EP1934006B1 - Verfahren und vorrichtung zum pressen eines formteils mit einem querstempel - Google Patents

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EP1934006B1
EP1934006B1 EP06775852A EP06775852A EP1934006B1 EP 1934006 B1 EP1934006 B1 EP 1934006B1 EP 06775852 A EP06775852 A EP 06775852A EP 06775852 A EP06775852 A EP 06775852A EP 1934006 B1 EP1934006 B1 EP 1934006B1
Authority
EP
European Patent Office
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axis
punch
transverse
pressing
compaction
Prior art date
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Active
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EP06775852A
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English (en)
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EP1934006A2 (de
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Roland Menzel
Michael Thomas Silbermann
Karl Zippel
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DORST Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
DORST Technologies GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1934006A2 publication Critical patent/EP1934006A2/de
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Publication of EP1934006B1 publication Critical patent/EP1934006B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • B30B11/027—Particular press methods or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B—PRESSES IN GENERAL
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    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/007—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a plurality of pressing members working in different directions
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    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B7/00—Presses characterised by a particular arrangement of the pressing members
    • B30B7/04—Presses characterised by a particular arrangement of the pressing members wherein pressing is effected in different directions simultaneously or in turn

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a molded part with the preamble features of patent claim 1 or to a device for pressing a molded part with the preamble features of claim 7.
  • a method and an apparatus for pressing a molding using a cross punch is made DE 195 08 952 C2 known.
  • a die opening of a die filled powdery material is pressed along a first axis of compression with at least one ram and compacted into a molded part.
  • transverse punches are moved along a transverse axis in an approximate direction to the center of the die and displace the unconsolidated powder from later recesses of the molding.
  • the transverse axis runs in a plane perpendicular to the first compression axis of the pressing process.
  • the transverse punches are fixed in the final position reached, and they are also supported by lower punches and additional supporting components of the pressing tool, so that they are protected against breakage by shear forces along the first axis of compression.
  • the adjustment of the transverse punches is thus carried out in a phase of the pressing process in which a powder transport is still possible.
  • a complicated drive arrangement within a plate is proposed laterally of the die, which requires a very large space in the lateral direction.
  • a drive comprises elaborately constructed segment slides and segment pistons and / or a worm drive.
  • such arrangements prevent use in conventional press frames in the case of larger forces to be applied, in which the die and associated plates and punch arrangements are accommodated.
  • DE 201 15 860 U1 relates to a pressing device for producing a tubular portion having a tubular portion of bulk material under application of pressure.
  • press punches act from four sides to press the material.
  • JP 07088698 A describes a press arrangement in which in a powder-filled die opening in a first step, a cross pin is introduced before subsequently in a main pressing direction, the filled material is pressed into a body having a corresponding through hole.
  • JP 11 300 496 describes a metal powder press, which is also designed for molding of pressed bodies with lateral indentations.
  • hydraulic cylinders are used to drive the punches.
  • the object of the invention is to propose a method and a device for pressing a molded part using a cross bar, which allow a more universal use of the cross bar.
  • the installation should be made possible in conventional press frame, wherein only a limited space for a transverse punch drive is available laterally of the die.
  • This object is achieved by a method for pressing a molding with the features of claim 1 or by a device for pressing a molding with the features of claim 7.
  • a method for pressing a molded part in which a ceramic and / or metallic material to be pressed, in particular powdery and / or granular material, is filled into a die opening of a die, along a compression axis with at least one ram compresses the material and is pressed and in one direction with a component of movement perpendicular to the compression axis along a transverse axis a transverse punch is adjusted in the material, wherein the adjustment of the cross bar during and / or after the pressing of the material along the compression axis is performed, in particular during and / or after the beginning the compression process of the material is performed.
  • a device for pressing a molded part from a ceramic and / or metallic material to be pressed, in particular powder and / or granular material with a die having a die opening for receiving the material, with at least one press die, which is for pressing the material along a compression axis is adjustable, with a transverse punch, which is used for molding and / or pressing of the molding in a direction with a component of movement perpendicular to the compression axis along a transverse axis in the material is adjustable, and with a transverse punch drive means for the transverse punch, wherein the transverse punch drive means comprises an eccentric drive for driving the cross bar.
  • an eccentric drive for driving the cross bar.
  • An eccentric drive requires in comparison to the usual drive devices, such as hydraulic pistons or worm drives, a surprisingly small space in the lateral direction of the die.
  • the transverse punch for shaping the end-compacted, in particular fully compressed material is embossed against and into this.
  • a method is preferred in which the transverse punch is moved during the pressing of the material in this, wherein on both sides of the cross bar along the compression axis in each case at least one ram is arranged and the material along the Compressing axis is compressed that act on the cross bar from both sides in the direction of the compression axis within a tolerance equal forces.
  • the tolerance corresponds to virtually zero, in particular zero.
  • an eccentric adjusts the transverse punch by means of an eccentric linkage.
  • a device wherein the transverse punch is adjusted linearly by a Exenterradau and wherein the Exenterradafter stores an arrangement of an outer eccentric and an eccentric wheel mounted therein.
  • a device wherein the eccentric wheel is drivable by means of a drive shaft, wherein the drive shaft is arranged to extend substantially parallel to the compression axis of the at least one press ram.
