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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen beweglichen Kern eines Solenoidventils,
der eine Ventilstange trägt,
zur Verwendung in einem Aktuator zum Steuern eines Bremshydraulikdrucks
eines Fahrzeugs und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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2 zeigt ein typisches Stellglied
zum Steuern eines Bremshydraulikdrucks eines Fahrzeugs, der eine
Hydraulikdrucksteuereinheit 1, eine an einer Seite der
Steuereinheit 1 gekoppelte Motoreinheit 2 und
eine an die gegenüberliegende
Seite der Steuerseite 1 gekoppelte elektronische Steuereinheit
(ECU) 3 umfasst. Diese Bauart von Stellglied ist in der
JP Patentveröffentlichung
2001-260846 offenbart.
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Die
Steuereinheit 1 hat ein Gehäuse 10, das typischerweise
aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, in dem ein Speicher 12,
eine Pumpe 13 und ein Paar von Drucksteuerventilen 30 und 20 zum
Erhöhen
beziehungsweise Verringern von Druck montiert sind. Das Gehäuse 10 ist
mit einem ersten Durchtritt 16 ausgebildet, der sich von
einer Hauptzylinderöffnung 14 zu
dem Ventil 30 zur Druckerhöhung und dann zu einer Radzylinderöffnung 15 erstreckt, einem
zweiten Durchtritt 17, der sich von der Radzylinderöffnung 15 zu
dem Speicher 12 durch das Ventil 20 zur Druckverringerung
erstreckt, und einem dritten Durchtritt 18, der sich von
dem Speicher 12 durch die Pumpe 13 und das Ventil 30 zur
Druckerhöhung zu
der Radzylinderöffnung 15 erstreckt.
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Die
Steuerventile
20 und
30 sind typischerweise Solenoidventile.
Zum Beispiel wird in der Druckschrift
JP 4 287 840 A ein dem in
1 gezeigten ähnliches Solenoidventil als
Ventil
30 zur Druckerhöhung
verwendet. Es sollte verstanden werden, dass
1 selbst eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Dieses Ventil umfasst ein rohrförmiges Joch
31, eine
rohrförmige
Haspel
32, die in dem Joch
31 montiert ist, eine
durch Strom erregte Spule
33, die auf die Haspel
32 gewickelt
ist, einen beweglichen Kern (Schwingspule)
34, die axial gleitbar
in ein in die Haspel
32 gepasstes Führungsteil
37 eingefügt ist,
und eine an dem Kern
34 befestigte Ventilstange
35,
die an ihrem vorderen Ende einen zum Berühren eines Ventilsitzes
39 angepassten Ventilkörper
38 aufweist.
Durch das ausgewählte
Aktivieren und Deaktivieren der Spule wird die Ventilstange
35 zusammen
mit dem Kern
34 axial so bewegt, dass deren Ventilkörper
38 in
Berührung
und außer
Berührung
mit dem Ventilsitz
39 gebracht wird.
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Um
den Kern 34 unter der durch die Spule 33 erzeugten
Magnetkraft in dessen axialer Richtung zu bewegen, muss der Kern 34 aus
einem magnetisierbaren Material ausgebildet sein. Andererseits wird die
Ventilstange 35 wünschenswert
nicht durch die Magnetkraft von der Spule beeinflusst. Somit ist
sie aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt. Mit anderen
Worten sind der Kern 34 und die Ventilstange 35 aus
unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Bekannte derartige Kerne
und Ventilstangen werden daher getrennt hergestellt und zusammengefügt.
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Die
Druckschrift
JP 2000
087117 A schlägt vor,
ein ferromagnetisches Pulver oder ein Gemisch eines solchen eisenmagnetischen
Pulvers und anderer Pulver in die Form des Kerns
34 zu
verdichten, dieses verdichtete Rohprodukt auf die Ventilstange
35 zu
passen und zu sintern. Durch das Sintern wird der Kern mit der Ventilstange
35 gefügt. Der
Kern wird nämlich
gleichzeitig mit der Ventilstange gefügt, wenn er ausgebildet wird.
