DE3715077C2

DE3715077C2 -

Info

Publication number: DE3715077C2
Application number: DE19873715077
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8672 Selb De Liebl
Original assignee: Erich Netzsch GmbH and Co Holding KG
Current assignee: Erich Netzsch GmbH and Co Holding KG
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1992-06-25
Also published as: DE3715077A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Präzi sionsformlingen aus pulver- oder granulatförmigen Werkstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 29 51 716 A1 bekannt.

Aus der US-PS 43 76 085 ist ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionsformlingen aus pulver- oder granulatförmigen Werk stoffen bekannt, bei dem der Maximalwert der Preßkraft bei einem Preßhub ermittelt und mit einem Soll-Wert verglichen wird, um für nachfolgende Pressungen die Pulvermenge zu steuern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß neben der während eines Preßhubes auftretenden Maximalkraft auch der Kraftverlauf entfernt vom Maximalwert sehr aufschlußreich ist über die Qualität des herzustellenden Produktes, insbesondere bezüglich der Homogenität des Materials im Formling. Insbesondere der Gradient des Kraftverlaufs in der Anfangsphase der Pressung kann Aufschluß geben über die Qualität des gepreßten Produktes. So ist es möglich, daß bei zwei Pressungen die Maximalwerte der Kraft übereinstimmen, sich aber die Verläufe der Kraftkurven außerhalb des Maximalwertes deutlich unterscheiden, was wesent lich verschiedene Produktqualitäten anzeigt. Je nach den Anfor derungen bei der weiteren Verarbeitung und Verwendung des ge preßten Formlings kann dies zu einem Ausschuß des Formlings führen.

Die DE 25 20 662 C3 beschreibt eine Einrichtung zum Überwachen der Preßkräfte bei einer Tablettenpresse, bei der aufgrund einer Mittelwertbildung Toleranzgrenzen vorgegeben werden und überprüft wird, ob die Maxima der Preßkraftverläufe innerhalb des tolerierten Bereichs liegen.

Auch die EP 01 30 958 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei der zwar der Kraft/Weg-Verlauf gemessen wird, aber nur die Maximal werte der Kraft für die Herstellung des Formlings bzw. Steue rung der Presse ausgewertet werden.

Die DE 32 28 559 A1 beschreibt eine Anordnung zum Messen der bei einer Presse auftretenden Kräfte. Es erfolgt eine Messung der Kraft als Funktion des Weges.

Die GB-PS 12 16 397 beschreibt eine Tablettenpresse, bei der der Verlauf der aufgebrachten Preßkräfte angezeigt werden kann.

Aus der DE 24 09 246 A1 ist eine Formpresse bekannt, die so gesteuert wird, daß dann, wenn an irgendeiner Stelle des Stempelhubes eine zulässige Belastung der Presse überschritten wird, der Stempelhub beendet wird, um Beschädigungen der Presse zu vermeiden.

Aus der DE 32 41 063 ist ein Verfahren zum Überwachen der Kräfte an Stanzpressen bekannt, bei dem die bei kombinierten Stanz- und Biegevorgängen unmittelbar am Stanzwerkzeug auftre tenen Druck- und Zugkräfte kurbelwinkelabhängig erfaßt und für be stimmte Winkelstellungen sichtbar angezeigt werden. Dabei kann die Anzeige auf einem Bildschirm erfolgen.

Aus der US-PS 40 23 044 ist eine automatische Stanzpresse be kannt, die ein Überwachungs- und Beobachtungssystem aufweist. Dann, wenn vorgegebene Schwellenwerte überschritten werden, erfolgt eine Alarmgebung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß eine weitere Verbesserung be züglich der Homogenität des erzeugten Produktes, welche nicht nur vom Maximaldruck der Presse abhängt, erreicht wird. Daneben soll eine Erweiterung und Vereinfachung der Einstellbarkeit der vorzugebenden Toleranzwerte ermöglicht sowie eine Beschädigung der Presse verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung ermöglicht somit ein einfaches Einstellen der vorzugebenden Toleranzwerte für den Preßdruckverlauf, wobei die Toleranzwerte für den gesamten wegabhängigen Verlauf der Preß kraft sowohl bezüglich des Ortes als auch bezüglich der Kraft abweichung frei einstellbar sind, je nach dem verarbeiteten Material und den Anforderungen an das Produkt.