  • a device wherein the eccentric drive is designed to hit the transverse punch against or into the molded part, in particular in the manner of an embossing process against or in the molded part to beat.
  • a device with an electric motor with rotary encoder for determining the position for driving the eccentric drive is preferred.
  • a device for pressing a molded part from a ceramic and / or metallic material to be pressed is preferred Material, in particular powder and / or granular material, having a die with a die opening for receiving the material, with at least one press die which is adjustable for pressing the material along a compression axis, with a transverse punch, which is used for molding and / or pressing the molding in a direction with a component of movement perpendicular to the axis of compression along a transverse axis in the material is adjustable, with a transverse punch drive means for the transverse punch and with a control device for controlling the pressing of the material and for controlling the eccentric drive, wherein the control means is designed, die along the compression axis and on both sides of the transverse punch are arranged to act so urged with pressing force that act on the transverse punch from both sides from the direction of the compression axis within a tolerance equal forces.
  • a device is preferred in which the tolerance corresponds to virtually zero, in particular zero.
  • a device wherein the transverse punch is interchangeably coupled via a cross-stamp coupling to the eccentric drive.
  • a method and / or a device is preferred, wherein the compression axis of the at least one press ram forms a main press axis for the actual material compaction.
  • a method and / or a device is preferred, wherein the pressing ram or punches along the compression axis is or are adjustable by means of a hydraulic press drive.
  • transverse punch is adjustably arranged in a plane which is substantially perpendicular to the compression axis of the at least one press ram.
  • stamp which can be coupled to the eccentric gear, since such stamps are available for a variety of stamp structures and easily replaceable.
  • the stamp which form a wearing part in such an arrangement, easily replaceable.
  • such an arrangement allows a rear support of the eccentric drive on the housing or in a die receptacle for receiving the die.
  • Fig. 1 and Fig. 2 are used for pressing a molded part of a ceramic and / or metallic material 3, a die 1 with a die opening 2 for filling the material to be pressed 3 and a Arrangement of punches 4, 5, 6 for compacting and pressing the filled into the die opening 2 material 3.
  • the material is in particular a powdered and / or granular material.
  • At least one, preferably at least two opposing punches 4, 5 or even a plurality of mutually adjacent punches 5 are arranged to compress the material 3 along a compression axis X adjustable, wherein the compression axis X preferably corresponds to the central axis through the overall arrangement.
  • 5 are preferably hydraulic forces, which act on hydraulic cylinders 17 on the backs of the punches 4, 5.
  • mechanical or electromotive actuators for moving the punches 4, 5 and pressing the material 3 can be used in a compressed state.
  • a transverse punch 6 is arranged laterally of the die opening 2 in the wall of the die 1 and / or in a housing 8 adjacent thereto, which can be adjusted from the lateral direction along a transverse axis QX into the die opening 2.
  • the transverse punch 6 serves to form lateral depressions in the molding part to be pressed in the die opening 2.
  • a transverse punch drive in particular an eccentric drive 7, serves to act on the transverse punch 6 with a transverse punch force FQ.
  • the eccentric drive 7 is wholly or partly in the die wall and / or the housing taken up laterally of the die opening 2.
  • the eccentric drive 7 consists of an eccentric 9, the outer periphery is eccentrically offset about a drive axis AX of a drive or motor 13 in rotation.
  • AX drive or motor 13 in rotation.
  • the connection of a drive shaft 14 of the motor 13 with the eccentric 9 takes place in a conventional manner via a corresponding internal thread 15 of the eccentric 9.
  • the outer periphery of the eccentric 9 is adjacent by means of a bolt 11, a linkage element of an eccentric linkage 10 stored.
  • the other end of the eccentric rod is mounted via a further pin 11 on the transverse punch 6 or preferably on a transverse punch coupling 12.
  • the transverse punch 6 in plan view on a T-shaped contour, wherein the transverse bar is inserted in the C-shaped cross-punch coupling 12.
  • Such an arrangement with such or alternatively formed transverse punch coupling 12 allows the rapid exchange of a cross bar 6 against another cross bar 6.
  • This allows closed transverse punches 6 are replaced or replaced in the case of a different shape of the front cross-stamp surface for embossing a different type structure.
  • For guiding the transverse punch 6 and / or the transverse punch coupling 12 together with the transverse punch 6 serve lateral guides 16 and / or a corresponding passage opening 18 in the Matrizenwandung.
  • a plurality of such transverse drives can be arranged with transverse punches 6 around the compression axis X or the die opening 2 and the die 1, in order to press or impress a corresponding multiplicity of lateral indentations into the molded part to be produced by means of a plurality of such transverse punches 6.
  • the overall arrangement is controlled, in particular the punch force FO and the punching force FU and the transverse punch force FQ of the various acting on the material to be pressed 3 punches 4, 5, 6.
  • a corresponding force curve of the individual stamp is also a timing under Due to the use of an eccentric drive 7 for the movement of the cross bar 6 is already sufficient for an electric motor with 20 W drive power to the front side of the cross bar 6 on the material 3 or the generated or in Generating molding to exert a large pressing force, in particular to exert a pressing force of about 10 kN.
