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Hydraulische Metallpulverpresse für das Trocken-und Naßpreßverfahren
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Metallpulverpresse mit einer einen Formhohlraum
enthaltenden Matrize, einem den Formhohlraum von unten begrenzenden Unterstempel
und einem von einem durch Druckmedium beaufschlagten Oberkolben getragenen, in die
Matrize einfahrbaren Oberstempel, bei der der Oberkolben in einem Zylinder verschiebbar
ist, welcher über eine Zuleitung für das Druckmedium und ein darin geschaltetes,
steuerbares 4/3-Wege-Ventil mit eine Förderpumpe in Verbindung steht.
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Metallpulverpressen der vorstehend geschilderten Art werden zur Herstellung
von Sinterpreßteilen eingesetzt. Bei dem sogenanntei Trockenpreßverfahren wird in
den durch Zurückfahren des Oberstempels oben offenen Formhohlraum der Matrize eine
durch das Volumen des Formhohlraumes definierte Menge trockenen Metallpulvers mittels
eines Füllschiebers eingefüllt. Daraufhin wird der Formhohlraum durch Einfahren
des Oberstempels geschlossen und anschließend das darin enthaltene trockene treckeDn.
Mittllpulver mnahen schlagartig verdicha
Die schlagartige Verdichtung
wird dadurch erzielt, daß in den den Oberkolben enthaltenden Zylinder Druckmedium
mit einer relativ großen Fördermenge je Zeiteinheit zugeführt wird. Anschließend
wirdin dem sogenannten Abziehverfahren - nach dem Anheben des Oberstempels-die Matrize
relativ zum Unterstempel nach unten abgezogen und dadurch der Preßling freigelegt.
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Im Trockenpreßverfahren werden Zahnräder, Kurvenscheiben, Gelenkaugen
aus Eisen und Legierungspiilver hergestellt d.h. Metallteile, für die eine zerspanende
Herstellung teuer wäre. Die Herstellung verschiédenartiger Dauermagnete aus Peritten
oder Mischferitten erfolgt im sogenannten Naßpreßverfahren, bei dem das Ferittpulver
mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit vor dem Einfüllen in die Preßform aufgeschlemmt
wird. Das Naßpreßverfahren unterscheidet sich jedoch in seinem Verfahrensablauf
grundlegend von dem vorstehend geschilderten Trockenpreßverfahren. Denn beim Maßpreßverfahren
wird die Metallpulveraufschlämmung in den durch den Oberstempel bereits geschlossenen
Formhohlraum mit einem Druck eingespeist, der mehrere Atmosphären betragen kann.
Weiterhin ist es wesentlich, den eigentlichen Preßvorgang durch Niederfahren des
Oberstempels möglichst langsam einzuleiten und durchzuführen, um die in der Aufschlämmung
enthaltene Flüssigkeitsmenge auszupressen und aus dem Formhohlraum absaugen zu können.
Wird zu rasch verpreßt, so besteht die Möglichkeit, daß in dem fertigen Preßteil
Feuchtigkeitsschlieren enthalten sind, die dessen Brauchbarkeit in Frage stellen.
Schließlich ist es für den Erfolg des Naflpreßverfahrens von ausschlaggebender Bedeutung,
das Teil nach vollzogenem Preßhub und Drchaltunl""S8W UCk zu entlasten, um zu verhindern,
daß das Teil bei der Druckentlastung gesprengt wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Metallpulverpresse
der eingangs geschilderten Art so auszubilden,
daß sie zur Durchführung
der beiden, in ihren Verfahrensabläufen so entgegengesetzten, vorstehend geschilderten
Preßverfahren geeignet ist, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
in die Zuleitung ein den Durchfluß in Richtung zur Förderpumpe unterbreohendes Element
und mindestens ein die wirksame Fördermenge an Druckmedium herabsetzendes Element
sowie eine den Zuleitungsraum des Zylinders mit dem Raum niedrigen Druckes verbindende
Drossel einschaltbar sind.
