(Technisches Gebiet)
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Pulverform unter
Verwendung einer Form zum Formpressen und einen Pulverzubringer zum Verwenden
in der Herstellung solch einer Pulverform.
(Stand der Technik)
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Fig. 6 zeigt eine herkömmliche Methode zum Herstellen einer Pulverform. Bei diesem
Verfahren wird eine Pulverform hergestellt, indem ein Pulver gefüllter Behälter 22 mit
Pulver über eine Vertiefung 21, welche in einer Form 20 ausgebildet ist, um Pulver in
dem Behälter 22 in die Vertiefung 21 zu schütten, wobei der Behälter 22
zurückgenommen wird und das Pulver in der Vertiefung 21 durch Herabsenken eines
Oberstempels 23 gepresst wird.
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Eine Pulverform wird im Allgemeinen später gesintert. Wenn die Dichte der Pulverform
ungleichmäßig ist, tendiert die Größe der Pulverform dazu, nach dem Sintern
ungleichmäßig zu sein, so dass das gesinterte Produkt ebenfalls größenmäßig nicht gleichmäßig
ist.
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Bei dieser herkömmlichen Methode fällt durch Schwerkraft Pulver in die Vertiefung 21,
so dass das Pulver dazu tendiert, in der Vertiefung eine Brücke zu bilden. Dies führt zu
ungleichmäßiger Dichte des Pulvers.
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Das Pulver im Behälter 22 fällt spontan in die Vertiefung 21, während der Behälter 22
über die Vertiefung bewegt wird. Dann wird, indem der Behälter 22 zurückgezogen
wird, jeder Teil des Pulvers, der über die Oberfläche der Form 20 hervortritt, durch den
Rand des Behälters 22 abgekratzt, so dass die Oberfläche des Pulvers in der Vertiefung
geglättet wird. Dies führt zu Ungleichmäßigkeit bei der Dichte des Pulvers.
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Um die Dichte des Pulvers in der Vertiefung der Form gleichmäßig zu gestalten wurden
Versuche durchgeführt, die Form nach dem Befüllen der Vertiefung mit Pulver leicht zu
rütteln. Durch dieses Rütteln der Form tendiert die Form jedoch dazu, außer Form
zugeraten oder nutzt sich ab. Wenn die Form sich bewegt, kann sie durch Berühren des
Oberstempels zerbrochen werden.
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Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 5-69195 offenbart eine Methode zum
Zubringen von Pulver, bei welcher ein hochfrequenter AC-Strom durch eine Spule,
welche die Form umgibt, eingebracht wird, um mikroskopisch ein Materialpulver
enthaltende magnetische Substanzen zu oszillieren, indem ein wirbelnder Strom im Pulver
erzeugt wird.
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Nach diesem Verfahren ist es jedoch unmöglich andere Pulver als solche magnetischer
Art zu verwenden. Es muss auch zusätzlicher Raum um die Form herum geschaffen
werden, in welchem die Spule aufgenommen werden kann. Dies führt zu verringerter
Steifigkeit des Führungsgestells. Zudem tendiert ein Magnetfeld, welches durch die
Spule geschaffen wird, dazu, die Form und die Pulverform unnötig zu magnetisieren.
Um das Pulver mit ausreichender Stärke zu oszillieren, sind hohe Volt-Zahlen von
Nöten. Dies erhöht die Produktionskosten.
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Das Dokument WO-A-8 902 820 offenbart einen Prozess zum Füllen einer Formmatrix,
bei dem die Mengen von Körnchen, welche in die Öffnungen der Matrix gefüllt werden,
durch akustische Wellen gepresst werden, bevor die Matrix abgezogen wird.
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Das Dokument DE-B-10 26 210 offenbart einen Verteilungsapparat mit einer
vibrierenden Zunge zum Zubringen von Objekten zum Brikettieren auf Brikettierpresssen.
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Das Dokument FR-A-2 232 383 offenbart einen Pulverzubringer mit einem Vibrator,
welcher auf einem Gitter aus Teilungsplatten montiert ist, welches in einem Behälter
angebracht ist. Was nachteilig ist, ist dass das Pulver nicht ausreichend gepresst wird.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Pulverform zu
schaffen, welches es möglich macht, Materialpulver mit hoher und gleicher Dichte in
eine Vertiefung einer Form zu packen, und einen Pulverzubringer zum Anwenden bei
dieser Methode.
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Indem Pulver aus dem Behälter in die Vertiefung der From zugebracht wird, wird,
während der Behälter gerüttelt wird, die Vibration des Behälters durch das Pulver im
Behälter auf das Pulver in der Vertiefung übertragen, so dass die Dichte des Pulvers in der
Vertiefung sich erhöht.
