-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft einen Pressling gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
10.
-
Aus
der
DE 101 426 24
A1 ist ein Metallpulver-Pressling bekannt. Der Pressling
wird hergestellt durch das Pressen eines Metallpulvers in einer
Matrize mit Hilfe von zwei Stempeln.
-
Neben
der beschriebenen Vorgehensweise ist es zum Herstellen von Presslingen
bekannt, lediglich einen Stempel einzusetzen, mit dem die zu verpressenden
Partikel in eine Pressform gepresst werden. Häufig wird hierbei ein Bindemittel
eingesetzt, um die Festigkeit des erhaltenen Presslings zu verbessern.
Nach dem Pressvorgang wird der Pressling aus der Pressform entnommen
und bestimmungsgemäß eingesetzt.
-
DE 19802924 A1 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formteils aus einem
Metallgranulat durch Heißpressen.
-
DE 3009916 A1 beschreibt
rohrförmige
Verbundteile, die aus mindestens zwei miteinander verbundenen Abschnitten
aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Weiterhin werden ein
Verfahren und ein Pressling zum Herstellen der Verbundteile offenbart.
-
DE 69029401 bezieht sich
auf die Wiedergewinnung von Schrott. Hierzu wird ein Strang gebildet, der
aus Schrottmetallspänen
besteht, die in einem Rohrmantel zusammengepresst werden. Zusätzlich erfolgt
ein Walzen oder eine anderweitige Warmformgebung des Stranges.
-
WO 03/009956 stellt ein
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffrohlings und daraus gefertigten
Bauteilen vor. Die gefertigten Bauteile weisen dabei einen Metallschaumkern
auf, der mit einer massiven Metallschicht ummantelt ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr robusten Pressling
vorzuschlagen. Bevorzugt soll der Pressling ohne den Einsatz von
Bindemitteln herstellbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin,
ein Herstellungsverfahren für
einen derartigen Pressling vorzuschlagen.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Presslings mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen
des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zum Erhöhen der Stabilität des Presslings
einen Metallmantel vorzusehen, der den Pressling bzw. die gepressten
Partikel, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, umschließt. Dabei
liegt es im Rahmen der Erfindung, den Metallmantel einteilig oder
mehrteilig auszubilden. Aufgrund der Erhöhung der mechanischen Stabilität durch
den Einsatz des Metallmantels kann für die meisten Anwendungen auf
den Einsatz von mit den zu verpressenden Partikeln zu vermischenden
Bindemitteln verzichtet werden. Darüber hinaus eignet sich der
Metallmantel hervorragend zum Zuführen oder Abführen von
Wärme.
Weiterhin kann der Metallmantel bei einer entsprechenden Materialwahl
zur Leitung elektrischer Energie genutzt werden. Bei den zu verpressenden Partikeln
kann es sich sowohl um grobkörniges
Granulat als auch um feines Pulver oder eine Mischung aus beiden
handeln. Die zu verpressenden Partikel können beispielsweise aus Metall
und/oder aus Nicht-Metall, beispielsweise aus Kunststoff, oder,
wie später
noch erläutert
werden wird, aus Metallsalz bestehen.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der der Pressling bindemittelfrei ist, d. h., dass die verpressten
Partikel ausschließlich
aufgrund der Presswirkung und aufgrund der Ummantelung mittels des
Metallmantels zusammenhalten.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Pressform, in der die Partikel, vorzugsweise
mittels eines Stempels, gepresst werden, Bestandteil des späteren Metallmantels
für die
Partikel ist oder den Metallmantel vollständig bildet. Anders ausgedrückt, wird
die metallische Pressform zum Metallmantel umfunktioniert. Hierdurch
kann auf den im Stand der Technik notwendigen Fertigungsschritt
der Entnahme der gepressten Partikel aus der Pressform verzichtet
werden. Darüber
hinaus sind die gepressten Partikel durch den Pressvorgang formkongruent
zur Innenkontur der Pressform ausgeformt.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der der Pressling in einer Kombination aus einem klassischen
Umformverfahren, vorzugsweise einem Tiefzieh- und/oder einem Streckziehverfahren
für Metall,
und einem Pulverpressvorgang gebildet ist. Dabei dient das umzuformende
Metall, vorzugsweise ein Metallblech, gleichzeitig als Pressform und
als Metallmantel für
den gepressten Partikelkörper.
