EP2903811A1 - Verfahren zum steuern einer keramik- oder metallpulver-presse bzw. keramik- oder metallpulver-presse - Google Patents

Verfahren zum steuern einer keramik- oder metallpulver-presse bzw. keramik- oder metallpulver-presse

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EP2903811A1
EP2903811A1 EP13798548.7A EP13798548A EP2903811A1 EP 2903811 A1 EP2903811 A1 EP 2903811A1 EP 13798548 A EP13798548 A EP 13798548A EP 2903811 A1 EP2903811 A1 EP 2903811A1
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EP
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drive
press
force
ram
pressing
Prior art date
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Application number
EP13798548.7A
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EP2903811B1 (de
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Herbert Ludwig GRÖBL
Roland Menzel
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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 EP2903811A1 publication Critical patent/EP2903811A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2903811B1 publication Critical patent/EP2903811B1/de
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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
    • B30B11/005—Control arrangements
    • 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
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
    • B28B17/0063—Control arrangements
    • B28B17/0081—Process control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/02—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—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
    • B30B1/18—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 screw means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/007—Means for maintaining the press table, the press platen or the press ram against tilting or deflection

Definitions

  • the invention relates to a method with the
  • the preamble of claim 1 for controlling a ceramic and / or metal powder press for pressing a pressed material wherein at least one electric motor drive, which adjusts at least one ram pressed along a pressing direction, is controlled such that the drive the ram along a position Target path moves to a respective current desired position of the press ram and the drive in deviation from the desired position track
  • the invention also relates to such a controlled ceramic and / or metal powder press for pressing a pressed material.
  • Floating means that the axle can be pushed out of its position by at least one other, especially opposite axle. In doing so, however, it holds against the force programmed in the tool program for the axis against the axis displacing it, which can be seen more clearly e.g. a spring effect is comparable.
  • Another application is a force-controlled reduction of the pressing force, in particular the upper,
  • Floaten can therefore also as floating, controlled yielding or
  • Hydraulic powder presses a particular problem in the case of screw presses, which a spindle drive
  • the torque limiter is unusable.
  • two servomotors with one spindle each drive a tool axis. Due to the efficiency problem of the spindles, no synchronous operation of the two servo axes can be guaranteed.
  • Synchronous deviations in particular less than 0.01 mm.
  • Servo drives that can be used in such spindle presses consist of current, speed and position controllers. In principle, no force control is possible with these controllers.
  • the object of the invention is to improve a ceramic and / or metal powder press and a method for controlling a ceramic and / or metal powder press for pressing a pressed material using at least one electromotive drive so that a more reliable operation is enabled , in particular a force control at
  • Press stamp is possible.
  • the method should be applicable to such a press, which is equipped with a servo spindle drive.
  • Press ram displaced along a pressing direction is driven such that the drive moves the ram along a position set path, in particular to a respective current set position of the ram and the drive in deviation from the position setpoint path
  • a regulation of desired positions of at least one press ram takes place via its at least one electromotive drive depending on a measured force.
  • a control can also be realized by a subsequent control by means of different interconnected control and regulating devices.
  • the force of the tool axis that is to say in particular the measured force on one of the components from the press ram to its fixed point relative to a frame and possibly relative to other tool axes, is provided with suitable
  • Such a regulation can be implemented for only one press die of a plurality of press dies of such a press or a press used accordingly in such a press
  • Target force is specified.
  • each axis can evaluate the respective force for itself and independently of the overall composite and can arrange a readjustment.
  • At least one ram can be calculated and / or regulated as a function of at least one such measured force.
  • an embodiment is that based on the measured force, the position setpoint path is calculated in particular for a servo axis or a plurality of servo axes, in particular calculated so that a tool axis or in particular their
  • the position is not directly controlled by a direct manipulated variable of a drive, for example a voltage applied to the drive, an applied current or an oil pressure applied to the hydraulic cylinder.
  • a direct manipulated variable of a drive for example a voltage applied to the drive, an applied current or an oil pressure applied to the hydraulic cylinder.
  • the setpoint position itself is changed so that a controlled setpoint or setpoint position is applied to a drive control and then the drive control in turn performs a control or preferably regulation of the manipulated variables of the drive as a function of the applied regulated setpoint position. It is thus preferably a double control chain with two controllers connected in series or in particular regulations. It is yet another embodiment that as the
  • Deviation a force-control deviation between the measured force and the desired force is converted into a for a position controller of the control device at least one drive convertible target position control variable.
  • a force control deviation is determined and from this a desired position control variable is determined, which is used to control the electromotive drive.
  • a desired position control variable is determined, which is used to control the electromotive drive.
  • Target position control variable is implemented.
  • the machine-specific modulus of e-modulus can refer to individual or all components in the force flow between the side of the ram facing the material to be pressed and the drive or the frame element carrying the drive. Also can for different axes or force flows different modulus of e-modulus
  • the at least one ram is adjusted as part of a floating, ie in particular floating or controlled yielding or readjusted axis.
  • a particularly preferred embodiment consists in a ceramic and / or metal powder press for pressing a
  • control device can be an independent component or completely or partially in the respective drive or
  • the one or more drives and force measuring devices may be assigned to one or more press dies or axes, which on one of the applied main pressing force
  • a main pressing force can be by an electric motor drive, but optionally also by mechanical, pneumatic or hydraulic drives are applied.
  • the main pressing force acts in particular via one or more press punches, which on the side opposite to the so-controlled press ram side of the pressed material
  • Press punches wholly or partially underlying punch can be regulated, in particular if several pressing means are adjustable by means of electromotive drives relative to each other on the side of such a main pressing force.