  • the corresponding lever effect of such an eccentric drive 7 is exploited.
  • the pressing force which can be provided by the eccentric drive 7 is sufficient, in particular, not only before the actual compaction process but also during the actual compaction of the material 3, d. H. after a possible powder transport, or after the final compression of the material 3 still allow a deformation with the transverse punch 6.
  • the deformation takes place in the manner of embossing structures into the corresponding lateral wall of the molded part or into it.
  • the punches 4, 5 serve along the compression axis X in the manner of a die for the movement and deformation work by means of the transverse punch 6.
  • Structurally particularly advantageous is the space-saving arrangement by the use of the eccentric 9 and the drive 13 along the drive axis AX, which is arranged parallel or substantially parallel to the compression axis X.
  • a design is possible which makes only a small lateral extent from the viewpoint of the die required so that the die 1 with the attached eccentric 7 can be used even with only a small lateral space in press arrangements and press racks.
  • a modular design with regard to the interchangeability of the individual punches, corresponding dies 1 with through openings 18 for correspondingly shapeable transverse punches 6 and laterally attachable housings 8 for transverse punch drives is made possible.
  • transverse punch 6 is not to be adjustable in a plane perpendicular to the compression axis X, but along a plane oblique to the compression axis X either a corresponding translation of the eccentric drive or a corresponding tilting of the drive axle AX can be optionally provided.
  • a transverse punch and transverse punch drive can in principle also be accommodated in such a punch 4.
  • a targeted control of the upper punch force FO and the lower punch force FU of one or more upper punches 4 and lower punches 5 by means of the control device C is particularly advantageous such that in the region of the transverse axis QX or in the region of the transverse punch 6 guided into the die opening 2, a force-neutral region with respect to the alignment along the compression axis X on the lateral transverse punch 6 is produced.
  • the forces acting laterally on the transverse punch 6 along the compression axis X are kept within a tolerance ⁇ , so that no lateral excessive forces act on the transverse punch 6 during the compression phase or before the compression phase when the transverse punch 6 projects far into the die opening 2. which would shear, bend or jam it in the formed opening.
  • This also makes it possible to use the transverse punch 6 in an off-center region of the space of the die opening 2 formed between the punches 4, 5 along the compression axis X.
  • FIGS. 3 and 4 Based on FIGS. 3 and 4 an alternative embodiment will be explained, wherein to avoid repetition essentially only components and their mode of action will be described, which differ from those of the first embodiment. Same reference numerals in the FIGS. 3 and 4 stand for the same or equivalent components according to the first embodiment.
  • the housing 8 for receiving the actual eccentric drive 7 has a substantially parallelepiped structure with two side walls 16 for laterally guiding a preferably plate-shaped Exzenterradage 21.
  • the Exzenterradability 21 is adjustable between the side walls 16 and on a bottom surface 8 * of the housing 8 in a linear direction along the transverse axis QX.
  • a transverse punch coupling 12 is mounted for receiving a transverse punch 6. The cross punch coupling 12 is adjusted together with the Exzenterradability 21 along the transverse axis QX.
  • the Exzenterradability 21 has a substantially cylindrical receptacle for supporting an outer Exzenterrads 19 *.
  • the eccentric wheel 19 * again has a substantially cylindrical receptacle for an inner eccentric wheel 19.
  • the inner eccentric 19 has a cylindrical receptacle for receiving a drive shaft 14 of a drive 13.
  • a drive axis AX of the drive 13 and the drive shaft 14 is slightly offset laterally relative to a rotation axis RX1 and laterally offset slightly relative to the drive axis AX.
  • a rotation axis RX2 of the outer Exzenrrads 19 * is in turn laterally offset from the axis of rotation RX1 of the inner Exenterrads 19 and to the drive axis AX.
  • the rotation axis RX2 of the outer eccentric wheel 19 * is further apart from the drive axis AX than the rotation axis RX1 of the inner eccentric gear 19.
  • Both rotational axes RX1, RX2 and the drive axis AX are preferably laterally offset and parallel to the compression axis X.
  • Such an arrangement of an eccentric lends itself, in particular in the case of only small advancing distances of the transverse punch 6, in a striking manner for forming a depression in the outer circumference of a molded part.
  • depressions in the outer periphery of the molded part are preferably impressed with a depth in the range up to a few millimeters. In principle, however, larger feed distances can be implemented by correspondingly larger dimensions of the eccentric drive.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patenanspruchs 1 bzw. auf eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 7.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils unter Einsatz eines Querstempels ist aus DE 195 08 952 C2 bekannt. In eine Matrizenöffnung einer Matrize eingefülltes pulverförmiges Material wird dabei längs einer ersten Verdichtungsachse mit zumindest einem Pressstempel gepresst und zu einem Formteil verdichtet. Nach Befüllung der Matrizenöffnung mit zunächst noch losem Pulver, unter Umständen auch während oder erst nach einem oder mehreren Teil-Pressvorgängen, während derer noch keine Verdichtung des Materials erfolgt, werden Querstempel längs einer Querachse in ungefährer Richtung zur Matrizenmitte verschoben und verdrängen so das unverfestigte Pulver aus späteren Aussparungen des Formteils. Die Querachse verläuft dabei in einer Ebene senkrecht zur ersten Verdichtungsachse des Pressvorgangs. Während des nachfolgenden Verdichtungsvorgangs werden die Querstempel in der erreichten Endposition fixiert, wobei sie auch durch Unterstempel und zusätzliche tragende Bestandteile des Presswerkzeugs unterstützt werden, so dass sie gegen Bruch durch Scherkräfte längs der ersten Verdichtungsachse geschützt sind. Das Verstellen der Querstempel erfolgt somit in einer Phase des Pressverfahrens, in der ein Pulvertransport noch möglich ist.