Erfindungsgemäß ist vorge sehen, daß dann, wenn die gemessenen Preßdruckwerte nach einem Preßweg, der deutlich vor dem Kraftmaximum liegen kann, außer halb einer vorgegebenen Toleranz liegen, sofort die laufende Pressung beendet wird, um eine Beschädigung der Presse zu ver meiden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch verschiedene Zustände einer Presse wäh rend des Pressens eines Formlings;

Fig. 2 verschiedene Zustände einer Presse beim Abziehen der Werkzeuge vom Formling;

Fig. 3 einen typischen Verlauf des Preßdruckes in Abhängig keit vom Preßweg der Preßwerkzeuge; und

Fig. 4 schematisch Polygonzüge aus vorgegebenen Vergleichs punkten.

Die Fig. 1A, B und C zeigen schematisch eine Presse 10 in ver schiedenen Zuständen.

Beim in Fig. 1A gezeigten Zustand der Presse 10 ist Pulver oder Granulat 12, aus dem der Formling 12′ (siehe Fig. 2) gepreßt werden soll, in einen Füllraum 14 eingefüllt. Der Füllraum 14 wird begrenzt durch eine Matrize 16, einen unteren Werkzeug stößel 18, einen oberen Werkzeugstößel 20 und einen den Füll raum 14 mittig durchsetzenden Werkzeugstift 26. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Formling 12′ also hülsenförmig.

Der obere Werkzeugstößel 20 ist durch eine Feder 22 abgefedert. In den Figuren sind die Bewegungsrichtungen der Preßwerkzeuge in den einzelnen Preß-Phasen durch Pfeile angedeutet.

Der untere Werkzeugstößel 18 ist auf einer Stützplatte 24 abge stützt. Bei der dargestellten Presse bewegen sich bei einem Preßhub die Stützplatte 24 und somit der untere Werkzeugstößel 18 nicht.

Die Matrize 16 und der Werkzeugstift 26 sind aber bewegbar. Zum Bewegen der Matrize 16 dient ein Abzugsgestänge 28.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen unmittelbar den Betrieb der Presse über einen gesamten Preßhub bis zur Entstehung des fertigen Formlings 12′ (siehe Fig. 2F).

In der Stellung gemäß Fig. 1A wird der Füllraum 14 mit Pulver oder Granulat 12 bis zur Oberkante der Matrize 16 gefüllt. Die Größe des Füllraumes 14 wird durch die Relativstellung zwischen der Matrize 16 und dem unteren Werkzeugstößel 18 bestimmt und läßt sich durch Bewegen der Matrize 16 mittels des Abzugsgestän ges 28 verändern.

Sodann wird gemäß Fig. 1B der obere Werkzeugstößel 20, der über eine Feder 22 abgefedert ist, in Richtung des Pfeiles abwärts bewegt. Die Linie L₁ ist die obere Stößelstellung des oberen Werkzeugstößels 20. Die Linie L₂ ist die Preßstellung des obe ren Werkzeugstößels 20, d. h. der obere Werkzeugstößel 20 bewegt sich abwärts bis zur Linie L₂ und kehrt dann seine Bewegungs richtung um (s. Fig. 2E, F).

Gemäß Fig. 1B dringt beim Pressen des Pulvers oder Granulates 12 der obere Werkzeugstößel 20 in die Matrize 16 und kompri miert das Pulver bzw. Granulat. Dabei verharrt die Matrize 16 zunächst in Füllstellung (vgl. Fig. 1A und B). Nachdem der obe re Werkzeugstößel 20 um die Strecke D₁ in die Matrize 16 einge drungen ist, erfolgt die Bewegung des oberen Werkzeugstößels synchron mit einer Abwärtsbewegung der Matrize 16 (vgl. Fig. 1B und C).