  • Pressing stamp is part of a floating axis.
  • a plurality of rams are arranged on one side of the die opening, wherein these several
  • Press rams are independently adjustable along the pressing direction.
  • Press rams are independently adjustable along the pressing direction.
  • a single such ram is arranged adjustable by two or more drives at the same time, one of the measured force certain, especially single
  • Correction value is created for the drives.
  • a press ram is arranged on a so-called plate as a punch carrier, wherein the plate is adjustable within the framework or tool by means of two or more drives along the pressing direction.
  • a control deviation determined from one or more measured force values can be used to determine a common control deviation
  • Target position control variable can be used for all affected drives.
  • the drives are also independently controllable, in particular dependent on individually determined measured forces dependent to prevent tilting of the plate or the stamp carrier by appropriate control.
  • An embodiment consists in such a press, in which the control device is designed to control at least one drive by means of a method described in this way. In other words, a press equipped with appropriate components is applied using the
  • servo-motor drive is configured and / or drives a spindle preceded by the press ram.
  • a position desired path of a servo axis or a plurality of servo axes is calculated so that the tool axis or in particular, their ram follows the programmed force.
  • Fig. 1 individual components of a ceramic and / or
  • Metal powder press and a diagram to illustrate a pressing process.
  • a ceramic and / or metal powder press 1 comprises a frame 2, in which various further components are accommodated. In part, the other components are fixedly connected to the frame 2, in part relative to this and relative to each other
  • Central part is a matrix 3, in whose
  • Press punches 4, 5 is a pressed material 6 can be filled in the die opening.
  • One or more further press punches 7 can be inserted from above into the die opening filled with pressed material 6 in order to feed the pressed product 6 to a compact
  • the pressed material 6 is in particular a metallic and / or ceramic powdery and / or granular material.
  • Stamp carrier 8 By means of an electric motor drive 10, which in particular a servo motor and a
  • Spindle 9 has, the punch carrier 8 and the ram 7 in the pressing direction back and forth adjustable.
  • a force measuring device 11 is arranged in the area of the illustrated upper frame 2, on which the drive 10 is attached or arranged, and the press ram 7, .
  • the force measuring device 11 may, for example, as
  • the force measuring device 11 serves to measure a pressing force acting on the pressed material 6 between these components and / or via the press ram 7 and to output them as a measured force F3.
  • the central second ram 5 is arranged on a particular plate-shaped punch carrier 12.
  • Die carrier 12 is relative to a lower portion of the frame 2 by way of example two electromotive
  • the two drives 15, 16 adjustable along the pressing direction.
  • the two drives 15, 16 in turn each have a motor and a driven by this spindle rod 13, 14.
  • Force measuring devices 24, 25 are arranged in the area from the frame 2 to the pressing ram 5 in order to measure a respective momentary pressing force acting on the drives 15, 16 and to output corresponding measured values as respectively measured force F21 or F22.
  • the central lower, first ram 4 is arranged on a particular plate-shaped punch carrier 17.
  • the punch carrier 17 is relative to a lower portion of the frame 2 by way of example two electromotive
  • Drives 20, 21 adjustable along the pressing direction.
  • the two drives 20, 21 in turn each have a motor and a driven by this spindle rod 18, 19.
  • Force measuring devices 22, 23 are arranged in the area from the frame 2 to the pressing ram 4 in order to measure a respective momentary pressing force acting on the drives 20, 21 and to output corresponding measured values as respectively measured force F1 or F12.
  • a control device C is used to control and monitor functions of the press 1.
  • the press 1 the press's
  • Control device C among other things, the drives 10, 15, 16, 20, 21 to control. Especially in the case of servomotors or servo drives with their own control circuits, the
  • Control device C to the servo drives or their
  • the control device C provides as control signals for the drives 10, 15, 16, 20, 21 in particular setpoint control variables s3, sll, sl2, s21 or S22.
  • the setpoint position control variables s3, sll, sl2, s21 or S22 may be, for example,
  • the measured forces F3, Fll, F12, F21, F22 are applied for consideration in a current pressing process of the control device C.
  • the control device C takes into account a predetermined pressing sequence.
  • the pressing process is based on pressing forces, which of the press punches 4, 5, 7 during a temporal
  • the current position a may be an actual position of the
  • Drives 13, 16, 20, 21, 10 are used, in particular a determinable by the drive itself position.
  • the position desired paths asl, as3 are determined as a function of the pressing forces required for the respective press dies 4, 5, 7 over the time course t.
  • Force measuring means 24, 25 determines the control device C a control deviation ⁇ (21), for example, if the measured force F21 of one of the force measuring device 25 deviates from a desired force Fs for particular the measured force value of this force measuring device 25. Accordingly, the associated drive 16 is a control signal or a
  • Set position control variable s21 is applied, which controls a Nachre ⁇ gelation depending on the control deviation ⁇ (21).
  • control deviation ⁇ (21) and thus the desired position control variable s21 are thus force-dependent control or
  • the variables influencing the respective instantaneous position a of the corresponding ram 4, 5, 7 are preferably also further variables influencing the pressing process, in particular a machine-specific modulus of elasticity E, a
  • current setpoint position control variables s3, sll, sl2, s21, s22 during an ongoing pressing process can be determined in different ways. In principle, a table comparison or a calculation are possible in particular.
  • a calculation can be based on a simplified model.
