EP1782943B1

EP1782943B1 - Verfahren und Pulverpresse mit Meßsystem zur Bestimmung einer Referenz bei der Pulverpresse

Info

Publication number: EP1782943B1
Application number: EP06021575.3A
Authority: EP
Inventors: Thomas Pannewitz; Martin Plucinski; Andreas Groth; Andreas Teetzen
Original assignee: Fette GmbH
Current assignee: Fette GmbH
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2026-10-14
Also published as: EP1782943A3; EP1782943A2; DE102005052158B4; US20070096351A1; DE102005052158A1; US7803294B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenz bei einer Pulverpresse nach dem Patentanspruch 1 oder 2. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Pulverpresse mit Meßsystem zur Bestimmung einer Referenz nach Patentanspruch 3.
Der übliche Aufbau einer Pulverpresse ist die Anordnung einer Matrize (Preßform) auf einer Matrizenplatte, die auf einem Maschinengestell ruht. Mit der Matrize wirken mindestens ein Ober- und ein Unterstempel zusammen, die vorzugsweise über einen hydraulischen Antrieb angetrieben sind. Es ist bekannt, die Stempel an einer sogenannten Adapterplatte anzubringen, die in geeigneten Führungssäulen oder dergleichen vertikal geführt ist. Die Stempel werden entweder unmittelbar an der Adapterplatte angebracht oder über einen Adapter, der seinerseits an der Adapterplatte befestigt ist.
Es ist ferner bekannt, das Verpressen des Pulvers in der Matrize nach Kraft- und Wegparametern durchzuführen. Daher werden den Stempeln Kraftmeßvorrichtungen zugeordnet. Die Wegmessungen erfolgen mit entsprechenden Wegmeßsystemen. Zur Kraftmessung werden zumeist Druckmeßdosen den Stempeln zugeordnet.
Die Abmessungen, welche die Stempel und die Matrize aufweisen, sind naturgemäß bekannt bzw. können ermittelt werden. Um eine sehr präzise Messung der Wege vornehmen zu können, bedarf es gleichwohl einer Referenz, da die Kenntnis der Abmessungen z.B. des Oberstempels noch nichts über seine präzise Höhenposition im Preßraum besagt, etwa in der oberen Endlage. Im Stand der Technik wird der Referenziervorgang üblicherweise von einem unterliegt Schwankungen pro Referenziervorgang von Ein- bis Zweihundertstel Millimeter. Hierbei werden definierte Stellen der Stempel auf eine definierte Stelle der Matrize referenziert. Alle Verfahrbewegungen der Stempel beziehen sich auf diese Referenz. Bei einem Werkzeugwechsel müssen jedesmal die Stempel neu referenziert werden, weil sich die Stempel- und Matrizenabmessungen ändern. Unter Umständen werden mehrere Ober- und Unterstempel und z.B. ein Mittelstift eingesetzt, die jeweils referenziert werden müssen. Ein derartiger Referenziervorgang ist daher zeitlich aufwendig und gewährleistet nicht die gewünschte Reproduzierbarkeit. Ist ein automatischer Wechsel der Formwerkzeuge gewünscht, kann ein manuelles Referenzieren nicht durchgeführt werden.
Aus EP 1 074 380A ist für eine Exzenterpresse bekannt geworden, Kalibrierdaten dadurch zu erstellen, dass die Höhenpositionen einer Referenzform ermittelt werden und zwar einmal bei einer minimalen und einmal bei einer maximalen Belastung sowie auch bei Belastungen zwischen den Extremwerten.
Aus EP 0 607 498 A1 ist bekannt, zur automatisierten Hubeinstellung eines Stanzwerkzeugs die Position des Stanzwerkzeugs mit Hilfe eines optischen Senders und Empfängers zu ermitteln. Aus der auf das Werkstück hingerichteten Bewegung des Stanzwerkzeugs, dem Zeitpunkt der Unterbrechung des Strahlengangs in Verbindung mit über einen Weggeber gelieferten Weginformationen kann unabhängig von der vorher ermittelten Werkzeuglänge der obere Totpunkt des Standhubes automatisch festgelegt werden.