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Durch die Einschaltung eines den Durchfluß in Richtung zur Förderpumpe
unterbrechenden Elementes ist es möglich, den Oberkolben in einer Lage zu halten,
in der der Oberstempel den Formhohlraum schließt, während eine Schlammpumpe od.
dgl. die Metallpulveraufschlämmung in den Formhohlraum einspeist. Durch die Anordnung
eines die wirksame Fördermenge an Druckmedium herabsetzenden Elementes hingegen
wird die für das Trockenpreßverfahren erforderliche hohe Fördermenge so stark herabgesetzt,
daß der Oberkolben sich im Zylinder nur sehr langsam verschieben kann. Schließlich
dient die den Zuleitungsraum mit einem Raum niedrigeren Druckes, z.B. dem Tank,
verbindende Drossel dazu, das im Zuleitungsraum enthaltene vorgespannte Druckmedium
bei der Entlastung nur sehr langsam in den Tank rückfließen zu lassen, so daß eine
weiche Entlastung erfolgt.
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Zweckmäßigerweise ist das den Durchfluß in Richtung zur Förderpumpe
unterbrechende Element ein Sperrschieber oder ein gesteuertes Rückschlagventil.
Das Rückschlagventil muß deshalb gesteuert sein, da die Rückführung des im Zuleitungsraum
des Zylinders enthaltenen Druckmediums bei der Durchführung des Trockenpreßverfahrens
nicht über die vorstehend erwähnte Drossel erfolgt, sondern durch das übrige 4/3-Wege-Ventil,
welches in der Zuleitung angeordnet ist.
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Um zu verhindern, daß in dem zwischen dem Sperrschieber oder dem gesteuerten
Rückschlagventil und dem Zuleitungsraum befindlichen Leitungsabschnitt oder in der
Matrize selbst unzulässig hohe Kräfte auftreten die z.B. durch einen zu hohen Förderdruck
der Schlammpumpe erzeugt sein können, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung des
Erfindungsgedankens in dem erwähnten Leitungsabsehnitt ein Sicherheitsventil eingeschaltet.
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Durch die anordnung eines Sperrschiebers oder eines gesteuerten Rückschlagventils
wird eine Rüekströxung von Druckmedium aus dem Zuleitungsraum des Zylinders in Richtung
zur Förderpumpe unterbunden und dadurch der Oberkolben in der Sehiießlage stabilisiert.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Presse kann jedoch der Oberkolben
mit einer vorwählbaren Kraft in der SchlieX-lage gehalten werden, wenn in die Zuleitung
ein Druckbegrenzungsventil eingeschaltet ist, das bei Übersteigen des Haltedruckes,
sei es durch einen zu hohen Förderdruck der Schlammpumpe, die Zuleitung zu dem Tankraum
öffnet. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich allerdings eine Rückströmung von
Druckmedium aus dem Zuleitungsraum, wenn der Förderdruck der Schlammpumpe zu groß
ist. Zweckmäßigerweise ist deshalb das Druckbegrenzungsventil einstellbar.
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Erfindungsgemäß wird als das die wirksame Fördermenge herabsetzende
Element ein 3-Wege-Stromregler eingesetzt. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist
vorgesehen, daß parallel zu diesem 3-Wege-Stromregler ein weiterer 3-Wege-Stromregler
geschaltet ist, um unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten des Oberstempels einstellen
zu können. Dies ist beispielsweise dann wünschenswert, wenn nach einer sehr langsamen
anfänglichen Preßgeschwindigkeit des Oberstempels die in der Aufschlämmung enthaltene
Flüssigkeitsmenge weitgehend entfernt worden ist und nunmehr eine höhere Preßgeschwindigkeit
den Preßzyklus verkürzen soll. Die Zyklusverkürzung kommt insbesonders
bei
einem großen Preßhub des Oberkolbens d.h. bei hohen Preßteile zur Geltung.
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Zweckmäßigerweise ist die Drossel, die den Zuleitungsraum des Zylinders
mit dem Raum niedrigen Druckes verbindet, in dem Zuleitungsabschuitt zwischen dem
4/3-Wege-Ventil und dem Zylinder eingeschaltet und ebenfalls regelbar.
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Weitere Vortcile und Merkmale der erfindungsgemäßen Presse ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand
der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.
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Es zeigen: Figur 1 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Metallpulverpresse;
Figur 2 eine Modifikation eines Schaltungsdetails in der Zuleitung; Figur 3 eine
weitere Modifikation des gleichen Schaltungsdetails in der Zuleitung und Figur 4
ein Ifubdiagramm für einen Naßpreßvorgang, bei dem der Hub des Oberstempels über
der Zeit aufgetragen ist.