  • Zum Verstellen der Querstempel wird eine komplizierte Antriebsanordnung innerhalb einer Platte seitlich der Matrize vorgeschlagen, welche einen sehr großen Bauraum in seitlicher Richtung erforderlich macht. Insbesondere umfasst ein solcher Antrieb aufwändig konstruierte Segmentschieber und Segmentkolben und/oder einen Schneckenantrieb. Derartige Anordnungen verhindern aufgrund ihrer erforderlichen Dimensionierung jedoch für den Fall größerer aufzubringender Kräfte einen Einsatz in üblichen Pressrahmen, in welchen die Matrize sowie damit verbundene Platten und Stempelanordnungen aufgenommen sind.
  • DE 201 15 860 U1 betrifft eine Pressvorrichtung zur Herstellung eines einen rohrförmigen Abschnitt aufweisenden Formteils aus Schüttmaterial unter Anwendung von Druck. Auf einen Hohlraum, der einen Vollzylinder umgibt und mit Schüttgut befüllt ist, wirken dabei von vier Seiten Pressstempel ein, um das Material zu pressen.
  • JP 07088698 A beschreibt eine Pressenanordnung, bei welcher in eine mit Pulver gefüllte Matrizenöffnung in einem ersten Schritt ein Querstift eingeführt wird, bevor nachfolgend in einer Hauptpressrichtung das eingefüllte Material zu einem Körper mit einer entsprechenden Durchgangsöffnung gepresst wird.
  • JP 11 300 496 beschreibt eine Metallpulverpresse, welche ebenfalls zum Formen von gepressten Körpern mit seitlichen Einbuchtungen ausgebildet ist.
  • Bei diesen Vorrichtungen bzw. den damit durchgeführten Verfahren werden Hydraulikzylinder zum Antreiben der Stempel verwendet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils unter Einsatz eines Querstempels vorzuschlagen, welche einen universelleren Einsatz des Querstempels ermöglichen. Insbesondere soll der Einbau in üblichen Pressrahmen ermöglicht werden, wobei seitlich der Matrize nur ein beschränkter Bauraum für einen Querstempelantrieb verfügbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Pressen eines Formteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren zum Pressen eines Formteils, bei dem ein keramisches und/oder metallisches zu verpressendes Material, insbesondere pulver- und/oder granulatförmiges Material, in eine Matrizenöffnung einer Matrize gefüllt wird, längs einer Verdichtungsachse mit zumindest einem Pressstempel das Material verdichtet und gepresst wird und in einer Richtung mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Verdichtungsachse längs einer Querachse ein Querstempel in das Material verstellt wird, wobei das Verstellen des Querstempels während und/oder nach dem Verpressen des Materials längs der Verdichtungsachse durchgeführt wird, insbesondere während und/oder nach Beginn des Verdichtungsvorgangs des Materials durchgeführt wird.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils aus einem keramischen und/oder metallischen zu verpressenden Material, insbesondere Pulver und/oder granulatförmigem Material, mit einer Matrize mit einer Matrizenöffnung zum Aufnehmen des Materials, mit zumindest einem Pressstempel, der zum Verpressen des Materials längs einer Verdichtungsachse verstellbar ist, mit einem Querstempel, der zum Formen und/oder Pressen des Formteils in einer Richtung mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Verdichtungsachse längs einer Querachse in das Material verstellbar ist, und mit einer Querstempel-Antriebseinrichtung für den Querstempel, wobei die Querstempel-Antriebseinrichtung einen Exzenterantrieb zum Antreiben des Querstempels aufweist.