Aus JP 2001269843 ist bekannt geworden, die Mittenposition eines rotierenden Werkzeugs zu ermitteln durch ein automatisches Messen der Abweichung der Mitte einer rotierenden Spindel. Zu diesem Zweck wird ein Referenzwerkzeug mit dem bekannten Werkzeugdurchmesser rotieren gelassen und mit Hilfe eines kontaktlosen Sensors wird die maximale und minimale Umfangsposition des Referenzwerkzeugs während seiner Rotation gemessen. Ein ähnliches Verfahren ist in JP 63093564A beschrieben, bei dem ein Referenzwerkzeug in Form eines Schleifwerkzeugs bekannter Abmessungen auf einer rotierenden Spindel angebracht wird. Hierbei wird festgestellt, bei welcher Position eine Referenzplatte berührt wird.
Aus JP 03189098A ist bekannt geworden, die Position von Pressstempeln mit Hilfe von optischen Sensoren zu ermitteln.
US 4718842 A offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 und eine Pulverpresse mit Meßsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Pulverpresse mit Meßsystem zur Bestimmung einer Referenz bei einer Pulverpresse anzugeben, das automatisch durchgeführt werden kann und das einen automatischen Werkzeugwechsel erlaubt bei gleichzeitig ausreichend genauer Reproduzierbarkeit der ermittelten Referenzwerte.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2 und durch die Pulverpresse mit Meßsystem nach dem Anspruch 3 gelöst.
Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 1 werden eine Referenzmatrize und mindestens ein Referenzstempel gefertigt. Die Referenzwerkzeuge müssen von der Konfiguration her nicht den Formwerkzeugen nachgebildet werden. Entscheidend ist lediglich, daß sie eine vorbekannte Abmessung haben sowie eine definierte Kante. Beim Referenzstempel ist dies die obere Kante und bei der Referenzmatrize ebenfalls die obere Kante. Der Herstellungsaufwand für die Referenzwerkzeuge hält sich daher in Grenzen.
Mit Hilfe einer auf der Matrizenplatte der Pulverpresse angeordneten optischen Meßvorrichtung wird die Position der Oberkante der Referenzmatrize gemessen, und der gemessene Positionswert wird in einem Speicher der Meßeinrichtung und/oder einer elektronischen Steuervorrichtung der Pulverpresse gespeichert. Optische oder ähnliche Meßvorrichtungen, welche in dem beschriebenen Fall eine Genauigkeit bis zu einem µm pro z.B. 50 mm Länge gewährleisten, sind bekannt. Die Lichtquelle ist zumeist ein Laser und die Empfangsvorrichtung eine lichtempfindliche Zeile.
Anschließend wird die Referenzmatrize entfernt. Die obere Adapterplatte wird mit zuvor daran angebrachtem Referenzstempel nach unten gefahren, bis die Kante des Referenzstempels die gespeicherte Position der Oberkante der Referenzmatrize erreicht hat. Die Summe des Referenzstempelmaßes und des Matrizenmaßes entspricht dem Abstand der oberen Adapterplatte zur Matrizenplatte. Dieser Abstandswert wird von der Maschinensteuerung übernommen und gespeichert. Alle weiteren Verfahrbewegungen werden über die ohnehin vorhandenen Wegmeßeinrichtungen erfaßt.
Die Bestimmung der Referenz für den Unterstempel verläuft in ähnlicher Weise, indem die untere Adapterplatte mit dem Referenzstempel hochgefahren wird, bis die Oberkante des Referenzstempels den gespeicherten Positionswert der Oberkante der Matrize erreicht. Die Differenz des Referenzstempels und der Referenzmatrize ergibt das Abstandsmaß der unteren Adapterplatte zur Matrizenplatte.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens läßt sich mithin für eine gegebene Pulverpresse der exakte Abstand zwischen oberer bzw. unterer Adapterplatte und Oberfläche der Matrizenplatte exakt bestimmen. Beim Einbau von Formwerkzeugen bedarf es keiner erneuten Referenzierung, da die Abmessungen der neuen Formwerkzeuge bekannt sind und somit auch z.B. der Abstand der Unterkante des Oberstempels von der Oberkante der Matrize. Somit entfällt jeder Referenziervorgang beim Werkzeugwechsel, so daß der Werkzeugwechsel automatisch durchgeführt werden kann. Dadurch wird der Aufwand bei einem Werkzeugwechsel drastisch verringert.
