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Patent Searching and Data


Title:
POWDER PRESS HAVING TOGGLE LEVER DRIVE AND ELECTRIC DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/162511
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a powder press (1) for producing a pressed article from a material that can be pressed, comprising a press frame (10), an upper and/or lower punch assembly (14) and a die assembly, which define a molding cavity, into which the material that can be pressed can be introduced, and an electric drive unit (12), which is operatively connected to the punch assemblies (14) and/or the die assembly. In order to mold the pressed article, the punch assemblies (14) and the die assembly can be moved relative to each other along a pressing axis (18) and pressed against each other by means of the electric drive unit (12). Furthermore, the operative connection between the electric drive unit (12) and one of the punch assemblies (14) comprises a toggle lever drive (16), which moves the punch assembly (14) into a pressing end position along the pressing axis (18).

Inventors:
WEHRLI, Alex (Flugplatzstrasse 76, 3122 Kehrsatz, 3122, CH)
SOLLBERGER, Michael (Unterer Aareweg 16, 3250 Lyss, 3250, CH)
MAISSEN, Curdin (Bachtelstrasse 30L, 8620 Wetzikon, 8620, CH)
HÄNNI, Roland (Ferdinand-Hodler-Strasse 9, 8049 Zürich, 8049, CH)
Application Number:
EP2019/054620
Publication Date:
August 29, 2019
Filing Date:
February 25, 2019
Export Citation:
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Assignee:
OSTERWALDER AG (Industriering 4, 3250 Lyss, 3250, CH)
International Classes:
B30B1/10; B30B11/02; B30B15/00
Foreign References:
US5176923A1993-01-05
EP0436792A21991-07-17
DE4401499A11995-08-03
DE102004052007A12006-04-27
EP2998989A12016-03-23
JP2002103089A2002-04-09
JP2001300778A2001-10-30
EP2311587A12011-04-20
US20090317507A12009-12-24
JP2001259896A2001-09-25
Attorney, Agent or Firm:
BOVARD AG (Optingenstrasse 16, 3013 Bern, 3013, CH)
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Claims:
Patentansprüche

1. Pulverpresse (1 ) zur Herstellung eines Presslings aus einem ver- pressbaren Material, mit

- einem Pressenrahmen (10), - einer oberen und/oder unteren Stempelanordnung (14) und einer

Matrizenanordnung, welche einen Formhohlraum definieren, in den das ver- pressbare Material einfüllbar ist, und

- einer elektrischen Antriebseinheit (12), welche in Wirkverbindung mit den Stempelanordnungen (14) und/oder der Matrizenanordnung steht, wobei zur Formung des Presslings die Stempelanordnungen (14) und die Matrizenanordnung mittels der elektrischen Antriebseinheit (12) entlang einer Pressachse (18) relativ zueinander bewegbar und gegeneinander press bar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen elektri- scher Antriebseinheit (12) und einer der Stempelanordnungen (14) einen Knie hebelantrieb (16) umfasst, welcher die Stempelanordnung (14) entlang der Pressachse (18) in eine Pressendstellung bewegt.

2. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebelantrieb (16) zwischen elektrischer Antriebseinheit (12) und der Stempelanordnung (14) angeordnet ist, wobei an einem Antriebsstrang (20) der elektrischen Antriebseinheit (12) symmetrisch zur Pressachse (18) jeweils ein erster und ein zweiter Hebel (22, 24) an jeweils einem ersten Ende (26) der Hebel (22, 24) schwenkbar angelenkt ist, und an einem zweiten Ende (28) je des Hebels (22, 24) jeweils schwenkbar ein erster Arm (30) zur Verbindung mit dem Presserahmen (10) der Pulverpresse (1 ) und ein zweiter Arm (32) zur Ver bindung mit der Stempelanordnung (14) angelenkt sind.

3. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass kinematische Abmessungen des Kniehebelantriebs (16) so be stimmt werden, dass eine Presskraft als Funktion einer Pressbewegung ent sprechend einer vorgegebenen Verdichtungskurve (88) zur Herstellung des Presslings erzeugt wird.

4. Pulverpresse (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinheit (12) einen Spin delantrieb mit einer Servomotor-Anordnung und Sensoren zur Erfassung von Drehwinkel, Drehzahl und/oder Drehmoment zur Regelung der Servomotor-An- Ordnung aufweist.

5. Pulverpresse (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Positionssensor angeordnet ist, um eine Position der Stempelanordnungen (14) zu erfassen und ein Signal an eine Steuereinheit zu übermitteln, welche zur Regelung der Servomotor-Anord- nung eingesetzt ist.

6. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Servomotor-Anordnung zur Erzeugung eines geregelten Drehantriebs ein Hohlwellen-Elektromotor ist.

7. Pulverpresse (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressendstellung mittels mechanischer Fest anschläge (50) einstellbar ist, welche höhenverstellbar sind und als konzent risch zueinander angeordnete Zylinder (52) ausgebildete Stempelträger umfas sen.

8. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Pressendstellung der Zylinder (52) des mechanischen höhenverstellba ren Festanschlags (50) mit einer unteren axialen Stirnfläche (60) auf jeweils ei ner oberen Stirnfläche (62) eines Einstellrings (58) aufliegen, die in Form einer eingängigen Schraubenfläche zur Höhenverstellung der mechanischen Festan schläge (50) ausgebildet ist.

9. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untere axiale Stirnfläche (60) des mechanischen höhenverstellbaren Festanschlags (50) komplementär zur oberen Stirnfläche (62) des Einstellrings (58) ausgebildet ist, so dass durch Drehen des Einstellrings (58) mittels eines Stellantriebs (70) eine Höhenverstellung des mechanischen Festanschlags (50) erfolgt.