Bei dieser Vorgehensweise wird die Geometrie der gepressten Partikel
von der Umformgeometrie, insbesondere der Tiefziehgeometrie und/oder
der Streckziehgeometrie, der Pressform bzw. des Metallmantels vorgegeben.
Weiterhin ermöglicht
die Kombination eines Umformprozesses und eines Par tikelpressvorgangs
die Möglichkeit,
während
des Umformvorgangs metallische Funktionsstrukturen in die zu verpressenden
Partikel einzuformen, wobei die Funktionsstrukturen eine irgendwie
geartete Funktion beim bestimmungsgemäßen Einsatz des derart ausgebildeten
Presslings übernehmen
können.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Pressform,
vorzugsweise unmittelbar, vor dem Pressvorgang durch Umformen eines
Metallteils, vorzugsweise eines Metallblechs, besonders bevorzugt einer
Metallronde, hergestellt wird. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der der Umformvorgang, zumindest zum Teil, aus dem Pressen der Partikel
resultiert. Anders ausgedrückt
ist es bevorzugt, wenn sich die Pressform und damit der spätere Metallmantel
beim bzw. durch das Pressen der Partikel in einer gewünschten
Weise verformt. Noch anders ausgedrückt dient der Verdichtungsschritt
bevorzugt gleichzeitig zum Tiefziehen bzw. Streckziehen der Pressform
und damit des späteren
Metallmantels.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der die verdichteten Partikel des Presslings, zumindest teilweise
als Gasspeicher für ein
Prozessgas dienen. Die Partikel sind, vorzugsweise vollständig, von
Metallsalzpartikeln gebildet. Ein derartig ausgebildeter Pressling
stellt dann eine Art Metallsalzspeicher dar, der zur Abgasnachbehandlung,
insbesondere zur NOx-Reduktion, eingesetzt
werden kann.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Pressling mehrere Presslingabschnitte aufweist, also mehrere Abschnitte,
jeweils bestehend aus gepressten Partikeln, wobei die gepressten
Partikel der Abschnitte identisch oder unterschiedlich sein können – in Abhängig keit
von der Anwendung des Presslings. Von besonderem Vorteil ist es
dabei, wenn zwei, insbesondere in axialer Richtung, benachbarte
Presslingabschnitte durch eine Zwischenwand voneinander getrennt
sind. Besonders bevorzugt besteht diese Zwischenwand aus Metall.
Gemäß einer
ersten Alternative wird die Zwischenwand nach dem Pressen des ersten
Presslingabschnittes auf diesen aufgelegt, woraufhin die Partikel
zur Bildung des zweiten Presslingabschnittes auf die Zwischenwand
auf gefüllt
werden. Alternativ werden die Partikel des ersten Presslingabschnittes durch
Druckbeaufschlagen der Zwischenwand gepresst. Gemäß einer
weiteren Alternative werden die Partikel von zumindest zwei Presslingabschnitten (ausschließlich) in
einem gemeinsamen Pressschritt verpresst.
-
Für eine Vielzahl
von Anwendungen kann es vorteilhaft sein, den Metallmantel aus einem
elektrisch leitenden Material auszubilden.
-
Insbesondere
dann, wenn die Pressform bzw. der Metallmantel vor und/oder während des Pressens
der Partikel umgeformt, vorzugsweise tiefgezogen und/oder streckgezogen
wird, können
Metallstrukturen und/oder Metallelemente in den Pressling mit eingearbeitet
werden. So ist es beispielsweise möglich, ein Rohr in den Pressling
einzusetzen oder gleichzeitig mit dem Metallmantel tief- oder streckzuziehen,
wobei das Metallrohr bevorzugt zur Aufnahme eines Heizelementes
zum Beheizen von gepresstem Metallsalz ausgebildet ist. Das Metallrohr
ist nicht zwingend notwendig, schützt ein Funktionselement, beispielsweise
Heizelement und/oder einen Thermosensor, im Falle von aggressiven
Partikeln jedoch vor Korrosion. Zusätzlich oder alternativ zu dem
Vorsehen eines Metallrohres zur Aufnahme einer, insbesondere elektrischen, Heizung
ist es möglich,
induktiv anregbare Strukturen wie Metallpartikel in dem Pressling
zu verankern, insbesondere durch Beimischung von Metallpartikeln
zu den zu verpressenden Partikeln. Zum Vorsehen bzw. Einbringen
von Strukturen während
des Umformvorgangs muss die Stempelgeometrie des mindestens einen Stempels
zum Verpressen der Partikel in der Regel an die herzustellenden
bzw. vorzusehenden metallischen Strukturen angepasst werden.