Bei der Lösung nach Patentanspruch 2 werden ebenfalls mindestens ein Referenzstempel und eine Referenzmatrize verwendet. Hierbei müssen beide gleichzeitig eingebaut sein, und es wird mit Hilfe einer ohnehin vorhandenen Kraftmeßvorrichtung festgestellt, wann der Referenzstempel mit der Referenzmatrize zur Anlage kommt. Hierzu ist notwendig, daß die Referenzmatrize eine präzise Oberfläche hat, auf welcher der Referenzstempel aufsetzen kann. Der Kontakt wird dadurch festgestellt, daß eine minimale Kraft erreicht werden muß. Diese muß so klein sein, daß eine Verformung an den Referenzwerkzeugen noch nicht eintritt. Auch hier ergibt die Summe bzw. Differenz der Referenzwerkzeuge den Abstand der Adapterplatten.
Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 1 wird, wie erläutert, ein optisches Meßsystem verwendet, das nach dem Prinzip der Schattenmessung arbeitet. Um hier ausreichend präzise Werte zu erhalten, ist die Oberfläche der Matrizenplatte, auf welcher die Matrizen anzubringen sind, präzise geschliffen. Somit hat z.B. die Positionsvermessung der Oberkante der Referenzmatrize eine präzise Lage relativ zur geschliffenen Fläche der Matrizenplatte.
Wie schon erläutert, braucht der beschriebene Referenziervorgang nur ein einziges Mal durchgeführt zu werden. Ein erneutes Referenzieren ist erst nach Modifikationen am Adapter, an dessen Anbindung an der Adapterplatte oder am Wegmeßsystem erforderlich. Solange jedoch der Adapter eingebaut bleibt und nur unterschiedliche Werkzeuge angebracht werden, entfällt jeder weitere Referenziervorgang.
Die obigen Ausführungen beziehen sich auf das sogenannte Ausstoßverfahren, bei dem die Matrizenplatte stationär ist. Beim sogenannten Auszugverfahren ist der Unterstempel stationär und die Matrizenplatte wird über eine Adapterplatte betätigt. In diesem Fall muß der Abstand dieser Adapterplatte zum Unterstempel referenziert werden, was in der gleichen beschriebenen Art und Weise erfolgt. Dabei kann das optische Meßsystem nicht mehr auf der Matrizen- oder Grundplatte angeordnet sein, sondern muß anderweitig stationär sein, um den Abstand der Matrizen-Adapterplatte von dem Unterstempel bzw. der Unterstempelhalterung zu bestimmen. Ausgangspunkt ist dabei die stationäre Position des Unterstempels bzw. eines Referenzunterstempels, auf die sich die gemessenen Positionen von Referenzoberstempel bzw. Referenzmatrize beziehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt in Seitenansicht schematisch eine Pulverpresse mit einem Meßsystem nach der Erfindung.
Eine Pulverpresse 10 weist ein Gestell 12 auf, das eine Matrizenplatte 14 trägt. Die Matrizenplatte dient zur Anbringung einer Matrize (nicht gezeigt). Auf der Matrizenplatte 14 ist eine Grundplatte 16 mit geschliffener Oberfläche angebracht. An einem Gestell (nicht gezeigt) sind auf gegenüberliegenden Seiten Hydraulikzylinder (nicht gezeigt) angebracht, welche an einer unteren Adapterplatte 22 und einer oberen Adapterplatte 28 angreifen, die entlang von vertikalen Führungssäulen oder -schienen 24, 26, 34, 36 mit Führungen 18, 20, 30, 32 oder Führungsschlitten präzise vertikal geführt sind. Eine obere Adapterplatte 28 wird mittels Hydraulikzylindern 30, 32 betätigt und ist entlang von oberen Führungssäulen 34, 36 vertikal geführt. Die Adapterplatten 22, 28 dienen üblicherweise zur Anbringung eines Adapters und eines mit dem Adapter verbindbaren Ober- und Unterstempels. Dabei können Ober- und Unterstempel auch aus mehreren Stempeln bestehen. Dies ist allgemein bekannt. Beim Verpressen wird, wie bekannt, in den Formhohlraum der Matrize Pulver eingefüllt und mit Hilfe der Antriebe werden Ober- und Unterstempel in den Formraum der Matrize eingefahren, wobei der Unterstempel bekanntlich sich schon während des Befüllvorgangs innerhalb der Matrize befindet. Während des Formvorgangs wird der Weg, den Ober- und Unterstempel zurücklegen, mit Hilfe einer geeigneten, hier nicht gezeigten präzisen Meßwegvorrichtung gemessen. Außerdem wird mit Hilfe von nicht gezeigten Kraftmeßvorrichtungen die an den Stempeln wirkenden Kräfte ermittelt.