10. Pulverpresse (1 ) gemäss einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein synchronisiertes Drehen der Einstellringe (58) eine Pressteilhöhenverstellung erfolgt. 1 1. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (70) ausgebildet ist als ein Elektromotor zum individuellen und synchronen Antreiben der Einstellringe (58).

12. Pulverpresse (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebelantrieb (16) Lager umfasst, welche mittels Gelenkelementen (36) derart vorgespannt sind, um ein Spiel in den La gern zu reduzieren.

13. Pulverpresse (1 ) gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente als Festkörpergelenke (36) ausgebildet sind, die La geraufnahmen (40) aufweisen, welche mittels Streben (42) miteinander verbun- den sind, die in einer Rautenform angeordnet sind.

Description:
Pulverpresse mit Kniehebelantrieb und elektrischem Antrieb

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverpresse zur Herstellung ei nes Presslings aus einem verpressbaren Material. Stand der Technik

Im Allgemeinen weisen Pressen, insbesondere Pulverpressen einen Pressenrahmen, eine obere und untere Stempelanordnung und zwischen den beiden Stempelanordnungen eine Matrizenanordnung auf. Die Stempelanord nungen und die Matrizenanordnung legen einen Formhohlraum fest, in welchen das zu verpressende, insbesondere pulverförmige Material eingefüllt wird. Zur Formung eines Presslings werden obere und untere Stempelanordnungen, um fassend mindestens eine Werkzeugebene mit einem Werkzeug bzw. mindes tens einem Stempel, gegeneinander gepresst, wobei die Bewegung der Stem pelanordnungen abhängig von einstellbaren Pressparametern erfolgt. Eine Stempelanordnung umfasst im einfachsten Fall einen Stempel, weist aber im Allgemeinen eine Vielzahl von Stempeln auf. Es sind auch Anordnungen mit mehreren Stempeln bekannt, um in Pressrichtung mehrere Höhenstufen zu pressen, wobei die einzelnen Stempel relativ zueinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder Hubstrecken bewegt werden und in einer Werk- zeugebene aufgenommen sind. In einer Pressendstellung, in welcher über ei nen Pressantrieb eine volle Presskraft wirkt, können die Stempelanordnungen über Festanschläge abgestützt sein, so dass eine definierte Pressposition ein genommen wird. Die sehr hohen erforderlichen Presskräfte in Pressrichtung und Energiemenge werden bei bekannten Pulverpressen weitgehend durch hydraulische, mechanische oder elektrische Antriebssysteme erzeugt.

Bei Pulverpressen zur Herstellung masshaltiger Presslinge sind auch neben Antriebsystemen zum Bewegen der Stempelanordnungen in Pressrich tung an sich bekannte hydraulische, elektrische oder sonstige angetriebene Stellantriebe zum Verstellen einzelner oberer bzw. unterer Stempelträger bzw. Stempel relativ zueinander vorgesehen. Im Allgemeinen werden Bewegungen in einer Pulverpresse mecha nisch, hydraulisch oder elektrisch erzeugt. In mechanischen Pressen ist der Be wegungsablauf im Wesentlichen vorgegeben, z.B. durch einen Kniehebelan trieb. Bei mechanischen Pressen können bei geringem Energieverbrauch und überschaubarem Wartungsaufwand hohe Hubzahlen realisiert werden. Aller dings ist die Flexibilität zur Bewegung der Stempelanordnungen vergleichs weise gering.

In bekannten hydraulischen Pressen sind zur unabhängigen Bewe gung der einzelnen Stempelanordnungen geregelte hydraulische Antriebssys- teme eingesetzt. Die individuelle Bewegung einzelner Stempelanordnungen be dingt eine hohe Flexibilität. Durch einen Einsatz von Messsystemen und einer darauf basierenden Regelung des Bewegungsablaufs wird eine hohe Präzision und Dynamik beim Pressvorgang erzeugt. Allerdings sind bei hydraulischen Pressen ein hoher Energiebedarf und lange Zykluszeiten zu verzeichnen. Stem- pelanordnungen mit den angeordneten Stempeln können direkt über eine Kol ben/Zylinderanordnung abgestützt sein, wobei allerdings aufgrund der hohen Presskräfte im Allgemeinen Festanschläge erforderlich sind. Eine beim Press verfahren auf einen Stempel wirkende Gegenkraft wird vom Hydraulikzylinder aufgenommen. Die Gegenkraft variiert in Abhängigkeit vom Stempel, so dass bei komplexen Presslingsformen jedem Stempel ein individueller Hydraulikzylin der zugeordnet ist. Demnach umfassen Hydraulikpressen eine Vielzahl von Hydraulikzylindern, welches ein komplexes System bedingt.

Elektrische Pressen umfassen zum Antrieb elektrische Antriebssys teme, z.B. elektrische Spindelantriebe auf. Hierbei lassen sich bei geringem Energiebedarf mittlere Hubzahlen realisieren, wobei der Pressvorgang mit ho her Präzision und Flexibilität und bei geringem Platzbedarf und niedrigem War tungsaufwand möglich ist.

Aus EP 2 31 1 587 A1 ist eine elektrische Pulverpresse bekannt, bei denen eine obere Stempelanordnung einen oberen Spindelantrieb und die Mat- rizenanordnung und/oder eine untere Stempelanordnung einen unteren Spin delantrieb aufweist. Es ist auch bekannt, dass Spindelantriebe, umfassend eine Spindel/Mutter-Anordnung oder eine Mutter/Spindel-Anordnung, mit einer Mo toreinheit in Wirkverbindung stehen, dessen Drehbewegung als Linearbewe gung in einen Antriebsstrang übertragen wird. In der Regel wirkt die Spindel mutter über eine Kraftübertragungseinrichtung auf die obere und/oder untere Stempelplatte einer Stempelanordnung und verfährt mit dieser zusammen den Oberstempel und/oder Unterstempel in Richtung einer Hauptpressachse, wel che parallel beabstandet oder koaxial zur Längsachse der Spindel verläuft. Durch einen Spindelantrieb ergibt sich ein kurzer Antriebsstrang, wodurch hohe Steifigkeit und somit eine hohe Dynamik des Pressenantriebs auch bei grossen bewegten Massen und/oder grossen Presskräften erzielt werden kann.