In Fig. 1C hat die Matrize 16 die Preßstellung erreicht und verharrt in dieser Stellung, bis der obere Werkzeugstößel 20 einen voreingestellten Vorpreßweg, hier die Strecke D₂, von oben nachgedrückt hat.

In der in Fig. 2D gezeigten Stellung hat die Presse die end gültige Preßstellung erreicht, d. h. aus dem Pulver oder Granu lat 12 ist ein Formling 12′ gepreßt. Gemäß Fig. 2E wird sodann die Matrize 16 mittels des Abzuggestänges 28 abwärtsbewegt und der obere Werkzeugstößel 20 wird aufwärtsbewegt. In der in Fig. 2F gezeigten Stellung sind die Matrize 16 und der Werk zeugstift 26 soweit abwärts gezogen, daß der fertige Formling 12′ freiliegt und durch eine Greifvorrichtung aus der Presse 10 entfernt werden kann.

Fig. 3 zeigt einen typischen Verlauf 30 des Preßdruckes in Ab hängigkeit vom Preßweg. Der Umkehrpunkt 32 entspricht der Stel lung gemäß Fig. 2D, in welcher der Preßdruck seinen Maximalwert erreicht hat.

Der in Fig. 3 gezeigte tatsächliche Verlauf 30 des Preßdruckes entspricht einem gewünschten Verlauf während eines Preßhubes. Auf dem Ast 30′ wird der Preßdruck erhöht, während auf dem Ast 30′′ der Preßdruck nachläßt. Die Abzugskraft beim Entfernen der Preßwerkzeuge (Matrize und Werkzeugstößel) voneinander ist in Fig. 3 nicht gezeigt.

Ausgehend vom in Fig. 3 gezeigten gewünschten Verlauf 30′ des Preßdruckes gemäß der durchgezogenen Linie werden Vergleichs werte 1_o, 2_o . . . 10_o bestimmt, die um einen vorgegebenen Betrag oberhalb der gewünschten Ideal-Kurve 30′ liegen. Entsprechend werden untere Vergleichswerte 1_u, 2_u . . . 10_u vorgegeben. Sobald während eines Preßhubes der tatsächlich gemessene Verlauf 30′ des Preßdruckes nicht innerhalb der vorgegebenen Vergleichs werte 1_o-1_u, 2_o-2_u . . . 10_o-10_u liegt, wird die Presse zur Ver meidung eines Bruches stillgelegt. Eine eventuell auftretende Überlast wird somit nicht erst im Bereich des Maximums des Preßdruckes (s. Fig. 3 den Umkehrpunkt 32) ermittelt, sondern kann schon früher festgestellt werden und die Presse kann vor Erreichen der maximalen Überlast stillgesetzt werden.

Gemäß Fig. 3 sind im Bereich des Maximums des Preßdruckes (Umkehrpunkt 32) sechs Vergleichswerte 11_a, 11_b, 11_c, 11_d, 11_e und 11_f vorgegeben, mit denen der gemessene Preßdruck verglei chen wird. Die Vergleichswerte 11_a und 11_f sind negative bzw. positive Vergleichswerte "Notstillegung". Sobald der im Maximum des Preßdruckes gemessene Preßdruck oberhalb des positiven Ver gleichswertes "Notstillegung" 11_f bzw. unterhalb des negativen Vergleichswertes "Notstillegung" 11_a liegt, wird die Presse stillgesetzt, da ein ernster Fehler zu beheben ist, der einen Fortgang der Produktion ausschließt.

Liegt der gemessene maximale Preßdruck im Intervall zwischen dem positiven Vergleichswert "Ausschuß" 11_e und dem Vergleichs wert 11 _f bzw. im Intervall zwischen dem negativen Vergleichs wert "Ausschuß" 11_b und dem Vergleichswert 11_a, so zeigt dies an, daß der gepreßte Formling 12′ außerhalb der gewünschten Qualitätstoleranz liegt, und er wird automatisch nach Abschluß des Preßvorganges ausgesondert. Der Füllraum 14 wird entspre chend durch Relativbewegung zwischen der Matrize 16 und dem un teren Werkzeugstößel 18 (siehe Fig. 1A) korrigiert, so daß beim nächsten Preßhub der zuvor aufgetretene Fehler nicht mehr zu erwarten ist. War der gemessene maximale Preßdruck im Intervall zwischen den Vergleichswerten 11_e und 11_f gelegen, so wird der Füllraum 14 etwas verkleinert. Lag hingegen der gemessene maxi male Preßdruck im Intervall zwischen den Vergleichswerten 11_b und 11_a, so wird der Füllraum für den nachfolgenden Preßhub etwas vergrößert.