  • the deviations of the real object from the model are coupled into the calculation via the setpoint-actual force difference.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse (1) zum Pressen eines Pressguts (6), bei dem zumindest ein elektromotorischer Antrieb (15, 16; 20, 21), welcher zumindest einen Presstempel (5; 4) längs einer Pressrichtung verstellt, derart angesteuert wird, dass der Antrieb (15, 16; 20, 21) den Pressstempel (5; 4) längs einer Positions-Sollbahn (as1) bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn (as1) nachgeregelt wird, wobei als zumindest eine Stellgröße für das Nachregeln eine gemessene Kraft (F11, F12), die auf das Pressgut (6), den Pressstempel (4) oder diesen tragende Komponenten (17 - 19) einwirkt, verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Keramik- und/oder Metallpulver-Presse (1), die zum Durchführen des Verfahrens ausgestaltet ist.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM STEUERN EINER KERAMIK- ODER METALLPULVER-PRESSE BZW.
KERAMIK- ODER METALLPULVER-PRESSE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den
oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts, bei dem zumindest ein elektromotorischer Antrieb, welcher zumindest einen Presstempel längs einer Pressrichtung verstellt, derart angesteuert wird, dass der Antrieb den Pressstempel längs einer Positions-Sollbahn zu einer jeweils momentanen Sollposition des Pressstempels bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn
nachgeregelt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine derart gesteuerte Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts.
Es gibt Keramik- und/oder Metallpulver-Pressen, bei denen während eines Pressverfahrens ein sogenanntes Floaten
einzelner Achsen, d.h. insbesondere von Pressstempel und diese (n) tragende Komponenten, während des
Formgebungsprozesses gefordert ist. Floaten bedeutet, dass sich die Achse von zumindest einer anderen, insbesondere gegenüberliegenden Achse aus ihrer Position drängen lässt. Sie hält dabei jedoch mit der im Werkzeugprogramm für die Achse programmierten Kraft gegen die diese verdrängende Achse gegen, was anschaulicher z.B. einer Federwirkung vergleichbar ist. Ein weiterer Anwendungsfall ist ein kraftgeregelter Abbau der Presskraft an insbesondere der oberen,
kraftführenden Achse. Der Begriff Floaten lässt sich daher auch als schwimmend, kontrolliert nachgebend oder
kontrolliert nachgeregelt bezeichnen. Insbesondere bei servomotorischen Pulverpressen, insbesondere Mehrplattenpressen, besteht gegenüber beispielsweise
hydraulischen Pulverpressen eine besondere Problematik im Fall von Spindelpressen, welche einen Spindelantrieb
aufweisen. Eine bei diesen durch eine Antriebssteuerung bzw. Antriebsregelung vorgesehene klassische Drehmomentbegrenzung ist als eine Funktion des Servoreglers nicht in der Lage, die Kraft an solchen Achsen absolut-genau zu begrenzen. Der Grund liegt darin, dass die rotatorische Bewegung des Servomotors mit Hilfe einer Spindel in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad dieser Spindel hängt von mehreren physikalischen Größen ab, unter anderem der Temperatur, und ist deshalb als quasi unbekannte Größe einzuordnen. Wird für eine solche Werkzeugachse ein Doppelantrieb
verwendet, ist die Drehmomentbegrenzung unbrauchbar. Bei einem Doppelantrieb treiben zwei Servomotoren mit je einer Spindel eine Werkzeugachse an. Durch die Wirkungsgrad- Problematik der Spindeln kann kein synchroner Betrieb der beiden Servoachsen gewährleistet werden. Aus
verfahrenstechnischer Sicht liegt die Toleranz für die
Synchronabweichungen bei insbesondere kleiner 0,01 mm.
In solchen Spindelpressen einsetzbare Servoregler bestehen aus Strom-, Drehzahl- und Lageregler. Mit diesen Reglern ist prinzipiell keine Kraftregelung möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Keramik- und/oder Metallpulver-Presse und ein Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines Pressguts unter Einsatz zumindest eines elektromotorischen Antriebs so zu verbessern, dass ein zuverlässigerer Betrieb ermöglicht wird, insbesondere eine Kraftregelung bei
zumindest einer floatenden Achse bzw. einem floatenden
Pressstempel ermöglicht wird. Insbesondere soll das Verfahren bei einer solchen Presse anwendbar sein, die mit einem Servo- Spindelantrieb ausgestattet ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. die Keramik- und/oder Metallpulver- Presse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen . Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht in einem
Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder Metallpulver- Presse zum Pressen eines Pressguts, bei dem zumindest ein elektromotorischer Antrieb, welcher zumindest einen
Presstempel längs einer Pressrichtung verstellt, derart angesteuert wird, dass der Antrieb den Pressstempel längs einer Positions-Sollbahn insbesondere zu einer jeweils momentanen Sollposition des Pressstempels bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn
nachgeregelt wird, wobei als zumindest eine Stellgröße für das Nachregeln eine gemessene Kraft, die auf das Pressgut, den Pressstempel oder diesen tragende Komponenten einwirkt, verwendet wird.
Mit anderen Worten erfolgt eine Regelung von Sollpositionen zumindest des einen Pressstempels über dessen zumindest einen elektromotorischen Antrieb abhängig von einer gemessenen Kraft. Eine Regelung kann auch durch eine Nachsteuerung mittels verschiedener untereinander verschalteter Steuer- und Regeleinrichtungen realisiert werden.