In der Figur ist an der oberen Adapterplatte 28 ein Referenzoberstempel 40 angebracht. An der Matrizenplatte 14 ist eine Referenzmatrize 42 angebracht, und an der unteren Adapterplatte ist ein Referenzunterstempel 44 angebracht. Die Referenzstempel 40, 44 und ihre Referenzmatrize weisen präzise bekannte Abmessungen auf.
Auf der Oberfläche der Grundplatte 16 ist ein Sender 46 eines optischen Meßsystems angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist auf der Grundplatte 16 ein Empfänger 48 des Meßsystems angeordnet. Der Sender 46 erzeugt ein Lichtband 50. Mit Hilfe des Empfängers 48 kann die Position der oberen Kante der Referenzmatrize 42 festgestellt werden. Dieser Wert wird gespeichert. Anschließend wird die Referenzmatrize ausgebaut, und der Referenzoberstempel 40 nach unten gefahren, bis seine Unterkante die gemessene Position der Oberkante der Referenzmatrize 42 erreicht. Dadurch, daß die Referenzstempel- und Referenzmatrizenmaße bekannt sind, ergibt sich aus der Summe der beiden Abmaße der Abstand zwischen der Adapterplatte 28 und der Matrizenplatte 14 bzw. der Grundplatte 16 bekannt. Da auch die Adapter bzw. die Formwerkzeuge in ihren Abmessungen bekannt sind, bedarf es beim Einbau der Werkzeuge und beim Werkzeugwechsel keines weiteren Referenziervorgangs, denn, wie erwähnt, die Lage der Adapterplatte 28 relativ zur Matrizenplatte bzw. Grundplatte 14, 16 ist bekannt.
In gleicher Weise wird bezüglich des Unterstempels 44 verfahren. Dieser wird bei entfernter Referenzmatrize 42 nach oben gefahren bis seine Oberkante die gemessene Position der Oberkante der Referenzmatrize 42 erreicht. Damit ist auch der Abstand der unteren Adapterplatte 22 von der Oberseite der Matrizenplatte bzw. der Grundplatte 16 bekannt.
Das hier beschriebene Verfahren kann auch bei dem Abzugverfahren zur Anwendung kommen. Referenzstempel 44 ist dann stationär und die Grundplatte 24 wird von Hydraulikzylindern betätigt. Das Meßsystem 46, 48 ist anderweitig stationär anzuordnen, um die Position des Referenzunterstempels zu bestimmen und zu speichern und die gemessene Position des Referenzoberstempels 40 und der beweglichen Referenzmatrize 42 darauf zu bezeichnen, indem z.B. der Unterstempel 44 entfernt wird, um den Oberstempel soweit zu verfahren, daß seine Unterkante in die gespeicherte Position der Oberkante des Unterstempels 44 gebracht wird. Ähnliches erfolgt in Bezug auf die Matrize 42.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Referenz bei einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte (14) zur Anbringung einer Matrize und eine von einem hydraulischen, mechanisch, elektrisch oder ähnlichem Antrieb betätigbare oberen Adapterplatte (28) zur Anbringung eines Oberstempels, eine von einem hydraulischen Antrieb betätigbare untere Adapterplatte (22) zur Anbringung eines Unterstempels oder der Matrizenplatte und mindestens ein Wegmeßsystem für den Ober- und den Unterstempel bzw. der Matrizenplatte (14) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Es werden eine Referenzmatrize (42) und mindestens ein Referenzstempel (40, 44) vorbekannter Abmessung und mit definierter Kante geeignet für einen Referenziervorgang gefertigt,