  • Verfahrensgemäß und vorrichtungsgemäß wird das Verstellen des Querstempels während und/oder nach dem eigentlichen Verpressen des Materials, d. h. insbesondere nach dem Pulverfluss, längs der Verdichtungsachse durchgeführt, wobei die Kräfte mittels einer Querstempel-Antriebseinrichtung durch einen Exzenterantrieb zum Antreiben des Querstempels bereitgestellt werden. Ein Exzenterantrieb benötigt im Vergleich zu den üblichen Antriebsvorrichtungen, beispielsweise hydraulischen Kolben oder Schneckenantrieben, einen überraschend geringen Bauraum in seitlicher Richtung zur Matrize.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem zum Verpressen ein Exzenterantrieb verwendet wird.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem der Querstempel zum Nachverformen des endverdichteten, insbesondere vollverpressten Materials prägend gegen und in dieses geschlagen wird.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem der Querstempel während des Verpressens des Materials in dieses bewegt wird, wobei beiderseits des Querstempels längs der Verdichtungsachse jeweils zumindest ein Pressstempel angeordnet ist und das Material derart längs der Verdichtungsachse verpresst wird, dass auf den Querstempel von beiden Seiten aus in Richtung der Verdichtungsachse innerhalb einer Toleranz gleiche Kräfte wirken.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem die Toleranz nahezu Null, insbesondere Null entspricht.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, wobei ein Exzenterrad den Querstempel mittels eines Exzentergestänges verstellt.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, wobei der Querstempel von einer Exenterradaufnahme linear verstellt wird und wobei die Exenterradaufnahme eine Anordnung aus einem äußeren Exzenterrad und einem darin gelagerten Exzenterrad lagert.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, wobei das Exzenterrad mittels einer Antriebswelle antreibbar ist, wobei die Antriebswelle im wesentlichen parallel zur Verdichtungsachse des zumindest einen Pressstempels verlaufend angeordnet ist.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, wobei der Exzenterantrieb ausgebildet ist, den Querstempel gegen bzw. in das Formteil zu schlagen, insbesondere in Art eines Prägeverfahrens gegen bzw. in das Formteil zu schlagen.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, mit einem Elektromotor mit Drehgeber zur Positionsbestimmung zum Antreiben des Exzenterantriebs.
  • Bevorzugt wird gemäß eigenständig vorteilhafter Ausgestaltung insbesondere eine Vorrichtung zum Pressen eines Formteils aus einem keramischen und/oder metallischen zu verpressenden Material, insbesondere Pulver und/oder granulatförmigem Material, mit einer Matrize mit einer Matrizenöffnung zum Aufnehmen des Materials, mit zumindest einem Pressstempel der zum Verpressen des Materials längs einer Verdichtungsachse verstellbar ist, mit einem Querstempel, der zum Formen und/oder Pressen des Formteils in einer Richtung mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Verdichtungsachse längs einer Querachse in das Material verstellbar ist, mit einer Querstempel-Antriebseinrichtung für den Querstempel und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern des Pressens des Materials und zum Steuern des Exzenterantriebs, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, Stempel, die längs der Verdichtungsachse und beidseits des Querstempels angeordnet sind, derart mit Presskraft beaufschlagt anzusteuern, dass auf den Querstempel von beiden Seiten aus Richtung der Verdichtungsachse innerhalb einer Toleranz gleiche Kräfte wirken.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, bei der die Toleranz nahezu Null, insbesondere Null entspricht.
  • Bevorzugt wird insbesondere eine Vorrichtung, wobei der Querstempel über eine Querstempelkupplung an den Exzenterantrieb austauschbar angekoppelt ist.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung, wobei die Verdichtungsachse des zumindest einen Pressstempels eine Hauptpressachse zur eigentlichen Materialverdichtung ausbildet.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung, wobei der oder die Presstempel längs der Verdichtungsachse mittels eines hydraulischen Pressenantriebs verstellbar ist bzw. sind.
  • Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, und/oder Vorrichtung, wobei der Querstempel in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Verdichtungsachse des zumindest einen Pressstempels liegt, verstellbar angeordnet ist.
  • Vorteilhaft ist die Ausbildung einteiliger Stempel, welche an das Exzentergetriebe ankoppelbar sind, da derartige Stempel für eine Vielzahl von Stempelstrukturen bereitstellbar und auf einfache Art und Weise austauschbar sind. Außerdem sind die Stempel, welche bei einer derartigen Anordnung ein Verschleißteil ausbilden, einfach austauschbar. Vorzugsweise ermöglicht eine derartige Anordnung eine rückseitige Abstützung des Exzenterantriebs am Gehäuse bzw. in einer Matrizenaufnahme zum Aufnehmen der Matrize.
  • Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf Komponenten einer Pressenanordnung zum Verdeutlichen des Aufbaus eines Querstempelantriebs,
    Fig. 2
    eine seitliche Teilschnittansicht durch eine solche Anordnung,
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform in Teilschnittansicht und
    Fig. 4
    eine seitliche Teilschnittdarstellung der alternativen Ausführungsform.
  • Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, dient zum Pressen eines Formteil aus einem keramischen und/oder metallischen Material 3 eine Matrize 1 mit einer Matrizenöffnung 2 zum Einfüllen des zu verpressenden Materials 3 sowie eine Anordnung aus Stempeln 4, 5, 6 zum Verdichten und Pressen des in die Matrizenöffnung 2 gefüllten Materials 3. Bei dem Material handelt es sich insbesondere um ein pulver- und/oder granulatförmiges Material.
  • Zumindest einer, vorzugsweise zumindest zwei gegenüberliegende Stempel 4, 5 oder sogar mehrere zueinander benachbarte Stempel 5 sind zum Verpressen des Materials 3 längs einer Verdichtungsachse X verstellbar angeordnet, wobei die Verdichtungsachse X vorzugsweise der zentralen Achse durch die Gesamtanordnung entspricht. Zum Verstellen der Stempel 4, 5 dienen vorzugsweise hydraulische Kräfte, welche über Hydraulikzylinder 17 auf die Rückseiten der Stempel 4, 5 einwirken. Alternativ können natürlich auch mechanische oder elektromotorische Stellglieder zum Versetzen der Stempel 4, 5 und Pressen des Materials 3 in einen verdichteten Zustand eingesetzt werden. Mittels der Hydraulikzylinder 17 und der Stempel 4, 5 wird das zu verpressende Material 3 mittels entsprechend einer Oberstempelkraft FO und zumindest einer Unterstempelkraft FU verpresst.