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Wenn die Dichte des Pulvers in der Vertiefung mindestens 1,1 Mal die anscheinende
Dichte beträgt, liegt dieser Wert dicht an der oberen Grenze, so dass die Dichte des
Pulvers ausreichend einheitlich ist. Wenn dieser Wert weniger als 1,1 Mal die
anscheinende Dichte beträgt, erhöhen sich Unterschiede bei der Dichte, d. h. der Unterschied
zwischen den höchsten und niedrigsten Dichten des Pulvers.
(Kurzbeschreibung der Figuren)
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Geräts zur Anwendung bei der
Herstellungsmethode nach der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht im Querschnitt auf den Behälter.
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Fig. 3 zeigt einen vertikalen vorderen Querschnitt der Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt eine Kurve, welche die Beziehung zwischen der
Oszillierungsfrequenz, welche auf das Materialpulver einwirkt und die Unterschiede der
Dichte des Artikels, welcher durch das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird.
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Fig. 5 ist eine Kurve, welche die Beziehung zwischen dem Oszillierungsdruck, der
auf das Materialpulver einwirkt, und den Unterschieden bei der Dichte des
Artikels, der durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaffen wird, zeigt.
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Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Geräts zur Verwendung
bei der Herstellung von Pulverform.
(Bevorzugtes Verfahren zum Ausfuhren der Erfindung)
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Fig. 1 bis 3 zeigen die Ausführungsform dieser Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein Gerät zum Herstellen einer Pulverform. Es umfasst eine Form 1 und
einen Pulverzubringer 10 zum Zubringen von Pulver in die Form 1.
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Die Form 1 umfasst einen hebbaren Führungshalter 2, eine Führung 3, welche auf dem
Führungshalter 2 gelagert ist, einen zylindrischen unteren Stempel 4, welcher in die
Führung 3 eingebracht ist, eine Mittelbolzen 5, welcher in den unteren Stempel 4
eingebracht ist, und einen oberen Stempel 7, welcher in eine Vertiefung 6 gesenkt werden
kaun, welcher über den unteren Stempel 4 definiert ist.
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Der Pulverzubringer 10 umfasst einen Trichter 11, welcher mit einem Materialpulver
gefüllt ist, und einen Pulver gefüllten Behälter 12, welcher auf dem Führungshalter 2
verschiebbar und mit dem Trichter 11 durch einen flexiblen Schlauch 13 verbunden ist.
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Der Behälter 12 wird auf die Vertiefung 6 der Form 1 zu und von ihr wegbewegt. Er
trägt einen Oszillator 14.
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Der Oszillator 14 kann pneumatisch ausgebildet und durch Luftdruck oder elektrischen
Druck gesteuert sein. Aber die pneumatische Art ist zu bevorzugen, da sie weniger
Lärm erzeugt und billiger ist.
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Fig. 2 und 3 zeigen die detaillierte Struktur des Pulver gefüllten Behälters 12. Er hat an
seiner unteren Seite eine Öffnung. Der untere Teil des Inneren des Behälters 12 ist
durch eine Vielzahl von Teilungsplatten 15a und 15Sb, die einander im rechten Winkel
schneiden und in eine Vielzahl von Zellen 16 teilen, deren obere und untere Seiten offen
sind, geteilt.
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Die Oszillierung des Behälters 12, die durch den Oszillator 14 hervorgerufen wird, führt
durch die Teilungsplatten 15a, 15b bis zum Pulver in dem Karton. Wenn die Zellen 16
zu groß sind, ist es unmöglich, das Pulver effektiv zu oszillieren. Wenn sie zu klein
sind, können die Zellen wegen der Brüche zwischen den Platten 15a, 15b und dem
Pulver mit Pulver verstopft sein.
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Daher sollte jede Zelle 16 größenmäßig so bemessen sein, dass der Abstand von ihrem
Zentrum zur inneren Oberfläche der Teilungsplatten 15a, 15b zwischen 0,5mm und
20mm liegt.
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Die Zellen 16 können, wie dargestellt, einen rechteckigen Bereich haben oder können
zylindrisch sein oder jede andere Form aufweisen.
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Wenn der Behälter 12 nach rechts über die Vertiefung 6 der Form 1 bewegt wird, fließt
das Pulver im Trichter 11 durch den Schlauch in den Behälter 12. Dann fließt es durch
die: Zellen 16 und die Bodenöffnung des Kartons 12 und fällt durch Schwerkraft in die
Vertiefung 6.