Liegt der gemessene maximale Preßdruck im Intervall zwischen den Vergleichswerten "Füllraumänderung" 11_c und 11_d, so liegt der Preßdruck innerhalb der für die gewünschte Qualität zuläs sigen Toleranzen und es braucht keine neue Einstellung des Füllraumes 14 zu erfolgen.

Die Vergleichswerte 11_a bis 11_f können entsprechend den ge wünschten Qualitätsanforderungen bezüglich des gepreßten Form lings 12′ frei vorgegeben werden. Ein herkömmlicher Prozessor (nicht gezeigt) speichert die gewünschten Daten und steuert das Verfahren vollautomatisch.

Fig. 4 zeigt einen gewünschten Verlauf 30 des Preßdruckes über dem Preßweg. Dieser Preßdruckverlauf 30 wird für den gewünsch ten Formling und das gegebene Pulver oder Granulat experimen tell ermittelt. Dabei werden die Parameter, wie insbesondere die Füllmenge, der Preßdruck etc. solange variiert, bis der er zeugte Formling die gewünschte Qualität hat, was mit üblichen Prüfmethoden festgestellt wird. Sodann wird der gewünschte Preßdruckverlauf 30 auf einem Bildschirm gemäß Fig. 4 darge stellt, so daß die Bedienungsperson Vergleichspunkt P₁, P₂, P₃, P₄, P₅ und P₆ festlegen kann, die einen oberen Polygonzug P_o definieren. Mit einem herkömmlichen Rechner wird also aus dem vorgegebenen Vergleichspunkten P₁, P₂ . . . P₆ ein geschlossener Kurvenzug gebildet, der für die nachfolgenden Pressungen von weiteren Formlingen die obere Toleranzgrenze für den Verlauf des Preßdruckes bildet.

Entsprechend werden untere Vergleichspunkte P_a, P_b, P_c, P_d, P_e, P_f und P_g vom Benutzer angesichts des gewünschten Preßdruckver laufes vorgegeben, die vom Rechner ebenfalls zu einem geschlos senen Polygonzug P_u verarbeitet werden. Der untere Polygonzug P_u bildet für die nachfolgenden Pressungen von weiteren Form lingen die untere Toleranzgrenze. Dabei können im Maximum des Verlaufes des Preßdruckes noch die anhand der Fig. 3 erläuter ten Vergleichswerte 11_a, . . ., 11_f vorgegeben und entsprechend verarbeitet werden.