-
Es
ist eine Ausführungsform
realisierbar, bei der ein Loch oder mehrere Löcher in axialer Richtung, insbesondere
mit Hilfe des Pressstempels, insbesondere in mindestens einer Zwischenwand
erzeugt werden. Hierzu ist der Pressstempel entsprechend anzupassen,
beispielsweise durch das Vorsehen eines oder mehrerer Dorne. Die
Löcher
können zur
Aufnahme weiterer Strukturen, wie z. B. eines Heizelementes, eines
Thermosensors etc. dienen bzw. genutzt werden.
-
Von
besonderem Vorteil ist es, in dem Metallmantel mindestens eine,
vorzugsweise seitliche, Gasaustrittsöffnung vorzusehen. Besonders
bevorzugt ist es, mehrere, insbesondere als Perforation ausgebildete,
Gasaustrittsöffnungen
vorzusehen, um einen Gasaustritt aus den, insbesondere von Metallsalz
gebildeten, Partikeln zu ermöglichen.
-
Ferner
führt die
Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Presslings, vorzugsweise
zum Herstellen eines zuvor beschriebenen Presslings. Das Verfahren
umfasst mindestens einen Pressschritt, bei dem Partikel gepresst,
d. h. verdichtet, werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für die Partikel
ein Metallmantel vorgesehen wird, d. h., dass die Partikel mit einem
Metallmantel ummantelt werden. Die ser Metallmantel dient, wie zuvor
bereits erläutert,
zum Erhöhen
der mechanischen Stabilität des
Presslings.
-
Bevorzugt
werden die zu verpressenden Partikel nicht mit einem Bindemittel
versetzt.
-
Von
besonderem Vorteil ist es, wenn der Metallmantel von der Pressform
gebildet wird, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die Pressform
bzw. der Metallmantel vor dem Pressen der Partikel und/oder durch
das Pressen der Partikel umgeformt, vorzugsweise tiefgezogen oder
streckgezogen, wird.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der der Pressling mit mindestens zwei Presslingabschnitten (Segmenten)
hergestellt wird, wobei die zwei Segmente, vorzugsweise durch eine Zwischenwand,
vorzugsweise aus Metall, voneinander getrennt sind, wobei die Zwischenwand
nach dem Einbringen von ersten. Partikeln für den ersten Pressabschnitt
eingelegt wird. Bei Bedarf kann die Zwischenwand mit einer Öffnung zum
Durchführen eines
Rohres, insbesondere aus Metall, zur Aufnahme einer elektrischen
Heizung ausgebildet sein.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass als
zu verpressende Partikel Metallsalze eingesetzt werden, wodurch
ein Metallsalzspeicherpressling für die Abgasreduktion erhalten werden
kann.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1a bis 1c:
zeitlich nacheinander durchzuführende
Verfahrensschritte zur Herstellung eines Presslings,
-
1d eine
mögliche
Ausführungsform
eines fertigen Presslings, umfassend einen einzigen Pressabschnitt.
-
2:
eine mögliche
Ausführungsform
eines Presslings mit drei Presslingabschnitten und
-
3:
eine Ausführungsform
eines als Metallsalzspeicher ausgebildeten Presslings mit einem Metallrohr
und seitlichen Öffnungen
für einen
Gasaustritt.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In
den 1a bis 1c ist
eine mögliche Ausführungsform
eines Herstellungsverfahrens für einen
in 1d gezeigten Pressling 1 gezeigt, wobei Modifikationen
des Verfahrens möglich
sind. Das im Folgenden beschriebene Herstellungsverfahren kombiniert
einen klassischen Tiefziehprozess mit einem Partikelpress- bzw.
Partikelverdichtungsprozess.
-
Aus 1a ist
zu erkennen, dass ein Metallblech 2. aus Stahl, hier eine
Ronde, mit Hilfe eines Niederhalters 3 gegen eine Ziehmatrize 4,
aufweisend eine zentrische, runde Öffnung 5, in Pfeilrichtungen 6 gepresst
wird. Daraufhin wird das Metallblech 2 in Pfeilrichtung 7 mittels
eines Stempels 8 bis zu einer gewünschten Tiefe (vgl. 1b)
tiefgezogen, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Tiefe in
etwa der Höhe
des resultierenden Presslings 1 entspricht.
