DE10302475A1

DE10302475A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen

Info

Publication number: DE10302475A1
Application number: DE2003102475
Authority: DE
Inventors: Zi Dr. Li; Enrico Dipl.-Ing. Mählig; Simon Dipl.-Ing. Steigert; Alfred Mattern
Original assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals GmbH
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: DE10302475B4

Abstract

Zur Lösung der Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher Formteile mit gleichmäßigen Eigenschaften hergestellt werden können, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend ein Fördermittel (2) und mindestens ein Auffangmittel (3), wobei zwischen dem Fördermittel (2) und dem Auffangmittel (3) mindestens ein Prallblech (4) derart angeordnet ist, daß das mit dem Fördermittel (2) transportierte Material durch Gravitation auf das Prallblech (4) und von diesem in das Auffangmittel (3) gelangt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben und mittels diesen hergestellte Formteile.

Formteile, insbesondere flächige, welche nachfolgend gesintert werden, können durch unterschiedlichste Herstellungsverfahren hergestellt werden. Bekannt ist, sinterbare Materialien in Pulverform mit einem flüssigen Bindemittel zu versetzen und die so erhaltene Mischung in eine Form zu gießen. Nachteilig an dieser bekannten Methode ist, daß anschließend die Flüssigkeit, insbesondere das Bindemittel, aufwendig wieder ausgetrieben werden muß.

Alternative bekannte Verfahren sind daher solche, bei welchen ohne Zusatz von Flüssigkeiten insbesondere sinterbare Materialien in Formen verfüllt und anschließend durch Sintern verfestigt werden. Liegen die sinterbaren Materialien als sehr feine Pulver vor, so ist es aufgrund der vorliegenden großen Oberfläche und der hierdurch bewirkten starken Adhäsion der einzelnen Pulverpartikel untereinander nicht möglich, diese auf trockenem Wege herzustellen. Daher müssen sinterbare Materialien in sehr feiner Pulverform, beispielsweise bei Korngrößen < 10 μm, durch Zugabe von Flüssigkeit handhabbar gemacht werden. Dabei tritt wiederum der Nachteil auf, daß anschließend die Flüssigkeit und insbesondere das in dieser enthaltene Bindemittel wieder in einem zusätzlichen Arbeitsschritt unter Aufwendung von Energie ausgetrieben werden muß.

Werden als sinterbare Materialien Fasern, sowohl Kurz- als auch Langfasern oder Mischungen derselben, eingesetzt, so wird das Verfüllen derselben in eine Form dadurch behindert, daß die einzelnen Fasern sich untereinander mechanisch verhaken. Andererseits lassen sich aufgrund der großen Oberfläche insbesondere Kurzfasern aufgrund der auftretenden Reibung nicht vereinzeln und somit nicht gleichmäßig in eine flächige Form einfüllen. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist bekannt, mittels Sieben oder Lochblechen eine gleichmäßige Verteilung in einer flächigen Form von geometrisch unterschiedlichen Fasern zu erzielen. Jedoch werden bei Verwendung eines Siebes oder Lochbleches die geometrisch unterschiedlichen Fasern entmischt, da zuerst die geometrisch kleinsten Fasern das Sieb oder Lochblech passieren. Wird nun nicht gleichmäßig sinterbares Material in Faserform in die Vorlage nachgefüllt, so steigt mit zunehmender Siebdauer die geometrische Abmessung der das Sieb oder Lochblech passierenden Fasern. Das hierdurch erhaltene Produkt ist dann letztendlich vertikal ungleichmäßig aufgebaut. Zusätzlich treten jedoch auch horizontale Ungleichmäßigkeiten in den mittels eines solchen Siebverfahrens hergestellten Formteilen auf, resultierend aus einer ungleichmäßigen Beladung des Siebes oder Lochbleches.