Die Kraft der Werkzeugachse, das heißt insbesondere die gemessene Kraft auf eine der Komponenten vom Pressstempel bis zu dessen Fixpunkt relativ zu einem Rahmen und gegebenenfalls relativ zu weiteren Werkzeugsachsen wird mit geeigneten
Sensoren bzw. einer geeigneten Kraftmesseinrichtung in der translatorischen Bewegung während eines laufenden Presszyklus gemessen .
Eine solche Regelung ist umsetzbar für nur einen Pressstempel einer Vielzahl von Pressstempeln einer solchen Presse bzw. eines entsprechend in einer solchen Presse eingesetzten
Werkzeugs. Umsetzbar ist eine solche Regelung aber auch für mehrere oder alle Pressstempel einer solchen Presse bzw.
eines solchen Werkzeugs.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass zu der
Positions-Sollbahn abhängig von der zumindest einen
gemessenen Kraft nachgeregelt wird, wobei gemäß einer
Weiterbildung die Positions-Sollbahn abhängig von einer
Sollkraft vorgegeben ist.
Auch dabei werden somit Kraftwerte in Positionswerte
übertragen. Eine Weiterbildung ist, dass jede Achse für sich und unabhängig von Gesamtverbund die jeweilige Kraft bewertet und eine Nachregelung veranlassen kann.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass Sollpositionen
zumindest eines Pressstempels abhängig von zumindest einer solchen gemessenen Kraft berechnet und/oder geregelt werden.
Auch eine Ausgestaltung ist, dass anhand der gemessenen Kraft die Positions-Sollbahn insbesondere für eine Servoachse oder mehrere Servoachsen berechnet wird, insbesondere so berechnet wird, dass eine Werkzeugachse bzw. insbesondere deren
Pressstempel der programmierten Kraft folgt.
Insbesondere wird somit nicht unmittelbar die Position über eine direkte Stellgröße eines Antriebs, z.B. eine am Antrieb anliegende Spannung, ein anliegender Strom oder ein am hydraulischen Zylinder anliegender Öldruck geregelt. Anstelle dessen wird die Sollposition selber verändert, so dass einer Antriebssteuerung eine geregelte Sollgröße bzw. Sollposition angelegt wird und daraufhin die Antriebssteuerung ihrerseits eine Steuerung oder bevorzugt Regelung der Stellgrößen des Antriebs abhängig von der anliegenden geregelten Sollposition durchführt. Es handelt sich somit bevorzugt um eine doppelte Regelkette mit zwei hintereinandergeschalteten Steuerungen bzw. insbesondere Regelungen. Es ist eine noch weitere Ausgestaltung, dass als die
Abweichung eine Kraft-Regelabweichung zwischen der gemessenen Kraft und der Sollkraft in eine für einen Lageregler der Steuereinrichtung zumindest des einen Antriebs umsetzbare Sollpositions-Steuergröße umgesetzt wird.
Mit anderen Worten wird eine Kraft-Regelabweichung ermittelt und daraus eine Sollpositions-Steuergröße bestimmt, welche zur Regelung des elektromotorischen Antriebs verwendet wird. Eine Ausgestaltung dazu besteht darin, dass zusätzlich eine Spindelsteigung des Antriebs und/oder eine
maschinenspezifische E-Modul-Konstante in die für den
Lageregler des zumindest einen Antriebs umsetzbare
Sollpositions-Steuergröße umgesetzt wird.
Es können auch weitere Größen berücksichtigt werden, welche abhängig sind von herrschenden Temperaturen oder variablen oder modellspezifischen geometrischen sowie konstruktiveren oder materialabhängigen Größen insbesondere der Presse und in deren Umfeld. Insbesondere kann sich die maschinenspezifische E-Modul-Konstante auf einzelne oder alle Komponenten in dem Kraftfluss zwischen der dem Pressgut zugewandten Seite des Pressstempels und dem Antrieb oder dem den Antrieb tragenden Rahmenelement beziehen. Auch können für verschiedene Achsen bzw. Kraftflüsse unterschiedliche E-Modul-Konstanten
bereitgestellt sein.
Insbesondere ist es eine Ausgestaltung, dass der zumindest eine Pressstempel als Bestandteil einer floatenden, das heißt insbesondere schwimmenden bzw. kontrolliert nachgebenden oder nachgeregelten Achse verstellt wird.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht in einer Keramik- und/oder Metallpulver-Presse zum Pressen eines
Pressguts mit zumindest einem elektromotorischen Antrieb, welcher zumindest einen Presstempel längs einer Pressrichtung verstellt, einer Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, den Antrieb derart anzusteuern, dass der Antrieb den Pressstempel längs einer Positions-Sollbahn zu einer jeweils momentanen Sollposition des Pressstempels bewegt und der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn nachregelt, wobei in der Presse zumindest eine Kraftmesseinrichtung, welche zum Messen einer Presskraft, die auf das Pressgut, den
Pressstempel oder diesen tragende Komponenten einwirkt, angeordnet ist und wobei für die Steuereinrichtung die damit gemessene Presskraft zumindest eine Stellgröße für die
Nachregelung bildet. Die Steuereinrichtung kann eine eigenständige Komponente sein oder ganz oder teilweise eine im jeweiligen Antrieb bzw.