-
In 1b ist
die gewünschte
Tiefe durch Relativverstellen des Stempels 8 zur Ziehmatrize 4 hergestellt.
Das tiefgezogene Metallblech 2 bildet nun eine einseitig
geschlossene, napfförmige
Pressform 9 zur Aufnahme von zu verpressenden Partikeln 10. Nach
dem Verfahrensschritt gemäß 1b wird
der Stempel 8 zurückgefahren
(nicht gezeigt) und die zu verpressenden Partikel 10 (Granulat
und/oder Pulver) in die Pressform 9 eingefüllt. Die
Menge entspricht dabei der gewünschten
Dicke der gepressten Partikel 10 bzw. des Presslings 1,
wobei die gewünschte
Verdichtung sowie ein möglicher
Schwund zu berücksichtigen
sind.
-
Nach
dem Einfüllen
der Partikel 10 wird eine plattenförmige, kreisförmig konturierte
Wand 11 aus Metall auf die in die napfförmige Pressform 9 eingefüllten Partikel 10 aufgelegt,
woraufhin durch Relativverstellen des Stempels 8 relativ
zu der Ziehmatrize 4 ein Druck auf die Wand 11 ausgeübt wird.
Dies wiederum führt
zu einem Pressen, d. h. Verdichten, der Partikel 10. Anstelle
des Verpressens der Partikel 10 zusammen mit der Wand 11 ist
es möglich,
die Partikel 10 vor dem Einlegen der Wand 11 zu
verpressen. Es ist auch denkbar, zunächst die Partikel 10 vorzupressen
und daraufhin nach Einlegen der Wand 11 nochmals nachzupressen.
-
Die
Presskraft kann so gewählt
werden, dass die Pressform 9 während des Pressvorgangs zum Pressen
der Partikel 10 nicht verformt wird. Es ist jedoch auch
eine Ausführungsform
realisierbar, bei der während
des Pressvorgangs das Metallblech 2 bzw. die Pressform 9 weiter
umgeformt, in diesem Ausführungsbeispiel
weiter tiefgezogen, wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass
selbstverständlich
nicht nur kreisförmige
Wände 11 einsetzbar
sind – jedoch
ist es bevorzugt, wenn die Innenkontur der Pressform 9 an
die Außenkontur
der Wand 11 angepasst ist.
-
Insbesondere
dann, wenn ein in 2 gezeigter Pressling 1 mit
mehreren Presslingabschnitten 12a, 12b, 12c hergestellt
werden soll, kann die Pressform 9 während oder nach dem Pressen
der Partikel 10 im ersten Pressabschnitt 12a durch
Einsatz desselben Stempels 8 weiter tiefgezogen werden.
Je nach Anzahl der gewünschten
Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c (Segmente)
(vgl. 2) kann der Vorgang wiederholt werden. Dabei ist
allerdings das maximale Grenzziehverhältnis bzw. die maximale Umformbarkeit
des Metallblechs 2 zu berücksichtigen.
-
Bei
der in 1c gezeigten Wand 11 bzw. Trennscheibe
muss es sich nicht um eine Zwischenwand zum Trennen von mehreren
Presslingabschnitten 12a, 12b, 12c (vgl. 2)
voneinander handeln, sondern es kann sich auch um eine Abschlusswand als
Bestandteil eines Metallmantels 13 (vgl. 1d) handeln,
die den Pressling 1 abschließt.
-
Eine
mögliche
Ausführungsform
eines fertigen Presslings 1 ist in 1d gezeigt.
Zu erkennen ist, dass die verpressten Partikel 10 vollständig von dem
Metallmantel 13 umgeben sind, der zum einen von der Pressform 9 und
zum anderen von der Wand 11 (hier Abschlusswand) gebildet
ist. Die Wand 11 ist dabei dauerhaft durch Umbiegen eines
axial überstehenden
Randabschnittes 14 an der Pressform 9 festgelegt.
Bei einer alternativen Ausführungsform
kann der Metallmantel 13 auch vollständig von der Pressform 9 gebildet
werden, insbesondere dann, wenn auf eine Wand 11 verzichtet
wird und ein größerer Randabschnitt 14 vorgesehen
wird.
-
In 2 ist
ein weiteres mögliches
Ausführungsbeispiel
eines Presslings 1 mit mehreren Presslingabschnitten 12a, 12b, 12c (Segmenten)
gezeigt, wobei jeder Pressabschnitt 12a, 12b, 12c gepresste Partikel 10 aufweist.