Ein weiteres alternatives Verfahren offenbart DE 199 24 675 A1 . Dort wird sinterbares Material in Faserform mittels eines Schwingförderers über einen Faserzulauf in eine Form gegeben. Die von dem Faserzulauf fallenden geometrisch unterschiedlichen Fasern fallen jedoch je nach Gewicht unterschiedlich weit. Wird daher mittels des in der DE 199 24 675 A1 offenbarten Verfahrens versucht, Formteile herzustellen, so ist die erreichbare Breite des Formteiles sehr gering. Zudem werden die vorliegenden Faserknäuel durch das dort offenbarte Verfahren nicht ausreichend getrennt, wodurch eine starke Ungleichmäßigkeit bei der Herstellung von Formteilen mittels des dort offenbarten Verfahrens die Folge ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Herstellung von Formteilen insbesondere auch aus schwer fließenden Materialien und Fasermaterialien zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen, insbesondere flächiger Formteile, umfassend ein Fördermittel und mindestens ein Auffangmittel, wobei zwischen dem Fördermittel und dem Auffangmittel mindestens ein Prallblech derart angeordnet ist, daß das mit dem Fördermittel transportierte Material durch Gravitation auf das Prallblech und von diesem in das Aufnahmemittel gelangt. Durch den Aufpralleffekt vereinzelt sich das in die Auffüllform einzufüllende Material und wird gleichmäßig über die gesamte Breite des Prallbleches gestreut. Hierdurch wird vorteilhafterweise das Aufnahmemittel sehr gleichmäßig mit dem einzufüllenden Material gefüllt. Daher lassen sich vorteilhafterweise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise poröse gesinterte Formteile herstellen, welche Durchflußwerte gemäß DIN ISO 4022 für ein gesintertes Formteil derart aufweisen, daß im Vergleich zu mittels üblicher Siebschüttung hergestellten gesinterten Formteilen die hieraus ermittelte Standardabweichung um mehr als 50%, bevorzugt mehr als 60% geringer ist als diejenige für mittels Siebschüttung hergestellte gesinterte Formteile ermittelte.

Des weiteren sind vorteilhafterweise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Formteile, insbesondere gesinterte, insbesondere gesinterte poröse herstellbar, welche eine sehr gleichmäßige Gewichtsverteilung über die gesamte Fläche aufweisen. Bei der Herstellung von gesinterten porösen Formteilen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Porengrößenverteilungen gemäß ASTM E 1294 erzielt werden, welche in einem sehr engen Bereich liegen. Dadurch können gesinterte poröse Formteile mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden mit ausgesprochen gleichmäßiger Porengrößenverteilung über die gesamte Fläche des Formteils.

Unter Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung werden sämtliche Materialien verstanden, welche schüttbar und geeignet sind, Formteile herzustellen. Insbesondere werden unter Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sinterbare Materialien, und zwar insbesondere solche aus Fasern und/oder sehr feinen Pulvern mit Korngrößen von 20μm oder weniger verstanden. Sinterbare Materialien sind insbesondere solche, hergestellt aus Metall, Metalloxiden, Keramiken, Glas, Salzen und/oder Kunststoffen. Verwendbare metallische Materialien im Sinne der Erfindung sind nicht nur Materialien aus Reinmetallen, sondern auch Materialien aus Metalllegierungen und/oder Materialmischungen aus unterschiedlichen Metallen und Metalllegierungen zu verstehen. Hierzu gehören insbesondere Stähle, vorzugsweise Chromnickelstähle, Bronzen, Nickelbasislegierungen, Hastaloy, Inconel oder dergleichen, wobei die Materialmischungen auch hochschmelzende Bestandteile enthalten können, wie beispielsweise Platin. Werden Fasern eingesetzt, so können diese metallisch und/oder keramisch sein. Bevorzugt sind dabei Eisenwerkstoffe (beispielsweise gemäß den deutschen Werkstoffnormen 1.0495, 1.4113 oder 1.4841) und/oder Legierungen auf Basis Eisen-Chrom-Aluminium oder Nickel-Aluminium. Aluminiumhaltige Legierungen sind dabei bevorzugt, da diese eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Bevorzugt sind dabei Aluminiumgehalte in einem Bereich von etwa 4 bis 40 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der in der Legierung vorhandenen Metalle. Bevorzugt werden die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Formteile ausschließlich aus metallischen, geometrisch unterschiedlichen Fasern hergestellt. Allerdings können auch Gemische aus Pulver mit Fasern als schüttfähige und sinterbare Materialien Verwendung finden.