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Wenn das Pulver in die Vertiefung eingebracht worden ist, wird der Behälter durch
Betätigen des Oszillators 15 oszilliert.
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Das Oszillieren des Behälters 12 wird auf das Pulver in den Zellen 16 und dann auf das
Pulver in der Vertiefung 6 übertragen.
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Indem das Pulver während des Zubringens in die Vertiefung oszilliert wird, ist es
möglich, die Dichte des Pulvers in der Vertiefung zu erhöhen. Indem die Dichte auf 110%
oder mehr der anscheinenden Dichte erhöht wird, erreicht sie ihren Grenzwert, so dass
die Dichte des Pulvers in der Vertiefung einheitlich ist.
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Wenn der Oszillator 14 bei einer Frequenz unter 10 Hz oszilliert wird, dauert es lange,
Pulver gleichmäßig in die Form einzubringen. Wenn die Oszillierung bei mehr als 200
Hz erfolgt, würde die Ausschlagweite der Oszillation so verringert werden, dass das
Pulver kaum noch der Oszillation folgen kann. Dies macht es unmöglich, die Vertiefung
mit Pulver ausreichender Dichte zu befüllen.
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Aus dem vorstehenden Grund sollte der Oszillator 14 bei Frequenzen zwischen 10 und
200 Hz oszilliert werden.
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Wenn die Kraft des Oszillierungsdrucks weniger als 9,8 N (1 kgf) beträgt, kann das
Pulver im Behälter 12 nicht ausreichend oszilliert werden, so dass es länger dauert, bis
die Dichte des Pulvers in der Vertiefung 6 ausreichend einheitlich wird. Wenn die Kraft
mehr als 490 N (50 kgf) beträgt, steigt die Ausschlagweite der Oszillation auf ein
solches Ausmaß an, dass das Pulver sich so stark bewegt, dass es nicht durch Schwerkraft
in die Vertiefung eingebracht werden kann. Auch steigt der Wert der Abnutzung des
Behälters 12 durch das Oszillieren mit der Ausschlagweite der Oszillation. Daher kann
eine zu große Ausschlagweite der Vibration die Lebensdauer des Behälters 12
verkürzen, was ein wirtschaftliches Problem darstellt. Die Kraft des Vibrationsdrucks sollte
daher ca. 9,8 bis 490 N (1-50 kgf) betragen.
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Wenn die Oszillierungszeit pro Zyklus mehr als 10 Sekunden beträgt steigt die
Zeitdauer des Pulverformens an. Dies erhöht die Kosten bei Massenproduktion. Daher sollte die
Oszillierungszeit pro Zyklus nicht mehr als 10 Sekunden betragen.
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Nachdem Pulver wie vorstehend beschrieben in die Vertiefung eingebracht wurde, wird
der Behälter 12 zurückgezogen und der obere Stempel 7 wird gesenkt, um das Pulver in
der Vertiefung 6 zum Form zusammenzudrücken.
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Im Folgenden werden Versuche mit Verfahren zum Herstellen von Pulverformen unter
Anwendung des Pulverzubringers nach der Erfindung beschrieben.
(Versuch 1)
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Reines Eisenpulver mit einem durchschnittlichen Körnchendurchmesser von 100 um
wurde in den Trichter 11 nach Fig. I eingebracht, um es durch den Schlauch 13 in den
Behälter 12 einzubringen.
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In diesem Zustand wurde der Behälter 12 über die Vertiefung 6 der Form 1 bewegt und
gleichzeitig der Oszillator 14 aktiviert, um das Pulver in die Vertiefung 6 einzuringen,
während das Pulver oszilliert wird.
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Der verwendete Behälter 12 weist einen 110-mal-110 mm rechteckigen Bereich ohne
innen vorgesehene Teilungsplatten 15a, 15b auf.
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Die verwendete Form 1 weist eine ringförmige Vertiefung 6 auf, welche einen äußeren
Durchmesser von 40 mm und einen inneren Durchmesser von 27 mm besitzt.
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Der verwendete Oszillator 14 ist von pneumatischer Art. Er wurde mit einer
Oszillierungsfrequenz von 30 Hz und einer Kraft des Vibrationsdrucks von 89 N (10 kgf) mit
Zyklen von fünf Sekunden bedient.
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Nachdem die Vertiefung mit Pulver gefüllt wurde, wurde der obere Stempel 7 gesenkt,
um das Pulver in der Vertiefung mit einem Druck von 2 zusammen zu drücken. Dann
wurde der druckgeformte Artikel durch Senken des Führungshalters 2 herausgenommen.