Die Motoreinheit kann eine Servomotor-Anordnung sein, wobei ins besondere ein Drehwinkelsensor zur Drehwinkelregelung bzw. ein Drehmo mentsensor zur Drehmomentregelung sowie ein Positionssensor zur Erfassung der linearen Position der jeweiligen Stempel vorgesehen sind. Mit einer geziel- ten Ansteuerung einzelner Stempel wird eine flexible Prozesssteuerung ermög licht, so dass bei einem Pressvorgang eine konstante Bewegung aller Stempel und eine Anpassung der Bewegung unter Berücksichtigung relevanter auch Materialbedingter Parameter erfolgen kann.

Pulverpressen mit einem elektromechanischen Antriebssystem kön- nen zur Übertragung einer Presskraft als Hauptpresskraft, erzeugt von einem elektrischen Antrieb, ferner passive Antriebselemente wie Spindeln, Riemen, Getriebe, Exzenter und/oder Kniehebel umfassen, welche zwischen der elektri schen Antriebseinheit und einer anzutreibenden Stempelanordnung angeordnet sind. Pressen mit einem elektromechanischen Antriebssystem haben zwar ei- nen geringeren Energiebedarf als Hydraulikpressen, allerdings sind durch die passiven Antriebselemente im Allgemeinen nur eine geringere Steifigkeit und weniger Dynamik erreichbar. Insbesondere bei servomotorischen Pulverpres sen besteht die Problematik, dass eine Übertragung einer rotatorischen Bewe gung in eine translatorische Bewegung von diversen physikalischen Grössen beeinflusst werden kann, so dass ein zuverlässiger und definierter Pressvor gang nur mit hohem Regelaufwand möglich ist. Ferner gelten diese Pulverpres sen als stör- und verschleissanfällig, insbesondere durch eine Schlagempfind- lichkeit einer umfassten Spindel und somit als kostenintensiv. Nichtlineare An triebssysteme, insbesondere ein Kniehebelantrieb, werden demnach als unge eignet für den Einsatz in Pulverpressen angesehen, unteranderem da sie eine maximale Presskraft nur in einem sehr begrenzten Bereich erzeugen. Aus US 2009/0317507 A1 ist eine Pulverpresse bekannt, deren

Stempel tragende Platten und eine Matrize relativ zueinander verstellbar sind. Als Antrieb für diese dient jeweils ein elektrischer Motor, wobei Platte oder Mat rize mittels eines zentralen Zahnrads und zwei Getrieben mit dem Elektromotor verbunden sind. Passive Antriebssysteme sind nicht vorgesehen. Aus JP 2001 -259896 ist eine hydraulische Pulverpresse bekannt, wobei eine obere und eine untere Stempelanordnung über separate oder auch kombinierte hydraulische Antriebssysteme bewegt werden. Hierbei ist die verti kale Bewegung der oberen und der unteren Stempelanordnung über Kopp lungsglieder miteinander gekoppelt. Ein Kniehebelsystem ist zwischen Hydrau- likantrieb und zumindest oberer Stempelanordnung derart angeordnet, dass die Bewegung des Hydraulikzylinders auf die Matrizenanordnung und die Stem pelanordnung von dem Kniehebelsystem übertragen wird, wobei die auf die Stempelanordnung übertragene Druckkraft um ein Vielfaches grösser als dieje nige des eingesetzten Hydraulikzylinders ist. Als Nachteil erweist sich der dabei umfasste Hydraulikantrieb, welcher einen hohen Energiebedarf und Lärm be dingt und durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten von Hydrauliköl in Zu sammenhang mit dem Kniehebelsystem wartungsintensiv ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings aus einem verpressbaren Material vorzusehen, welche einen idealen Pressverlauf gemäss einem optimalen Verdichtungsver lauf des verpressbaren Materials ermöglicht und bei dem hohe Druckkräfte übertragen werden können.

Ausgehend von dem Stand der Technik, wird eine Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings aus einem verpressbaren Material mit einem Pres- senrahmen, ein Werkzeug mit einer oberen und/oder unteren Stempelanord- nung und einer Matrizenanordnung vorgeschlagen, welche einen Formhohl raum definieren, in den das verpressbare Material einfüllbar ist. Zum Pressen komplex strukturierter Teile werden von oben und/oder unten mehrere Stempel in eine Matrizenöffnung der Matrizenanordnung eingeführt, wobei jeder Stempel auf einem Stempelträger angeordnet ist, der jeweils relativ zu einem Basisträ ger bzw. Grundplatte bewegbar ist. Insbesondere handelt es sich um eine Mehrplattenpresse, bei der während eines Pressverfahrens einzelne Werkzeug ebenen, bzw. auch als Zusatzachsen bezeichnet, in eine individuelle Pressposi tion bewegt werden. Als Zusatzachse wird eine Anordnung verstanden, umfas- send einen Stempel und diesen tragende, bewegende und verstellende Werk zeugkomponenten, d.h. diejenigen Elemente, welche zwischen Pressantrieb und Stempel auf Kraftflusslinien liegen und insbesondere Platte, Zylinder, Ab stützeinrichtung und Führungen umfassen.

Die Pulverpresse zur Herstellung eines Presslings aus einem ver- pressbaren Material umfasst mindestens eine elektrische Antriebseinheit zur Er zeugung einer Hauptpresskraft, wobei die elektrische Antriebseinheit in Wirk verbindung mit der oberen und/oder unteren Stempelanordnungen und/oder der Matrizenanordnung steht, so dass die Stempelanordnungen und die Matrizena nordnung entlang einer Pressachse relativ zueinander bewegbar und gegenei- nander pressbar sind.