Bevorzugte eisenhaltige Materialien sind die Legierungen 316L, 304L, Inconel 600, Inconel 625, Monel und Hastaloy B, X und C. Werden Materialien in Faserform eingesetzt, so weisen diese vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 2μm bis 500μm und eine Länge von 50μm bis hin zu 50mm auf. Besonders bevorzugt wird als Material zur Herstellung von Formteilen faserförmiges Material eingesetzt, welches in der DE 101 11 892 C1 offenbart ist, deren Offenbarung hiermit vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. Fasern gemäß der DE 101 11 892 C1 sind auf einer und/oder beiden Seiten gewölbt ausgebildet, wobei die eine Hauptachse kürzer als etwa 1mm und eine Nebenachse kürzer als 200μm ist, und wobei die Hauptachse größer als die Nebenachse ist. Derartige Fasern weisen scharfe Kanten auf und sind oftmals geknickt. Daher neigen sie sehr stark zu mechanischer Verharkung untereinander, weshalb es zur Herstellung gleichmäßiger Formteile aus diesen Fasern notwendig ist, eine hohe Vereinzelung derselben als auch eine gleichmäßige Füllung des Aufnahmemittels, das heißt letztendlich der Form, welche dann auch der anschließend gesinterte flächige Formkörper aufweist, zu erzielen.

Bevorzugt ist die Hauptachse der eingesetzten, in etwa einen ellipsoidalen Querschnitt aufweisenden Fasern kürzer als etwa 500μm sowie die Nebenachse kürzer als etwa 100μm. Die Fasern sind dabei vorteilhafterweise um ihre Längsachse verdreht, wobei der Anteil derartig verdrehter Fasern mindestens 15 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Fasern, besonders bevorzugt 40 bis 60 Gew% beträgt. Vorteilhafterweise nimmt die Länge der Nebenachse der Fasern von der Mitte bis zu den Enden ab. Beispielsweise liegt die Länge der Nebenachse in der Mitte einer Faser in einem Bereich von etwa 100μm wohingegen die Länge der Nebenachse am Ende einer Faser in einem Bereich von etwa 20μm liegt. Das Verhältnis der Länge der Nebenachse in der Mitte einer Faser zu der Länge der Nebenachse am Ende einer Faser beträgt bevorzugt mehr als zwei zu eins, weiter bevorzugt mehr als drei zu eins.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die dem auftreffenden Material zugewandte Seite des Prallbleches gekrümmt, insbesondere konvex ausgebildet. Insbesondere kann dabei das Prallblech aus einem Halbzylinder bestehen, es kann jedoch auch als Halb- oder Viertelkugel ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Prallblech mit einem angeformten Schutzblech versehen werden, wobei das Schutzblech die Rieselrichtung des Materials in das Aufnahme mittel beeinflußt. Das Prallblech ist dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt wie das einzufüllende Material, da dadurch vorteilhafterweise Verunreinigungen desselben verhindert werden. Vorzugsweise ist das Prallblech aus einem elastischen Federstahl (beispielsweise gemäß der deutschen Werkstoffnorm 1.5022) gefertigt, da hierdurch die Krümmung des Prallbleches verstellt werden kann. Der Krümmungsradius des Prallbleches liegt dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 30 und 145mm, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 70 und 120mm. Das Prallblech kann aus einem oder auch mehreren übereinander angeordneten Blechen bestehen, wobei die einzelnen Bleche eine Dicke in einem Bereich von 5 bis 200μm, weiter bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 100μm aufweisen.

Die Oberflächengüte des eingesetzten Prallbleches kann dabei dem Walzzustand entsprechen, das heißt es ist nicht zusätzlich nachbearbeitet oder beschichtet. Jedoch kann das Prallblech auch mit einem Verschleißschutzwerkstoff wie beispielsweise TiN oder TiCN oder ähnlichem beschichtet werden. Auch kann eine DLC-Schicht (Diamond like Carbon-Schicht) aufgebracht sein, wodurch die Reibzahl des Prallbleches vermindert wird. Durch die Vorsehung von einerseits Verschleißschutzwerkstoffen als auch Reibzahlen reduzierenden Beschichtungen wird eine ausgesprochen glatte Oberfläche des Prallbleches erreicht, wodurch dieses sehr geringe Reibungskoeffizienten aufweist. Hierdurch wiederum wird die gleichmäßige Verteilung des eingesetzten Materiales im Aufnahmemittel weiter verbessert.