  • Außerdem ist aus Sicht der Verdichtungsachse X seitlich der Matrizenöffnung 2 in der Wandung der Matrize 1 und/oder in einem dazu benachbarten Gehäuse 8 ein Querstempel 6 angeordnet, welcher aus seitlicher Richtung längs einer Querachse QX in die Matrizenöffnung 2 hinein verstellbar ist. Der Querstempel 6 dient zum Formen seitlicher Vertiefungen in das in der Matrizenöffnung 2 zu pressende Formteil. Zum Beaufschlagen des Querstempels 6 mit einer Querstempelkraft FQ dient ein Querstempel-Antrieb, insbesondere ein ExzenterAntrieb 7.
  • Der Exzenterantrieb 7 ist je nach Dimensionierung der Wandung der Matrize 1 und/oder des benachbarten Gehäuses 8 ganz oder teilweise in der Matrizenwandung und/oder dem Gehäuse seitlich der Matrizenöffnung 2 aufgenommen. Der Exzenterantrieb 7 besteht aus einem Exzenterrad 9, dessen Außenumfang exzentrisch um eine Antriebsachse AX eines Antriebs bzw. Motors 13 in Rotation versetzt wird. Zur exakten Ansteuerung ist der Antrieb 13 insbesondere als ein Elektromotor mit Drehgeber ausgestaltet. Die Verbindung einer Antriebswelle 14 des Motors 13 mit dem Exzenterrad 9 erfolgt in üblicher Art und Weise über ein entsprechendes Innengewinde 15 des Exzenterrads 9. Dem Außenumfang des Exzenterrad 9 benachbart ist mittels eines Bolzens 11 ein Gestängeelement eines Exzentergestänges 10 gelagert. Das andere Ende der Exzenterstange ist über einen weiteren Bolzen 11 an dem Querstempel 6 oder bevorzugt an einer Querstempelkupplung 12 gelagert. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Querstempel 6 in Draufsicht eine T-förmige Kontur auf, wobei der Querbalken in der C-förmig ausgebildeten Querstempelkupplung 12 eingesetzt ist. Eine derartige Anordnung mit einer solchen oder alternativ ausgebildeten Querstempelkupplung 12 ermöglicht den schnellen Austausch eines Querstempels 6 gegen einen anderen Querstempel 6. Dadurch können verschlossene Querstempel 6 ausgetauscht werden oder im Fall einer andersartigen Form der stirnseitigen Querstempelfläche zum Prägen einer andersartigen Struktur entsprechend ausgetauscht werden. Zum Führen des Querstempels 6 und/oder der Querstempelkupplung 12 zusammen mit dem Querstempel 6 dienen seitliche Führungen 16 und/oder eine entsprechende Durchtrittsöffnung 18 in der Matrizenwandung.
  • Vorzugsweise kann eine Vielzahl derartiger Querantriebe mit Querstempeln 6 um die Verdichtungsachse X bzw. die Matrizenöffnung 2 und die Matrize 1 herum angeordnet werden, um mittels einer Vielzahl derartiger Querstempel 6 eine entsprechende Vielzahl seitlicher Einformungen in das herzustellende Formteil einzupressen bzw. einzuprägen.
  • Mittels einer Steuereinrichtung C wird die Gesamtanordnung gesteuert, insbesondere die Oberstempelkraft FO und die Unterstempelkraft FU sowie die Querstempelkraft FQ der verschiedenen auf das zu verpressende Material 3 einwirkenden Stempel 4, 5, 6. Neben einer entsprechenden Kraftkurve der einzelnen Stempel erfolgt auch eine zeitliche Abstimmung unter Berücksichtigung des jeweiligen momentanen Verdichtungszustands des zu verpressenden Materials 3. Durch den Einsatz eines Exzenterantriebs 7 für die Bewegung des Querstempels 6 reicht bereits ein Elektromotor mit 20 W Antriebleistung aus, um mit der Stirnseite des Querstempels 6 auf das Material 3 bzw. das erzeugte oder in Erzeugung befindliche Formteil eine große Presskraft auszuüben, insbesondere eine Presskraft von ca. 10 kN auszuüben. Ausgenutzt wird dabei insbesondere die entsprechende Hebelwirkung eines derartigen Exzenterantriebs 7. Die durch den Exzenterantrieb 7 bereitstellbare Presskraft reicht insbesondere aus, nicht nur vor dem eigentlichen Verdichtungsvorgang sondern auch während des eigentlichen Verdichtens des Materials 3, d. h. nach einem möglichen Pulvertransport, oder nach dem endgültigen Verdichten des Materials 3 noch eine Verformung mit dem Querstempel 6 zu ermöglichen. Im Fall eines bereits nahezu verdichteten oder eines verdichteten Formteils erfolgt die Verformung dabei in Art eines Einprägens von Strukturen in die entsprechende seitliche Wandung des Formteils bzw. in dieses hinein. In diesem Fall dienen letztendlich die Stempel 4, 5 längs der Verdichtungsachse X in Art einer Matrize für die Bewegung und Verformungsarbeit mittels des Querstempels 6.
