EP3558656B1 - Matrize für eine presse und verfahren zur herstellung eines grünlings mit einer presse - Google Patents

Matrize für eine presse und verfahren zur herstellung eines grünlings mit einer presse Download PDF

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EP3558656B1
EP3558656B1 EP17816745.8A EP17816745A EP3558656B1 EP 3558656 B1 EP3558656 B1 EP 3558656B1 EP 17816745 A EP17816745 A EP 17816745A EP 3558656 B1 EP3558656 B1 EP 3558656B1
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EP
European Patent Office
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die
peripheral surface
stiffness
inner peripheral
along
Prior art date
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Active
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EP17816745.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3558656A1 (de
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Rainer Schmitt
Tobias Müller
Thomas Schupp
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GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Original Assignee
GKN Sinter Metals Engineering GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/026—Mounting of dies, platens or press rams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022—Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • 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
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds

Definitions

  • the invention relates to a die for a press, in particular for a powder press for producing green compacts.
  • the press is used in particular to produce sinterable green compacts, i.e. green compacts that can be sintered after the pressing process.
  • metallic and/or ceramic powders can be pressed into green compacts in the die.
  • Known matrices of this type comprise a so-called shrink ring, with a core (particularly made of hard metal) possibly arranged within the shrink ring, which then forms the inner circumferential surface of the die.
  • the inner circumferential surface of the die forms the receptacle for the powder or the green compact to be produced.
  • at least one upper punch of the press can move into the die along an axial direction via a first face of the die that is open at the top.
  • the at least one upper punch slides along the inner circumferential surface of the die and increasingly presses the powder.
  • at least one lower punch can also be provided, which moves into the die along the axial direction via a second face of the die that is open at the bottom, or moves in the die between an upper position and a lower position.
  • the powder is thus pressed into a green compact between the at least one upper punch and the at least one lower punch, with the inner circumferential surface of the die defining in particular a lateral contour of the green compact.
  • the die has a collar on an outer circumferential surface, by means of which the die can be received and clamped in the press.
  • the collar extends in a radial direction over the outer circumferential surface, so that the die can be placed or supported on a support of the press.
  • such dies are essentially cylindrical, wherein the cylindrically shaped outer peripheral surface is usually accommodated in the press via a radial clearance, so that a centering of the punch(s) and the die relative to each other, i.e. a coaxial arrangement of the punch(s) and the die, can be made possible.
  • a die can have punch guide zones on each of the front sides, with a pressing zone spaced apart from the front sides and adjacent to the punch guide zones.
  • the pressing zone is the zone in which the powder is compacted with the highest pressing force.
  • the pressing zone is clearly defined in the die and limited along the axial direction.
  • a demolding zone can be provided at least on one front side, i.e. a zone of the die through which the green compact is pushed out of the die (demolded) and made available for removal from the press.
  • the inner peripheral surface of the die is elastically expanded in the radial direction (or in the direction of a normal vector present on the inner peripheral surface, which is therefore arranged perpendicular to the respective surface of the inner peripheral surface).
  • This expansion in the pressing zone leads to strong frictional forces being generated during demolding.
  • These frictional forces can extend into the demolding zone because the die is usually cylindrical and therefore has a substantially constant stiffness (i.e. a substantially constant resistance to elastic expansion in the radial direction or in the direction of a normal vector present on the inner circumferential surface, which is therefore arranged perpendicular to the respective surface of the inner circumferential surface) along the axial direction.
  • the SU 686 818 A1 is directed to a die according to the preamble of claim 1, the wall thickness of which tapers increasingly outwards along the radial direction.
  • the WO 2016/109111 A1 is directed to a method for producing a component that can be used in a press.
  • the component can have different properties in certain areas, e.g. electrical conductivity, thermal conductivity, density.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • unwanted, but previously process-related conicities on the green body are to be avoided.
  • non-rotationally symmetrical components can be produced with high precision.
  • a die for a press is to be provided which is lighter than conventional dies, whereby the dimensional accuracy of the green compacts to be produced is not impaired.
  • a die for arrangement in a press contributes to this, wherein the die extends along an axial direction between a first end face and a (opposite) second end face and forms an inner circumferential surface between the end faces.
  • the die extends from the inner circumferential surface along a radial direction to an outer circumferential surface and to at least one centering surface, which is arranged on a first diameter in the radial direction.
  • the die has a pressing zone at a distance from the end faces. In the area of the pressing zone, the die has a higher maximum (i.e.
  • the maximum first stiffness is at least 10% higher, in particular by at least 15%, preferably by at least 20%, particularly preferably by at least 40% higher than a minimum (i.e. smallest) second stiffness present in at least one of the zones arranged on one of the end faces. This particularly preferably applies to both zones arranged on the end faces.
  • the maximum first stiffness is preferably higher, in particular by at least 10%, preferably by at least 15%, particularly preferably by at least 20%, or even by at least 40%, than a maximum (i.e. greatest) second stiffness present in at least one of the zones arranged on one of the end faces. This particularly preferably applies to both zones arranged on the end faces.
  • the stiffnesses refer in particular to the resistance of the inner circumferential surface to deformation in the radial direction (or in the direction of a normal vector present on the inner circumferential surface, which is therefore arranged perpendicular to the respective surface of the inner circumferential surface).
  • the unit of stiffness is: N/m [Newton/meter].
  • the stiffness can be determined, for example, as follows: Using an FEM analysis in which the deformation, in particular the elastic deformation, of the die is determined at a certain pressing force [N], which acts in particular perpendicularly on the inner circumferential surface of the die (i.e. the displacement of the material of the die in the direction of the normal vector of the inner circumferential surface of the die, which can be specified in [m]). The ratio of these values (pressing force [N]/material displacement [m]) represents the stiffness of the die.
  • the die should therefore be as rigid as possible in the pressing zone in order to to ensure the dimensional stability of the green compact.
  • the die In the area of the lower and/or upper face, the die should have the lowest possible rigidity in order to have greater elasticity, particularly in the demolding zone, so that the frictional forces in this zone are minimized and, if necessary, the surface of the green compact is not affected or is only affected to a small extent.
  • the die is designed in particular for a powder press for producing green compacts.
  • the press is used in particular to produce sinterable green compacts, i.e. green compacts that can be sintered after the pressing process.
  • metallic powders or ceramic powders can be pressed into green compacts in the die.
  • the die comprises a so-called shrink ring, with a core (in particular made of hard metal) possibly arranged within the shrink ring, which then forms the inner peripheral surface of the die.
  • the inner peripheral surface of the die forms the receptacle for the powder or the green compact to be produced.
  • at least one upper punch of the press can move into the die along an axial direction via a first face of the die that is open at the top.
  • the at least one upper punch slides along the inner peripheral surface of the die and increasingly presses the powder.
  • at least one lower punch can also be provided, which moves into the die along the axial direction via a second face of the die that is open at the bottom.
  • the powder is thus pressed into a green compact between the at least one upper punch and the at least one lower punch, with the inner peripheral surface of the die defining in particular a lateral contour of the green compact.
  • the pressing force is introduced into the powder via the punches.
  • the pressing force is maintained via the punches and the die.
  • the pressing force acts on the die in the direction of the normal vector.
  • the die has in particular (if necessary directly adjacent) a punch guide zone as zones on each of the front sides, with a pressing zone being provided at a distance from the front sides and (if necessary directly) adjacent to the punch guide zones.
  • the pressing zone the powder is compacted with the highest pressing force.
  • the pressing zone is defined by the area along the axial direction in which the powder is arranged during the application of the highest pressing force.
  • demoulding zone i.e. a zone of the die through which the green compact is pushed out of the die (demoulded) and made available for removal from the press.
  • the die in the press is aligned with respect to the punches via the at least one (outer) centering surface.
  • the die can also be centered with respect to the punches via other surfaces, e.g. parts of the outer circumferential surface.
  • the smallest radial play between the die and the press in the radial direction is between the centering surface (or the respective surface used for centering) and the press (connections for cooling lines, etc. are excluded).
  • the at least one centering surface is on the largest first diameter of the die, i.e. the die only extends within the first diameter.
  • centering surfaces or the top and bottom of the die in the immediate vicinity of the centering surfaces, are used as collars for clamping the die in a holder (an adapter) of the press.
  • other surfaces are also suitable for being used as collars for clamping the die by means of a holder of the press.
  • the die proposed here is designed in such a way that a maximum or as high as possible initial stiffness is present (only) in the area of the pressing zone.
  • the second stiffness is significantly smaller in the area of the front sides of the die because in these areas (limited in the axial direction) the die is subjected to significantly less stress from the pressing force component acting in the direction of the normal vector.
  • the weight can thus be saved by at least 25%, preferably at least 50% and particularly preferably at least 75%.
  • the die has integrated cooling lines and/or heating lines, which are necessary for tempering the die during the pressing processes.
  • the design and layout of the die is carried out in particular by calculating and simulating the loads and deformations that occur on the die (e.g. through FEM calculations: finite element method). Furthermore, programs for topology optimization can be used here.