Das Prallblech ist vorzugsweise in einem Neigungswinkel in einem Bereich von etwa 15 bis 45° zur Horizontalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet, weiter bevorzugt mit einem Neigungswinkel in einem Bereich zwischen 20 und 35°. Der Neigungswinkel des Prallbleches ist dabei verstellbar ausgebildet. Durch die Verstellbarkeit des Neigungswinkels des Prallbleches zur Horizontalen der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist es vorteilhaft möglich, je nach Abmessung des Aufnahmemittels eine optimale Verfüllung des in dieses aufgegebenen Materials zu erzielen.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem Fördermittel und dem Prallblech ein Fallrohr angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß ohne Einfluß von Luftströmungen das einzufüllende Material auf das Prallblech gelangt. Es wird so eine Separation des einzufüllenden Materiales, insbesondere wenn dieses faserförmig vorliegt, vermieden. Die Fallhöhe zwischen dem Fördermittel und dem Prallblech liegt in einem Bereich von etwa 5 bis 80cm, bevorzugt 10 bis 50cm, weiter bevorzugt 20 bis 35cm.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese zwei Prallbleche auf. Grundsätzlich ist es möglich, auch mehr als zwei Prallbleche kaskadenförmig aufzubauen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch herausgestellt, wenn ein Prallblech in einem bestimmten Neigungsmittel zur Horizontalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist und daß das von diesem abprallende Material gegen ein nachfolgend angeordnetes zweites Prallblech gelenkt wird, wobei dieses zweite Prallblech senkrecht zum Aufnahmemittel angeordnet ist. Das zweite Prallblech weist dabei vorzugsweise keine Krümmung auf. Es minimiert die Streulänge des in das Aufnahmemittel einzufüllenden Materials.

Vorteilhafterweise ist vor dem ersten Prallblech ein Lenkblech angeordnet. Das Lenkblech ist dabei vorzugsweise konkav ausgebildet, so daß das insbesondere über das Fallrohr auf dieses gelangende Material durch das Lenkblech zielgerichtet auf das erste Prallblech gelenkt werden kann. Insbesondere kann durch das Lenkblech erreicht werden, daß das einzufüllende Material exakt auf den Scheitelbereich des Prallbleches zielt. Durch den Aufprall des einzufüllenden Materials auf das Lenkblech wird dieses bereits vorteilhafterweise zumindest teilweise vereinzelt.

Das Aufnahmemittel ist bevorzugt verfahrbar ausgebildet. Beispielsweise kann für die Herstellung rechteckiger Formteile das Aufnahmemittel als rechteckige Flachform ausgebildet sein. Diese wird dann im Verhältnis zu der sonstigen Vorrichtung vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit unter dem (den) Prallblech(en) verfahren. Dabei liegt der Umkehrpunkt des verfahrbaren Aufnahmemittels vorzugsweise außerhalb des Streubereiches. Durch Verfahrung des Aufnahmemittels hin und zurück baut sich in diesem schichtartig das flächige Formteil auf.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere flächiger Formteile, mit einer Vorrichtung, wobei das Material zur Herstellung der Formteile über ein Fördermittel in mindestens einem Aufnahmemittel aufgenommen wird, wobei das Material durch Gravitation vor Aufnahme in das Aufnahmemittel auf mindestens ein Prallblech aufprallt und anschließend in das Auffangmittel überführt wird. In einem weiteren Schritt wird das in dem Aufnahmemittel überführte Material anschließend gesintert. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß das von dem ersten Prallblech abprallende Material auf ein zweites Prallblech gelenkt und anschließend in das Aufnahmemittel überführt wird. Weiter bevorzugt wird während dem Füllen des Aufnahmemittels mit dem Material das Aufnahmemittel verfahren. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird das Material auf ein vor dem ersten Prallblech angeordnetes Lenkblech überführt und anschließend auf das erste Prallblech zielgerichtet weitergeleitet.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Formteil, insbesondere ein flächiges, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die solchermaßen hergestellten Formteile sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ausgesprochen hohe Gleichmäßigkeit im Hinblick auf eine Anzahl Parameter von Formteilen aufweisen.

So weisen sie über die gesamte Fläche gesehen Gewichtsunterschiede im Flächengewicht von nicht mehr als 5% oder weniger auf. Sind die Formteile als poröse Formteile ausgebildet, so weisen diese gemäß DIN ISO 4022 über die gesamte Fläche gesehen einen Luft- bzw. Flüssigkeitsdurchfluß von nicht mehr als 5% oder weniger auf. Im selben Bereich liegt auch die gemäß ASTM E 1294 gemessene Durchschnittsporengröße (MFP = mean flow pore diameter).