Erfindungsgemäss umfasst die Wirkverbindung zwischen elektrischer Antriebseinheit und oberer Stempelanordnung einen Kniehebelantrieb, welcher die obere Stempelanordnung entlang der Pressachse in eine Pressendstellung bewegt. Die erfindungsgemässe Kombination einer elektrischen Antriebsein heit mit einem Kniehebelantrieb zur Bewegung mindestens einer der Stempela nordnungen zeichnet sich gegenüber hydraulischen Pulverpressen mit Kniehe belsystem durch reduzierten Lärm, hohe Energieeffizienz und einen weitgehend wartungsarmen Antrieb aus. Die elektrische Antriebseinheit zeigt einen verbes- serten Wirkungsgrad, insbesondere bei dem Einsatz permanent-magnetischer Synchron-Servoanordnungen, welche mit geringen Reibungsverlusten angetrie- ben werden können. Ferner ist eine Gefahrenquelle durch austretendes Hyd rauliköl gebannt, welches in der Pulvermetallurgie ansonsten ein Problem dar stellt. Darüber hinaus ergeben sich vorteilhaft eine hohe Präzision und gute Re produzierbarkeit, sowie eine gute und verlässliche Regelbarkeit und damit eine dynamische Bewegungskontrolle des Pressvorgangs. Auch das Bedienen ist vereinfacht, da eine geringere Gefahr von Bedienungs- und Einstellfehlern ge geben ist.

Die elektrische Antriebseinheit umfasst in einem Ausführungsbeispiel einen Spindelantrieb, wobei ein Antriebsmotor unmittelbar auf die Spindel ein- wirkt, welche in Wirkverbindung mit dem Kniehebelantrieb steht und dieser wie derum auf die Stempelanordnung und/oder Matrizenanordnung einwirkt. Vor zugsweise handelt es sich bei dem Spindelantrieb um geregelte Spindelan triebe, wodurch Eigenschaften eines verwendeten Pulvermaterials sowie Eigen schaften des aus dem Pulvermaterial hergestellten Presslings berücksichtigt werden können.

Vorzugsweise ist der geregelte Spindelantrieb eine Servomotor-An ordnung mit Drehwinkel-, Drehzahl und/oder Drehmomentsensor zur Drehwin kel-, Drehzahl- und/oder Drehmomentregelung. Ferner können diese Sensoren in Zusammenwirkung mit einem Positionssensor zur Erfassung einer linearen Position des jeweiligen Stempels oder der Matrize vorgesehen sein, wobei Sig nale an eine Steuereinheit übermittelt werden können, welche zur Regelung der elektrischen Antriebseinheit, z.B. der Servomotor-Anordnung, eingesetzt ist. Demnach können Betriebsparameter erfasst, in Speichermitteln gespeichert und in Verarbeitungseinheiten weiter aufbereitet werden. Ferner können weitere Sensoren vorgesehen sein, welche eine Spindelposition und/oder eine Verän derung der Spindelposition erfassen sowie Sensoreinrichtungen zur Erfassung eines Spindeldrehmoments, welcher eingerichtet ist, einen Notstop einzuleiten bzw. einen Leerhub einzuleiten. Ferner können Kraftmess- und/oder Wegmess systeme eingesetzt werden, welche eine Regelung bezogen auf die Kraft und/o- der auf die Position erlauben. Um eine möglichst kompakte Bauweise zu realisieren, kann ein Ser vomotor als Hohlwellen-Elektromotor ausgebildet sein, bei dem im Inneren der Hohlwelle das zu drehende Element des Spindelantriebs aufgenommen ist.

Zur Weiterentwicklung einer Pulverpresse mit Spindelantrieb ist zwi- sehen Spindel oder einem eventuell angeordneten Stössel und Stempelanord nung erfindungsgemäss der Kniehebelantrieb angeordnet, so dass aufgrund der hohen Steifigkeit im Pressbereich eine hohe Präzision und Dynamik erzielt werden kann. Der Kniehebelantrieb ist als passives Antriebselement vorgese hen, welches zusammen mit der elektrischen Antriebseinheit die aufzubrin- gende Hauptpresskraft einer elektromechanischen Pulverpresse erzeugt. Mit der Kombination von passivem und aktivem Antriebselement ist es möglich, dass die elektrische Antriebseinheit sehr kompakt aufgebaut werden kann. Die von der elektrischen Antriebseinheit aufzubringende Kraft kann im Vergleich zu rein elektrischen Pulverpressen in etwa um einen Faktor 10 reduziert werden. In einer Ausführungsform ist eine Servomotor-Anordnung zum An treiben des Spindelantriebs vorgesehen, wobei die von einer Servomotor-An ordnung bereitgestellten Charakteristika hinsichtlich Dynamik, Stellbereiche und Genauigkeit der Bewegungen den Anforderungen beim Pressvorgang entspre chen. Servomotor-Anordnungen können mit starker Drehzahl- und Drehmomen- tänderungen sowie hohem Haltemoment im Stillstand betrieben werden. Insbe sondere durch die reduzierte Baugrösse der in der erfindungsgemässen Pulver presse eingesetzten Servomotor-Anordnung kann eine gesteigerte Dynamik er zielt werden.