Während des Abziehens der Preßwerkzeuge voneinander entspre chend den Fig. 2E und 2F treten Abzugskräfte auf, die durch die Reibung zwischen dem Formling 12′ und der Matrize 16 sowie dem Werkzeugstift 26 bedingt sind. Die Reibung ist unter anderem abhängig vom Verschmutzungs- und Verschleißgrad der Matrize 16 bzw. des Werkzeugstiftes 26. Durch Messung der Abzugskraft wäh rend des Abziehens der Werkzeuge vom Formling 12′ und Vergleich der gemessenen Werte mit vorgegebenen Vergleichswerten analog dem anhand der Fig. 3 beschriebenen Verfahren kann somit fest gestellt werden, ob ein kritischer Zustand hinsichtlich der Reibungswerte erreicht ist. Bei zu großen Abzugskräften besteht die Gefahr, daß der Werkzeugstift 26 reißt. Ergibt der Ver gleich zwischen den gemessenen Abzugskräften und den vorgegebe nen Vergleichswerten, daß vorgegebene Toleranzen überschritten werden, so wird automatisch entweder die Vorrichtung zur Ver meidung eines Reißens des Werkzeugstiftes stillgesetzt oder es wird, bei geringeren Abweichungen angezeigt, daß ein Auswechseln der Matrize 16 und/oder des Werkzeugstiftes 26 er forderlich ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Präzisionsformlingen aus pulver- oder granulatförmigen Werkstoffen, bei dem im Verlauf des Hubes einer mechanischen Presse der Maximalwert des Preß druckes gemessen und für die weitere Steuerung der Presse herangezogen wird, ein für den zu pressenden Formling gewünsch ter Verlauf des Preßdruckes in Abhängigkeit vom Preßweg er mittelt und abgespeichert wird, die bei den nachfolgenden Pres sungen von weiteren Formlingen in Abhängigkeit vom Preßweg ge messenen Preßdruckwerte mit dem gespeicherten gewünschten Ver lauf des Preßdruckes verglichen werden, und die Steuerung der Presse für die nachfolgenden Pressungen in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- der gewünschte Verlauf des Preßdruckes in Abhängigkeit vom Preßweg für das gegebene Pulver bzw. Granulat experimentell festgestellt wird,
- der gewünschte Verlauf des Preßdruckes in Abhängigkeit vom Preßweg auf einer graphischen Anzeigeeinrichtung dargestellt wird,
- mehrere Vergleichspunkte (P₁, P₂, . . . P_a, P_b . . .) vorgegeben werden, die vom gewünschten Verlauf des Preßdruckes positiv bzw. negativ abweichen,
- aus den positiv abweichenden und den negativ abweichenden Vergleichspunkten jeweils ein Polygonzug (P_o, P_u) erzeugt und abgespeichert wird,
- beim Vergleich der gemessenen Preßdruckwerte mit dem gewünschten Verlauf des Preßdruckes festgestellt wird, ob die gemessenen Preßdruckwerte zwischen den Polygonzügen liegen, und
- die Steuerung der Presse aufgrund des Vergleichsergebnisses während der laufenden Pressung oder für die nachfolgende Pressung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Presse in Abhängigkeit vom Ver gleichsergebnis wahlweise folgende Schritte vorgesehen sind:

a) Stillegen der Presse während der laufenden Pressung und/oder
b) Aussortieren des Formlings als Ausschuß und/oder
c) Ändern des Füllraumes der Presse.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Maximum des gewünschten Verlaufs des Preßdruckes folgende sechs Vergleichswerte vorgegeben werden:

a) ein positiver Vergleichswert "Notstillegung",
b) ein positiver Vergleichswert "Ausschuß",
c) ein positiver Vergleichswert "Füllraumänderung",
- a′) ein negativer Vergleichswert "Notstillegung",
- b′) ein negativer Vergleichswert "Ausschuß",
- c′) ein negativer Vergleichswert "Füllraumänderung",

wobei dann

- wenn der gemessene Preßdruck oberhalb des postiven Ver gleichswertes "Notstillegung" liegt, der Preßdruck sofort vermindert und die Presse stillgelegt wird,
- wenn der Preßdruck oberhalb des positiven bzw. unterhalb des negativen Vergleichswertes "Ausschuß" liegt, der betroffene Formling nach dem Pressen aussortiert und der Füllraum verklei nert bzw. vergrößert wird und dann,
- wenn der gemessene Preßdruck zwischen dem positiven Ver gleichswert "Füllraumänderung" und dem positiven Vergleichswert "Ausschuß" oder zwischen dem negativen Vergleichswert "Füll raumänderung" und dem negativen Vergleichswert "Ausschuß" liegt, der betroffene Formling nicht aussortiert, aber der Füllraum vor dem nachfolgenden Preßhub verkleinert bzw. vergrö ßert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf eines Hubes die Abzugskraft beim Abziehen der Preßwerkzeuge gemessen und mit vorgegebenen Vergleichswerten verglichen wird und daß in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die weitere Steuerung der Presse durchgeführt wird, insbesonde re eine Unterbrechung des Abziehens, wenn die gemessene Abzugs kraft größer ist als ein vorgegebener Vergleichswert, eine Werkzeugsäuberung oder ein Werkzeugtausch.