieser Effekt tritt sogar auf, bevor der Stempel 202 überhaupt verschoben
worden ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es, die Hubbewegung
der Presse präzise abzustimmen. Dabei läßt sich dann auch die Hubbewegung des oberen,
am Pressenende befestigten Stempels präzise abstimmen, und zwar dynamisch, d.h.
im Hinblick auf Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung, statisch, d.h. im Hinblick
auf den von den diversen Stempeln ausgeübten Druck und den Druckverlauf, und schließlich
in zeitlicher Hinsicht. Als Folge kann man mit der erfindungsgemäßen Konstruktion
Preßlinge herstellen, deren Dichte von Teil zu Teil
eine höhere
Konstanz aufweist. Darüber hinaus ist auch die Dichte in einem einzigen Preßling
wesentlich gleichmäßiger, als das bisher erreichbar war.
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Die Figuren 4 bis 6 zeigen in schematischer Darstellung aufeinanderfolgende
Schritte bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion. In Fig. 4 ist ein
unterer Stempel 202 in seiner zurückgezogenen Position in der Formbohrung 204 der
Formplatte 24 dargestellt. Die Formbohrung 204 ist mit pulverförmigem Material gefüllt,
und zwar bündig mit der oberen Fläche 20 der Formplatte. Überschüssiges pulverförmiges
Material 206 wird von der Kante einer Materialzufuhrvorrichtung 209 derart entfernt,
daß die Oberseite des pulverförmigen Materials 206, welches in der Formbohrung 204
verbleibt, im wesentlichen bündig mit der oberen Fläche 20 der Formplatte 24 abschließt.
Anschließend wird der Stempel 202 in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise noch um
eine kleine Strecke zurückgezogen. Gleichzeitig wird ein oberer Stempel 210 so vorgeschoben,
daß sein unteres Ende gerade in die Formbohrung 204 eintritt. In diesem Zeitpunkt
wird der untere Stempel 202 nach oben verschoben, wodurch man eine Vorverdichtung
des pulverförmigen Materials 206 am Boden desselben erhält. Diese Vorverdichtung
stellt sich als Ergebnis der Reibung zwischen den Teilchen 208 und der Wand der
Formbohrung 204 ein.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird der obere Stempel 210 dann nach unten
in die Formbohrung 204 bewegt, und zwar schneller als die Bewegung des unteren Stempels
202 nach oben erfolgt.
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Dadurch erhält man eine zunehmende Verdichtung des Pulvermaterials
206, so daß die Dichte an der Oberseite der Masse im wesentlichen der Dichte an
der Unterseite der Masse gleich wird.
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Fig. 7 stellt das Ende des Verdichtungsschrittes dar. Das
pulverförmige
Material 206 ist zusammengedrückt worden und weist über die gesamte Masse eine im
wesentlichen gleiche Dichte auf. Man kann dies dadurch erreichen, daß man den Stempel
210 in der Formbohrung 204 etwas schneller nach unten verschiebt als man den Stempel
202 nach oben verschiebt.
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Da die Presse 42 auch an ihrem unteren Verschiebepunkt durch den Druckmittelmechanismus
noch weiter nach unten verschoben werden kann, was ebenfalls für den an der Presse
befestigten Stempel 210 gilt, kann man zusätzlich, falls dies gewünscht wird, die
Kompaktierung des Pulvermaterials 208 zwischen dem weiter vorgeschobenen Stempel
210 und dem sich absenkenden unteren Stempel 202 zu Ende führen, wodurch man insbesondere
bei dem bereits weitgehend verdichteten Pulvermaterial die Reibung der außenliegenden
Partikel 208 an der Wand der Formbohrung 204 erhöht. Man erhält dadurch eine noch
gleichförmigere Dichteverteilung des verdichteten Teiles. In Fig. 8 ist eine weitere
vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Wenn man
relativ dünne Teile 212 durch Verdichtung von pulverförmigem Material zwischen den
Endflächen Eines reziprozierend verschieblichen unteren Stempels 202 und eines ebenfalls
reziprozierend verschieblichen oberen Stempels 210 herstellt, so kann man den oberen
Stempel 210 nicht aus der Formbohrung 204 in der Formplatte 24 herausziehen und
damit die Formbohrung öffnen, ehe man nicht den unteren Stempel 202 so weit vorgeschoben
hat, daß das fertige Teil aus der Formbohrung ausgestoßen ist, da das dünne Teil
212 relativ zerbrechlich ist und leicht zerstört werden kann. Wenn man den oberen
Stempel 210 zuerst herauszieht, erzeugt man in der Formbohrung ein Teilvakuum, das
zu einer Zerstörung des Teils führen kann. Wenn auch das Teilvakuum in der Formbohrung
das Teil möglicherweise noch nicht zerstört, dann würde eine weitere Verschiebung
des unteren
Stempels zu einer Zerstörung führen können, und zwar
als Folge der Reibung der Kante des Teils 12 an der Wand der Formbohrung 204. Es
ist daher wünschenswert, daß beim gesamten Ausstoßvorgang das Teil 12 konstant zwischen
den Endflächen der zwei Stempel 202 und 210 gehalten ist. Die vorliegende Konstruktion
ermöglicht die sichere Abstützung des Teils nach der Verdichtung von oben und von
unten auch bei dünnen Teilen 212, indem mit der Endfläche des oberen Stempels 210
kontinuierlich Druck auf die obere Fläche des Teils ausgeübt wird. Dies läßt sich
durch eine entsprechende Justierung des Druckmitteldruckes in der Kammer 152 (Figuren
1 und 2) erreichen. Dieser Druck bleibt aufrechterhalten, bis das Teil 212 aus der
Formbohrung ausgestoßen ist und sich ein wenig oberhalb der oberen Fläche 20 der
Formplatte 24 befindet. In diesem Augenblick kann der obere Stempel 210 mittels
des Kniehebelmechanismus vollständig zurückgezogen werden. Selbstverständlich ermöglicht
es die vorliegende Konstruktion, dasselbe Ergebnis zu erzielen, wenn ein dünnes
Teil gegen die untere Fläche eines Ambosses verdichtet wird, da auch hier der Anpreßdruck
des Ambosses allmählich verringert werden kann, wenn der untere Stempel 202 nach
oben geschoben wird. Dies läßt sich ebenfalls durch abgestimmte Erhöhung des Druckes
in der Kammer 152 und durch Abzug des Druckmittels aus der Kammer 154 erreichen.
Wenn es gewünscht wird, dann kann der Amboß "schwimmend" in dem Arbeitsstationpositionierer
30 (Figuren 1 und 2) angeordnet sein und mittels einer nach oben gerichteten Vorspannung
beaufschlagt sein, die das Gewicht des Ambosses ausgleicht. Auf diese Weise liegt
die Unterseite des Ambosses beim Loslassen nicht länger an der Oberseite des fertigen
Teils an.
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