DE4103408A1

DE4103408A1 - DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING MASS-CONTAINING FORM BODIES FROM PASTOESEN MASSES

Info

Publication number: DE4103408A1
Application number: DE4103408A
Authority: DE
Inventors: Lutz Beyer; Peter Kluge
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1992-08-06
Also published as: WO1992013692A1

Abstract

The invention concerns a device for the production of accurately dimensioned mouldings, e.g. oxide magnets, from moulding paste by wet-pressing. The invention also concerns a process for the production of such mouldings, and the mouldings themselves. The moulding paste is fed into the moudling die (6) by a pump (1), the die containing a punch (7) capable of exerting a pressure on the paste. The measurement and control electronics proposed by the invention includes a sensor element (8) which detects relative motion between the punch (7) and the die (6), plus control electronics which determine, from the measured data, the punch-travel distance and controls the pump feed pressure if punch travel lies outside a given range.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung der an sich bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern aus pastösen Massen im Naßpreßverfahren, wie sie z. B. bei der Herstellung von Oxidmagneten aus Metalloxidpasten angewandt werden, sowie die hergestellten Formkörper als solche. Bei diesen Verfahren wird angestrebt, eine hohe Produktqualität, d. h. fehlerfreie, in engen Toleranzgrenzen maßhaltige und über das gesamte Volumen homogene Formkörper, bei gleichzeitig kurzen Taktzeiten zu erzeugen. Ein Verfahren zur Herstellung von Oxidmagneten durch Maßverpressen von Metalloxidmasse ist in der DE-OS 33 47 035 be schrieben. Dabei kann man zwei Stufen unterscheiden. In der ersten Stufe, dem Füllvorgang, wird die Matrize, die der Form des gewünschten Preßlings entspricht, mit pastöser Metalloxidpaste gefüllt. In der zweiten Stufe, dem Preßvorgang, wird die Paste in der Matrize zum Formkörper (oder Preßling) gepreßt (oder verdichtet). Das Verfahren verbessert vorbekannte Arbeits weisen, indem es sicherstellt, daß in der ersten Stufe der optimale maximale Fülldruck für einen optimalen Zeitraum eingehalten wird. Im einzelnen wird die pastöse Masse mittels einer Massepumpe durch eine Fülleitung über ein ansteuerbares, druckregelndes Sperrventil in die Matrize geleitet. Zwischen Sperrventil und Matrize ist ein Drucksensor angeordnet, der den Fülldruck mißt und an eine Regelelektronik meldet. Diese steuert das Sperrventil so, daß während einer vorbestimmten Zeit, z. B. zwischen 0,3 und 1,0 sec, ein vorbestimmter maximaler Fülldruck, z. B. zwischen 30 und 50 bar, eingehalten und dadurch die Matrize optimal gefüllt wird. Die Regelelektronik leitet weiterhin nach Ablauf der erwähnten vorbestimmten Zeit selbsttätig die zweite Stufe des Verfahrens, den Preßvorgang, ein, indem sie auf die Hydraulik des Stempels einwirkt, der in der Matrize einen vorbestimmten maximalen Preßdruck erzeugt, der z. B. zwischen 200 und 800 bar liegt. Das Sperrventil ist in dieser Phase geschlossen, so daß kein Rückfluß von pastöser Masse in die Massepumpe stattfinden kann.The invention relates to a further embodiment and improvement of known methods and devices for the production of moldings from pasty Masses in the wet-pressing, as z. B. in the production of Oxidmagneten be applied from metal oxide pastes, as well as the produced Shaped body as such. In these methods, the aim is a high Product quality, d. H. faultless, dimensionally stable within narrow tolerances over the entire volume of homogeneous moldings, at the same time short Generate cycle times. A method for producing oxide magnets By Maßverpressen of metal oxide material is in DE-OS 33 47 035 be wrote. You can distinguish two levels. In the first stage, the filling process, the die, which is the shape of the desired compact corresponds, filled with pasty metal oxide paste. In the second stage, the Pressing process, the paste in the die becomes the shaped body (or compact) pressed (or compressed). The method improves on previously known work by ensuring that in the first stage the optimal maximum filling pressure is maintained for an optimal period of time. in the individual is the pasty mass by means of a mass pump by a Filling via a controllable, pressure-regulating shut-off valve in the Guided matrix. Between check valve and die is a pressure sensor arranged, which measures the filling pressure and reports to a control electronics. This controls the check valve so that during a predetermined time, z. B. between 0.3 and 1.0 sec, a predetermined maximum inflation pressure, z. B. between 30 and 50 bar, and thereby filled the die optimally becomes. The control electronics continue to conduct after expiration of the mentioned predetermined time automatically the second stage of the process, the Pressing, by acting on the hydraulics of the punch, which in the die generates a predetermined maximum pressing pressure, the z. B. between 200 and 800 bar. The check valve is in this phase closed, so that no reflux of pasty mass in the mass pump can take place.