  • the lower second stiffness also means that the frictional forces can be reduced during demolding of the green compact from the die.
  • demolding slopes on the green compact or on the inner circumferential surface of the die are no longer absolutely necessary, so that very dimensionally accurate and cylindrical outer circumferential surfaces of the green compact can be produced.
  • the stress on the die due to friction during demolding is reduced, so that the wear on the die can be reduced.
  • the restoring forces of the die are reduced during demolding of the green compact. reduced over one end face, so that the green body is less constricted and therefore has only very little or even no (unwanted) conicity.
  • an adapter change for the die is not necessary. This eliminates the need for a second adapter and an adapter station. This also reduces the risk of damage to the die or punches caused by contact between the die and the sharp-edged punches of the press.
  • the first stiffness along a circumferential direction of the die can be designed differently or can vary in the circumferential direction.
  • the die is not designed to be rotationally symmetrical about an axis parallel to the axial direction (or in particular only with a rotation of 180 degrees along the circumferential direction).
  • Such a design of the die is advantageous, for example, when non-rotationally symmetrical green compacts are produced, e.g. cuboids.
  • the at least one centering surface is arranged along the axial direction (at least partially or exclusively) in the pressing zone.
  • the at least one centering surface can be arranged at least partially in one of the zones adjacent to the end faces and in particular completely outside the pressing zone.
  • the at least one centering surface has a first height along the axial direction, wherein the first height is at most 80% of a smallest distance between the end faces.
  • the smallest distance is preferably determined in the region of the transition from the end faces to the inner circumferential surface.
  • the cross-section reduced in the axial direction describes the shape of the die on the front sides in the area between the inner circumferential surface and the first diameter.
  • a kind of constriction of the shape of the die can be provided here, i.e. the die has a smaller distance between the front sides in this area than in the area of the inner circumferential surface.
  • the connecting areas describe the shape of the die along the circumferential direction.
  • the connecting areas can, for example, form spokes that form the inner circumferential surface with a centering surface arranged on the first diameter.
  • the connecting areas are additionally arranged at a distance from one another in the axial direction.
  • spokes can be formed in this way, for example, which are arranged at least partially in the same positions in the circumferential direction, but at different positions in the axial direction.
  • a second diameter is arranged between the inner circumferential surface and the first diameter, wherein a cross-sectional area of the die present on a second diameter is at most 80%, in particular at most 60%, preferably at most 40% of the inner circumferential surface.
  • a cross-sectional area of the die present on a second diameter is at most 80%, in particular at most 60%, preferably at most 40% of the inner circumferential surface.
  • areas without material, i.e. free spaces are therefore provided on this second diameter.
  • a further cross-sectional area is provided between the second diameter and the first diameter, which is larger than the cross-sectional area present on the second diameter.
  • a plurality of centering surfaces are arranged on the first diameter, wherein the centering surfaces are arranged at a distance from one another along the circumferential direction.
  • at least three centering surfaces are provided, which are arranged at a distance from one another along the circumferential direction.
  • the at least one centering surface can be designed to run all the way around the circumference. This means, for example, that this centering surface is designed to be continuous over the circumference.
  • the die can have at least one holding area arranged at a distance from the at least one centering surface in the axial direction.
  • the holding area is provided to facilitate handling of the die.
  • the holding area serves as a handle for manual handling of the die.
  • the holding area is preferably connected to the die in one piece, i.e. preferably with a material bond. Alternatively, the holding area can also be attached to the die using screws, for example.
  • the holding region is arranged in the radial direction between the inner peripheral surface and the first diameter.
  • the holding area extends in a ring shape.
  • the special shape of the dies proposed here can of course be produced using the known manufacturing processes such as turning, milling, sawing, drilling, grinding, wire cutting, sinking EDM and hard milling etc.
  • additive processes e.g. laser sintering (3D printing process for producing spatial structures from powdered starting material by sintering; the workpiece is produced layer by layer). This allows a truly free design of the die, whereby the weight of the die can be reduced as much as possible.
  • the green compact is demolded from the die in step c) via a first zone arranged on the first end face, wherein the maximum first stiffness is at least 10% higher than at least the minimum second stiffness present in the first zone.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects or sizes, and in particular do not necessarily specify any dependency and/or sequence of these objects or sizes in relation to one another. Should a dependency and/or sequence be required, this is explicitly stated here or it is obvious to the expert when studying the specifically described design.
  • Fig.1 shows a known matrix 1 in a side view in section.
  • Fig.2 shows the matrix 1 after Fig.1 in a perspective view.
  • the Fig. 1 and 2 are described together below.
  • the die 1 comprises a so-called shrink ring 23, with a core 24 arranged within the shrink ring 23, which then forms the inner peripheral surface 6 of the die 1.
  • the inner peripheral surface 6 of the die 1 forms the receptacle for the powder or the green compact 25 to be produced.
  • An upper punch 26 of the press 2 can move into the die 1 along an axial direction 3 via a first end face 4 of the die 1 that is open at the top.
  • the upper punch 26 slides along the inner peripheral surface 6 of the die 1 and increasingly presses the powder.
  • a lower punch 27 is also provided here, which (when the die 1 is being assembled) moves into the die 1 along the axial direction 3 via a second end face 5 of the die 1 that is open at the bottom and moves up and down within the die 1 until the die 1 is disassembled. Between the upper punch 26 and the lower punch 27 the powder is thus Press forces 14 to form a green compact 25, wherein the inner peripheral surface 6 of the die 1 in particular defines a lateral contour of the green compact 25.
  • the die 1 has a collar 28 on an outer circumferential surface 8, via which the die 1 can be received and clamped in the press 2.
  • the collar 28 extends further in a radial direction 7 than the outer circumferential surface 8, so that the die 1 can be placed on a support 29 of the press 2.
  • the die 1 is cylindrical, with the cylindrically shaped outer circumferential surface 8 being received in the press 2 via a radial play, so that a centering of punches 26, 27 and die 1, i.e. a coaxial arrangement of punches 26, 27 and die 1, can be made possible.
  • the die 1 has a first zone 12 on the first end face 4 and a second zone 13 on the second end face 5, each of which is referred to as a punch guide zone 30.
  • a pressing zone 11 is present at a distance from the end faces 4, 5 and adjacent to the punch guide zones 30.
  • the pressing zone 11 is the zone in which the powder is compacted with the highest pressing force 14.
  • the pressing zone 11 is clearly defined in the die 1 and delimited along the axial direction 3.
  • the inner peripheral surface 6 of the die 1 is also subjected to great stress due to the high pressing pressure.
  • the inner circumferential surface 6 of the die 1 is elastically expanded in the direction of the normal vector 32.
  • This expansion in the pressing zone 11 leads to strong frictional forces being generated during demolding. These frictional forces are present up to the demolding zone 31, since the die 1 is usually cylindrical and therefore has a substantially constant stiffness (i.e. a substantially constant resistance to elastic expansion in the direction of the normal vector 32) along the axial direction 3.
  • This Expansion only in the pressing zone 11 of the die 1 means that the green compact 25 cannot be produced with exact dimensions.
  • demolding of the green compact 25 a conicity of the green compact 25 can occur.
  • the die 1 in the pressing zone 11 springs back as demolding progresses, so that the green compact 25 is increasingly constricted at the lower end and thus becomes conical overall.
  • Fig.3 shows a matrix 1 according to a first embodiment in a perspective view.
  • Fig.4 shows the matrix 1 after Fig.3 in a top view.
  • Fig.5 shows the matrix after Fig.3 and 4 in a side view.
  • Fig.6 shows the matrix 1 after Fig. 3 to 5 in a side view in section. The Fig. 3 to 6 are described together below.
  • the die 1 extends along an axial direction 3 between two end faces 4, 5 and forms an inner peripheral surface 6 between the end faces 4, 5.
  • the die 1 extends from the inner peripheral surface 6 along a radial direction 7 to an outer peripheral surface 8 and to three centering surfaces 10 arranged on a first diameter 9 in the radial direction 7.
  • the die 1 has a pressing zone 11 at a distance from the end faces 4, 5. In the area of the pressing zone 11, the die 1 has a higher maximum (i.e. highest) first rigidity with respect to a pressing force 14 acting on the inner peripheral surface 6 in the direction of the normal vector 32, at least compared to the zones 12, 13 arranged on the end faces 4, 5.
  • the die 1 is intended for a powder press for producing green compacts 25.
  • the press 2 is used to produce sinterable green compacts 25, i.e. green compacts 25 that can be sintered after the pressing process.
  • metallic powders or ceramic powders can be pressed into green compacts 25.
  • the die 1 comprises a so-called shrink ring 23, with a core 24 arranged within the shrink ring 23, which then forms the inner peripheral surface 6 of the die 1.
  • the inner peripheral surface 6 of the die 1 forms the receptacle for the powder or the green compact 25 to be produced.
  • An upper punch 26 of the press 2 can move into the die 1 along an axial direction 3 via a first end face 4 of the die 1 that is open at the top.