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In dem Schaltschema gemäß Figur 1 ist der mechanische Teil der Presse
mit einer Matrize 1, einem von unten den Formhohlraum 2 nbschließenden Unterstempel
3 und einem von oben her in den Formhohlraum 2 einfahrbaren Oberstempel 4 dargestellt.
Der Oberstempel 4 ist mechanisch mit einem Oberkolben 5 verbunden, der in einem
Zylinder 6 verschiebbar ist.
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Die Bewegung des Oberkolbens 5 erfolgt durch Zuführung von Druckmedium
in den Zuleitungsraum 7 des Zylinders 6 durch eine Zuleitung 8,
die
über ein 4/3-Wege-Ventil9zu einer Förderpumpe P führt. Das 4/3-Wege-Ventil 9 ist
durch Elektromagnete in bekannter Weise so schaltbar, daß däs Absenken und Anheben
des Oberkolbens 5 in den jeweiligen Verfahrensstufen des Preßvorganges bei laufender
Förderpumpe P erfolgt. Die Leitung 10 stellt die Verbindung vom Zylinderraum 6 zum
4/3-Wege-Ventil 9 und schließlich zur Förderpumpe P dar.
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Die vorstehend geschilderten Steuerungselemente sind grundsätzlich
zur Durchführung eines Trockenpreßverfahrens ausreichend. Mierzu wird durch die
Förderpumpe P bei der am weitesten links gezeichneten Schaltstellung des 4/3-Wege-Ventils
9 eine relativ große Fördermenge des Druckmediums über die Zuleitung 8 in den Zuleitungsraum
7 des Zylinders 6 eingespeist und dadurch der Oberkolben 5 zusammen-mit dem Oberstempel
4 sehr schnell in den Formhohlraum 2 geschoben.
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Durch Umsteuern des 4/3-Wege-Ventils 9 in die mittlere Schaltstellung
wird die Zuleitung 8 unmittelbar zum Tank T kurzgeschlossen und gleichzeitig der
Zuleitungsraum 7 des Zylinders 6 schlagartig druckentlastet. Zugleich wird das Ö1
der Förderpumpe P nahezu drucklos zum Tank umgeleitet. Anschließend erfolgt eine
Umsteuerung in die am weitesten rechts gezeichnete Schaltstellung, in der die Förderpumpe
P mit der Leitung 10 und der Zuleitungsraum 7 mit dem Tank T verbunden werden. Hierdurch
wird der Oberkolben nach oben in seine Ausgangsstellung gebracht.
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Gemäß der Darstellung in Figur 1 ist in der Zuleitung 8 weiterhin
ein Steuerschieber 11 vorgesehen, durch dessen Umschalten in die in der Zeichnung
rechts dargestellt Schaltstellung das von der Förderpumpe P geförderte Druckmedium
in eine Zuleitung 8'und über einen 3-Wege-Stromregler 12 fließt. Durch den 3-Wege-Stromregler
12 wird ein einstellbarer Teil der von der Förderpumpe P gelieferten Fördermenge
abgeleitet und die wirksame, dem Zylinder 6 zugeführte Fördermenge dadurch herabgesetzt.
Durch Einschalten eines weiteren 3-Wege-Stromreglers 13, der mit der Zuleitung 8
durch einen weiteren
Steuerschieber 14 in Verbindung gebracht werden
kann, läßt sich die wirksame, dem Zylinder 6 zugeführte Fördermenge auf einen größeren
Wert einstellen, woraus eine höhere Geschwindigkeitsstufe des Oberkolbens 5 resultiert.
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In der Zuleitung 8 ist weiterhin ein Sperrschieber 15 vorgesehen,
der normalerweise auf Durchlaß geschaltet ist. Wie nachfolgend noch im Einzelnen
erläutert wird, unterbindet der Sperrschieber 15 in seiner Sperrstellung eine Pückströmung
von Druckmedium aus dem Zuleituugsraum 7 über die Zuleitung 8 in Gegenrichtung zur
Förderpumpe P. Um das Ansteigen des Druckes in dem Leitungsabschnitt zwischen dem
Sperrschieber 15 und dem Zuleitungsraum 7 auf unzulässig hohe und die Bauteile der
Presse gefährdende Werte zu verhindern, ist in diesem Abschnitt ein Sicherheitsventil
16 eingeschaltet.