Das Verfahren liefert bei kürzeren Taktzeiten Formkörper von besserer Qualität als die älteren, ungeregelten Verfahren. Es erfordert jedoch eine relativ aufwendige hydraulische Regelungseinrichtung. Diesen Nachteil vermeidet die Steuervorrichtung zur zeitlichen Steuerung des Fülldrucks beim Füllen eines Preßwerkzeugs nach der DE-OS 38 44 334. Dabei wird der maximale Fülldruck durch den Druck der Massepumpe vorgegeben, eine Regelung des maximalen Fülldrucks entfällt also. Der Drucksensor (oder Druckmeßfühler) gibt sein Signal an eine erste Schwellwertstufe und, parallel dazu, über ein Differenzierglied an eine zweite Schwellwertstufe. Die Ausgangssignale beider Schwellwertstufen gelangen in ein logisches Gatter, das einem nachgeschalteten Zeitglied ein Triggersignal übermittelt, wenn gleichzeitig ein erster Schwellwert - eine vorbestimmte Spannung - in der ersten Schwellwertstufe überschritten und ein zweiter Schwellwert - ein vorbestimmter Differentialquotient der Spannung nach der Zeit - in der zweiten Schwellwertstufe unterschritten wird. Das Zeitglied weist eine Haltezeit auf, die der zuvor ermittelten optimalen Haltezeit für den maximalen Fülldruck entspricht und gewährleistet so eine optimale Füllung der Matrize. Die Steuervorrichtung nach der DE-OS liefert mit vermindertem Aufwand ähnlich gute Ergebnisse wie das Verfahren nach der DE-OS 33 47 035. Die Maßhaltigkeit der Formkörper ist jedoch nicht immer hinreichend gut.The method provides for shorter cycle times moldings of better Quality than the older, unregulated procedures. It does, however, require one relatively complicated hydraulic control device. This disadvantage avoids the control device for timing the filling pressure when filling a press tool according to DE-OS 38 44 334. In this case, the maximum filling pressure given by the pressure of the mass pump, a regulation the maximum filling pressure is eliminated. The pressure sensor (or Pressure sensor) gives its signal to a first threshold level and, parallel thereto, via a differentiator to a second threshold level. The output signals of both threshold levels go into a logical Gate, which transmits a trigger signal to a downstream timer, if at the same time a first threshold - a predetermined voltage - in exceeded the first threshold level and a second threshold - a predetermined differential quotient of the voltage after the time - in the falls below second threshold level. The timer has a Hold on, the previously determined optimum hold time for the Maximum filling pressure corresponds and thus ensures optimal filling the matrix. The control device according to DE-OS provides with reduced Effort similar good results as the method of DE-OS 33 47 035. However, the dimensional accuracy of the shaped body is not always sufficiently good.