  • the upper punch 26 slides along the inner peripheral surface 6 of the die 1 and increasingly presses the powder.
  • a lower punch 27 is also provided here, which moves into the die 1 along the axial direction 3 via a second end face 5 of the die 1 that is open at the bottom.
  • the powder is pressed by pressing forces 14 into a green compact 25, with the inner circumferential surface 6 of the die 1 defining in particular a lateral contour of the green compact 25.
  • the pressing force 14 is introduced into the powder via the punches 26, 27.
  • the pressing force 14 is maintained via the punches 26, 27 and the die 1.
  • the pressing force 14 acts on the die 1 in the direction of the normal vector 32.
  • the die 1 has punch guide zones 30 as zones 12, 13 on the front sides 4, 5, with a pressing zone 11 being provided at a distance from the front sides 4, 5 and adjacent to the punch guide zones 30.
  • the powder is compacted with the highest pressing force.
  • the pressing zone 11 is defined by the area along the axial direction 3 in which the powder is compressed during the application of the highest pressing force 14 (see Fig.1 ) is arranged.
  • a demolding zone 31 i.e. a first zone 12 of the die 1, through which the green compact 25 is pushed out of the die 1 (demolded) and made available for removal from the press 2.
  • the die 1 in the press 2 is aligned with respect to the punches 26, 27 via the centering surfaces 10.
  • the centering surfaces 10 are located on the largest first Diameter 9 of the die 1, ie the die 1 extends only within the first diameter 9.
  • the first stiffness should be as high as possible only in the area of the pressing zone 11. This high first stiffness can ensure that the green compact 25 is manufactured with the press 2 or the pressing process to a precise dimension.
  • a second stiffness in the area of the end faces 4, 5 of the die 1 can be made significantly smaller, since in these areas (limited in the axial direction 3) there is a significantly lower stress on the die 1 due to the pressing force (component) 14 acting in the direction of the normal vector 32.
  • the centering surfaces 10 are arranged along the axial direction 3 exclusively in the pressing zone 11.
  • the centering surfaces 10 have a first height 16 along the axial direction 3, wherein the first height 16 is smaller than a smallest distance 17 between the end faces 4, 5.
  • the die 1 has, along the radial direction 7 between the inner circumferential surface 6 and the first diameter 9, both a cross-section 18 which is reduced at least in the axial direction 3 and connecting regions 19 which are arranged at a distance from one another in the circumferential direction 15.
  • the cross-section 18 reduced in the axial direction 3 describes the shape of the die 1 at the end faces 4, 5 in the area between the inner peripheral surface 6 and the first diameter 9.
  • the die 1 has a smaller distance 17 between the end faces 4, 5 in this area than in the area of the inner circumferential surface 6.
  • the connecting areas 19 describe the shape of the die 1 along the circumferential direction 15. Here, there are free spaces (i.e. without material of the die 1) between the inner circumferential surface 6 and the first diameter 9.
  • the connecting areas 19 form spokes that connect the inner circumferential surface 6 to a centering surface 10 arranged on the first diameter 9.
  • centering surfaces 10 are arranged on the first diameter 9, wherein the centering surfaces 10 are arranged spaced apart from one another along the circumferential direction 15.
  • the die 1 also has a holding region 22 arranged at a distance from the centering surfaces 10 in the axial direction 3.
  • the holding area 22 is intended to facilitate the handling of the die 1.
  • the holding area 22 serves as a handle for the manual handling of the die 1.
  • the holding area 22 is attached to the die 1 by screws (see Fig.4 ).
  • the holding area 22 is arranged in the radial direction 7 between the inner circumferential surface 6 and the first diameter 9.
  • the holding area 22 extends in a ring shape.
  • the green compact 25 is arranged within the pressing zone 11.
  • the green compact 25 is formed in step b) of the process in the pressing zone by pressing a powder formed.
  • the highest pressing pressure is achieved in the pressing zone 11.
  • step c) of the method the green compact 25 is demolded via the first zone 12 provided as demolding zone 31, which is arranged on the first end face 4.
  • Fig.7 shows a matrix 1 according to a second embodiment in a perspective view.
  • the explanations on the Fig. 3 to 6 is referred to.
  • the die 1 has additional free spaces or recesses in the area of the connecting areas 19.
  • the connection of the holding area 22 to the die 1 or to the shrink ring 23 is also designed differently here.
  • Fig.8 shows a matrix 1 according to a third embodiment in a perspective view.
  • the explanations on the Fig. 3 to 6 is referred to.
  • the connecting areas 19 are additionally arranged at a distance from one another in the axial direction 3. This forms spokes which are arranged in at least partially identical positions in the circumferential direction 15, but in different positions in the axial direction 3.
  • the centering surface 10 is designed to run all the way around in the circumferential direction 15.
  • connecting areas 19 can be used as handles for the manual handling of the die 1.
  • Fig.9 shows a matrix 1 according to a fourth embodiment in a perspective view.
  • the explanations on the Fig. 3 to 6 or to Fig.8 is referred to.
  • a further circumferential intermediate ring is provided between the inner peripheral surface 6 and the circumferential centering surface 10.
  • Fig.10 shows a matrix 1 according to a fifth embodiment in a perspective view.
  • Fig. 11 shows the matrix 1 after Fig.10 in a side view in section, the section running through the central axis of the matrix 1.
  • Fig. 12 shows the matrix 1 after Fig. 10 and 11 in a side view in section, where the cutting line is offset from the central axis. Please refer to the explanations on the Fig. 3 to 6 or to Fig.8 is referred to.
  • a corrugated region is formed which runs all the way around in the circumferential direction 15 and has a cross-section 18 which is significantly reduced in the axial direction.
  • a second diameter 20 is arranged between the inner circumferential surface 6 and the first diameter 9, wherein a cross-sectional area 21 of the die 1 present on a second diameter 20 is significantly smaller than the inner circumferential surface 6. Between the second diameter 20 and the first diameter 9, a further cross-sectional area is provided (here directly adjacent to the circumferential centering surface 10), which is larger than the cross-sectional area 21 present on the second diameter 20.
  • centering surfaces 10 or the top and bottom of the die 1 in the immediate vicinity of the centering surfaces 10, are used as collars 28 for clamping the die 1 in a holder (an adapter; only a support 29 of the holder is shown here) of the press 2.
  • Fig. 13 shows a matrix 1 according to a sixth embodiment in a perspective view.
  • Fig. 14 shows a matrix 1 according to a seventh embodiment in a perspective view.
  • Fig. 15 shows a matrix 1 according to an eighth embodiment in a perspective view.
  • the Figures 13 to 15 are described together below. Please refer to the explanations on the Fig. 3 to 6 or to Fig.8 is referred to. In contrast to Fig.8 the inner peripheral surface 6 is not rotationally symmetrical.
  • the inner circumferential surface 6 or the die 1 Due to the shape of the inner circumferential surface 6 or the receptacle for the powder to be pressed, the inner circumferential surface 6 or the die 1 is stressed to varying degrees by the pressing force 14 applied via the punches 26, 27 and acting on the inner circumferential surface 6 depending on the position along the circumferential direction 15.
  • the die 1 is therefore designed with a first stiffness that varies along the circumferential direction 15.
  • the die 1 is designed to be rotationally symmetrical by an angular step of 180 degrees about an axis parallel to the axial direction 3.
  • Such a design of the die 1, with a first stiffness that varies along the circumferential direction 15, is particularly useful when non-rotationally symmetrical green compacts 25 (or green compacts 25 that only have symmetry when rotated by 180 degrees) are produced, e.g. B. cuboid-shaped green compacts 25 as shown.
  • This special design variant of the die allows asymmetrical green compacts 25 to be ideally supported so that radially asymmetrical deformations of the die 1 and thus of the green compact 25 can be avoided.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Matrize für eine Presse, insbesondere für eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlingen. Mit der Presse werden insbesondere sinterfähige Grünlinge hergestellt, also Grünlinge, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. Insbesondere können in der Matrize metallische und/oder keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden.
  • Bekannte Matrizen dieser Art umfassen einen sogenannten Schrumpfring, wobei innerhalb des Schrumpfrings ggf. ein Kern (insbesondere aus Hartmetall) angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfläche der Matrize bildet. Die Innenumfangsfläche der Matrize bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling. Über eine nach oben offene erste Stirnseite der Matrize kann insbesondere mindestens ein Oberstempel der Presse entlang einer axialen Richtung in die Matrize hineinfahren. Der mindestens eine Oberstempel gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche der Matrize und verpresst das Pulver zunehmend. Insbesondere kann zusätzlich mindestens ein Unterstempel vorgesehen sein, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite der Matrize entlang der axialen Richtung in die Matrize hineinfährt, bzw. in der Matrize zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung verfährt. Zwischen dem mindestens einen Oberstempel und dem mindestens einen Unterstempel wird so das Pulver zu einem Grünling verpresst, wobei die Innenumfangsfläche der Matrize insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings definiert.