Die erfindungsgemäßen Formteile finden insbesondere Anwendung als Filter für Flüssigkeiten und Gase, als Verdampfungs- und Heizelemente, als Verteilerelemente, Dämpfungselemente und/oder Flammsperren.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beispiele und Figuren erläutert. Es zeigen im einzelnen:
1: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
3: eine graphische Darstellung der Meßwerte betreffend die Porengrößenverteilung nach ASTM E 1294 einer gesinterten flächigen Probeplatte.
1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen. Diese weist ein Fördermittel 2 auf, welches einen Wendelförderer 7 mit einer an diesem angeschlossenen Vibrationsrinne 8 umfaßt. Im Wendelförderer 7 ist das einzufüllende Material aufgenommen. Das Material kann in den Wendelförderer auch automatisch laufend zugeführt werden, so daß insbesondere die aus diesem entnommene Menge an Material gleichmäßig oder aber auch chargenweise ersetzt wird. Hierdurch werden im Wendelförderer die Gewichtsschwankungen verringert, und die Gleichmäßigkeit der Förderleistung des gesamten Fördermittels 2 erhöht. Alternativ kann beispielsweise statt eines Wendelförderers 7 auch ein Schwingförderer oder ähnliches vorgesehen werden.
Die Vorrichtung 1 weist weiterhin ein einziges Prallblech 4 auf, welches als Halbzylinder ausgebildet ist. Die gekrümmte Außenseite des Prallbleches 4 ist dem über die Vibrationsrinne 8 auf das Prallblech 4 gelenkten Material zugewandt. Die Fallhöhe des Materials 9 von der Vibrationsrinne auf das Prallblech 4 beträgt etwa 30 cm. Unterhalb des Prallbleches 4 ist ein Aufnahmemittel 3 verfahrbar angeordnet, welches eine flache rechteckige Form aufweist. Das Material 9 wird durch das Prallblech 4 gleichmäßig über die gesamte Breite des Aufnahmemittels 3 gestreut. Das Aufnahmemittel 3 ist in Richtung des Pfeils 10 hin und her verfahrbar. Bei Befüllen des Aufnahmemittels 3 mit konstanter Geschwindigkeit in beide Richtungen liegt dabei der Umkehrpunkt des Aufnahmemittels außerhalb des Streubereiches des einzufüllenden Materiales 9.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in 2 gezeigt. Die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Vorrichtung weist wiederum ein Fördermittel 2 auf, welches einen Wendelförderer 7 mit einer an diesem befestigten Vibrationsrinne 8 umfaßt. Im Wendelförderer liegt das in das Aufnahmemittel 3, ausgebildet als rechteckige flache Form, einzufüllende Material 9 vor. Dieses kann, wie bereits zu 1 beschrieben, laufend, auch automatisch, dem Wendelförderer 7 zugeführt werden.
Direkt anschließend an die Vibrationsrinne 8 ist ein Fallrohr 9 vorgesehen, durch welches das einzufüllende Material alleinig durch die Gravitation unter Ausschaltung von Luftströmungseinflüssen auf ein erstes Prallblech 4 gelenkt wird. Die Fallhöhe beträgt auch wieder etwa 30 cm, gerechnet von der Förderrinne bis zum Aufprall des Materials 9 auf das erste Prallblech 4. Das erste Prallblech weist hier wiederum die Form eines Halbzylinders auf, wobei die gekrümmte Seite dem aufprallenden Material 9 zugewandt ist. Zusätzlich weist das Prallblech 4 auch abgeflachte Bereiche 11 auf, welche eine gewisse Lenkung dem aufprallenden Material 9 geben. Somit vereint das in der 2 gezeigte erste Prallblech 4 die Eigenschaften eines Prall- als auch diejenigen eines Lenkbleches in einem. Das von dem Prallblech 4 abprallende Material 9 wird gegen ein zweites Prallblech 4' gelenkt, welches keinerlei Krümmung aufweist und senkrecht zum Aufnahmemittel 3 angeordnet ist.
Das einzufüllende Material 9 wird durch den Aufprall auf das erste Prallblech 4 vereinzelt und wird dann auf das in einem Abstand von etwa 5cm hinter diesem angeordnete zweite Prallblech 4' gelenkt, wodurch das einzufüllende Material 9 in seiner Streulänge begrenzt wird. Das erste Prallblech 4 ist dabei so ausgebildet, daß eine Streuung des einzufüllenden Materials 9 über die gesamte Breite des Aufnahmemittels 3 erfolgt. Das Aufnahmemittel 3 selbst ist, wie ebenfalls schon in 1 oben beschrieben, verfahrbar ausgebildet, wobei auch hier die Verfahrung gemäß dem Pfeil 10 in die durch diesen vorgegebenen beiden Richtungen derart erfolgt, daß der Umkehrpunkt außerhalb des Streubereiches des einzufüllenden Materials 9 liegt.
Mittels der in der 2 gezeigten Vorrichtung wurden poröse und anschließend gesinterte Formteile hergestellt.
Das eingesetzte Prallblech bestand aus einem Edelstahl gemäß der Deutschen Werkstoffnorm 1.4841. Es bestand aus insgesamt drei übereinander angeordneten Blechen mit einer Schichtdicke von jeweils 20μm. Es wies keinerlei Oberflächenvergütung auf, das heißt die Oberflächengüte entsprach dem Walzzustand. Die Länge des Prallbleches betrug etwa 200mm, die Breite desselben 160mm, woraus eine Schüttformbreite von 170mm resultierte. Das Prallblech 4 wies dabei einen Krümmungsradius von 90mm auf und war in einem Neigungswinkel von 30° zur Horizon talen der Vorrichtung 1 in dieser angeordnet. Die Fallhöhe des einzufüllenden Materials betrug 30cm.