Advantages of the invention

Die Vorrichtungen und Verfahren nach den Patentansprüchen liefern Formkörper mit verbesserter Maßhaltigkeit, da die Rege lung an dem Preßweg des Preßstempels ansetzt, in den die End stellung des Preßstempels eingeht, die wiederum die Dimension des Formkörpers in der Preßrichtung bestimmt. Dies ist die kritische Dimension für die Maßhaltigkeit, da die anderen Dimensionen durch die Wandungen der Matrize eindeutig festgelegt sind. Die Regelung nach der Erfindung setzt also unmittelbar an dem kritischen Parameter ein. Für den vollautomatischen Betrieb eines Preßwerkzeugs zur Herstellung von Formkörpern aus pastösen Massen ist die Selbstanpassung einzelner Parameter eine wichtige Voraussetzung. Schwankungen in den Eigenschaften der pastösen Masse, insbesondere in den Fließ- und Fülleigenschaften, sowie Unstetigkeiten aus anderer Ursache werden durch sinnvolle Regelvorgänge ausgeglichen, die eine ständig optimale Abstimmung von hydraulischem Massepumpendruck, Fülldruck, Füllmenge, Preßgewicht und Preßdicke bewirken.The devices and methods according to the claims provide moldings with improved dimensional stability, since the rain ment attaches to the pressing of the press ram, in the end position of the punch, which in turn the dimension of the Shaped body determined in the pressing direction. This is the critical dimension for dimensional accuracy, since the other dimensions through the walls of the Are clearly defined. The scheme according to the invention sets thus directly at the critical parameter. For the fully automatic Operation of a pressing tool for the production of moldings from paste-like Mass self-adaptation of individual parameters is an important Requirement. Fluctuations in the properties of the pasty mass, especially in the flow and filling properties, as well as discontinuities other causes are compensated by meaningful control processes, the one constantly optimal coordination of hydraulic mass pump pressure, filling pressure, Fill quantity, press weight and press thickness effect.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach Anspruch 1, Fig. 1 is a block diagram of an apparatus according to claim 1,

Fig. 2 den Preßweg für einen Preßvorgang als Funktion der Zeit, und Fig. 2 shows the pressing path for a pressing operation as a function of time, and

Fig. 3 den Preßweg als Funktion der Preßtakte in einem iterativen Annäherungsprozeß, der zu einem Formkörper im Sollbereich führt. Fig. 3 shows the pressing path as a function of Preßtakte in an iterative approaching process, which leads to a shaped body in the desired range.

Description of the embodiment

Die pastöse Masse - im Beispiel der Herstellung eines Oxidmagneten die feingemahlenen (Teilchengröße 0,1 bis 2,0 µm) Metalloxide, mit Wasser und den üblichen Hilfsstoffen zu einer Paste mit 60 bis 80 Gew.% Feststoffgehalt angeteigt - wird von der Massepumpe (1) durch die Förderleitung (2) gepumpt. Sie passiert dann gegebenenfalls ein Sieb, das die groben Anteile zurückhält. Die pastöse Masse gelangt dann zum Absperrventil (4), das als Rückschlagventil ausgebildet ist oder auf andere Weise verhindert, daß beim Preßvorgang pastöse Masse in die Massepumpe zurückfließt. Der Drucksensor (5) mißt den Fülldruck unmittelbar vor der Matrize (6). The pasty mass - in the example of the preparation of an oxide magnet the finely ground (particle size 0.1 to 2.0 microns) metal oxides, with water and the usual excipients pasted into a paste with 60 to 80 wt.% Solids content - is from the mass pump ( 1 ) are pumped through the delivery line ( 2 ). It then happens, if necessary, a sieve, which restrains the coarse fractions. The pasty mass then passes to the shut-off valve ( 4 ), which is designed as a check valve or otherwise prevents pasty mass flows back into the mass pump during the pressing process. The pressure sensor ( 5 ) measures the filling pressure immediately before the die ( 6 ).