dessen Motor integrierte Steuereinrichtung sein, wie bei z.B. einem Servoantrieb. Der oder die Antriebe und Kraftmesseinrichtungen können einem oder mehreren Pressstempeln bzw. Achsen zugeordnet sein, welcher auf einer der einwirkenden Hauptpresskraft
gegenüberliegenden Seite der Matrizenöffnung angeordnet sind. Eine Hauptpresskraft kann durch einen elektromotorischen Antrieb, optional aber auch durch mechanische, pneumatische oder hydraulische Antriebe aufgebracht werden. Die Hauptpresskraft wirkt dabei insbesondere über einen oder mehrere Pressstempel ein, welche auf der zu dem so geregelten Pressstempel gegenüberliegenden Seite des Pressguts
angeordnet sind und auf das Pressgut einwirken. Aber auch ein der Hauptpresskraft alleinig oder zusammen mit anderen
Pressstempeln ganz oder teilweise unterliegender Pressstempel kann so geregelt sein, insbesondere wenn auf Seiten einer solchen Hauptpresskraft mehrere mittels elektromotorischen Antrieben relativ zueinander verstellbare Pressstempel angeordnet sind. Dies schließt weiterhin mit ein, dass im Fall einer elektromotorischen Hauptpresskraft auch die diese Kraft übertragende Achse servomotorisch und mit Spindel¬ antrieb ausgestaltet ist und derart floatend regelbar ist.
Eine Ausgestaltung der Presse besteht darin, dass der
Pressstempel Bestandteil einer floatenden Achse ist.
Noch eine Ausgestaltung der Presse besteht darin, dass der Antrieb einen Presstempel relativ zu zumindest einem
zumindest in Pressstellung seitlich dazu angeordneten
Pressstempel bewegt.
Mit anderen Worten sind auf einer Seite der Matrizenöffnung mehrere Pressstempel angeordnet, wobei diese mehreren
Pressstempel längs der Pressrichtung unabhängig voneinander verstellbar sind. Insbesondere können bei solch einer
Anordnung nur einer, mehrere oder alle der Pressstempel derart regelbar sein.
Auch ist es eine weitere Ausgestaltung der Presse, dass ein einzelner solcher Presstempel durch gleichzeitig zwei oder mehr Antriebe verstellbar angeordnet ist, wobei ein aus der gemessenen Kraft bestimmter, insbesondere einziger
Korrekturwert den Antrieben angelegt ist. Beispielsweise ist ein solcher Pressstempel auf einer so genannten Platte als Stempelträger angeordnet, wobei die Platte innerhalb des Rahmenwerks oder Werkzeugs mittels zwei oder mehr Antrieben längs der Pressrichtung verstellbar ist. Eine aus einem oder mehreren gemessenen Kraftwerten bestimmte Regelabweichung kann zur Bestimmung einer gemeinsamen
Sollpositions-Steuergröße für alle betroffenen Antriebe verwendet werden. Gemäß einer Weiterbildung sind die Antriebe auch unabhängig voneinander regelbar, insbesondere von individuell bestimmten gemessenen Kräften abhängig regelbar, um ein Verkippen der Platte bzw. des Stempelträgers durch geeignete Regelung zu verhindern. Eine Ausgestaltung besteht in einer solchen Presse, bei welcher die Steuereinrichtung ausgelegt ist, zumindest den einen Antrieb mittels eines derart beschriebenen Verfahrens anzusteuern. Mit anderen Worten wird eine mit entsprechenden Komponenten ausgestattete Presse unter Anwendung des
Verfahrens zum Regeln der Sollpositionen zumindest eines
Pressstempels abhängig von zumindest einer gemessenen Kraft betrieben .
Auch ist es eine Ausgestaltung einer solchen Presse bzw.
eines solchen Verfahrens, das der Antrieb als
servomotorischer Antrieb ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel vorgeschaltete Spindel antreibt.
Regelbar sind so abhängig von gemessenen Kraftwerten auch mit insbesondere elektromotorischen Servo-Spindelantrieben positionsabhängig verstellbare Pressstempel.
Gemäß einer Weiterbildung wird anhand einer gemessenen Kraft eine Positions-Sollbahn von einer Servoachse oder mehreren Servoachsen so berechnet, dass die Werkzeugachse bzw. insbesondere deren Pressstempel der programmierten Kraft folgt .
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einzelne Komponenten einer Keramik- und/oder
Metallpulver-Presse und ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Pressablaufs.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfasst eine Keramik- und/oder Metallpulver-Presse 1 einen Rahmen 2, in welchem verschiedene weitere Komponenten aufgenommen sind. Teilweise sind die weiteren Komponenten ortsfest mit dem Rahmen 2 verbunden, teilweise relativ zu diesem und relativ untereinander
insbesondere längs einer Pressrichtung verstellbar.
Zentraler Bestandteil ist eine Matrize 3, in deren
Matrizenöffnung von insbesondere unten her einer oder mehrere Pressstempel 4, 5 eintauchen. Insbesondere oberhalb der
Pressstempel 4, 5 ist ein Pressgut 6 in die Matrizenöffnung einfüllbar. Einer oder mehrere weitere Pressstempel 7 sind von oben her in die mit Pressgut 6 befüllte Matrizenöffnung einführbar, um das Pressgut 6 zu einem Presskörper zu
verformen. Bei dem Pressgut 6 handelt es sich insbesondere um ein metallisches und/oder keramisches pulverförmiges und/oder granulatförmiges Material.
Der beispielhaft nur eine oberseitige Pressstempel 7 sitzt unterseitig an einem insbesondere plattenförmigen
Stempelträger 8. Mittels eines elektromotorischen Antriebs 10, welcher insbesondere einen Servomotor und eine
Spindelstange 9 aufweist, sind der Stempelträger 8 und der Pressstempel 7 in Pressrichtung vor und zurück verstellbar. In dem Bereich von dem dargestellten oberen Rahmen 2, an welchem der Antrieb 10 befestigt bzw. angeordnet ist, und dem Pressstempel 7 ist eine Kraftmesseinrichtung 11 angeordnet. Die Kraftmesseinrichtung 11 kann beispielsweise als
Kraftmessdose auf der Strecke zwischen dem Rahmen 2 und dem Pressstempel 7 zwischen zwei der Komponenten sitzen. Die Kraftmesseinrichtung 11 dient dazu, eine zwischen diesen Komponenten und/oder eine über den Pressstempel 7 auf das Pressgut 6 einwirkende Presskraft zu messen und als eine gemessene Kraft F3 auszugeben.