Als einzufüllendes Material wurden eisenhaltige Fasern gemäß der Deutschen Werkstoffnorm 1.4841 verwendet. Die eingesetzten Fasern entsprachen in ihren geometrischen Abmessungen denjenigen in dem deutschen Patent DE 101 11 892 C1 offenbarten mit einer Länge von 10μm bis 10mm und einer Hauptachse von 30 bis 500μm. Die Oberfläche der Faser war wellig ausgebildet, die Fasern waren teilweise um ihre Längsachse verdreht, wobei der Anteil an derart verdrehten Fasern etwa 40 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Fasern, betrug. Die eingesetzten Fasern wiesen damit eine hochgradig geometrisch ungleichmäßige Struktur auf. Das erzielte Flächengewicht betrug 3500g/m².
Diese Fasern wurden mittels der in 2 gezeigten Vorrichtung in ein Aufnahmemittel 3 verfüllt, welches rechteckig ausgebildet ist. Dabei wurde das Aufnahmemittel 3 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit hin- und herverfahren, so daß schließlich Platten mit einer Abmessung von 170×170mm² und einem Plattengewicht von 100g nach Sinterung hergestellt wurden. Die Sinterung der in das Aufnahmemittel 3 eingefüllten Fasern erfolgte unter Vakuum bei einer Temperatur von etwa 1.280°C.
Solchermaßen hergestellte flächige Platten wurden verglichen mit Platten, hergestellt mittels bekannter Siebverfahren. In den Vergleichsversuchen wurden sämtliche Material- und Sinterparameter gleichgehalten. Allerdings wurden die zu sinternden Fasern über ein Fördermittel gemäß 1 oder 2 auf ein Rüttelsieb gegeben, welches über einem verfahrbaren Aufnahmemittel, wie in den 1 und 2 gezeigt, angeordnet war. Die Fallhöhe betrug hierbei ebenfalls 30cm, berechnet zwischen der Unterseite des Rüttelsiebes und dem Aufnahmemittel.
Insgesamt je 3 Platten, hergestellt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und die im Vergleichsversuch hergestellten Platten mittels eines Rüttelsiebes wurden anhand von 10 Mepunkten in Hinblick auf ihre Durchflußwerte, bestimmt gemäß DIN ISO 4022 verglichen. Die entsprechenden Werte (in [dm³/cm²/min] bei einem Differenzdruck von 200Pa) sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1: Luftdurchfluß
Aus den ermittelten Werten (Mittelwert, Minimumwert, Maximumwert) wurde die Standardabweichung bestimmt und hieraus wiederum die prozentuale Standardabweichung. Wie der Tabelle 1 entnommen werden kann, ist die prozentuale Standardabweichung von gesinterten porösen Platten, hergestellt mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um weit über 50% geringer als diejenige von Platten, hergestellt mittels der Vergleichsversuche.
Den Werten aus der Tabelle 1 kann entnommen werden, daß die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Platten einen hochgradig gleichmäßigen Aufbau aufweisen. Dies wird auch belegt anhand der Bestimmung der Gewichtsverteilung innerhalb der mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Platten 1 bis 3 (Tabelle 2) sowie der gemäß ASTM E 1294 ermittelten Werte für den sogenannten "mean flow pore diameter" und "bubble point diameter" (Tabelle 3) der Platte 2.
Die in Tabelle 2 angegebenen Werte für die Gewichtsverteilung über die Fläche der Probenplatten 1 bis 3 (Flächengewicht) wurden ermittelt durch Bestimmung des Gewichtes pro Fläche der flächigen porösen Probeplatte (geometrische Ermittlung).
Tabelle 2: Gewichtsverteilung über die Platte
Tabelle 3: Porengrößenverteilung
In Tabelle 2 ist die Gewichtsverteilung über eine gesamte Fläche der mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Platten wiedergegeben, wobei diese jeweils an sechs gestanzten Scheiben mit einem Durchmesser von 25mm ermittelt wurde. Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, sind die ermittelten prozentualen Werte für die Standardabweichung (Stabes.) ausgesprochen niedrig, was auf einen ausgesprochenen gleichmäßigen Aufbau der flächigen porösen Platten schließen läßt.
Tabelle 3 schließlich zeigt die mittels ASTM E 1294 ermittelten Werte für den mean flow pore diameter (MFP) und den bubble point diameter (BP), ermittelt an jeweils fünf gestanzten Scheiben mit einem Durchmesser von 25mm, von Platte 2 gemäß den Tabellen 1 und 2. Es konnte ein Mittelwert von 121,6μm für den MFP-Wert und von 213,6μm für den BP-Mittelwert ermittelt werden. 3 zeigt eine Auftragung des gesamten Durchflusses (Cumulative Filter Flow) in Prozent aufgetragen gegen den Porendurchmesser der Platte 2 gemäß Tabelle 3. Die Wendepunkte der fünf Graphen, welche den fünf gestanzten Probescheiben entsprechen, ergeben den Wert für den mean flow pore diameter (MFP-Wert) wieder, wohingegen die Endpunkte der Graphen bei den höchsten Durchmessern dem bubble point diameter (BP-Wert) entsprechen.
Durch die vorliegende Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mittels welchem Formteile mit sehr gleichmäßigen Eigenschaften hergestellt werden können. Die Formteile, insbesondere gesinterte, hier insbesondere gesinterte poröse Formteile weisen hervorragende physikalische Kennwerte, insbesondere des Flächengewichts, der Durchflußwerte als auch der Porengrößenverteilung auf.