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Allerdings
muss mit dieser Anordnung auch noch die Ventilstange 35 zum
Beispiel durch Schneiden getrennt ausgebildet werden. Darüber hinaus macht
es der Schritt des Anpassens des verdichteten Rohlings auf die Ventilstange 35 schwieriger
den Kern und die Ventilstange herzustellen und zusammenzubauen.
Darüber
hinaus ist es schwierig, den Kern so auf die Ventilstange zu passen,
dass sie genau miteinander ausgerichtet sind. Falls diese nur gering
zueinander fehlausgerichtet sind, kann der Ventilkörper 38 nicht
geeignet auf dem Ventilsitz 39 sitzen, wodurch es schwierig
gemacht wird, das Ventil zuverlässig
zu öffnen
und zu schließen.
Es wird insbesondere schwierig das Ventil vollständig abzudichten, wenn dies
gewünscht
ist.
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Es
ist die Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines beweglichen Kerns mit einer Ventilstange für ein Solenoidventil bereitzustellen,
mit dem der bewegliche Kern und die Ventilstange einfach und genau
miteinander ausgerichtet werden können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
werden der bewegliche Kern und die Ventilstange durch gleichzeitiges
Sintern ausgebildet. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung
die folgenden zwei Verfahren bereit:
- 1) Verfahren
ein bewegliches Kernteil zur Verwendung in einem Solenoidventil
herzustellen, wobei das bewegliche Kernteil einen Kern und eine
Ventilstange umfasst, und das Solenoidventil angepasst ist, durch
das Bewegen der Ventilstange zusammen mit dem Kern geöffnet und
geschlossen zu werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorbereiten
einer Form; Geben eines ersten Pulvers in die Form, das aus einem
nicht magnetisierbaren Pulver und einem Gemisch aus einem nicht
magnetisierbaren Pulver und einem anderen Pulver ausgewählt ist;
Verdichten des ersten Pulvers, um einen ersten Pulverpresskörper in
Form der Ventilstange auszubilden; Geben eines zweiten Pulvers in
die Form, das aus einem magnetisierbaren Pulver und einem Gemisch
aus einem magnetisierbaren Pulver und einem anderen Pulver ausgewählt ist,
damit es auf dem ersten Pulverpresskörper abgelagert ist; Verdichtung
des zweiten Pulvers, um einen zweiten Pulverpresskörper in
Form des Kerns auszubilden; und Sintern der ersten und zweiten Pulverpresskörper, um
die ersten und zweiten Pulverpresskörper zusammen zu fügen, und
dabei die Ventilstange aus dem ersten Pulverpresskörper und
den Kern aus dem zweiten Pulverpresskörper als einstückigen Gegenstand
auszubilden.
- 2) Verfahren zum Herstellen des beweglichen Kernteils wie oben
beschrieben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Vorbereiten
einer Form; Geben eines ersten Pulvers in die Form, das aus einem
magnetisierbaren Pulver und einem Gemisch aus einem magnetisierbaren
Pulver und einem anderen Pulver ausgewählt ist; Verdichten des ersten
Pulvers, um einen ersten Pulverpresskörper in Form des Kerns auszubilden;
Einfügen
eines zweiten Pulvers in die Form, das aus einem nicht magnetisierbaren Pulver
und einem Gemisch aus einem nicht magnetisierbaren Pulver und einem
anderen Pulver ausgewählt
ist, um auf dem ersten Pulverpresskörper abgelagert zu werden;
Verdichten des zweiten Pulvers, um einen zweiten Pulverpresskörper in
Form der Ventilstange auszubilden; und Sintern der ersten und zweiten
Pulverpresskörper, um
die ersten und zweiten Pulverpresskörper zusammenzufügen, und
dabei die Ventilstange aus dem zweiten Pulverpresskörper und
den Kern aus dem ersten Pulverpresskörper als einstückigen Gegenstand
auszubilden.
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Mit
jedem der obigen Verfahren werden der Kern und die Ventilstange
fest als praktisch einstückiger
Gegenstand zusammengefügt.
Der Kern und die Ventilstange können
durch exaktes Folgen der Kontur der Formhöhlung ausgebildet werden, wobei
deren Achsen genau miteinander ausgerichtet sind.