Im Allgemeinen umfasst eine Servomotor-Anordnung einen Servo- Umrichter zur Stromversorgung, dessen Dimensionierung in starkem Masse von einer auftretenden Spitzenlast (Peak-Strom) abhängig ist. Eine Spitzenlast wird weitgehend in Pressstellung erreicht. In der erfindungsgemässen elektromecha nischen Pulverpresse ist die Spitzenlast um einen Faktor von ca. 10 gegenüber einer Pulverpresse mit Direktantrieb reduziert. Bei einem Direktantrieb liegt eine unmittelbare Übertragung des Antriebs auf eine Spindel und direkt von der Spindel unmittelbar oder über einen Stössel auf die Stempelanordnung vor. Durch die kleinere Grösse der in der elektromechanischen Pulverpresse einge setzten Servomotor-Anordnung können auch die erforderlichen elektrischen In stallationen, z.B. Kabeln und Vorsicherungen, vereinfacht werden.

Basierend auf Kenntnis eines optimalen kinematischen Pressverlaufs zur Herstellung masshaltiger Presskörper, ist eine darauf abgestimmte geomet rische Auslegung von Kopplungsgliedern des erfindungsgemässen Kniehebel antriebs vorgesehen. Demnach können einzelne Phasen eines erzeugnisspezi fischen Presszykluses, welcher z.B. Verdichten, Druckhalten und Druckentlas tung aufeinander abstimmt, durch eine gezielte Dimensionierung geometrischer Parameter erreicht werden. Kinematik und Übersetzungsverhältnis werden ei nem idealen Verlauf eines Pressvorgangs bei hoher Reproduzierbarkeit und ho hen Geschwindigkeiten angenähert.

Der in der elektromechanischen Pulverpresse integrierte Kniehebel antrieb, welcher vorzugsweise die elektrische Antriebseinheit zur Erzeugung ei- ner Hauptpresskraft mit einem Oberkolben bzw. oberen Stempelanordnung ver bindet, ist symmetrisch aufgebaut. Ausgehend von einem Antriebsstrang der elektrischen Antriebseinheit, sind ein erster und ein zweiter Hebel an jeweils ei nem ersten Ende der Hebel schwenkbar angelenkt. An einem zweiten Ende der jeweiligen Hebel sind jeweils schwenkbar ein erster Arm zur Verbindung mit dem Rahmen der Pulverpresse und ein zweiter Arm zur Verbindung mit der oberen Stempelanordnung angelenkt.

Ein Kniehebelantrieb zeichnet sich allgemein durch ein sich verän derndes Übersetzungsverhältnis zwischen aufgewendeter Kraft zu resultieren der Kraft aus. Für einen Pressvorgang ist ein schnelles Anfahren in eine Press- Stellung bzw. auch ein schnelles Ausfahren aus der Pressendstellung ge wünscht, wobei letzteres für eine Freilegung des gepressten Formlings von Vor teil ist. Ein erster Abschnitt eines Presszykluses kann bei mittlerer Geschwindig keit erfolgen, wobei mittlere Druckkräfte wirken. In der Nähe des durchgestreck ten Bereichs des Kniehebelantriebs erfolgt dann die letzte Presszyklusphase vor der Pressendstellung mit geringer Geschwindigkeit und hohen Druckkräften, welche auch mit kleinen elektrischen Antriebssystemen realisierbar ist. Ein ho hes Übersetzungsverhältnis in der Nähe des durchgestreckten Bereichs des Kniehebelantriebs erlaubt eine präzise Regelung der Pressstellung. Ferner ergibt sich vorteilhaft, dass das sich ändernde Übersetzungsverhältnis ohne ei nen Umschaltvorgang bzw. eine Unterbrechung erfolgt, so dass eine Bewegung beim Übergang von einem Eilgang in einen Pressgang ohne Unterbrechung und damit weitgehend kontinuierlich erfolgt. Der Pressling kann kontinuierlich entformt werden, ohne weiteren Belastungen beispielsweise durch das um fasste Getriebe ausgesetzt zu sein.

Eine Kinematik des Kniehebelantriebs kann derart bestimmt werden, dass der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses dem Verlauf der Pulverver- dichtung entspricht, wobei die Presskraft als Funktion einer Pressbewegung ausgedrückt ist, und insbesondere mit dieser zum Ende der Pulververdichtung ansteigt.

Kniehebelantriebe in Verbindung mit Pulverpressen müssen darüber hinaus derart gestaltet und ausgelegt werden, dass bei einem Pressverfahren eine Verstellung der Pressstempel entlang der Pressrichtung in eine definierte Endposition, d.h. in die Pressendstellung, reproduzierbar ist. Insbesondere sollte ein wartungsarmer und langlebiger Kniehebelantrieb vorgesehen sein, welcher bevorzugt nur rotative Lagerungen und keine Linearführungen oder kombinierte Bewegungsabläufe umfasst. Für einen erfolgreichen Pressvorgang zur Herstellung masshaltiger

Presslinge aus einem im Wesentlichen pulverförmigen oder granulatförmigen Material ist die Einstellung der Pressendstellung von zentraler Bedeutung. Erfin dungsgemäss sind mechanische Festanschläge zur Festlegung von Presspunk ten von Zusatzachsen vorgesehen, welche die Stufenhöhe des Presslings bzw. Grünlings definieren. In der Pressendstellung liegen somit Stempelträger, an welchen jeweils ein Stempel angesetzt ist, fest bzw. kraftübertragend auf me chanischen Festanschlägen auf, welche in einer Ausführungsform höhenver stellbar ausgebildet sind.

Darüber hinaus sind in Pulverpressen Stempel bzw. Werkzeuge un- terschiedlich lang ausgebildet und unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, so dass Werkzeuge über ihre Lebensdauer nachgeschliffen werden müssen. Dies bedingt, dass eine Pressteilhöhenverstellung vorzusehen ist, welche bei spielsweise als zusätzlicher Antrieb üblicherweise am Pressenoberteil angeord net ist und demnach die gesamte Basis des Oberkolbens in vertikaler Richtung verschiebt. Diese Höhenverstellung ist allerdings kostenintensiv und fügt der Maschinengeometrie weitere Fehlerquellen zu.