Die Matrize, die in ihrer Innenform den Abmessungen des gewünschten Formkörpers entspricht, verfügt über einen Preßstempel (7), der zweckmäßig hydraulisch betätigt wird und im Falle der Herstellung von Oxidmagneten im allgemeinen Drücke von 200 bis 800 bar auf die in der Matrize befindliche pastöse Masse auszuüben gestattet. Er stößt weiterhin nach Beendigung des Preßvorgangs den Formkörper nach oben aus, sobald die obere Begrenzung der Matrize den Weg freigibt.The die, which corresponds in its inner shape to the dimensions of the desired shaped body, has a ram ( 7 ), which is suitably operated hydraulically and in the case of the production of oxide magnet generally pressures of 200 to 800 bar on the pasty mass located in the die allowed to exercise. He continues to push after completion of the pressing process, the molding from above, as soon as the upper limit of the die releases the way.

Das Meßglied oder der Wegaufnehmer (8), der am Preßstempel oder an dessen Verlängerung angebracht ist, und die folgenden Komponenten bilden die Meß- und Regelelektronik, die ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist.The measuring element or the displacement transducer ( 8 ), which is attached to the ram or on its extension, and the following components form the measurement and control electronics, which is an essential feature of the invention.

Der Wegaufnehmer kann nach verschiedenen Meßsystemen arbeiten, z. B. analog als kapazitiver, induktiver oder Widerstandswegaufnehmer oder digital mit optischer Messung an einem markierten Glasstab (Inkrementaufnehmer). Er verfolgt die Relativbewegungen zwischen Stempel und Matrize. Das Wegmeß signal wird über den Meßverstärker (9) und, falls ein analoger Wegaufnehmer verwendet wird, über den A/D-Wandler (10) dem Rechenglied (11) zugeführt. Hier erfolgt die Differenzbildung zwischen dem Anfangswert X_F (Füll stellung des Preßstempels) und dem während des Stempelvorschubs laufend gelieferten Wegmeßwert X. Auf diese Weise wird die gesamte Weg-Zeit-Kurve des Preßvorgangs erfaßt. In Fig. 2 sind 3 derartige Kurven dargestellt. Die Kurve (1) gibt den Verlauf für einen Preßvorgang wieder, der zu einem Formkörper im Sollbereich führt. Kurve (2) betrifft den Fall "Preßweg zu kurz - Formkörper zu dick", Kurve (3) den umgekehrten Fall "Preßweg zu lang - Formkörper zu dünn".The transducer can work according to different measuring systems, eg. B. analog as capacitive, inductive or resistance transducer or digitally with optical measurement on a marked glass rod (increment sensor). He tracks the relative movements between punch and die. The Wegmeß signal is supplied via the measuring amplifier ( 9 ) and, if an analog transducer is used, via the A / D converter ( 10 ) to the computing element ( 11 ). Here, the difference between the initial value X _F (filling position of the press ram) and during the punch feed continuously supplied Wegmeßwert X. In this way, the entire path-time curve of the pressing operation is detected. In Fig. 2, 3 such curves are shown. The curve ( 1 ) shows the course for a pressing process, which leads to a shaped body in the desired range. Curve ( 2 ) relates to the case "pressing path too short - shaped body too thick", curve ( 3 ) the reverse case "pressing path too long - shaped body too thin".

Den in der Preßendstellung X_E am Ausgang des Rechengliedes anfallenden Wert für X_P = X_F-X_E, das heißt den Preßweg, hält die Sample & Hold Schaltung mit Zeitglied (12) und gibt ihn an den Fensterkomparator (13), in den die gewünschte Dicke des Formkörpers in Form eines Toleranzbereiches für den Preßweg X_P eingegeben wurde. Der Komparator vergleicht den gemeldeten X_P- Wert mit dem Toleranzbereich (der sog. Fensterbreite). Liegt der gemeldete X_P-Wert außerhalb der Fensterbreite, so setzt der Komparator je nach Abweichungsrichtung einen positiven oder negativen Zählimpuls auf den Zählspeicher (14).The value obtained in the final press position X _E at the output of the computing element for X _P = X _F -X _E , that is to say the pressing path, holds the sample and hold circuit with timer ( 12 ) and sends it to the window comparator ( 13 ) in the the desired thickness of the shaped body has been entered in the form of a tolerance range for the pressing path X _P. The comparator compares the reported X _P value with the tolerance range (the so-called window width). If the reported X _P value is outside the window width, the comparator sets a positive or negative count pulse on the count memory ( 14 ), depending on the direction of deviation.