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Das
magnetisierbare Pulver kann Fe-P Pulver, Fe-Si Pulver, Fe-Si-P Pulver,
Permalloy Pulver, Permendur Legierung Pulver, oder ein elektromagnetisches,
rostfreies Pulver wie zum Beispiel SUS 401 sein. Das nicht magnetisierbare
Pulver kann ein nicht magnetisierbarer, rostfreier Stahl wie zum
Beispiel SUS 304 sein.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere
Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
offensichtlich werden, in denen:
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1 eine
seitliche Schnittansicht eines beweglichen Kernteils bei der Verwendung
in einem Solenoidventil ist, das die vorliegende Erfindung ausführt;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Hydraulikdrucksteueraktuators ist,
der Solenoidventile hat, von denen jedes das bewegliche, in 1 gezeigte
Kernteil aufweist;
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3A–3D ein
erstes Verfahren zum Herstellen des beweglichen Kernteils gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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4A–4D ein
zweites Verfahren zum Herstellen des beweglichen Kernteils gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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5 ein
drittes Verfahren zum Herstellen des beweglichen Kernteils gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
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6 ein
unterschiedliches, bewegliches Kernteil zeigt, das die vorliegende
Erfindung ausführt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
das Steuerventil 30 zur Druckerhöhung, das die vorliegende Erfindung
ausführt,
das in der in 2 gezeigten Hydraulikdrucksteuereinheit 1 an
Stelle des bekannten Ventils 30 zur Druckerhöhung montiert
ist.
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Diese
spezifische Steuereinheit 1 ist auf einem Aktuator eines
Antiblockiersystems (ABS) zum Steuern des Bremshydraulikdrucks eines
Fahrzeugs auf eine bekannte Weise montiert. Das Steuerventil 30 zur
Druckerhöhung
ist mittels einer Metalldichtung flüssigkeitsdicht an dem Gehäuse 10 der
Steuereinheit 1 montiert, die in das Gehäuse 10 gepasst
ist, um sich so quer über
den Durchtritt 17 zu erstrecken, der sich von der Radzylinderöffnung 15 erstreckt.
Die Pumpe 13 wird durch einen Motor M angetrieben.
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Das
rohrförmige
Joch 31 des Steuerventils 30 zur Druckerhöhung weist
sein inneres Ende offen auf. Die rohrförmige Haspel 32 liegt
koaxial mit dem Joch 31. Die Spule 33 ist um die
Haspel 32 gewickelt, wie oben beschrieben wurde. Der Zwischenraum zwischen
der Spule 33 und dem Joch 31 ist mit einem Epoxidharz 36 gefüllt. Der Kern
(Wechselspule) 34, der die Ventilstange 35 trägt, ist
so in der Haspel 32 aufgenommen, dass er in dessen Axialrichtung
beweglich ist, wie früher
beschrieben wurde. Sein Axialhub ist auf t beschränkt, was
der Lücke
zwischen der Führung 37 und
dem Ende des Kerns 34 entspricht. Durch ausgewähltes Aktivieren
und Deaktivieren der Spule wird der Ventilkörper 38 bei der Spitze
der Ventilstange 35 in Berührung mit dem Ventilsitz 39 angepasst,
um davon heraus bewegt zu werden. Auf diese Weise öffnet und
schließt
das Ventil ausgewählt. Elektrischer
Strom wird durch Anschlüsse 4 zu
der Spule zugeführt.
Wenn die Spule deaktiviert ist, wird die Ventilstange 35 durch
eine Rückkehrfeder 38a geschoben,
bis der Ventilkörper 38 sich
von dem Ventilsitz 39 trennt.
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Die
Ventilstange 35 und der bewegliche Kern 34 des
Solenoidventils 30 gemäß der Erfindung
werden durch Sintern ausgebildet, wobei eines der drei in 3A–3D, 4A–4D beziehungsweise 5 gezeigten
Verfahren verwendet wird.
