DE102009054222A1

DE102009054222A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entgraten von Grünlingen

Info

Publication number: DE102009054222A1
Application number: DE200910054222
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmitz; Gerhard Jeleniowski
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2009-11-21
Filing date: 2009-11-21
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-11-22
Also published as: WO2011060852A2; WO2011060852A3; EP2501508A2; DE102009054222B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) zum Entfernen eines Grates eines teilweise verdichteten Formteils (6, 28, 45, 46), wobei das Formteil (6, 28, 45, 46) aus einem oder mehreren Komponenten eines verpressten Pulvers (6, 28, 45, 46), insbesondere einem Grünling, gebildet ist, mit Mitteln zur Aufnahme (18, 30, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41) des Formteils (6, 28, 45, 46) und wenigstens einer Einrichtung zum Bestrahlen (13, 24, 25), insbesondere mit einer Strahldüse (15, 26, 27, 50, 51), des Formteils (6, 28, 45, 46) mit einem Strahlgut (52), wobei das Strahlgut (52) ein Kunststoffgranulat ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen eines Grates an einem Formteil (6, 28, 45, 46) und ein Bauteil, insbesondere ein Sinterbauteil, das mittels der Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) und nach dem Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung zur Entfernung eines Grates eines teilweise verdichteten Formteils, wobei das Formteil aus einem oder mehreren Komponenten eines verpressten Pulvers, insbesondere einem Grünling, gebildet ist, mit Mitteln zur Aufnahme des Formteils und wenigstens einer Einrichtung zum Bestrahlen, insbesondere einer Strahldüse, des Formteils mit einem Strahlgut. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung eines Grates eines verdichteten Formteils mit einer Behandlungsvorrichtung sowie ein mittels der Behandlungsvorrichtung und dem Verfahren hergestelltes Sinterbauteil.
Hochbelastete Bauteile, wie beispielsweise Zahnräder, Kettenräder oder Schneidwerkzeuge, werden häufig als Sinterbauteile und mittels eines Sinterverfahrens hergestellt. Ausgangswerkstoffe gesinterter Bauteile sind Pulver, die aus einem oder aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Vor dem eigentlichen Sinterprozess wird das Pulver in einen Formhohlraum gefüllt und verpresst. Mittels des Verpressens des Pulvers wird ein hochporöser Formkörper gebildet, der einen durch den oder die Pressstempel und/oder durch den Formhohlraum bedingt einen mehr oder weniger großen Grat aufweist. Ein Grat entsteht zum Beispiel bei Formhohlräumen beziehungsweise Formen, die aus mehreren Bestandteilen oder Hälften bestehen. An den Fügeflächen der Formhälften bilden sich Grate aus, die in einem weiteren Verfahrensschritt und vor dem eigentlichen Sintern entfernt werden können. Ein derart verpresstes Formteil, das einen Formkörper bildet, wird als Grünling bezeichnet. Zur Entfernung des Grates an einem Grünling sind verschiedene Verfahren bekannt.
Bekannt ist es beispielsweise, den Grat an einem Grünling mittels Bürstens zu entfernen. Da der Grünling lediglich eine geringe Festigkeit aufweist, ist das Bürsten mit einem Nachteil verbunden. Mittels eines Bürstens wird der Grat am Grünling unkontrolliert entfernt, so dass die Gefahr besteht, dass mit dem Grat Bereiche aus dem Grünling herausbrechen, die im fertigen Sinterbauteil eine Funktion übernehmen. Diese Sinterbauteile müssen dann aufwändig nachgearbeitet werden oder bilden gar einen Ausschuss. Insbesondere bei komplizierten Geometrien an den herzustellenden Sinterbauteilen kann die starke mechanische Beanspruchung durch das Bürsten zu einem überhöhten Materialabtrag am minderfesten Bauteils führen und es besteht die Gefahr der Beschädigung des Formteil bzw. Grünlings. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Grünlinge zum Entgraten gehandhabt werden müssen, was wiederum nachteilig ist, da die Grünlinge eine geringe Festigkeit aufweisen und somit ebenfalls die Gefahr einer Beschädigung des Grünlings besteht. Zur Schonung der Grünlinge und damit die Grünlinge nicht manuell gehandhabt werden müssen, sind verschiedene Verfahren Formteile zum automatisierten Entgraten von Grünlingen bekannt geworden.