Die Änderung der Zählspeichereinstellung wird über den D/A-Wandler (15) in eine entsprechende Steuerspannungsänderung des hydraulischen Druckregelventils (16) der Massepumpe (1) umgesetzt. Wenn man ein Proportional-Druckminderungsventil mit Nenndruck 0 bis 70 bar verwendet und mit einem Steuerspannungsbereich von 0 bis 10 V sowie einem 8 bit Speicher arbeitet, entspricht eine Steuerspannungsänderung von 0,04 V einer Druckänderung von 0,27 bar. Bei einer Kolbenflächenübersetzung (Hydraulik seite zu Masseseite) von 1 : 1 gilt die folgende Tabelle:The change of the count memory setting is converted via the D / A converter ( 15 ) into a corresponding control voltage change of the hydraulic pressure control valve ( 16 ) of the mass pump ( 1 ). When using a proportional pressure reducing valve rated at 0 to 70 bar and operating with a control voltage range of 0 to 10 V and an 8-bit memory, a control voltage change of 0.04 V corresponds to a pressure change of 0.27 bar. For a piston area ratio (hydraulic side to ground side) of 1: 1, the following table applies:

Fülldruckfilling pressure Steuerspannungcontrol voltage (bar)(bar) (V)(V) 2020 2,862.86 2525 3,573.57 3030 4,294.29 3535 5,015.01 4040 5,715.71

Wenn bei einem Preßvorgang eine X_P Sollwertabweichung unterhalb der Fensterbreite vorliegt (Formkörper zu dick), so vermindert der Komparator (13) die Zählspeichereinstellung schrittweise von Preßvorgang zu Preßvorgang. Der entsprechende Steuerspannungsabbau am Druckregelventil (16) vermindert, wiederum entsprechend, stufenweise den Fülldruck der Massepumpe (1) und damit die Menge der in die Matrize (6) eingebrachten pastösen Masse. Da sich die Preßdicke des Formkörpers streng proportional zur Füllmenge verhält, ist der Regelvorgang abgeschlossen, wenn sich das Preßsollmaß d_s mit dem Sollwert der Regelgröße X_PS gemäß d_s = X_F-X_PS eingestellt hat.If there is an X _P setpoint deviation below the window width (mold body too thick) during a pressing operation, the comparator ( 13 ) gradually reduces the count memory setting from press to press operation. The corresponding control voltage reduction at the pressure control valve ( 16 ) reduces, in turn, gradually, the filling pressure of the mass pump ( 1 ) and thus the amount of introduced into the die ( 6 ) pasty mass. Since the pressing thickness of the molded body is strictly proportional to the filling amount, the control process is completed when the pressing target d _{s has set} with the setpoint of the controlled variable X _PS according to d _s = X _F -X _PS .

Entsprechend werden bei X_P-Abweichungen oberhalb der zulässigen Fensterbreite (Formkörper zu dünn) taktweise Zählschritte im Zählspeicher (14) addiert und dadurch die Steuerspannung am Druckregelventil (16) und damit der Fülldruck der Massepumpe (1) erhöht, bis infolge Erhöhung der Füllmenge in der Matrize (6) der Preßweg X_P im Sollwertbereich liegt, d. h. der Formkörper die angestrebte Dicke hat.Accordingly, at X _P deviations above the allowable window width (molding too thin) cyclically counting steps in the count memory ( 14 ) added and thereby the control voltage at the pressure control valve ( 16 ) and thus the filling pressure of the mass pump ( 1 ) increases, due to increase in the amount in the die ( 6 ) of the pressing X _{P is} in the desired value range, that is, the shaped body has the desired thickness.