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Das
Verfahren der 3A–3D umfasst die
folgenden Schritte
- 1) Einfügen einer Matrize oder Form 41 zum
Ausbilden der Ventilstange 35 in eine Matrize oder Form 45 zum
Ausbilden des Kerns 34;
- 2) Einfügen
eines unteren Stempels 43 in eine Höhlung 42 der Matrize 41 von
unterhalb der Matrize;
- 3) Einfüllen
eines nicht magnetisierbaren Pulvers, typischerweise SUS Pulver
a mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 150 Mikrometern
in die Höhlung 42 (3A);
- 4) Absenken eines oberen Stempels 44 in die Höhlung 42 um
das Pulver a in die Form der Ventilstange 35 zu verdichten
(3B);
- 5) Heben des oberen Stempels 44 und dann Heben des
unteren Stempels 43 oder Senken der Matrize 41 bis
die Verdichtung a ein wenig von der Spitze der Matrize 41 vorspringt;
- 6) Geben eines magnetisierbaren Pulvers, typischerweise Fe Pulver
b mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 150 Mikrometern in
eine Höhlung 46 der
Kernformmatrize 45 (3C);
- 7) Absenken des oberen Stempels 47 in die Höhlung 46,
um das Pulver b in die Form des Kerns 34 zu verdichten
( 3D);
- 8) Lösen
der Presskörper
a und b von der Matrize; und
- 9) Sintern der Presskörper
a und b bei 1150 °C
für 30
Minuten um ein einstückiges
Kernteil auszubilden, das den Kern 34 und die Ventilstange 35 umfasst.
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Die
Ventilstange 35 dieses Kernteils dringt in den Kern 34 ein.
Im Gegenzug bildet das in 4A–4D gezeigte
Verfahren ein Kernteil aus, das einen Kern 34 und eine
Ventilstange 35 umfasst, die nicht in das Kernteil 34 eindringt.
Bei diesem Verfahren wird eine einstückige Matrize verwendet, die die
Kernformmatrize 45 und die Ventilstangenformmatrize 41 umfasst.
Bei diesem Verfahren wird nach dem Verdichten des Pulvers a der
untere Stempel 43 gehoben oder die Matrize (41, 45)
wird abgesenkt, bis die Spitze des Pulvers a im Wesentlichen mit
der Schulter zwischen den Matrizen 41 und 45 bündig ist. Auf
diese Weise werden die Presskörper
a und b vorrübergehend
entlang einer horizontalen Ebene gefügt, wenn das Pulver b nachfolgend
verdichtet wird, wie in 4D gezeigt
ist. Die auf diese Weise gefügten
Presskörper
a und b werden von der Matrize (41, 45) gelöst und fest
durch Sintern zusammengefügt. In
einem alternativen Verfahren der 4A–4D ist
die Matrize (41, 45) kopfüber positioniert, und das Pulver
b wird zuerst in die Höhlung
der Matrize 45 gegeben und verdichtet, und dann wird das
Pulver a in die Höhlung
der Matrize 41 gegeben und verdichtet.
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Bei
dem Verfahren der 5 wird eine Formbaugruppe 48 verwendet,
bei der Formen 48a, 48b, 48c und 48d verwendet
werden. Ein Gemisch a',
das 50 Gewichtsprozent eines SUS Pulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgröße von 150
Mikrometern und 50 Gewichtsprozent eines Harzes umfasst, wird in
eine Höhlung 49 der
Form 48a von unterhalb der Form 48a einspritzgegossen,
und ein Gemisch b', das
50 Gewichtsprozent eines Eisenpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgröße von 150
Mikrometern und 50 Gewichtsprozent eines Harzes umfasst, wird von
oberhalb der Form 48a in eine Höhlung 49 einspritzgegossen.
Nach dem Metalleinspritzgießen wird
das Harz teilweise verdampft, bis sein Gewicht ungefähr 10 bis
50 % des ursprünglichen
Gewichts beträgt,
und dann werden die Verdichtungen a' und b' von der Form 48a gelöst und dann
für 30
Minuten bei 1150 °C
gesintert. Durch das Sintern verdampft das Harz vollständig.