  • Die Matrize weist an einer Außenumfangsfläche insbesondere einen Kragen auf, über den die Matrize in der Presse aufgenommen und verspannt werden kann. Der Kragen erstreckt sich in einer radialen Richtung über die Außenumfangsfläche, so dass die Matrize an einer Auflage der Presse aufgelegt bzw. abgestützt werden kann. Im Übrigen sind derartige Matrizen im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt, wobei die zylindrisch geformte Außenumfangsfläche üblicherweise über ein Radialspiel in der Presse aufgenommen ist, so dass eine Zentrierung von Stempel(n) und Matrize zueinander, also ein koaxiales Anordnen von Stempel(n) und Matrize, ermöglicht werden kann.
  • Eine Matrize kann an den Stirnseiten jeweils Stempelführungszonen aufweisen, wobei beabstandet von den Stirnseiten und benachbart zu den Stempelführungszonen eine Presszone vorliegt. Die Presszone ist die Zone, in der das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet wird. Dabei ist die Presszone in der Matrize eindeutig definiert und entlang der axialen Richtung begrenzt. Weiter kann zumindest an einer Stirnseite eine Entformungszone vorgesehen sein, d. h. eine Zone der Matrize, durch die der Grünling aus der Matrize ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse bereitgestellt wird. Beim Pressen des Pulvers wird durch den hohen Pressdruck die Innenumfangsfläche der Matrize ebenfalls stark beansprucht. Dabei wird die Innenumfangsfläche der Matrize in der radialen Richtung (bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist) elastisch aufgeweitet. Diese Aufweitung in der Presszone führt nun dazu, dass bei der Entformung starke Reibkräfte entstehen. Diese Reibkräfte können bis in die Entformungszone hinein vorliegen, weil die Matrize üblicherweise zylindrisch ausgeführt ist und daher eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit (also einen im Wesentlichen konstanten Widerstand gegen eine elastische Aufweitung in der radialen Richtung bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist) entlang der axialen Richtung aufweist.
  • Diese Aufweitung nur in der Presszone der Matrize führt auch dazu, dass der Grünling nicht maßgenau herstellbar ist. Insbesondere kann sich während des Entformens des Grünlings eine Konizität des Grünlings einstellen. Dabei federt die Matrize in der Presszone mit fortschreitender Entformung zurück, so dass der Grünling am unteren Ende immer weiter zugeschnürt und damit insgesamt konisch wird.
  • Zur Reduzierung dieser Reibkräfte wurde vorgeschlagen, Entformungsschrägen an der Innenumfangsfläche der Matrize vorzusehen, so dass mit der Bewegung des Grünlings entlang der axialen Richtung aus der Presszone heraus und durch die Entformungszone hindurch hin zur Stirnseite eine Entspannung des Grünlings eintritt.
  • Bekannte Ausführungen von derartigen Matrizen verursachen hohe Kosten, z. B. aufgrund des für die Matrize verwendeten Materials und/oder auch für Hilfsvorrichtungen, die zur Handhabung der Matrize bzw. zur Montage und Demontage in der Presse erforderlich sind.
  • Aus der US 3,691,816 ist eine Matrize bekannt, die zur Verstärkung der Matrize mit einem dünnen metallischen Streifen umwickelt ist.
  • Die SU 686 818 A1 ist auf eine Matrize gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gerichtet, deren Wandstärke sich entlang der radialen Richtung nach außen zunehmend verjüngt.
  • Die WO 2016/109111 A1 ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente, die in einer Presse eingesetzt werden kann, gerichtet. Die Komponente kann in bestimmten Bereichen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, z. B. elektrische Leitfähigkeit, thermische Leitfähigkeit, Dichte.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ungewollte, aber bisher prozessbedingte Konizitäten am Grünling vermieden werden. Dabei sollen auch nicht rotationsymmetrische Bauteile mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Insbesondere soll eine Matrize für eine Presse bereitgestellt werden, die ein geringeres Gewicht als übliche Matrizen aufweist, wobei die Maßhaltigkeit der herzustellenden Grünlinge nicht beeinträchtigt werden soll. Weiter soll bevorzugt ermöglicht werden, dass die bei der Entformung des Grünlings auftretenden Reibkräfte reduziert werden, wobei Entformungsschrägen ggf. nicht erforderlich sein sollen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden Matrizen gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2,3 und 5 und ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 14 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Hierzu trägt eine Matrize zur Anordnung in einer Presse bei, wobei die Matrize sich entlang einer axialen Richtung zwischen einer ersten Stirnseite und einer (gegenüber liegenden) zweiten Stirnseite erstreckt und zwischen den Stirnseiten eine Innenumfangsfläche ausbildet. Die Matrize erstreckt sich ausgehend von der Innenumfangsfläche entlang einer radialen Richtung hin zu einer Außenumfangsfläche und hin zu mindestens einer Zentrierfläche, die in der radialen Richtung auf einem ersten Durchmesser angeordnet ist. Die Matrize weist beabstandet zu den Stirnseiten eine Presszone auf. Im Bereich der Presszone weist die Matrize eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten angeordneten Zonen der Matrize, höhere maximale (also höchste dort vorliegende) erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (also eines auf dem jeweiligen Abschnitt der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche des Abschnitts der Innenumfangsfläche angeordnet ist) auf die Innenumfangsfläche wirkenden Presskraft (bzw. dem dort wirkenden Pressdruck) auf. Die maximale erste Steifigkeit ist um mindestens 10 %, insbesondere um mindestens 15 %, bevorzugt um mindestens 20 %, besonders bevorzugt um mindestens 40 % höher als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende minimale (also kleinste dort vorliegende) zweite Steifigkeit. Ganz besonders bevorzugt gilt dies für beide an den Stirnseiten angeordneten Zonen.
  • Die maximale erste Steifigkeit ist bevorzugt höher, insbesondere um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 15 %, besonders bevorzugt um mindestens 20 %, oder sogar um mindestens 40 %, als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende maximale (also größte dort vorliegende) zweite Steifigkeit. Ganz besonders bevorzugt gilt dies für beide an den Stirnseiten angeordneten Zonen.
  • Die Steifigkeiten bezeichnen insbesondere den Widerstand der Innenumfangsfläche gegenüber einer Verformung in der radialen Richtung (bzw. in der Richtung eines auf der Innenumfangsfläche jeweils vorliegenden Normalenvektors, der also senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche der Innenumfangsfläche angeordnet ist). Die Einheit der Steifigkeit ist: N/m [Newton/Meter].
  • Die Steifigkeit kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden: Über eine FEM-Analyse bei der die Verformung, insbesondere die elastische Verformung, der Matrize bei einer bestimmen Presskraft [N], welche insbesondere senkrecht auf die Innenumfangsfläche der Matrize wirkt, bestimmt wird (also die Verschiebung des Materials der Matrize in Richtung des Normalenvektors der Innenumfangsfläche der Matrize, welche in [m] angegeben werden kann). Das Verhältnis dieser Größen (Presskraft [N]/Materialverschiebung [m]) stellt die Steifigkeit der Matrize dar.
  • Je geringer die Steifigkeit der Matrize, desto größer ist die elastische Verformung der Matrize. Die Matrize soll in der Presszone also so steif wie möglich sein, um die Maßhaltigkeit des Grünlings zu gewährleisten. In dem Bereich der unteren und/oder oberen Stirnfläche soll die Matrize insbesondere die geringste Steifigkeit aufweisen, um insbesondere in der Entformungszone eine größere Elastizität aufzuweisen, damit die Reibkräfte in dieser Zone minimiert werden und ggf. die Oberfläche des Grünlings nicht bzw. nur in geringem Maße beeinträchtigt wird.
  • Die Matrize ist insbesondere für eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlingen vorgesehen. Mit der Presse werden insbesondere sinterfähige Grünlinge hergestellt, also Grünlinge, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. Insbesondere können in der Matrize metallische Pulver oder auch keramische Pulver zu Grünlingen verpresst werden.
  • Insbesondere umfasst die Matrize einen sogenannten Schrumpfring, wobei innerhalb des Schrumpfrings ggf. ein Kern (insbesondere aus Hartmetall) angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfläche der Matrize bildet. Die Innenumfangsfläche der Matrize bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling. Über eine nach oben offene erste Stirnseite der Matrize kann insbesondere mindestens ein Oberstempel der Presse entlang einer axialen Richtung in die Matrize hineinfahren. Der mindestens eine Oberstempel gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche der Matrize und verpresst das Pulver zunehmend. Insbesondere kann zusätzlich mindestens ein Unterstempel vorgesehen sein, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite der Matrize entlang der axialen Richtung in die Matrize hineinfährt. Zwischen dem mindestens einen Oberstempel und dem mindestens einen Unterstempel wird so das Pulver zu einem Grünling verpresst, wobei die Innenumfangsfläche der Matrize insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings definiert. Über die Stempel wird die Presskraft in das Pulver eingebracht. Die Presskraft wird über die Stempel und die Matrize gehalten. Auf die Matrize wirkt dabei die Presskraft in der Richtung des Normalenvektors.