Wie bereits oben dargelegt, besteht bei Pulverpressen mit nichtlinea ren Antriebskinematik, insbesondere solche mit einem Kniehebelantrieb, grund sätzlich die Problematik, dass eine maximale Presskraft nur in einem engen Be reich, zugespitzt formuliert, an genau einem Punkt erreicht wird. Ausserhalb des Bereichs bzw. des Punktes ist entweder die erzeugte Druckkraft nicht ausrei chend, bzw. stark reduziert oder das System nicht regelbar. Erfindungsgemäss sind in Kombination mit der erfindungsgemässen elektromechanischen Pulver presse Festanschlageinrichtungen vorgesehen, welche sowohl eine Höhenver stellung der jeweiligen Pressendstellung der umfassten Stempelanordnungen und damit die Presslinghöhe ermöglichen, als auch eine Höhenverstellung zum Ausgleich von Verschleiss oder Stauchung der eingesetzten Stempel. Die erfin- dungsgemäss vorgesehenen verstellbaren Festanschlageinrichtungen reduzie ren die Komplexität derartiger elektromechanischer Pulverpressen und erwei tern den Einsatzbereich des umfassten Kniehebelantriebs in Bezug auf Pulver- pressen.

Die verstellbaren Festanschlageinrichtungen sind als Töpfe ausgebil det, wobei mehrere konzentrische Töpfe umfasst sein können, welche relativ zueinander bewegbar sind. Mit dieser Konstruktion kann bei einem begrenzten Bauraum ein grösserer Hub realisiert werden, als dies bei länglichen Elementen möglich wäre. Mittels einer individuellen Bewegung einzelner Töpfe relativ zuei nander können die Höhenstufen des zu erzeugenden Presslings eingestellt und definiert werden. Mittels einer synchronisierten Bewegung aller Töpfe wird der Pressraum verändert, so dass eine Pressteilhöhenverstellung erfolgt. Dies dient zur Kompensation von Verschleiss oder Stauchung bei kürzeren oder längeren Stempeln. In einer Ausführungsform ist als ein Verstellantrieb ein Elektromotor vorgesehen, so dass individuell und/oder synchronisiert die einzelnen Festan schlageinrichtungen bewegt werden. Demnach können die im Allgemeinen schwer zugänglichen Verstellantriebe bedienfreundlich mittels der Steuereinheit eingesetzt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil für eine Verstellung wäh rend eines Automatikbetriebs der Pulverpresse, in welchem eine Schutztür ge schlossen ist, da ein Bedienpersonal die Verstellantriebe aktivieren kann, bei spielsweise durch die Steuereinheit und somit keine Stillstandzeiten erzeugt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Höhenverstellung einer Festan schlageinrichtung mittels eines umfassten Einstellrings erfolgt, welcher in Wirk verbindung mit dem Verstellantrieb direkt oder indirekt steht. Beispielsweise kann der Einstellring mit einer Aussenverzahnung versehen sein, welche in Ein griff mit entsprechenden Antriebsrädern des Verstellantriebs steht. Zur Aktivie- rung der Drehbewegung des Einstellrings sind auch Riemenantriebe, Rotor/Sta tor-Antriebe, Spindelantriebe oder Kolben-Zylinder-Einheiten denkbar.

Ferner kann die Masshaltigkeit bei der Herstellung von Presslingen in einer elektromechanischen Pulverpresse mit einem Kniehebelantrieb dadurch verbessert werden, dass die Lagerung der Kopplungsglieder des Kniehebelan- triebs möglichst ein minimales oder eliminiertes Lagerspiel aufweist. Das Lager spiel, welches in den umfassten Lagern des Kniehebelantriebs, vorzugsweise Wälzlagern, in unterschiedlichem Masse auftreten kann, begünstigt einen asyn chronen Betrieb und führt somit zu einer Fehlstellung und einer Fehlfunktion der Presse. In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen elektromechani schen Pulverpresse ist vorgesehen, dass die Kopplungsglieder, bzw. die um fassten Hebel und Arme, des Kniehebelantriebs mittels Gelenken miteinander gelenkig verbunden sind, wobei eine bestimmte Bewegung der Kopplungsglie der während der Aufnahme und Übertragung von Kräften und Momenten mit re- duziertem Spiel, vorzugsweise Spielfrei, erfolgt. Beispielsweise kann durch eine definierte Verformung eines entsprechend gestalteten Gelenkelements dies er reicht werden. Das Gelenkelement kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, wobei zwischen den Lageraufnahmen der Festkörpergelenke ein elastischer Bereich vorgesehen ist, welcher bei Kraftbeaufschlagung senkrecht zu einer Längsachse des Festkörpergelenks den Abstand zwischen den Lageraufnah men vergrössert. In einem eingebauten Zustand, d.h. ohne eine wirkende Kraft, entspricht dagegen der Abstand der Lageraufnahmen exakt dem vorgegebenen Lagerachsabstand. Erfindungsgemäss kann der elastische Bereich durch Stre ben gebildet werden, welche in Form einer Raute die Lageraufnahmen verbin den, wobei auch eine Vielzahl von Streben vorgesehen sein können.

Kurzbeschreibunq der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren darge stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kniehebelantriebs, wel ches in einer Pulverpresse zum Bewegen einer oberen Stempelanordnung an geordnet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kniehebelantriebs gemäss Fig. 1 mit Festkörpergelenken;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Festkörpergelenks des Kniehebelantriebs gemäss Fig. 1 ;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines verstellbaren Festan- schlags;

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Verdichtungskurve eines Pulvers beim Pressvorgang und eine Kinematik des Kniehebelantriebs.