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Eine
Stahlkugel als Ventilkörper 38 wird
in eine Aussparung 35a gepresst, die an der Spitze der Ventilstange 35 ausgebildet
ist (3D). Falls die Stahlkugel nicht ausreichend fest
durch Presspassen an der Ventilstange 35 befestigt werden
kann, kann eine beliebige andere Fügeeinrichtung wie zum Beispiel
Bonden für
eine festere Fügung
verwendet werden. Ebenfalls kann das Pulver a oder a' verdichtet werden,
wobei die Stahlkugel auf dem unteren Stempel 43 oder der
Form 48c angeordnet ist, um die Stahlkugel vorrübergehend
mit dem Presskörper
a oder a' zu fügen, um
die Stahlkugel fester an der Ventilstange zu befestigen. Wenn dann
der Presskörper a
oder a' gesintert
wird, wird die Stahlkugel fest an die Ventilstange gefügt. Ebenfalls
kann die Stahlkugel als einstückiges
Teil der Ventilstange ausgebildet werden, indem Pulver in eine Aussparung 43a (3A)
gegeben wird, die in der oberen Fläche des unteren Stempels 43 oder
der Form 48c ausgebildet ist, und zusammen mit dem Pulver
a oder a' verdichtet
und gesintert wird. Der Ventilkörper
einer Nadelventilstange, wie sie in 6 gezeigt
ist, ist tatsächlich
eine spitz zulaufende Spitze der Ventilstange. Solch ein Ventilkörper wird
ausgebildet, wenn das Pulver a oder a' verdichtet und gesintert wird.
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Der
Kern 34 und die Ventilstange 35 der vorliegenden
Erfindung, die durch gleichzeitiges Sintern ausgebildet sind, sind
fest miteinander gefügt.
Da der Kern und die Ventilstange durch exaktes Folgen der Höhlungsform
der Form ausgebildet sind, können
sie so ausgebildet werden, dass sie genau miteinander ausgerichtet
sind. Das Ventil kann auf diese Weise genau geöffnet und geschlossen werden.
Insbesondere mit der in 6 gezeigten Nadelventilstange kann
der abgeschrägte
Winkel der abgeschrägten Fläche der
spitz zulaufenden Spitze, die als Ventilkörper 38 dient, mit
hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der Öffnungsgrad des Ventils kann
auf diese Weise mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
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Während der
Kern der Ausführungsform
als Teil eines Ventils zur Druckerhöhung beschrieben wurde (wie
zum Beispiel das Ventil 30), das in einer Hydraulikdrucksteuereinheit
(wie zum Beispiel der Steuereinheit 1) zu montieren ist,
kann er ebenfalls als Teil eines Ventils 20 zur Druckverringerung
oder eines beliebigen anderen Solenoidventils verwendet werden,
das nicht nur in einem Aktuator zur Steuerung eines Bremshydrauliksystems
eines Fahrzeugs zu montieren ist, sondern in einer beliebigen anderen Vorrichtung.
Da der bewegliche Kern und die Ventilstange als gemeinsames einstückiges Teil
durch das Sintern von Pulvern ausgebildet werden, können sowohl
der Kern als auch die Ventilstange mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit
ausgebildet werden, wobei deren Achsen genau miteinander ausgerichtet sind.
Ebenfalls können
sie einfach zu geringen Kosten ausgebildet werden. Das diesen beweglichen Kern
enthaltende Ventil kann mit hoher Genauigkeit geöffnet und geschlossen werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Herstellen eines beweglichen Kerns mit einer Ventilstange
eines Solenoidventils, mit dem der bewegliche Kern und die Ventilstange
einfach und genau miteinander ausgerichtet werden können. Die
Ventilstange und der bewegliche Kern werden durch Sintern hergestellt,
wie folgt. Zuerst wird SUS Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 150
Mikrometern in eine Höhlung
einer ersten Form gegeben, wobei ein unterer Stempel in die Höhlung eingefügt ist.
Das Pulver wird durch das Absenken eines oberen Stempels in die
Höhlung
in einen Pulverpresskörper
in Form einer Ventilstange verdichtet, Die erste Form wird ein wenig
abgesenkt, so dass der Pulverpresskörper ein wenig aus der Höhlung vorspringt.
Fe Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 150
Mikrometern wird in eine Höhlung
einer zweiten Form gegeben, um so auf dem Pulverpresskörper in
der Höhlung
der ersten Form abgelagert zu werden. Der obere Stempel wird abgesenkt,
um das Pulver in der zweiten Höhlung
in einen Pulverpresskörper
in der Form des Kerns zu verdichten. Nach dem Lösen der Pulverpresskörper werden
sie durch Sintern zusammengefügt.