Aus der DE 697 23 992 T2 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Grünlings sowie einem gleichzeitigen Entgraten des Grünlings bekannt geworden. Zur Herstellung des Grünlings wird das Pulver in einen Formhohlraum einer Vorrichtung eingefüllt. Der Formhohlraum wird anschließend verschlossen und mittels eines Hubstempels erfolgt ein Verpressen des Pulvers zu einem Grünling. Der Grünling wird nach dem Öffnen der Vorrichtung mittels des Pressstempels aus dem Formhohlraum herausbewegt, wobei der Grünling in der Vorrichtung verbleibt. Anschließend verfährt eine Entgratungseinheit über den Grünling, die den Grünling einerseits fixiert und andererseits vollflächig umschließt. Das Entgraten des Grünlings erfolgt dann mittels eines in der Entgratungseinheit erzeugten pulsierenden und umlaufenden Luftstroms. Der entgratete Grünling wird anschließend automatisch aus der Vorrichtung entnommen.
Ein weiteres Verfahren zum Entfernen eines Grats an einem Grünling ist aus der JP 61261402 A bekannt geworden. Das Verfahren beschreibt die pulvermetallurgische Herstellung eines Grünlings, wobei insbesondere die Herstellung eines metallurgischen Körpers aus Metallpulvern beschrieben ist. Der am Grünling entstandene Grat wird dadurch entfernt, dass der Grünling in einen Strahl, zum Beispiel einen Kugelstrahl, eingehängt wird, wodurch die Kanten des Grünlings abgerundet werden. In einem dem Entgraten nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Grünling dann gesintert. Bei derartig vorbearbeiteten Sinterbauteilen entfällt zumeist ein Großteil der Nacharbeit.
Ein Nachteil bei den genannten Verfahren ist der, dass lediglich ein sehr grobes Entgraten mit zum Teil erheblichen Entgratungsraten und Abrundungen an den Kanten der Grünlinge erfolgt. Nachteilig ist es ebenfalls, dass lediglich eine pauschale Entgratung des gesamten Grünlings ermöglicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung zum Entgraten bereitzustellen, die darüber hinaus ein punktuelles und/oder bereichsweises Entgraten ermöglicht und in der der Grat am Grünling mit einer minimalen Belastung für den Grünling entfernt wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe des Verfahrens, ein Verfahren zum Entgraten von Grünlingen bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Entgratung mit minimaler Belastung des Grünlings erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Entfernung eines Grates gemäß dem Patentanspruch 1 und in Bezug auf das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung wie auch aus den Unteransprüchen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden.
Eine Behandlungsvorrichtung, die die gestellte Aufgabe löst, ist eine Behandlungsvorrichtung zum Entfernen eines Grates eines teilweise verdichteten Formteils, wobei das Formteil aus einem oder mehreren Komponenten eines verpressten Pulvers, insbesondere einem Grünling, gebildet ist, mit Mitteln zur Aufnahme des Formteils und wenigstens einer Einrichtung zum Bestrahlen, insbesondere eine Strahldüse, des Formteils mit einem Strahlgut, wobei das Strahlgut ein Kunststoffgranulat ist. Ein Vorteil, der sich durch den Einsatz eines Strahlguts in Form eines Kunststoffgranulates ergibt, ist der, dass der Grünling eine minimale Belastung erfährt. Kunststoffgranulate weisen im Gegensatz zu herkömmlichen, zum Beispiel metallischen Granulaten ein sehr viel geringeres spezifisches Gewicht und eine geringere Härte auf. Eine derartig ausgebildete Behandlungsvorrichtung ist somit in der Lage, einerseits eine genügend hohe Abrasionsfähigkeit durch das Strahlgut bereitzustellen und andererseits durch den eingesetzten Werkstoff