Die Menge des gepressten Pulvers und Unterschiede bei der Dichte wurden
gemessen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 zu ersehen.
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Als Vergleichsbeispiel wurde auch ein Druck geformter Artikel hergestellt, welcher
hergestellt wurde, indem Pulver in die Vertiefung 6 eingebracht wurde, ohne dass der
Behälter 12 oszilliert wurde und gepresst wurde. Die Ergebnisses der Messungen des
Vergleichsbeispiels sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
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Die "Unterschiede bei der Formdichte" wurden erzielt, indem jeder Artikel diametral in
acht Segmente unterteilt wurde, wobei die Dichte der einzelnen Segmente gemessen
wurde und indem das Minimum eines der acht Dichte-Werte von dem Höchstwert
abgezogen wurde.
Tabelle 1
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Es ist aus Tabelle 1 ersichtlich, dass der geformte Artikel nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mehr als 10% bzgl. der Menge des eingebrachten Pulvers über dem
Vergleichsartikel liegt und dass diese Tatsache bedeutet, dass geringere Unterschiede bei
der Dichte auftreten.
(Versuch 2)
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Pulverformen werden in der selben Art wie im ersten Versuch gebildet, wobei Behälters
12 mit Teilungsplatten 15a und 15b verwendet werden, welche in Abständen von 40
mm, 30 mm, 10 mm und 1 mm angeordnet sind. Die Menge des eingebrachten Pulvers
wurde ebenso gemessen wie Unterschiede bei der Formdichte der Artikel 2, 3, 4 und 5,
welche unter Verwendung der Behälters 12 hergestellt wurden, wobei deren Teilungsplatten
mit Abständen von 40 mm, 30 mm, 10 mm bzw. 1 mm angeordnet waren. Die
Ergebnisse zeigt Tabelle 2.
[Tabelle 2]
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Wie aus Tabelle 2 hervorgeht unterscheiden sich die Messergebnisse für Artikel 2
wenig von denen für Artikel 1. Dies liegt daran, dass die Teilungsplatten 15a, 15b
ebenfalls weit voneinander entfernt angeordnet waren.
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Im Gegensatz hierzu waren bei Artikel 3 und 4 jeweils große Veränderungen bzgl. der
Menge des Eingebrachten Pulvers und der Formdichte zu verzeichnen. Artikel 5,
welcher mit dicht beieinander liegenden Teilungsplatten 15a, 15b hergestellt wurde, wies
eine geringe Menge an eingebrachten Pulver und große Unterschiede bei der
Formdichte auf.
(Versuch 3)
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Pulverformen wurden unter Verwendung eines Behälters mit Teilungsplatten 15a, 15b,
welche in Abständen von 10 mm angeordnet waren, in der gleichen Art wie bei Versuch
1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Oszillierungsfrequenz und der
Oszillierungsdruck verändert wurden. Der Unterschied bzgl. der Formdichte wurde bei jeder
erzielten Pulverform gemessen.
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Wie Fig. 4 zeigt, waren die Unterschiede bzgl. der Formdichte bei
Oszillierungsfrequenzen von weniger als 10 Hz oder mehr als 200 Hz zu groß und waren am geringsten
bei Oszillierungsfrequenzen um die 30 Hz.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist war es nicht möglich, bei Oszillierungsdruck von weniger
als 1 kg das Pulver ausreichend zu oszillieren, so dass große Unterschiede bzgl. der
Formdichte auftraten. Auch nahmen die Unterschiede bei der Formdichte aufgrund zu
großer Oszillierungsausschlagsweite zu, wenn der Vibrationsdruck mehr als 50 kg
betrug.
(Industrielle Anwendung)
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Nach dieser Erfindung wird ein Materialpulver in die Vertiefung einer Form
eingebracht, während der Behälter oszilliert wird. Das Pulver wird somit mit einheitlicher
und großer Dichte eingebracht. Der Artikel, welcher durch Pressen des Pulvers in die
Vertiefung entsteht, zeigt ausgezeichnete Eigenschaften.
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Wenn nur der Behälter oszilliert wird, ist es wahrscheinlich, dass die Form beschädigt
wird. Auch ist es mit dieser Einrichtung möglich, praktisch jede Art von Materialpulver
zu verwenden.
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Indem eine Vielzahl von gegenseitig geteilten Zellen in dem Behälter vorgesehen wird,
kann Vibration im Behälter effektiv auf das Pulver im Behälter übertragen werden, so
dass es möglich ist, das Pulver schnell gleichmäßig mit einem hohen Grad an Dichte in
die Vertiefung einzubringen.