  • Die Matrize weist insbesondere (ggf. unmittelbar angrenzend) an den Stirnseiten jeweils eine Stempelführungszone als Zonen auf, wobei beabstandet von den Stirnseiten und (ggf. unmittelbar) benachbart zu den Stempelführungszonen eine Presszone vorliegt. In der Presszone wird das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet. Insbesondere ist die Presszone durch den Bereich entlang der axialen Richtung definiert, in dem das Pulver während des Aufbringens der höchsten Presskraft angeordnet ist.
  • Weiter liegt insbesondere zumindest an einer Stirnseite eine Entformungszone vor, d. h. eine Zone der Matrize, durch die der Grünling aus der Matrize ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse bereitgestellt wird.
  • Insbesondere wird über die mindestens eine (äußere) Zentrierfläche die Matrize in der Presse gegenüber den Stempeln ausgerichtet. Eine Zentrierung der Matrize gegenüber den Stempeln ist insbesondere jedoch auch über andere Flächen, z. B. Teile der Außenumfangsfläche möglich. Insbesondere liegt zwischen der Zentrierfläche (oder der jeweiligen für die Zentrierung genutzten Fläche) und der Presse das kleinste Radialspiel zwischen Matrize und Presse in der radialen Richtung vor (dabei sind Anschlüsse für Kühlleitungen usw. ausgenommen). Insbesondere liegt die mindestens eine Zentrierfläche auf dem größten ersten Durchmesser der Matrize, d. h. die Matrize erstreckt sich nur innerhalb des ersten Durchmessers.
  • Insbesondere werden die Zentrierflächen, bzw. die Ober- und Unterseite der Matrize in unmittelbarer Nähe der Zentrierflächen als Kragen zur Klemmung der Matrize in einer Aufnahme (einem Adapter) der Presse genutzt. Es sind aber auch anderen Flächen geeignet, hier als Kragen zur Klemmung der Matrize durch eine Aufnahme der Pressen genutzt zu werden.
  • Die hier vorgeschlagene Matrize ist insbesondere so gestaltet, dass (nur) im Bereich der Presszone eine maximale bzw. möglichst hohe erste Steifigkeit vorliegt.
  • Durch diese hohe erste Steifigkeit kann eine maßgenaue Fertigung des Grünlings durch die Presse bzw. den Pressvorgang sichergestellt werden. Andererseits ist eine zweite Steifigkeit im Bereich der Stirnseiten der Matrize deutlich kleiner ausgeführt, weil in diesen (in axialer Richtung begrenzten) Bereichen eine deutlich geringere Beanspruchung der Matrize durch die in Richtung des Normalenvektors wirkende Presskraftkomponente vorliegt.
  • Für die geringere zweite Steifigkeit kann insbesondere ein Großteil des üblicherweise in zylindrisch ausgeführten Matrizen vorliegenden Materials eingespart werden. Gegenüber zylindrisch ausgeführten Matrizen kann somit das Gewicht von mindestens 25 %, bevorzugt von mindestens 50 % und besonders bevorzugt von mindestens 75% eingespart werden.
  • Insbesondere weist die Matrize integrierte Kühlleitungen und/oder Heizleitungen auf, die für eine Temperierung der Matrize während der Pressvorgänge erforderlich sind.
  • Die Gestaltung und Auslegung der Matrize erfolgt insbesondere durch Berechnung und Simulation der auftretenden Belastungen und Verformungen der Matrize (z. B. durch FEM-Berechnungen: Finite-Elemente-Methode). Weiterhin können Programme zur Topologie-Optimierung hier eingesetzt werden.
  • Die geringere zweite Steifigkeit führt insbesondere weiter dazu, dass die Reibkräfte während des Entformens des Grünlings aus der Matrize reduziert werden können. Insbesondere sind Entformungsschrägen am Grünling bzw. an der Innenumfangsfläche der Matrize nicht mehr zwingend erforderlich, so dass sehr maßhaltige und zylindrische Außenumfangsflächen des Grünlings herstellbar sind. Weiterhin wird die Beanspruchung der Matrize durch die Reibung während der Entformung reduziert, so dass der Verschleiß der Matrize reduziert werden kann. Zudem werden die Rückstellkräfte der Matrize während des Entformens des Grünlings über die eine Stirnseite reduziert, so dass der Grünling weniger eingeschnürt wird und daher eine nur sehr geringe oder sogar keine (ungewollte) Konizität aufweist.
  • Die Einsparung des Materials der Matrize führt nun insbesondere zu einer deutlichen Gewichtseinsparung. Damit kann jedoch die Handhabung der Matrize, insbesondere bei der Montage in der Presse bzw. Demontage aus der Presse, erleichtert werden. Ggf. ist nun sogar eine rein manuelle Handhabung der Matrize, also ein Bewegen der Matrize ohne mechanische Hilfsmittel (z. B. Kran, Hebevorrichtung oder ähnliches), möglich. Insbesondere sind die verwendeten Hilfsmittel aber in jedem Fall für weniger Gewicht auszulegen, so dass auch hier eine deutliche Kostenreduktion erreichbar ist. Derzeit können nur Pressen mit einer Presskraft von bis zu 1500 kN [kiloNewton] manuell gerüstet werden. Infolge der vorliegend vorgeschlagenen Gewichtsreduzierung können zukünftig Pressen mit einer Presskraft von bis zu 4000 kN manuell gerüstet werden. Insbesondere ist bei manuellen Rüsten auch ein Adapterwechsel für die Matrize nicht notwendig. Damit entfällt der Bedarf für einen zweiten Adapter und einen Adapterbahnhof. Auch die Gefahr einer Beschädigung der Matrize bzw. der Stempel durch den Kontakt der Matrize mit den scharfkantigen Stempeln der Presse kann so reduziert werden.
  • Die erste Steifigkeit entlang einer Umfangsrichtung der Matrize kann unterschiedlich ausgeführt sein bzw. in Umfangsrichtung variieren. Insbesondere ist die Matrize also nicht rotationssymmetrisch um eine zur axialen Richtung parallelen Achse ausgeführt (oder insbesondere nur bei einer Drehung von 180 Winkelgrad entlang der Umfangsrichtung). Eine solche Ausgestaltung der Matrize ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn nicht-rotationssymmetrische Grünlinge hergestellt werden, z. B. Quader.
  • Insbesondere ist die mindestens eine Zentrierfläche entlang der axialen Richtung (zumindest teilweise oder ausschließlich) in der Presszone angeordnet. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die mindestens eine Zentrierfläche zumindest teilweise auch in einer der benachbart zu den Stirnseiten vorliegenden Zonen und insbesondere vollständig außerhalb der Presszone angeordnet sein. Entscheidend ist dabei aber insbesondere, dass die erste Steifigkeit in der Presszone gegenüber den zweiten Steifigkeiten in den anderen Zonen erhöht ausgeführt ist.
  • Insbesondere weist die mindestens eine Zentrierfläche eine erste Höhe entlang der axialen Richtung auf, wobei die erste Höhe höchstens 80 % eines kleinsten Abstands zwischen den Stirnseiten beträgt. Der kleinste Abstand wird bevorzugt im Bereich des Übergangs von den Stirnseiten zu der Innenumfangsfläche bestimmt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Matrize entlang der radialen Richtung zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser zumindest
    • einen zumindest in der axialen Richtung reduzierten Querschnitt oder
    • in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche
      auf.
  • Der in der axialen Richtung reduzierte Querschnitt beschreibt die Form der Matrize an den Stirnseiten in dem Bereich zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser. Hier kann eine Art Einschnürung der Form der Matrize vorgesehen sein, das heißt, die Matrize weist in diesem Bereich einen kleineren Abstand zwischen den Stirnseiten auf als im Bereich der Innenumfangsfläche.
  • Die Verbindungsbereiche beschreiben die Form der Matrize entlang der Umfangsrichtung. Hier können zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser Freiräume (also ohne Material der Matrize) vorliegen. Dabei können durch die Verbindungsbereiche z. B. Speichen gebildet werden, die die Innenumfangsfläche mit einer an dem ersten Durchmesser angeordneten Zentrierfläche verbinden.
  • Insbesondere sind die Verbindungsbereiche zusätzlich in der axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere können so z. B. Speichen gebildet werden, die in der Umfangsrichtung an zumindest teilweise gleichen Positionen, dabei aber in der axialen Richtung an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
  • Insbesondere ist ein zweiter Durchmesser zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser angeordnet, wobei eine auf einem zweiten Durchmesser vorliegende Querschnittsfläche der Matrize höchstens 80 %, insbesondere höchstens 60 %, bevorzugt höchstens 40 % der Innenumfangsfläche beträgt. Auf diesem zweiten Durchmesser sind also, wie vorstehend ausgeführt, Bereiche ohne Material, also Freiräume, vorgesehen. Insbesondere ist zwischen dem zweiten Durchmesser und dem ersten Durchmesser eine weitere Querschnittsfläche vorgesehen, die größer ist als die auf dem zweiten Durchmesser vorliegende Querschnittsfläche.