  • Zur Erhöhung der Presskraft kann zwischen den eigentlichen Motor bzw. Antrieb 13 und die Antriebswelle 14, welche in das Innengewinde 15 bis 16 des Exzenterrads 9 eingreift optional ein Getriebe gesetzt werden. Weiterhin vorteilhaft ist, dass bei einer Anordnung einer Vielzahl derartiger Querstempel und Querstempelantriebe die einzelnen Querstempel 6 bzw. deren Pressflächen voneinander unabhängig und geregelt antreibbar sind.
  • Baulich besonders vorteilhaft ist die platzsparende Anordnung durch die Verwendung des Exzenterrads 9 und des Antriebs 13 längs der Antriebsachse AX, welche parallel oder im wesentlichen parallel zur Verdichtungsachse X angeordnet ist. Dadurch wird eine Bauform ermöglicht, welche eine nur geringe seitliche Erstreckung aus Sicht der Matrize erforderlich macht, so dass die Matrize 1 mit dem angesetzten Exzenterantrieb 7 auch bei nur geringem seitlichen Bauraum in Pressenanordnungen und Pressengestelle einsetzbar ist. Insbesondere wird ein modularer Aufbau hinsichtlich der Austauschbarkeit der einzelnen Stempel, entsprechender Matrizen 1 mit Durchtrittsöffnungen 18 für entsprechend beliebig formbare Querstempel 6 und seitlich ansetzbaren Gehäusen 8 für Querstempelantriebe ermöglicht.
  • Sofern der Querstempel 6 nicht in einer Ebene senkrecht zu der Verdichtungsachse X verstellbar sein soll, sondern längs einer Ebene schräg zu der Verdichtungsachse X kann wahlweise entweder eine entsprechende Übersetzung des Exzenterantriebs oder eine entsprechende Verkippung der Antriebsachse AX vorgesehen werden. Bei entsprechend geringer Baubreite und einem großdimensionierten Stempel zum Pressen längs oder parallel der Verdichtungsachse X kann ein derartiger Querstempel und Querstempelantrieb prinzipiell auch in einem solchen Stempel 4 aufgenommen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist eine gezielte Ansteuerung der Oberstempelkraft FO und der Unterstempelkraft FU eines oder mehrerer Oberstempel 4 und Unterstempel 5 mittels der Steuereinrichtung C derart, dass im Bereich der Querachse QX bzw. im Bereich des in die Matrizenöffnung 2 hineingeführten Querstempels 6 ein kraftneutraler Bereich hinsichtlich der Ausrichtung längs der Verdichtungsachse X auf den seitlichen Querstempel 6 wirkenden Kräfte entsteht. Insbesondere werden die derart seitlich auf den Querstempel 6 wirkenden Kräfte längs der Verdichtungsachse X innerhalb einer Toleranz Δ gehalten, so dass bei einem weit in die Matrizenöffnung 2 hineinragenden Querstempel 6 während der Verdichtungsphase oder vor der Verdichtungsphase keine seitlichen übermäßigen Kräfte auf den Querstempel 6 einwirken, welche diesen abscheren, verbiegen oder in der geformten Öffnung verklemmen würden. Dies ermöglicht auch einen Einsatz des Querstempels 6 in einem außermittigen Bereich des zwischen den Stempeln 4, 5 längs der Verdichtungsachse X ausgebildeten Raums der Matrizenöffnung 2.
  • Anhand der Figuren 3 und 4 wird eine alternative Ausführungsform erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen nur Komponenten und deren Wirkungsweise beschrieben werden, welche sich von denen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 3 und 4 stehen dabei für gleiche oder gleich wirkende Komponenten entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Das Gehäuse 8 zur Aufnahme des eigentlichen Exzenterantriebs 7 weist einen im Wesentlichen quaderförmigen Aufbau auf mit zwei Seitenwänden 16 zum seitlichen Führen einer vorzugsweise plattenförmigen Exzenterradaufnahme 21 auf. Die Exzenterradaufnahme 21 ist zwischen den seitlichen Wänden 16 und auf einer Bodenfläche 8* des Gehäuses 8 in linearer Richtung längs der Querachse QX verstellbar. Stirnseitig an der Exzenterradaufnahme 21 ist wiederum eine Querstempelkupplung 12 zum gelagerten Aufnehmen eines Querstempels 6 befestigt. Die Querstempelkupplung 12 wird dabei zusammen mit der Exzenterradaufnahme 21 längs der Querachse QX verstellt.