Unterseitig der Matrize 3 sind beispielhaft ein zentraler Pressstempel 5 und ein diesen ringförmig umgebender
Pressstempel 4 dargestellt, welche ein Pressen eines
konturierten Presskörpers ermöglichen.
Der zentrale zweite Pressstempel 5 ist auf einem insbesondere plattenförmigen Stempelträger 12 angeordnet. Der
Stempelträger 12 ist relativ zu einem unteren Abschnitt des Rahmens 2 mittels beispielhaft zwei elektromotorischen
Antrieben 15, 16 längs der Pressrichtung verstellbar. Die beiden Antriebe 15, 16 weisen wiederum jeweils einen Motor und eine durch diesen angetriebene Spindelstange 13, 14 auf. In dem Bereich von dem Rahmen 2 zum Pressstempel 5 hin sind Kraftmesseinrichtungen 24, 25 angeordnet, um jeweils eine über die Antriebe 15, 16 wirkende momentane Presskraft zu messen und entsprechende Messwerte als jeweils gemessene Kraft F21 bzw. F22 auszugeben. Der zentrale untere, erste Pressstempel 4 ist auf einem insbesondere plattenförmigen Stempelträger 17 angeordnet. Der Stempelträger 17 ist relativ zu einem unteren Abschnitt des Rahmens 2 mittels beispielhaft zwei elektromotorischen
Antrieben 20, 21 längs der Pressrichtung verstellbar. Die beiden Antriebe 20, 21 weisen wiederum jeweils einen Motor und eine durch diesen angetriebene Spindelstange 18, 19 auf. In dem Bereich von dem Rahmen 2 zum Pressstempel 4 hin sind Kraftmesseinrichtungen 22, 23 angeordnet, um jeweils eine über die Antriebe 20, 21 wirkende momentane Presskraft zu messen und entsprechende Messwerte als jeweils gemessene Kraft Fll bzw. F12 auszugeben.
Eine Steuereinrichtung C dient zum Steuern und überwachen von Funktionen der Presse 1. Insbesondere dient die
Steuereinrichtung C unter anderem dazu, die Antriebe 10, 15, 16, 20, 21 anzusteuern. Insbesondere im Fall von Servomotoren bzw. Servoantrieben mit eigenen Regelkreisen dient die
Steuereinrichtung C dazu, die Servoantriebe bzw. deren
Regelkreise mit Steuersignalen für zu fahrende Soll- Bewegungen zu versorgen. Die Steuereinrichtung C stellt dazu als Steuersignale für die Antriebe 10, 15, 16, 20, 21 insbesondere Sollpositions-Steuergrößen s3, sll, sl2, s21 bzw. S22 bereit. Bei den Sollpositions-Steuergrößen s3, sll, sl2, s21 bzw. S22 kann es sich beispielsweise um
kontinuierlich anliegende Signale oder um insbesondere temporäre Differenz- oder Steuerwerte handeln.
Entsprechend werden die gemessenen Kräfte F3, Fll, F12, F21, F22 zur Berücksichtigung bei einem laufenden Pressverfahren der Steuereinrichtung C angelegt.
Für die Durchführung eines bevorzugten Pressverfahrens berücksichtigt die Steuereinrichtung C einen vorgegebenen Pressablauf. Der Pressablauf beruht auf Presskräften, welche von den Pressstempel 4, 5, 7 während eines zeitlichen
Verlaufs des Pressvorgangs auf das Pressgut 6 einwirken sollen .
Dargestellt ist dies in einem Positions-Zeit-Diagramm
unterhalb der skizzierten Komponenten. Über dem zeitlichen Verlauf t sind jeweils Kurven abgebildet, welche eine
momentane Position a darstellen. Bei der momentanen Position a kann es sich um eine tatsächliche Position einer das
Pressguts berührenden Fläche eines der Stempel 4, 5, 7 handeln. Aus Gründen der einfacheren Handhabbarkeit kann aber prinzipiell auch eine beliebige andere insbesondere
ausreichend genau messbare oder bestimmbare Position a längs der Strecke von den Pressstempel 4, 5, 7 bis zu deren
Antrieben 13, 16, 20, 21, 10 eingesetzt sein, insbesondere auch eine durch den Antrieb selber bestimmbare Position.
Dargestellt sind zur Vereinfachung beispielsweise nur eine Positions-Sollbahn as3 des oberen Pressstempels 7 und eine Positions-Sollbahn asl des ersten, unteren Pressstempels 5. Bei einer Presse mit einer größeren Anzahl von Pressstempeln oberhalb und/oder unterhalb der Matrizenöffnung werden zweckmäßig entsprechend mehr solcher Positions-Sollbahnen verwendet. Insbesondere hängt die Anzahl solcher Positions- Sollbahnen von der Anzahl von Achsen bzw. Pressstempeln 4, 5, 7 ab, welche zu regeln sind.
Die Positions-Sollbahnen asl, as3 sind abhängig von für die jeweiligen Pressstempel 4, 5, 7 über den zeitlichen Verlauf t erforderlichen Presskräften bestimmt.