Detaillierte Beschreibung der Ausführunqsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Aufsicht eines oberen Teils einer Pulverpresse 1. In Figur 1 ist lediglich ein oberer Bereich einer Pulverpresse 1 dargestellt, wobei ein Presserahmen allgemein mit 10 bezeichnet ist und dabei auch einen oberen Presserahmen 10 umfasst. An dem oberen Presserahmen 10 ist eine Antriebs einheit 12 angeordnet, welche eine elektrische Antriebseinheit 12 ist. Die Pul verpresse 1 umfasst zwischen dem oberen Presserahmen 10 und einer oberen Stempelanordnung 14 einen Kniehebelantrieb 16, welcher derart angeordnet ist, dass er in Wirkverbindung einerseits mit der Antriebseinheit 12 und anderer seits mit der oberen Stempelanordnung 14 steht, um diese in Richtung einer Pressachse 18 zu bewegen. Ein von der Antriebseinheit 12 sich in Richtung oberer Stempelanordnung 14 erstreckender Antriebsstrang 20 ist an den Knie hebelantrieb 16 gekoppelt. Der umfasste Kniehebelantrieb 16 realisiert über eine geeignete geo metrische Anordnung und Ausformung gemäss dem Hebelgesetz und den Übersetzungsverhältnissen, dass die durch die eigentliche Antriebseinheit 12 realisierten Auslenkungen vervielfacht werden. Unter einem Kniehebel wird im Rahmen der Erfindung eine Einrichtung bzw. ein Element zur Kraftübertragung und/oder Kraftübersetzung verstanden, die/das zumindest zwei einarmige He bel mit einem gemeinsamen Endpunkt (in der Regel als beweglicher Drehpunkt ausgebildet) umfasst, wobei die freien Enden der einarmigen Hebel, die gegen einen oder mehrere Körper gestützt sind, unter dem Einfluss einer an dem ge meinsamen Ende angreifenden Kraft bewegt werden können. Der Kniehebelantrieb 16 umfasst symmetrisch zur Pressachse 18 mindestens jeweils einen ersten Hebel 22 und einen zweiten Hebel 24, welche jeweils an einem ersten Ende der Hebel 26 schwenkbar an dem Antriebsstrang 20 angelenkt sind. An einem zweiten Ende 28 jedes Hebels sind jeweils schwenkbar ein erster Arm 30 zur Verbindung mit dem oberen Presserahmen 10 der Pulverpresse 1 und ein zweiter Arm 32 zur Verbindung mit der oberen

Stempelanordnung 14 angelenkt. Demnach wird ein Vier-Gelenksystem gebil det, welches die von der Antriebseinheit 12 ausgehende Bewegung auf die obere Stempelanordnung 14 überträgt, so dass diese entlang der Pressachse 18 verfahren wird. Die umfassten Gelenke werden dabei allgemein mit 34 be- zeichnet und sind zwischen den Armen 30, 32 und Hebeln 22, 24 und zum An triebsstrang 20, sowie den Anlenkpunkten zum oberen Presserahmen 10 und der oberen Stempelanordnung 14 angeordnet. Die Gelenke 34 sind bevorzugt Wälzlager. Damit eine direkte und spielfreie Übertragung der Bewegung und der erzeugten Presskraft auf die obere Stempelanordnung 14 erfolgt, ist vorge sehen, dass die Lager mittels Festkörpergelenken 36 vorgespannt werden. Festkörpergelenke 36 stellen eine biegeweiche Verbindung zwischen ersten und zweiten Bauteilen bereit. In Figur 2 ist der obere Teil einer Pulverpresse 1 dargestellt, woraus die Anordnung von Festkörpergelenken 36 im Kniehebelan trieb 16 sichtbar ist.

In Figur 3 sind die in der Pulverpresse 1 vorgesehenen Festkörper gelenke 36 im Einzelnen schematisch dargestellt. Um eine hochgenaue Positio nierung eines Objekts relativ zu einem anderen Objekt und/oder einem ortsfes- ten Koordinatensystem zu realisieren, sind Festkörpergelenke 36 im Rahmen von Festkörpergelenkbaugruppen bekannt. Unter einem Festkörpergelenk 36 wird dabei im Allgemeinen ein Körper verstanden, der eine Stelle mit verminder- ter Steifigkeit umfasst. Die verminderte Steifigkeit wird in der Regel durch eine lokale Querschnittsverringerung oder durch eine geeignete Formgebung reali- siert.

Gemäss einer Ausführungsform dargestellt in Figur 3 ist ein Festkör pergelenk 36 ein längliches Element, welches zu einer Längsachse 38 spiegel symmetrisch ausgebildet ist. An einem ersten Ende und einem zweiten Ende sind Lageraufnahmen 40 ausgebildet, in welche in Lagern Wellen bzw. Achsen aufnehmbar sind. Zur Erzeugung der erforderlichen verminderten Steifigkeit sind zwischen den Lageraufnahmen 40 Streben 42 vorgesehen, welche zwi schen sich beispielsweise eine elliptische Form oder eine Rautenform aufspan nen. Andere Formen sind denkbar, wobei einerseits eine gewisse Flexibilität in einem Bereich und andererseits eine Steifigkeit insgesamt zu beachten sind, so dass auch eine Vielzahl von Streben mit einem eventuell verstärkten zentralen Bereich vorgesehen sein kann. Durch die Formgebung des Festkörpergelenks 36 kann bei Zusammendrücken der Streben 42, d.h. bei Druckbeaufschlagung senkrecht zur Längsachse 38 ein Abstand zwischen den Lageraufnahmen 40 verändert werden, insbesondere vergrössert werden. In Figur 4 ist eine Festanschlagseinrichtung 50 dargestellt, um eine

Pressendstellung festzulegen. Eine Pressstellung umschreibt eine Stellung der in einer Presse eingesetzten Komponenten des Werkzeugs, wobei Stempel be vorzugt von beiden Seiten in eine Matrizenöffnung eintauchen und ein darin ein gefülltes verpressbares Material komprimieren. Eine Pressendstellung ist eine Stellung, in welcher vorzugsweise die maximale Presskraft über die Stempel auf das in der Matrizenöffnung befindliche Material einwirkt. In der Pres sendstellung liegen Stempelträger 52 insbesondere fest und kraftübertragend auf Festanschlägen auf. Insbesondere ist der Einsatz höhenverstellbarer Fest anschlagseinrichtungen 50 vorteilhaft.