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Formteilen umfassend ein Fördermittel (2) und mindestens ein Auffangmittel (3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fördermittel (2) und dem Auffangmittel (3) mindestens ein Prallblech (4) derart angeordnet ist, daß das mit dem Fördermittel (2) transportierte Material durch Gravitation auf das Prallblech (4) und von diesem in das Auffangmittel (3) gelangt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem auftreffenden Material zugewandte Seite des Prallblechs (4) gekrümmt ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fördermittel (2) und dem Prallblech (4) ein Fallrohr (5) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens zwei Prallbleche (4, 4') aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Prallblech (4') nachfolgend dem ersten Prallblech (4) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Prallblech (4') senkrecht zum Auffangmittel (3) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Prallblech (4) ein Lenkblech (6) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkblech (6) konkav ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffangmittel (3) verfahrbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit einer Vorrichtung (1), wobei das Material zur Herstellung der Formteile über ein Fördermittel (2) in mindestens einem Auffangmittel (3) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch Gravitation vor Aufnahme in dem Auffangmittel (3) auf mindestens ein Prallblech (4) aufprallt und anschließend in das Auffangmittel (3) überführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Auffangmittel (3) überführte Material in einem weiteren Schritt gesintert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem ersten Prallblech (4) abprallende Material auf ein zweites Prallblech (4') gelenkt und in das Auffangmittel (3) überführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des Füllens mit dem Material das Auffangmittel (3) verfahren wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Material auf ein vor dem ersten Prallblech (4) angeordnetes Lenkblech (6) überführt und anschließend auf das erste Prallblech (4) zielgerichtet weitergeleitet wird.
Formteil, hergestellt mit der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Formteil, hergestellt mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14.