Dargestellt ist beispielhaft, dass während eines
kontinuierlichen Absenkens des oberen Pressstempels 7 der erste untere Pressstempel 5 anfänglich nach oben bewegt und ab einer vorgegebenen Position wieder etwas nach unten bewegt wird. Insbesondere soll eine so genannte floatende Bewegung durch den unteren Pressstempel 5 ausgeführt werden, bei welcher dieser bei zu großer von oben her auf das Pressgut 6 einwirkender Presskraft nach unten hin nach gibt. Vorgesehen sein kann auch, dass bei zu geringer von oben her auf das Pressgut 6 einwirkender Presskraft eine Nachregelung des unteren Pressstempels 5 nach oben hin erfolgt.
Bei dem dargestellten Zyklus des Pressverfahrens wird
angenommen, dass zwischenzeitlich die momentane Position alm des unteren Pressstempels 5 von der zu diesem Zeitpunkt vorgesehenen momentanen Sollposition aslm nach oben hin abweicht. Aufgrund der gemessenen Kräfte F21, F22 der entsprechend diesem unteren Pressstempel 5 zugeordneten
Kraftmesseinrichtungen 24, 25 ermittelt die Steuereinrichtung C eine Regelabweichung εΚ(21), wenn beispielsweise die gemessene Kraft F21 einer der Kraftmesseinrichtung 25 von einer Sollkraft Fs für insbesondere den gemessenen Kraftwert dieser Kraftmesseinrichtung 25 abweicht. Entsprechend wird dem zugeordneten Antrieb 16 ein Steuersignal bzw. eine
Sollposition-Steuergröße s21 angelegt, welche eine Nachre¬ gelung abhängig von der Regelabweichung εΚ(21) ansteuert.
Die Regelabweichung εΚ(21) und damit die Sollposition- Steuergröße s21 sind somit kraftabhängige Steuer- bzw.
Regelgrößen, welche direkt von einer oder gegebenenfalls auch mehreren der gemessenen Kräfte F21 abhängen.
Vorzugsweise werden bei der Bestimmung der Positions- Sollbahnen asl, as3 und entsprechend bei der Bestimmung der Sollpositions-Steuergrößen s3, sll, sl2, s21, s22 zu der die jeweils momentane Position a der entsprechenden Pressstempel 4, 5, 7 beeinflussende Größen zusätzlich auch weitere den Pressvorgang beeinflussende Größen wie insbesondere eine maschinenspezifische E-Modul-Konstante E, eine
Spindelsteigung und gegebenenfalls auch momentane Positionen weiterer der Pressstempel 4, 5, 7 berücksichtigt.
Die jeweiligen Regelabweichungen εΚ(21) und/oder die
momentanen Sollposition-Steuergrößen s3, sll, sl2, s21, s22 während eines laufenden Pressverfahrens können auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. Prinzipiell möglich sind insbesondere ein Tabellenvergleich oder eine Berechnung .
Im Fall eines Tabellenvergleichs könnte in einer Tabelle mit abhängig von Sollkräften über die Zeit hinweg anzufahrenden Sollpositionen auch das Wissen des Fachmanns bzw.
Anlagenbetreibers über beispielsweise eine Steifigkeit des Gebildes, Konturen und Materialeigenschaften des Prüfers berücksichtigt sein.
Da es sehr aufwändig ist, alle Bauteile im Kraftfluss der jeweiligen Achsen zu modellieren, um ein möglichst perfektes Modell als Grundlage zur Ermittlung korrekter Daten für die Tabelle zu erstellen, wird eine Berechnung bevorzugt.
Insbesondere kann bei einer Berechnung ein vereinfachtes Modell zu Grunde gelegt werden. Die Abweichungen des realen Objektes vom Modell werden über die Soll-Ist-Kraftdifferenz in die Berechnung ein gekoppelt.
Dazu wird, in der insbesondere Servoreglern überlagerten Steuereinrichtung C im Reglertakt eine Sollbahn über die Kraft berechnet. Wird nun im Betrieb die Sollkraft in
Relation zur Istkraft gesetzt, wird daraus die
Regelabweichung εΚ der jeweils betrachteten gemessenen Kraft erhalten. Diese Regelabweichung wird zusammen mit der
Spindelsteigung und einer maschinenspezifischen E-Modul- Konstante in eine für den Lageregler der Servoachse bzw. des Antriebs beherrschbare Sollposition umgerechnet. Folgt nun die Werkzeugachse bzw. deren Antriebsregelung der berechneten Bahn, wird automatisch das vorgesehene Kraftprofil an der Achse realisiert. Bezugs zeichenliste
1 Keramik- und/oder Metallpulver-Presse
2 Rahmen
3 Matrize
4 Pressstempel
5 Pressstempel
6 Pressgut
7 Pressstempel
8 insbesondere plattenförmiger Stempelträger
9 Spindelstange
10 elektromotorischer Antrieb
11 Kraftmesseinrichtung
12 insbesondere plattenförmiger Stempelträger
13 Spindelstange
14 Spindelstange
15 elektromotorischer Antrieb
16 elektromotorischer Antrieb
17 insbesondere plattenförmiger Stempelträger
18 Spindelstange
19 Spindelstange
20 elektromotorischer Antrieb
21 elektromotorischer Antrieb
22 Kraftmesseinrichtung
23 Kraftmesseinrichtung
24 Kraftmesseinrichtung
25 Kraftmesseinrichtung
a Position längs Pressrichtung
as3 Positions-Sollbahn dritter, oberer Stempel alm momentane Position erster, unterer Stempel asl Positions-Sollbahn erster, unterer Stempel aslm momentane Sollposition erster, unterer Stempel
C Steuereinrichtung
E maschinenspezifische E-Modul-Konstante
εΚ(21) Regelabweichung F3 gemessene Kraft als Messgröße
Fll gemessene Kraft als Messgröße
F12 gemessene Kraft als Messgröße