Jeweils zwei benachbarte Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c sind
durch eine Zwischenwand 15 voneinander getrennt. Den Abschluss
des Presslings 1 bildet eine als Abschlusswand dienende
Wand 11, die noch durch Umbiegen des Randabschnittes 14 festgelegt
werden kann. Vorzugsweise wird dabei auf einen Löt- oder Schweißvorgang
verzichtet, sodass die Wand 11 ausschließlich durch
Klemmen bzw. Verspannen fester Bestandteil des Presslings 1,
genauer des Metallmantels 13, wird. Alternativ ist es auch
möglich,
den Randabschnitt 14 durch Verschweißen mit der Wand 11 zu
verbinden.
-
In 3 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Presslings 1 gezeigt. Auch dieser Pressling 1 umfasst
wie der Pressling 1 gemäß 2 drei axial
nebeneinander angeordnete Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c,
wobei jeweils zwei nebeneinander angeordnete Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c durch
jeweils eine scheibenförmige
Zwischenwand 15 voneinander getrennt sind. Die Zwischenwände 15 sowie
die als Abschlusswand dienende Wand 11 weisen eine in dem
gezeigten Ausführungsbeispiel zentrische Öffnung 16 auf,
wobei die Öffnungen 16 der
Zwischenwände 15 und
der Wand 11 in axialer Richtung fluchten. Die Öffnungen 16 sind
durchsetzt von einem Rohr 17 aus Metall zur Aufnahme einer nicht
gezeigten elektrischen Heizung.
-
Bei
den Partikeln 10 der einzelnen Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c handelt
es sich um Metallsalze zur Speicherung von gasförmigen Substanzen, beispielsweise
von NH3 für eine Abgasreduktion eines
Verbrennungsmotors. Alternativ handelt es sich um Gasspüler für Prozessgase,
wie z. B. H2, für andere Einsatzzwecke. Um
einen Gasaustritt zu ermöglichen,
sind in dem von der Pressform 9 gebildeten Metallmantel 13 als
Perforationen ausgebildete Gasaustrittsöffnungen 18 eingebracht,
durch die das beim Erhitzen des Metallsalzes entstehende Gas zur Abgasreduktion
austreten kann.
-
Bei
der Herstellung des in 3 gezeigten Presslings 1 wird
wie folgt vorgegangen: zunächst wird
eine Pressform 9 durch Umformen, insbesondere durch Tiefziehen,
analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1a bis 1d hergestellt.
Dabei ist es alternativ möglich,
die Pressform 9 in einem ersten Pressschritt vollständig fertig
zu stellen, d. h. in der gewünschten
Tiefe auszuformen. Vorzugsweise erfolgt das Umformen sukzessiv,
vorzugsweise zusammen oder nach jeweils einem Pressvorgang.
-
Jedenfalls
wird zumindest nach einem ersten Umformvorgang das Rohr 17 zentrisch
in die Pressform 9 hineingestellt, woraufhin Partikel 10 eingefüllt und
vorzugsweise nach Einlegen der Zwischenwand 15 verpresst
werden. Der Stempel 8 muss dabei an die gegebene Geometrie
angepasst werden, also eine zentrische Öffnung 16 zum Durchführen und Halten
des Rohres 17 beim Pressvorgang aufweisen.
-
Es
ist auch möglich,
die Partikel 10 sämtlicher
Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c oder
eines Teils der Presslingabschnitte 12a, 12b, 12c in
einem gemeinsamen Pressschritt zu verpressen, beispielsweise erst
nach Einfügen
bzw. Auflegen der als Abschlusswand dienenden Wand 11.
-
Bevorzugt
werden die Gasaustrittsöffnungen 18 in
einem separaten Fertigungsschritt nach dem Verpressen sämtlicher
Partikel 10 in den aus der Pressform 9 gebildeten
Metallmantel 13 eingebracht. Ebenfalls ist es denkbar,
dass die Gasaustrittsöffnungen 18 bereits
in der Ausgangsplatine (Matrize) enthalten sind und mit Gasaustrittsöffnungen 18 tiefgezogen
werden. Dabei ist die Größe der Gasaustrittsöffnungen
an die Partikelgröße der zu
verpressenden Partikel 10 anzupassen.
-
Auch
bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann die als Abschlusswand dienende Wand 11 durch Umbiegen
des freien Randabschnitts 14 verklemmt werden.