Eine Stempelanordnung, beispielsweise die obere Stempelanord- nung 14, umfasst im Allgemeinen Stempelträger 52 und auf die jeweils ein

Stempel (nicht dargestellt) aufgesetzt ist. Dabei weist der Stempelträger 52 eine Aufsatzfläche auf, die bevorzugt ringförmig ist, so dass durch eine zentrale Durchgangsöffnung 56 weiter innen liegende Stempel bzw. diesen Stempeln zugeordnete Elemente hindurchführbar sind. Die Anordnung ist dabei bevorzugt rotationssymmetrisch um die Pressachse 18 angeordnet, längs der die Stempel bewegbar sind. In Figur 4 ist ein Einstellring 58 dargestellt, welcher ausgebildet ist, um die Pressendstellung einzustellen. Dadurch kann insbesondere ein Werkzeugverschleiss ausgeglichen werden, welcher ansonsten zu Fehlpres sungen führt. Der Stempelträger 52 liegt mit einer unteren axialen Stirnfläche 60 auf einer oberen Stirnfläche 62, d.h. einer Auflagefläche, des Einstellrings 58 auf. Dabei ist die obere Stirnfläche 62 für den zugeordneten Stempelträger 52 als schraubflächenartige Rampe in Form einer eingängigen Schraubfläche aus gebildet, und die Gangenden 64 und 66 der Schraubfläche, umfassend einen Gang, sind durch eine vertikale Verbindungsfläche 68 verbunden. Die entspre- chende axiale untere Stirnfläche 60 des Stempelträgers 52 ist komplementär ausgebildet. Bei Drehen des Einstellrings 58 ergibt sich, dass je nach Drehrich tung der zugeordnete Stempelträger 52 angehoben oder abgesenkt wird.

Dadurch ist die Pressendstellung über den Flub des Stempelträgers 52 in der Höhe veränderbar bzw. einstellbar. In einer Ausführungsform des Einstellrings 58 kann dieser in Wirkverbindung mit einem aussen liegenden Verstellantrieb

70 stehen und mittels diesem in Drehung versetzt werden. Beispielsweise kann die Wirkverbindung mittels entsprechender Verzahnungen von Einstellring 58 und Antriebsrad des Verstellantriebs 70 bereitgestellt werden. Denkbar sind auch Riemenantrieb, Spindelantrieb, Direktantrieb des Einstellrings 58. Der Ver stellantrieb 70 kann ein elektrischer Stellantrieb sein, welcher eine individuelle Festlegung der Pressendstellung ermöglicht. Durch eine vorgesehene Steuer einheit können aber auch mehrere Verstellantriebe 70 miteinander koordiniert werden, so dass eine synchrone Höhenverstellung mehrerer Stempelträger 52 erreicht wird.

Figur 5 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm 80 zur Veranschaulichung ei nes Pressvorgangs in der Pulverpresse 1. In dem Kraft-Weg-Diagramm ist mit 82 die y-Achse bezeichnet, welche der aufzubringenden Kraft zugeordnet ist. Auf der x-Achse, mit 84 bezeichnet, wird ein Presshubweg dargestellt. Weitge hend keine Presskraft ist in der Anfangsphase eines Presszyklus erforderlich bis die obere Stempelanordnung bzw. das Werkzeug auf das in der Matrizenan ordnung gefüllte verpressbare Material trifft. Diese Anfangsphase sollte dabei so schnell wie möglich erfolgen, da damit eine Zykluszeit verkürzt werden kann. Für den Pressvorgang steigt die Presskraft an und zeigt einen progressiven Presskraftverlauf, wobei in einer Pressendstellung die maximale Presskraft er reicht wird. Demnach soll eine grosse Kraft bei einem minimalen Presshubweg im Bereich der Pressendstellung erreicht werden. Dieser Verlauf ist in der Dar stellung mit 88 bezeichnet und ist abhängig unteranderem von dem verpressba- ren Pulvermaterial und der Füllhöhe.

Gerade dieser Verlauf eines Kraft-Weg-Verhältnisses wird in nahezu optimaler Weise von einem Kniehebelantrieb 16 erfüllt, wie dies mit der Kurve 90 dargestellt ist. So kann dieser in einer Anfangsphase mit hoher Geschwin digkeit und grosser Wegstrecke bei geringer Kraft bis nahe an den Totpunkt des Kniehebelmechanismus verfahren werden. Im Bereich des Totpunkts, d.h. bei nahezu gestreckter Stellung der umfassten Hebel bzw. Arme, kann eine grosse Presskraft übertragen werden. Hier werden zwar nur kleinste Wegstrecken zu rückgelegt, aber die übertragbare Presskraft ist nahezu maximal. Darüber hin aus erlaubt die Anordnung des Kniehebelmechanismus 16, dass ein Einfahren und ein Ausfahren in bzw. aus der Pressendstellung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen können, so dass sich insgesamt die Zykluszeit verkürzt. In Fig. 5 zeigt die Kraft- Weg- Kurve 90 einen entsprechenden Verlauf eines Kniehebelantriebs einem angepassten Übersetzungsverhältnis. Durch Anpassung der Übersetzung und der Hebelverhältnisse des Kniehebelantriebs kann eine Annäherung an den idealen Verlauf eines Pressvorgangs, verdeut- licht durch Verlauf 88 der Pulververdichtung erreicht werden, wobei die opti mierte Kraft-Weg-Kurve 90 stets oberhalb der Pulververdichtungskurve 88 ver läuft.