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Vom Zuleitungsraum 7 führt eine Leitung 17 über eine regelbare Drossel
18 und einen normalerweise in Sperrstellung befindlichen Steuerschieber 19 zum Tank
T. Die Förderpumpe P ist eine mehrstufige Hochdruckpumpe, bei der über einen Regelteil
20 ein stufenweises Abschalten von Förderkolben möglich ist. Zweckmäßigerweise kommt
für die Förderpumpe P eine Hochdruck-Asialkolbenpumpe mit einem Regelteil gemäß
der deutschen Patentschrift 1 140 084 zum Einsatz.
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Die Schieber 11, 14, 15 und 19 sowie der Regelteil 20 der Hochdruckpumpe
werden hydraulisch betätigt und stehen zu diesem Zweck über zugeordnete Magnetventile
11', 14', 15', 19',und 20' mit einer Steuerdruckleitung 21 in Verbindung, die von
einer Steuerdruckpumpe SP beaufschlagt ist. Der Übersichtlichkeit halber ist in
dem Schaltschema gemäß Figur 1 das von der Förderpumpe P beaufschlagte Leitungsnetz
stark ausgezbgen, während die Steuerdruckleitungen zur Betätigung der Schieber sowie
nlle Tankleitungen schwach gezeichnet sind.
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Anstelle des in Figur 1 strichEUaktiert eingekreisten Sperrschiebers
15 kann gemäß Figur 2 ein steuerbares ückschlagventil so eingeschaltet werden, daß
die Zuleitung 8 in Richtung zur Förderpumpe P gesperrt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform können der Sperrschieber 15 bzw.
das gesteuerte Rückschlagventil 22 und das Sicherheitsventil 16 durch die in Figur
3 dargestellte Schaltung ersetzt werden. In dieser Schaltung ist zwischen der Förderpumpe
P und dem Zuleitungsraum 7 der Zuleitung 8 über einen normalerweise in Durchgangsstellung
befindlicher, magnetbetätigter Steuerschieber 23 ein Druckbegrenzungsventil 24 zugeordnet.
Durch dieses Druckbegrenzungsventil wird, wie nachfolgend noch näher erläutert,
in einem bestimmten Zeitintervall des Arbeitsablaufes der Druck in der Zuleitung
8 auf einem Haltedruck gehalten, der nur um einen geringen Betrag über dem Wert
liegt, der der durch den Innendruck im Formhohlraum 2 auf den Oberstempel 4 ausgeübten
Kraft entspricht.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgembßen Presse ist folgende: Soll im
Trockenpreßverfahren gearbeitet werden, so bleiben die Magnetventile 11', 14', 15',
9' und 20' stromlos und die zugehörigen Schieber sowie der Regelteil 20 der Förderpumpe
P befinden sich in der in Figur 1 gezeigten Schaltstellung. Soll nunmehr die Presse
für die Durchführung eines Naßpreßvorganges eingerichtet werden, so werden die erwähnten
Magnetventile durch Umlegen eines nicht dargestellten Schalters in einer den Bewegungsablauf
des Oberkolbens bestimmenden Reihenfolge an Spannung gelegt und dadurch die zugehörigen
Schieber von dem Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 21 betätigt. Gemäß dem Diagramm
in Figur 4 vollzieht sich dann folgender Verfahrensablauf:
Zuerst
fährt, ausgehend vom Hub 0, der Oberkolben 5 im Eilgang bis zum Punkt E und von
dort, gesteuert durch einen nicht dargestellte Endschalter, mit einer langsameren
Geschwindigkeit bis in die Position , in der der Oberstempel 4 1 bis 3 mm in die
Matrize 1 eintaucht und dort verweilt. Während dieser Haltestellung befindet sich
das 4/3-Wege-Ventil 9 in der mittleren Schaltstellung.