Das stufenweise Einregeln auf die gewünschte Dicke des Formkörpers innerhalb der Toleranzgrenzen (oder des Fensterbereichs) wird in Fig. 3 dargestellt. Ein entsprechendes Bild ergibt sich natürlich, wenn man statt des Preßweges die Steuerspannung am Regelventil (16), die wiederum dem Fülldruck und damit der Füllmenge entspricht, gegen die Zahl der Preßvorgänge aufträgt.The stepwise adjustment to the desired thickness of the shaped body within the tolerance limits (or the window area) is shown in FIG . A corresponding picture arises, of course, if instead of the pressing path, the control voltage at the control valve ( 16 ), which in turn corresponds to the filling pressure and thus the filling quantity, is plotted against the number of pressing operations.

Das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich dem folgenden Schema entnehmen:The interaction of the individual components of the device after the The invention can be found in the following scheme:

In Fig. 1 ist die Regelelektronik der besseren Übersichtlichkeit wegen in Form von Einzelkomponenten dargestellt. All diese Einzelkomponenten sind dem Fachmann bekannt. Selbstverständlich können deren Funktionen auch von einem entsprechend dimensionierten und programmierten Rechner ausgeübt werden.In Fig. 1, the control electronics is shown for the sake of clarity in the form of individual components. All these individual components are known to the person skilled in the art. Of course, their functions can also be exercised by a suitably dimensioned and programmed computer.

Claims

1. Apparatus for producing dimensionally stable shaped bodies from pasty masses in Naßpreßverfahren with a mass pump to promote the pasty mass in the forming die, which contains a ram, which is able to exert on the pasty mass in the die hydraulic pressure, and with a measuring and Control electronics, characterized by a measuring element which receives the relative movement between ram and die, and an electronic control unit which determines the pressing path of the ram from the recorded values and regulates the delivery pressure of the mass pump ( 1 ) when the pressing path is outside a predetermined nominal range.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by an analog or digital position transducer ( 8 ) as a measuring element and by a control electronics, comprising: a measuring amplifier ( 9 ), an A / D converter ( 10 ), provided that the position transducer ( 8 ) analog operates, the computing element ( 11 ), which determines the pressing path of the press ram ( 7 ) by subtracting, by the sample and hold circuit ( 12 ), which forwards the determined pressing path to the window comparator ( 13 ) through the counting memory ( 14 ) the window comparator sets a count when the determined pressing travel is outside the predetermined target range, and a D / A converter ( 15 ) which changes the settings of the number memory into corresponding changes in the control voltage of the hydraulic pressure regulating valve ( 16 ) on the mass pump ( 1 ) implements.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises a pressure sensor ( 5 ) in front of the die ( 6 ), which is part of a control device for the timing of the filling pressure according to the patent 38 44 334.

4. A process for the preparation of dimensionally stable shaped bodies from pastö sen masses in Naßpreßverfahren, wherein a mass pump promotes the pasty mass in a forming die and a ram on the pasty mass in the die hydraulic pressure exerts and where provided with a measuring and control electronics, characterized in that the relative movement between ram ( 7 ) and Ma trize ( 6 ) by a measuring element ( 8 ) is received and that a Re gelelektronik determined from the recorded values, the pressing path and regulates the delivery pressure of the mass pump ( 1 ) when the Preßweg except half of a predetermined target range is.

5. The method according to claim 4, characterized in that a analo ger or digital position transducer ( 8 ) as a measuring element receives the relative movement between the ram and die and that a control electronics with a measuring amplifier ( 9 ), an A / D converter ( 10 ) , If the transducer ( 8 ) works analogously, and a computing element ( 11 ) determined by subtraction the Preßweg of the press ram ( 7 ) through the sample & hold circuit ( 12 ) the determined pressing path to the Fen sterkomparator ( 13 ) passes through the Count memory ( 14 ) sets a count pulse, when the determined pressing path is outside the predetermined range specified range, and by a D / A converter ( 15 ) the changes of the settings of the count memory in corresponding amendments of the control voltage of the hydraulic pressure control valve ( 16 ) on the Mass pump ( 1 ) converts.

6. Shaped body, characterized in that it according to the method were prepared according to claim 4 or 5.