F21 gemessene Kraft als Messgröße
F22 gemessene Kraft als Messgröße
Fs Sollkraft
s3 Sollpositions-Steuergröße
sll Sollpositions-Steuergröße
sl2 Sollpositions-Steuergröße
s21 Sollpositions-Steuergröße
s22 Sollpositions-Steuergröße
t zeitlicher Verlauf eines Pressverfahrens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Keramik- und/oder
Metallpulver-Presse (1) zum Pressen eines Pressguts (6), bei dem
- zumindest ein elektromotorischer Antrieb (15, 16; 20, 21), welcher zumindest einen Presstempel (5; 4) längs einer
Pressrichtung verstellt, derart angesteuert wird, dass
- der Antrieb (15, 16; 20, 21) den Pressstempel (5; 4) längs einer Positions-Sollbahn (asl) bewegt und
- der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn (asl) nachgeregelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- als zumindest eine Stellgröße für das Nachregeln eine gemessene Kraft (Fll, F12), die auf das Pressgut (6), den
Pressstempel (4) oder diesen tragende Komponenten (17 - 19) einwirkt, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu der Positions- Sollbahn (asl) abhängig von der zumindest einen gemessenen
Kraft (Fll, F12) nachgeregelt wird, wobei insbesondere die Positions-Sollbahn (asl) abhängig von einer Sollkraft (Fs) vorgegeben ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Sollpositionen zumindest eines Pressstempels abhängig von zumindest einer solchen gemessenen Kraft (Fll, F12) berechnet und/oder geregelt werden.
4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem anhand der gemessenen Kraft (Fll, F12) die Positions-Sollbahn (asl) insbesondere für eine Servoachse oder mehrere
Servoachsen berechnet wird, insbesondere so berechnet wird, dass eine Werkzeugachse bzw. insbesondere deren Pressstempel der programmierten Kraft folgt.
5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem als die Abweichung eine Kraft-Regelabweichung (εΚ(21)) zwischen der gemessenen Kraft (Fll, F12) und der Sollkraft (Fs) in eine für einen Lageregler der Steuereinrichtung (C) zumindest des einen Antriebs (20, 21) umsetzbare Sollpositions- Steuergröße (sll, sl2) umgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zusätzlich eine
Spindelsteigung des Antriebs (18 - 21) und/oder eine
maschinenspezifische E-Modul-Konstante (E2) in die für den Lageregler umsetzbare Sollpositions-Steuergröße (sll, sl2) umgesetzt wird.
7. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der Pressstempel (4; 5) als Bestandteil einer floatenden Achse verstellt wird.
8. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei der Antrieb (15, 16; 20, 21) als servomotorischer Antrieb
ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel (5; 4) vorgeschaltete Spindel (13, 14; 18, 19) antreibt.
9. Keramik- und/oder Metallpulver-Presse (1) zum Pressen eines Pressguts (6) mit
- zumindest einem elektromotorischen Antrieb (15, 16; 20, 21), welcher zumindest einen Presstempel (5; 4) längs einer Pressrichtung verstellt,
- einer Steuereinrichtung (C) , welche ausgelegt ist, den Antrieb (15, 16; 20, 21) derart anzusteuern, dass
- der Antrieb (15, 16; 20, 21) den Pressstempel (5; 4) längs einer Positions-Sollbahn (asl) des Pressstempels (5; 4) bewegt und
- der Antrieb bei Abweichung von der Positions-Sollbahn (asl) nachregelt, gekennzeichnet durch
- zumindest eine Kraftmesseinrichtung (22, 23; 24, 25; 11), welche zum Messen einer Presskraft (Fll, F12), die auf das Pressgut (6), den Pressstempel (4) oder diesen tragende
Komponenten (17 - 19) einwirkt, angeordnet ist,
- wobei für die Steuereinrichtung (C) die gemessene
Presskraft (Fll, F12) zumindest eine Stellgröße für die
Nachregelung bildet.
10. Presse (1) nach Anspruch 9, bei welcher der Pressstempel (4; 5) Bestandteil einer floatenden Achse ist.
11. Presse (1) nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher der Antrieb (15, 16; 20; 21) einen Presstempel (4; 5) relativ zu zumindest einem zumindest in Pressstellung seitlich dazu angeordneten Pressstempel (5; 4) bewegt.
12. Presse nach einem der Ansprüche 9 - 11, bei welcher ein einzelner solcher Presstempel (5; 4) durch gleichzeitig zwei oder mehr Antriebe (15, 16; 20; 21) verstellbar angeordnet ist, wobei ein aus der gemessenen Kraft (Fll, F12)
bestimmter, insbesondere einziger Korrekturwert den Antrieben (15, 16; 20; 21) angelegt ist.
13. Presse nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welcher die Steuereinrichtung (C) ausgelegt ist, den Antrieb (15, 16; 20, 21) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 anzusteuern.
14. Presse nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Antrieb (15, 16; 20, 21) als servomotorischer Antrieb
ausgestaltet ist und/oder eine dem Pressstempel (5; 4) vorgeschaltete Spindel (13, 14; 18, 19) antreibt.
15. Presse (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, welche ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen .
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