  • Die Exzenterradaufnahme 21 weist eine im Wesentlichen zylindrische Aufnahme zum Lagern eines äußeren Exzenterrads 19* auf. Das Exzenterrad 19* weist wiederum eine im Wesentlichen zylindrische Aufnahme für ein inneres Exzenterrad 19 auf. Das innere Exzenterrad 19 weist eine zylindrische Aufnahme zum Aufnehmen einer Antriebswelle 14 eines Antriebs 13 auf. Dabei ist eine Antriebsachse AX des Antriebs 13 und der Antriebswelle 14 etwas seitlich versetzt zu einer Rotationsachse RX1 und seitlich etwas versetzt zu der Antriebsachse AX. Eine Rotationsachse RX2 des äußeren Exzenrrads 19* ist wiederum seitlich versetzt zu der Rotationsachse RX1 des inneren Exenterrads 19 und zu der Antriebsachse AX. Hinsichtlich des Abstands ist die Rotationsachse RX2 des äußeren Exzenterrads 19* weiter von der Antriebsachse AX beabstandet als die Rotationsachse RX1 des inneren Exzenterrads 19. Beide Rotationsachsen RX1, RX2 und die Antriebsachse AX verlaufen vorzugsweise seitlich versetzt und parallel zu der Verdichtungsachse X.
  • Eine solche Anordnung eines Exzenters bietet sich insbesondere bei nur geringen Vorschubstrecken des Querstempel 6 in prägender Art und Weise zum Formen einer Vertiefung in den Außenumfang eines Formteils an. Je nach Dimensionierung eines solchen Exzenterantriebs 7 sind vorzugsweise Vertiefungen in dem Außenumfang des Formteils mit einer Tiefe im Bereich bis zu einigen Millimetern einprägbar. Prinzipiell sind jedoch auch größere Vorschubstrecken durch entsprechend größere Dimensionierung des Exzenterantriebs umsetzbar.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Pressen eines Formteils, bei dem
    - ein keramisches und/oder metallisches zu verpressendes Material, insbesondere pulver- und/oder granulatförmiges Material (3), in eine Matrizenöffnung (2) einer Matrize (1) gefüllt wird,
    - längs einer Verdichtungsachse (X) mit zumindest einem Pressstempel (4, 5) das Material (3) verdichtet und gepresst wird und
    - in einer Richtung mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Verdichtungsachse (X) längs einer Querachse (QX) ein Querstempel (6) in das Material (3) verstellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Verstellen des Querstempels (6) während und/oder nach dem Verpressen des Materials längs der Verdichtungsachse (X) durchgeführt wird, insbesondere während und/oder nach Beginn des Verdichtungsvorgangs des Materials (3) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Verpressen längs der Querachse (QX) ein Exzenterantrieb (7) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Querstempel (6) zum Nachverformen des längs der Verdichtungsachse (X) endverdichteten, insbesondere vollverpressten Materials (3) gegen und in dieses prägend geschlagen wird.
  4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Verdichtungsachse (X) des zumindest einen Pressstempels (4, 5) eine Hauptpressachse zur eigentlichen Materialverdichtung ausbildet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der oder die Presstempel (4, 5) längs der Verdichtungsachse (X) mittels eines hydraulischen Pressenantriebs verstellbar angesteuert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Querstempel (6) in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Verdichtungsachse (X) des zumindest einen Pressstempels (4, 5) liegt, verstellbar angeordnet wird.
  7. Vorrichtung zum Pressen eines Formteils aus einem keramischen und/oder metallischen zu verpressenden Material (3), insbesondere Pulver und/oder granulatförmigem Material, mit
    - einer Matrize (1) mit einer Matrizenöffnung (2) zum Aufnehmen des Materials (3),
    - zumindest einem Pressstempel (4, 5), der zum Verpressen des Materials (3) längs einer Verdichtungsachse (X) verstellbar ist,
    - einem Querstempel (6), der zum Formen und/oder Pressen des Formteils in einer Richtung mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Verdichtungsachse (X) längs einer Querachse (QX) in das Material (3) verstellbar ist, und
    - einer Querstempel-Antriebseinrichtung (7) für den Querstempel (6),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Querstempel-Antriebseinrichtung (7) einen Exzenterantrieb zum Antreiben des Querstempels (6) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Exzenterrad (9) den Querstempel (6) mittels eines Exzentergestänges (10, 11, 12) verstellt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Querstempel (6) von einer Exzenterradaufnahme (21) linear verstellt wird und wobei die Exzenterradaufnahme (21) eine Anordnung aus einem äußeren Exzenterrad (19*) und einem darin gelagerten Exzenterrad (19) lagert.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Exzenterrad (9) mittels einer Antriebswelle (14) antreibbar ist, wobei die Antriebswelle (14) im wesentlichen parallel zur Verdichtungsachse (X) des zumindest einen Pressstempels (4, 5) verlaufend angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Exzenterantrieb (7) ausgebildet ist, den Querstempel (6) gegen bzw. in das Formteil zu schlagen, insbesondere in Art eines Prägeverfahrens gegen bzw. in das Formteil zu schlagen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mit einem Elektromotor (13) mit Drehgeber zur Positionsbestimmung zum Antreiben des Exzenterantriebs (7).
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Querstempel (6) über eine Querstempelkupplung (12) an den Exzenterantrieb (7) austauschbar angekoppelt ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Verdichtungsachse (X) des zumindest einen Pressstempels (4, 5) eine Hauptpressachse zur eigentlichen Materialverdichtung ausbildet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei der oder die Presstempel (4, 5) längs der Verdichtungsachse (X) mittels eines hydraulischen Pressenantriebs verstellbar ist bzw. sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei der Querstempel (6) in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Verdichtungsachse (X) des zumindest einen Pressstempels (4, 5) liegt, verstellbar angeordnet ist.
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