  • Insbesondere sind mehrere Zentrierflächen auf dem ersten Durchmesser angeordnet, wobei die Zentrierflächen entlang der Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere sind zumindest drei Zentrierflächen vorgesehen, die voneinander entlang der Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind.
  • Die mindestens eine Zentrierfläche kann in der Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein. Das heißt zum Beispiel, dass diese Zentrierfläche über den Umfang zusammenhängend ausgebildet ist.
  • Die Matrize kann mindestens einen, in der axialen Richtung von der mindestens einen Zentrierfläche beabstandet angeordneten Haltebereich aufweisen. Insbesondere ist der Haltebereich zur Erleichterung der Handhabung der Matrize vorgesehen. Insbesondere dient der Haltebereich als Griff für die manuelle Handhabung der Matrize. Bevorzugt ist der Haltebereich einstückig, also bevorzugt stoffschlüssig, mit der Matrize verbunden. Alternativ kann der Haltebereich auch z. B. über Schrauben an der Matrize befestigt werden.
  • Insbesondere ist der Haltebereich in der radialen Richtung zwischen der Innenumfangsfläche und dem ersten Durchmesser angeordnet.
  • Bevorzugt erstreckt sich der Haltebereich ringförmig.
  • Die hier vorgeschlagene besondere Gestalt der Matrizen lässt sich selbstverständlich mit den bekannten Herstellungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Sägen, Bohren sowie Schleifen, Drahtschneiden, Senkerodieren und Hartfräsen etc. erzeugen. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, die Matrize oder zumindest die Schrumpfringe durch sogenannte additive Verfahren, z. B. Lasersintern (3D-Druck Verfahren, zur Herstellung von räumlichen Strukturen aus pulverförmigen Ausgangsmaterial durch Sintern; Werkstück wird schichtweise erzeugt), herzustellen. Hierdurch ist eine wirklich freie Gestaltung der Matrize möglich, wobei das Gewicht der Matrize so weit wie möglich reduziert werden kann.
  • Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings mit einer Presse vorgeschlagen, wobei die Presse zumindest eine wie vorstehend beschriebene Matrize und mindestens einen Stempel aufweist, der über eine Stirnseite der Matrize in eine durch die Innenumfangsfläche gebildete Aufnahme für den Grünling entlang der axialen Richtung verfahrbar ist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    1. a) Anordnen eines Pulvers in der Aufnahme;
    2. b) Verfahren des mindestens einen Stempels in der Matrize entlang der axialen Richtung und Verpressen des Pulvers zu einem Grünling in der Presszone;
    3. c) Entformen des Grünlings aus der Matrize über eine Stirnseite der Matrize;
    wobei die Matrize beabstandet zu den Stirnseiten die Presszone und im Bereich der Presszone eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten angeordneten Zonen höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors zumindest in Schritt b) auf die Innenumfangsfläche wirkenden Presskraft aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten angeordneten Zone vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
  • Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Grünling in Schritt c) über eine an der ersten Stirnseite angeordnete erste Zone aus der Matrize entformt wird, wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als zumindest die, in der ersten Zone vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
  • Die Ausführungen zu der Matrize gelten gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite",...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen oder Größen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände oder Größen zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine bekannte Matrize in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 2:
    die Matrize nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 3:
    eine Matrize gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 4:
    die Matrize nach Fig. 3 in einer Draufsicht;
    Fig. 5:
    die Matrize nach Fig. 3 und 4 in einer Seitenansicht;
    Fig. 6:
    die Matrize nach Fig. 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 7:
    eine Matrize gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 8:
    eine Matrize gemäß einer dritten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 9:
    eine Matrize gemäß einer vierten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 10:
    eine Matrize gemäß einer fünften Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 11:
    die Matrize nach Fig. 10 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 12:
    die Matrize nach Fig. 10 und 11 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 13:
    eine Matrize gemäß einer sechsten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 14:
    eine Matrize gemäß einer siebten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 15:
    eine Matrize gemäß einer achten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht.
  • Fig. 1 zeigt eine bekannte Matrize 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 2 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • Die Matrize 1 umfasst einen sogenannten Schrumpfring 23, wobei innerhalb des Schrumpfrings 23 ein Kern 24 angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 bildet. Die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling 25. Über eine nach oben offene erste Stirnseite 4 der Matrize 1 kann ein Oberstempel 26 der Presse 2 entlang einer axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfahren. Der Oberstempel 26 gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 und verpresst das Pulver zunehmend. Hier ist zusätzlich ein Unterstempel 27 vorgesehen, der (bei der Montage der Matrize 1) über eine nach unten offene zweite Stirnseite 5 der Matrize 1 entlang der axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfährt und sich bis zur Demontage der Matrize 1 innerhalb der Matrize 1 auf und ab bewegt. Zwischen dem Oberstempel 26 und dem Unterstempel 27 wird so das Pulver durch Presskräfte 14 zu einem Grünling 25 verpresst, wobei die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings 25 definiert.
  • Die Matrize 1 weist an einer Außenumfangsfläche 8 einen Kragen 28 auf, über den die Matrize 1 in der Presse 2 aufgenommen und verspannt werden kann. Der Kragen 28 erstreckt sich in einer radialen Richtung 7 weiter als die Außenumfangsfläche 8, so dass die Matrize 1 auf einer Auflage 29 der Presse 2 aufgelegt werden kann. Die Matrize 1 ist zylindrisch ausgeführt, wobei die zylindrisch geformte Außenumfangsfläche 8 über ein Radialspiel in der Presse 2 aufgenommen ist, so dass eine Zentrierung von Stempeln 26, 27 und Matrize 1, also ein koaxiales Anordnen von Stempeln 26, 27 und Matrize 1, ermöglicht werden kann.
  • Die Matrize 1 weist an der ersten Stirnseite 4 eine erste Zone 12 und an der zweiten Stirnseite 5 eine zweite Zone 13 auf, die jeweils als Stempelführungszone 30 bezeichnet wird. Beabstandet von den Stirnseiten 4, 5 und benachbart zu den Stempelführungszonen 30 liegt eine Presszone 11 vor. Die Presszone 11 ist die Zone, in der das Pulver mit der höchsten Presskraft 14 verdichtet wird. Dabei ist die Presszone 11 in der Matrize 1 eindeutig definiert und entlang der axialen Richtung 3 begrenzt. Weiter liegt an der ersten Stirnseite 4 eine Entformungszone 31 vor, d. h. eine Zone der Matrize 1, durch die der fertig verpresste Grünling 25 aus der Matrize 1 ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse 2 bereitgestellt wird. Beim Pressen des Pulvers wird durch den hohen Pressdruck die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 ebenfalls stark beansprucht. Dabei wird die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 in der Richtung des Normalenvektors 32 elastisch aufgeweitet. Diese Aufweitung in der Presszone 11 führt nun dazu, dass bei der Entformung starke Reibkräfte entstehen. Diese Reibkräfte liegen bis in die Entformungszone 31 hinein vor, da die Matrize 1 üblicherweise zylindrisch ausgeführt ist und daher eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit (also einen im Wesentlichen konstanten Widerstand gegen eine elastische Aufweitung in der Richtung des Normalenvektors 32) entlang der axialen Richtung 3 aufweist. Diese Aufweitung nur in der Presszone 11 der Matrize 1 führt dazu, dass der Grünling 25 nicht maßgenau herstellbar ist. Während des Entformens des Grünlings 25 kann sich eine Konizität des Grünlings 25 einstellen. Dabei federt die Matrize 1 in der Presszone 11 mit fortschreitender Entformung zurück, so dass der Grünling 25 am unteren Ende immer weiter zugeschnürt und damit insgesamt konisch wird.
  • Fig. 3 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 4 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 3 in einer Draufsicht. Fig. 5 zeigt die Matrize nach Fig. 3 und 4 in einer Seitenansicht. Fig. 6 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 3 bis 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Fig. 3 bis 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • Die Matrize 1 erstreckt sich entlang einer axialen Richtung 3 zwischen zwei Stirnseiten 4, 5 und bildet zwischen den Stirnseiten 4, 5 eine Innenumfangsfläche 6 aus. Die Matrize 1 erstreckt sich ausgehend von der Innenumfangsfläche 6 entlang einer radialen Richtung 7 hin zu einer Außenumfangsfläche 8 und hin zu drei, in der radialen Richtung 7 auf einem ersten Durchmesser 9 angeordneten, Zentrierflächen 10. Die Matrize 1 weist beabstandet zu den Stirnseiten 4, 5 eine Presszone 11 auf. Im Bereich der Presszone 11 weist die Matrize 1 eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten 4, 5 angeordneten Zonen 12, 13, höhere maximale (also höchste dort vorliegende) erste Steifigkeit gegenüber einer in der Richtung des Normalenvektors 32 auf die Innenumfangsfläche 6 wirkenden Presskraft 14 auf.