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Nunmehr wird der Sperrschieber 15 umgesteuert und der Formhohlraum
2 durch eine nicht dargestellte Schlaimtipumpe mit der Metallpulveraufschlämmung
gefÜllt. Auf Grund der Unterbrechung der Zuleitung 8 wirsl ein Rückfluß von Druckmedium
unter der Einwirkung des im Formhohlraum 2 aufrecht erhaltenen Druckes verhindert
und auf diese Weise der Oberkolben 5 in seiner Füllage stabilisiert. Sobald die
Matrize 2 gefüllt ist, wird über ein, z.B. von einem nicht dargestellten Druckschalter,
gegebenes Kommando die Schlammpumi>e abgeschaltet, eine ebenfalls nicht dargestellte
Absaugpumpe zur absaugung der im folgenden Preßvorgang ausgepreßten Flüssigkeit
aus dem Formhohlr2um 2 angeschaltet und der Sperrsciiieber 15 erneut in die Durchlaßstellung
verbracht. Gleichzeitig wird der Steuerschieber 11 in die rechte Schaltstellung
geschaltet, so daß nunmehr die von der Förderpumpe P gelieferte Fördermenge über
die Zuleitung 8' fließt und durch den ersten 3-Wege-Stromregler 12 auf einen sehr
niedrigen Wert begrenzt wird. Dadurch bewegt sich der Oberkolben 5 mit einer ersten,
'sehr langsamen Geschwindigkeit aus der Position Ej zur Position E2 (Figur 4). ZweckmäBigerweise
ist gleichzeitig durch Anlegen von Spannung an das Magnetventil 20' der Regel teil
20 der Förderpumpe mit einem Raum niedrigen Druckes in Verbindung gebracht worden,
so daß dadurch die Förderpumpe P mit ihrer minimalen Fördermenge arbeitet. Gewissermaßen
stellt dieser Schaltschritt eine Grobeietellmig der Förderm nge für die erste Hubgeschwindigkeit
im Preßhub dar, während durch den 3-Wege-Stromregler 12 die Feineinstellung erfolgt.
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Im Punkt E2 ist die in der Metallaufschlämmung enthaltene Flüssigkeitsmenge
völlig ausgepreßt, so daß nunmehr mit einer etwas höheren, durch den ,-Wege-Stromregler
13 bestimmten Hubgeschwindigkeit gefahren we den kann. Dieser 3:geStromregler ist
durch entsprechendes Schalten des Steuerschiebers 14 zugeschaltet worden. Während
der flruckhaltezeit T fördert nun die Förderpumpe P mit ihrer minimalen Fördermenge,
so daß während dieser Zeit der Oberstempel 4 mit einer konstanten Druckkraft auf
den Preßling einwirkt.
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zum Ende der Druckhaltezeit T kommt das Magnetventil 19' unter Spannung,
wodurch der Steuerschieber 19 auf DurchlaX geschaltet wird, so daß sich der Druck
im Zuleitungsraum 7 des Zylinders 6 über die Drossel 18 innerhalb eines Zeitintervalls
von 1/10 bis 1 Sekunde je nach Drosseleinstellung auf den im Tank T herrschenden
Druckwert abbaut. Dadurch erfolgt ein weicher Entlastungsvorgang, der einen im Preßling
auftretenden Entspannungsschlag, der zur Zerstörung des Preßlings führen könnte,
verhindert. Die Druckhaltezeit T wird zweckmäßigerweise durch ein nicht dargestelltes
Zeitrelais vorgewählt. Einweiteres, ebenfalls nicht dargestelltes Zeitrelais bestimmt
die Entlastungszeit. In dieser Zeit arbeitet nach wie vor die Förderpumpe mit ihrer
minimalen Fördermenge über die Drossel zum Tank.
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Nach dem Entlasten werden das 4/3-Wege-Ventil 9 in die rechte Schaltstellung
verbracht und das Magnetventil 20' stromlos geschaltet, so daß der Oberkolben 5
zusammen mit dem Oberstempel 4 wieder schnell mittels der viRen Liefermenge der
Förderpumpe P fahren kann.
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Wird die in Figur 3 dargestellte Schaltung verwentlet, so wird der
dort gezeigte Steuerschieber 23 zu dem Zeitpunkt betätigt, zu
auch
der Sperrschieber 111 die Sperrstellung verbracht wírd Dadurch tritt das Druckbegrenzungsventil
24 in Funktion und begrenzt den in dem entsprechenden Leitungsabschnitt der Zuleitung
8 auftretenden Druck auf den eingestellten Wert.
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Mittels der erfindungsgemäßen Metallpulverpresse ist es möglich, sowohl
im Trocken- als auch im Naßpreßverfahren zu arbeiten, wobei die Umstellung von dem
üblicherweise durchgeführten Trockenpreßverfahren auf das Naßpreßverfahren lediglich
durch Einschalten einiger weniger Steuerungselemente erfolgt, die die Anpassung
an den völlig andersartigen Verfahrensablauf bewirken.