- auf der Matrizenplatte (14) wird die Referenzmatrize (42) angebracht,

- mit einer hilfsweise auf einer Grund- oder der Matrizenplatte (16, 14) angeordneten optischen Meßvorrichtung (46, 48) wird die Position der Oberkante der Referenzmatrize (42) gemessen und der Positionswert gespeichert,

- die Referenzmatrize (42) wird entfernt,

- die Adapterplatte (28, 22) mit zuvor angebrachtem Referenzstempel (40, 44) wird in Richtung Matrizenplatte (14) gefahren, bis die Unterkante oder Oberkante des Referenzstempels (40, 42) die gespeicherte Position der Oberkante der Referenzmatrize (42) erreicht hat,

- es wird die Summe des Referenzmatrizenmaßes und des Referenzstempelmaßes als Abstand der Adapterplatte (28, 22) zur Matrizenplatte (14) gebildet und gespeichert.
Verfahren zur Bestimmung einer Referenz bei einer Pulverpresse, die eine Matrizenplatte (14) zur Anbringung einer Matrize und eine von einem hydraulischen Antrieb betätigbare oberen Adapterplatte (28) zur Anbringung eines Oberstempels, eine von einem hydraulischen Antrieb betätigbare untere Adapterplattc (22) zur Anbringung eines Unterstempels oder der Matrizenplatte (14) und mindestens ein Wegmeßsystem für den Ober- und den Unterstempel sowie eine Kraftmeßvorrichtung für Ober- und Unterstempel bzw. der Matrizenplatte aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Es werden eine Referenzmatrize (42) und mindestens ein Referenzstempel (40, 44) vorbekannter Abmessung und mit definierter Kante geeignet für einen Referenziervorgang gefertigt,

- die Referenzmatrize (42) wird auf einer Grund- oder der Matrizenplatte (14) und der Referenzstempel (40, 44) wird an der Adapterplatte (28, 22) angebracht,

- der Referenzstempel (40, 44) wird gegen die Referenzmatrize (42) gefahren, bis ein vorgegebener Wert für die Kraft erreicht wird, wenn der Referenzstempel (40, 44) auf der Referenzmatrize (42) zur Anlage kommt,

- wobei die Kraft so klein ist, dass eine Verformung der Referenzwerkzeuge noch nicht eintritt und

- es wird die Summe des Referenzmatrizenmaßes und des Referenzstempelmaßes als Abstand der Adapterplatte zur Matrizenplatte gebildet und gespeichert.
Pulverpresse mit Meßsystem geeignet zur Bildung einer Referenz in der Pulverpresse, die eine Grundplatte zur Anbringung einer Matrizenplatte (14) und eine von einem hydraulischen Antrieb betätigbare Adapterplatte (28) zur Anbringung eines Oberstempels, eine von einem hydraulischen Antrieb betätigbare untere Adapterplatte (22) zur Anbringung eines Unterstempels oder der Grundplatte (16), mindestens ein Wegmeßsystem für Ober- und Unterstempel oder der Matrizenplatte (14) und eine Kraftmeßvorrichtung für Ober- und/oder Unterstempel oder die Matrizenplatte (14) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- eine geschliffene Oberfläche der Matrizenplatte (14) und der Grundplatte (16)

- eine Referenzmatrize (42) vorbekannter Abmessung und mit definierter Kante, geeignet für einen Referenziervorgang und zur Anbringung auf der Matrizenplatte (14)

- cin Referenzstempel (40) vorbekannter Abmessung und mit definierter Kante, geeignet für einen Referenziervorgang und geeignet zur Anbringung an der oberen oder unteren Adapterplatte (28, 22) und

- ein auf der Oberfläche der Grundplatte (16) oder Matrizenplatte anbringbares optisches Meßsystem (46, 48).