  • Die Matrize 1 ist für eine Pulverpresse zur Herstellung von Grünlingen 25 vorgesehen. Mit der Presse 2 werden sinterfähige Grünlinge 25 hergestellt, also Grünlinge 25, die nach dem Pressvorgang gesintert werden können. In der Matrize 1 können metallische Pulver oder auch keramische Pulver zu Grünlingen 25 verpresst werden.
  • Die Matrize 1 umfasst einen sogenannten Schrumpfring 23, wobei innerhalb des Schrumpfrings 23 ein Kern 24 angeordnet ist, der dann die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 bildet. Die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 bildet einerseits die Aufnahme für das Pulver bzw. den herzustellenden Grünling 25. Über eine nach oben offene erste Stirnseite 4 der Matrize 1 kann ein Oberstempel 26 der Presse 2 entlang einer axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfahren. Der Oberstempel 26 gleitet dabei entlang der Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 und verpresst das Pulver zunehmend. Hier ist zusätzlich ein Unterstempel 27 vorgesehen, der über eine nach unten offene zweite Stirnseite 5 der Matrize 1 entlang der axialen Richtung 3 in die Matrize 1 hineinfährt. Zwischen dem Oberstempel 26 und dem Unterstempel 27 wird so das Pulver durch Presskräfte 14 zu einem Grünling 25 verpresst, wobei die Innenumfangsfläche 6 der Matrize 1 insbesondere eine seitliche Kontur des Grünlings 25 definiert. Über die Stempel 26, 27 wird die Presskraft 14 in das Pulver eingebracht. Die Presskraft 14 wird über die Stempel 26, 27 und die Matrize 1 gehalten. Auf die Matrize 1 wirkt dabei die Presskraft 14 in der Richtung des Normalenvektors 32.
  • Die Matrize 1 weist an den Stirnseiten 4, 5 jeweils Stempelführungszonen 30 als Zonen 12, 13 auf, wobei beabstandet von den Stirnseiten 4, 5 und benachbart zu den Stempelführungszonen 30 eine Presszone 11 vorliegt. In der Presszone 11 wird das Pulver mit der höchsten Presskraft verdichtet. Die Presszone 11 ist durch den Bereich entlang der axialen Richtung 3 definiert, in dem das Pulver während des Aufbringens der höchsten Presskraft 14 (siehe Fig. 1) angeordnet ist.
  • Weiter liegt zumindest an der ersten Stirnseite 4 eine Entformungszone 31 vor, d. h. eine erste Zone 12 der Matrize 1, durch die der Grünling 25 aus der Matrize 1 ausgeschoben (entformt) und zur Entnahme aus der Presse 2 bereitgestellt wird.
  • Über die Zentrierflächen 10 wird die Matrize 1 in der Presse 2 gegenüber den Stempeln 26, 27 ausgerichtet. Die Zentrierflächen 10 liegen auf dem größten ersten Durchmesser 9 der Matrize 1, d. h. die Matrize 1 erstreckt sich nur innerhalb des ersten Durchmessers 9.
  • Bei der hier vorgeschlagenen Matrize 1 wurde davon ausgegangen, dass nur im Bereich der Presszone 11 eine möglichst hohe erste Steifigkeit vorliegen sollte. Durch diese hohe erste Steifigkeit kann eine maßgenaue Fertigung des Grünlings 25 durch die Presse 2 bzw. den Pressvorgang sichergestellt werden. Andererseits kann eine zweite Steifigkeit im Bereich der Stirnseiten 4, 5 der Matrize 1 deutlich kleiner ausgeführt sein, da in diesen (in axialer Richtung 3 begrenzten) Bereichen eine deutlich geringere Beanspruchung der Matrize 1 durch die in Richtung des Normalenvektors 32 wirkende Presskraft(-komponente) 14 vorliegt.
  • Für die geringere zweite Steifigkeit kann ein Großteil des üblicherweise in zylindrisch ausgeführten Matrizen 1 (siehe Fig. 1 bis 3) vorliegenden Materials eingespart werden.
  • Die Zentrierflächen 10 sind entlang der axialen Richtung 3 ausschließlich in der Presszone 11 angeordnet.
  • Die Zentrierflächen 10 weisen eine erste Höhe 16 entlang der axialen Richtung 3 auf, wobei die erste Höhe 16 kleiner ist als ein kleinster Abstand 17 zwischen den Stirnseiten 4, 5 beträgt.
  • Die Matrize 1 weist entlang der radialen Richtung 7 zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 sowohl einen zumindest in der axialen Richtung 3 reduzierten Querschnitt 18 als auch in der Umfangsrichtung 15 voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche 19 auf.
  • Der in der axialen Richtung 3 reduzierte Querschnitt 18 beschreibt die Form der Matrize 1 an den Stirnseiten 4, 5 in dem Bereich zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9. Hier liegt also eine Einschnürung der Form der Matrize 1 vor, das heißt, die Matrize 1 weist in diesem Bereich einen kleineren Abstand 17 zwischen den Stirnseiten 4, 5 auf als im Bereich der Innenumfangsfläche 6.
  • Die Verbindungsbereiche 19 beschreiben die Form der Matrize 1 entlang der Umfangsrichtung 15. Hier liegen zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 Freiräume (also ohne Material der Matrize 1) vor. Dabei werden durch die Verbindungsbereiche 19 Speichen gebildet, die die Innenumfangsfläche 6 mit einer an dem ersten Durchmesser 9 angeordneten Zentrierfläche 10 verbinden.
  • Hier sind drei Zentrierflächen 10 auf dem ersten Durchmesser 9 angeordnet, wobei die Zentrierflächen 10 entlang der Umfangsrichtung 15 voneinander beabstandet angeordnet sind.
  • Die Matrize 1 weist zudem einen, in der axialen Richtung 3 von den Zentrierflächen 10 beabstandet angeordneten Haltebereich 22 auf.
  • Der Haltebereich 22 ist zur Erleichterung der Handhabung der Matrize 1 vorgesehen. Der Haltebereich 22 dient als Griff für die manuelle Handhabung der Matrize 1. Vorliegend ist der Haltebereich 22 über Schrauben an der Matrize 1 befestigt (siehe Fig. 4).
  • Der Haltebereich 22 ist in der radialen Richtung 7 zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 angeordnet. Der Haltebereich 22 erstreckt sich ringförmig.
  • In Fig. 6 ist der Grünling 25 innerhalb der Presszone 11 angeordnet. Der Grünling 25 wird in Schritt b) des Verfahrens in der Presszone durch Verpressen eines Pulvers gebildet. In der Presszone 11 wird der höchste Pressdruck erreicht. In Schritt c) des Verfahrens (hier nicht dargestellt) wird der Grünling 25 über die als Entformungszone 31 vorgesehene erste Zone 12, die an der ersten Stirnfläche 4 angeordnet ist, entformt.
  • Fig. 7 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 wird verwiesen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante weist die Matrize 1 im Bereich der Verbindungsbereiche 19 weitere Freiräume bzw. Aussparungen auf. Auch die Anbindung des Haltebereichs 22 an die Matrize 1 bzw. an den Schrumpfring 23 ist hier anders gestaltet.
  • Fig. 8 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer dritten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 wird verwiesen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante sind die Verbindungsbereiche 19 zusätzlich in der axialen Richtung 3 voneinander beabstandet angeordnet. So werden Speichen gebildet, die in der Umfangsrichtung 15 an zumindest teilweise gleichen Positionen, dabei aber in der axialen Richtung 3 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Zudem ist die Zentrierfläche 10 in der Umfangsrichtung 15 umlaufend ausgebildet.
  • Hier können die Verbindungsbereiche 19 als Griffe für die manuelle Handhabung der Matrize 1 genutzt werden.
  • Fig. 9 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer vierten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier ein weiterer umlaufender Zwischenring zwischen der Innenumfangsfläche 6 und der umlaufend ausgeführten Zentrierfläche 10 vorgesehen.
  • Fig. 10 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer fünften Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 11 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 10 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei der Schnitt durch die Mittelachse der Matrize 1 verläuft. Fig. 12 zeigt die Matrize 1 nach Fig. 10 und 11 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei hier die Schnittlinie seitlich versetzt zur Mittelachse verläuft. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier ein in der Umfangsrichtung 15 umlaufend ausgebildeter, gewellter Bereich ausgebildet, der einen in der axialen Richtung deutlich reduzierten Querschnitt 18 aufweist.
  • Es ist ein zweiter Durchmesser 20 zwischen der Innenumfangsfläche 6 und dem ersten Durchmesser 9 angeordnet, wobei eine auf einem zweiten Durchmesser 20 vorliegende Querschnittsfläche 21 der Matrize 1 deutlich kleiner ist als die Innenumfangsfläche 6. Zwischen dem zweiten Durchmesser 20 und dem ersten Durchmesser 9 ist eine weitere Querschnittsfläche vorgesehen (hier direkt benachbart zur umlaufend ausgeführten Zentrierfläche 10), die größer ist als die auf dem zweiten Durchmesser 20 vorliegende Querschnittsfläche 21.
  • Hier werden die Zentrierflächen 10, bzw. die Ober- und Unterseite der Matrize 1 in unmittelbarer Nähe der Zentrierflächen 10 als Kragen 28 zur Klemmung der Matrize 1 in einer Aufnahme (einem Adapter; hier ist nur eine Auflage 29 der Aufnahme gezeigt) der Presse 2 genutzt.
  • Fig. 13 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer sechsten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 14 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer siebten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 15 zeigt eine Matrize 1 gemäß einer achten Ausführungsvariante in einer perspektivischen Ansicht. Die Figuren 13 bis 15 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den Fig. 3 bis 6 bzw. zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu Fig. 8 ist hier die Innenumfangsfläche 6 nicht rotationssymmetrisch ausgeführt. Aufgrund der Form der Innenumfangsfläche 6 bzw. der Aufnahme für das zu verpressende Pulver wird die Innenumfangsfläche 6 bzw. die Matrize 1 in Abhängigkeit von der Position entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlich stark durch die, über die Stempel 26, 27 aufgebrachte und auf die Innenumfangsfläche 6 einwirkende Presskraft 14 beansprucht. Daher wird die Matrize 1 mit einer entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlichen ersten Steifigkeit ausgeführt. Hier ist die Matrize 1 um einen Winkelschritt von 180 Winkelgrad rotationssymmetrisch um eine zur axialen Richtung 3 parallelen Achse ausgeführt. Eine solche Ausgestaltung der Matrize 1, mit einer entlang der Umfangsrichtung 15 unterschiedlichen ersten Steifigkeit, ist insbesondere gerade dann sinnvoll, wenn nicht rotationssymmetrische Grünlinge 25 (bzw. Grünlinge 25, die nur bei einer Drehung von 180 Winkelgrad eine Symmetrie aufweisen) hergestellt werden, z. B. wie dargestellt quaderförmige Grünlinge 25. Durch diese spezielle Ausführungsvariante der Matrize können asymmetrische Grünlinge 25 ideal abgestützt werden, so dass radial asymmetrische Verformungen der Matrize 1 und damit des Grünlings 25 vermieden werden können.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Matrize
    2
    Presse
    3
    axiale Richtung
    4
    erste Stirnseite
    5
    zweite Stirnseite
    6
    Innenumfangsfläche
    7
    radiale Richtung
    8
    Außenumfangsfläche
    9
    erster Durchmesser
    10
    Zentrierfläche
    11
    Presszone
    12
    erste Zone
    13
    zweite Zone
    14
    Presskraft
    15
    Umfangsrichtung
    16
    erste Höhe
    17
    Abstand
    18
    Querschnitt
    19
    Verbindungsbereich
    20
    zweiter Durchmesser
    21
    Querschnittsfläche
    22
    Haltebereich
    23
    Schrumpfring
    24
    Kern
    25
    Grünling
    26
    Oberstempel
    27
    Unterstempel
    28
    Kragen
    29
    Auflage
    30
    Stempelführungszone
    31
    Entformungszone
    32
    Richtung des Normalenvektors

Claims (15)

  1. Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen einer ersten Stirnseite (4) und einer zweiten Stirnseite (5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehend von der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfläche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einem ersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfläche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit; wobei die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) zumindest in einer Umfangsrichtung (15) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche (19) aufweist; wobei die Matrize (1) durch ein bekanntes Herstellungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Sägen, Bohren sowie Schleifen, Drahtschneiden, Senkerodieren und Hartfräsen etc. erzeugt ist oder wobei die Matrize (1) durch sogenannte additive Verfahren zur Herstellung von räumlichen Strukturen aus pulverförmigen Ausgangsmaterial durch Sintern hergestellt ist.
  2. Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen einer ersten Stirnseite (4) und einer zweiten Stirnseite (5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehend von der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfläche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einem ersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfläche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit; wobei die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) an einem zweiten Durchmesser (20) zumindest einen zumindest in der axialen Richtung (3) reduzierten Querschnitt (18) aufweist, wobei zwischen dem zweiten Durchmesser (20) und dem ersten Durchmesser (9) eine weitere Querschnittsfläche vorgesehen ist, die größer ist als die auf dem zweiten Durchmesser (20) vorliegende Querschnittsfläche.
  3. Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen einer ersten Stirnseite (4) und einer zweiten Stirnseite (5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehend von der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfläche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einem ersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfläche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit; wobei die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) zumindest in einer Umfangsrichtung (15) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche (19) aufweist, wobei die Verbindungsbereiche (19) zusätzlich in der axialen Richtung (3) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnet sind.
  4. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Steifigkeit entlang einer Umfangsrichtung (15) unterschiedlich ist.
  5. Matrize (1) zur Anordnung in einer Presse (2), wobei die Matrize (1) sich entlang einer axialen Richtung (3) zwischen einer ersten Stirnseite (4) und einer zweiten Stirnseite (5) erstreckt und zwischen den Stirnseiten (4, 5) eine Innenumfangsfläche (6) ausbildet, wobei sich die Matrize (1) ausgehend von der Innenumfangsfläche (6) entlang einer radialen Richtung (7) hin zu einer Außenumfangsfläche (8) und hin zu mindestens einer, in der radialen Richtung (7) auf einem ersten Durchmesser (9) angeordneten, Zentrierfläche (10) erstreckt; wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) eine Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit; wobei die erste Steifigkeit entlang einer Umfangsrichtung (15) unterschiedlich ist.
  6. Matrize (1) nach Patentanspruch 5, wobei die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) zumindest
    - einen zumindest in der axialen Richtung (3) reduzierten Querschnitt (18) oder
    - in einer Umfangsrichtung (15) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche (19)
    aufweist.
  7. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 und 6, wobei, wenn die Matrize (1) entlang der radialen Richtung (7) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) in einer Umfangsrichtung (15) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnete Verbindungsbereiche (19) aufweist, die Verbindungsbereiche (19) zusätzlich in der axialen Richtung (3) durch jeweils einen Freiraum voneinander beabstandet angeordnet sind.
  8. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindestens eine Zentrierfläche (10) entlang der axialen Richtung (3) in der Presszone (11) angeordnet ist.
  9. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mindestens eine Zentrierfläche (10) eine erste Höhe (16) entlang der axialen Richtung (3) aufweist, wobei die erste Höhe (16) höchstens 80 % eines kleinsten Abstands (17) zwischen den Stirnseiten (4, 5) beträgt.
  10. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein zweiter Durchmesser (20) zwischen der Innenumfangsfläche (6) und dem ersten Durchmesser (9) angeordnet ist, wobei eine auf dem zweiten Durchmesser (20) vorliegende Querschnittsfläche (21) der Matrize (1) höchstens 80 % der Innenumfangsfläche (6) beträgt.
  11. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei mehrere Zentrierflächen (10) auf dem ersten Durchmesser (9) angeordnet sind, wobei die Zentrierflächen (10) entlang einer Umfangsrichtung (15) voneinander beabstandet angeordnet sind.
  12. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Zentrierfläche (10) in einer Umfangsrichtung (15) umlaufend ausgebildet ist.
  13. Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Matrize (1) mindestens einen, in der axialen Richtung (3) von der mindestens einen Zentrierfläche (10) beabstandet angeordneten Haltebereich (22) aufweist.
  14. Verfahren zur Herstellung mindestens eines Grünlings (25) mit einer Presse (2), wobei die Presse (2) zumindest eine Matrize (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche und mindestens einen Stempel (26, 27) aufweist, der über eine Stirnseite (4, 5) der Matrize (1) in eine durch die Innenumfangsfläche (6) gebildete Aufnahme für den Grünling (25) entlang der axialen Richtung (3) verfahrbar ist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    a) Anordnen eines Pulvers in der Aufnahme;
    b) Verfahren des mindestens einen Stempels (26, 27) in die Matrize (1) entlang der axialen Richtung (3) und Verpressen des Pulvers zu einem Grünling (25) in der Presszone (11);
    c) Entformen des Grünlings (25) aus der Matrize (1) über eine Stirnseite (4, 5) der Matrize (1);
    wobei die Matrize (1) beabstandet zu den Stirnseiten (4, 5) die Presszone (11) und im Bereich der Presszone (11) eine, zumindest gegenüber an den Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zonen (12, 13), höhere maximale erste Steifigkeit gegenüber einer in einer Richtung eines Normalenvektors (32) zumindest in Schritt b) auf die Innenumfangsfläche (6) wirkenden Presskraft (14) aufweist; wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als eine, in zumindest einer der an einer der Stirnseiten (4, 5) angeordneten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
  15. Verfahren nach Patentanspruch 14, wobei der Grünling (25) in Schritt c) über eine an der ersten Stirnseite (4) angeordnete erste Zone (12) aus der Matrize entformt wird, wobei die maximale erste Steifigkeit um mindestens 10 % höher ist als zumindest die, in der ersten Zone (12, 13) vorliegende minimale zweite Steifigkeit.
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