den Grünling minimal zu belasten. Durch die minimale Belastung des Grünlings mittels des eingesetzten Strahlguts wird auch eine punktuelle oder bereichsweise Entgratung des Grünlings ermöglicht. Um mit dem eingesetzten Kunststoffgranulat, mit geringem spezifischen Gewicht und geringer Härte den Grat am Grünling zu entfernen, muss die Einrichtung zum Bestrahlen, die beispielsweise eine Strahldüse ist, punktuell und zielgerichtet, das heißt auf den Grat ausgerichtet sein. Hierdurch wird aber gleichzeitig ermöglicht, dass eine punktuelle und/oder bereichsweise Entgratung des Grünlings erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlgut ein Polycarbonat oder eine Mischung aus verschiedenen Polycarbonaten mit einer Korngröße von 0,5 mm × 0,5 mm und/oder 0,75 mm × 0,75 mm und/oder 1,15 mm × 1,15 mm und/oder 2,0 mm × 2,0 mm. Polycarbonat ist ein nichtmetallisches, organisches Feinstrahlmittel, das sich durch sein niedriges spezifisches Gewicht und seine geringe Härte bevorzugt zum Strahlen eines verdichteten Formteils eignet. Beispielhaft kann ein Kunststoffgranulat als Polycarbonat mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 g/cm³, einem Schüttgewicht von 0,74 kg/l und einer Härte von HRR 110 eingesetzt werden. Bevorzugt wird ein Kunststoffgranulat mit einer Partikelgröße von 0,75 mm × 0,75 mm eingesetzt. Darüber hinaus kann dem Kunststoffgranulat ein Antistatikum Konzentrat im Verhältnis von 1 zu 10 beigemischt werden, wodurch zum Beispiel ein Fördern des Kunststoffgranulats erleichtert wird. Die geringe spezifische Dichte und geringe Härte des Polycarbonats verringern zwar das Abrasionsverhalten des Strahlguts, es wird dadurch aber ein den Grünling schonendes und zielgerichtetes Entgraten des Grünlings ermöglicht.
Die üblichen, zum Beispiel metallischen Strahlgute weisen eine hohe Abrasionsfähigkeit auf, wodurch während des Bestrahlens nicht nur der Grat am Formteil entfernt wird, sondern ebenfalls das Formteil angegriffen wird, wodurch es zu starken abrasiven Erscheinungen an den Kanten, wie beispielsweise Verrundungen, kommen kann. Ein derartiges Verrunden wirkt sich zum Teil nachteilig auf die Bauteilgeometrie aus und führt insbesondere bei hochgenauen Bauteilen dazu, dass mit einem hohen Übermaß gearbeitet werden muss. Ein hohes Übermaß führt wiederum zu höheren Kosten bei der Fertigbearbeitung. Darüber hinaus kann ein Bauteil, das mit einem stark abrasiv wirkenden Strahlgut bearbeitet wurde, Formungenauigkeiten und Rundungen aufweisen, die insbesondere bei Präzisionsteilen wie Ungenauigkeiten bei der Herstellung wirken und somit den optischen Eindruck des fertigen Bauteils vermindern. Durch den Einsatz eines Polycarbonats wird lediglich der Grat am Formteil entfernt und das Formteil selbst minimal belastet.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Formteil in der Behandlungsvorrichtung zumindest bereichsweise mittels eines Abdeckelementes abdeckbar ist, so dass das Formteil lediglich bereichsweise bestrahlbar ist. Eine zumindest bereichsweise Abdeckung des Formteils in der Behandlungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass das Formteil punktuell entgratbar und/oder bearbeitbar ist. Weist beispielsweise das Formteil Bereiche auf, die aufgrund ihrer Funktion oder eines präzisen optischen Aussehens nicht bestrahlt werden dürfen, so kann das Abdeckelement dazu dienen, lediglich die Bereiche des Formteils freizugeben, die mit dem Strahlgut zu beaufschlagen sind. Dies bietet wiederum den Vorteil, dass der Grünling, der von seiner Struktur her eine geringe Festigkeit aufweist, einer minimalen Belastung durch das Strahlgut ausgesetzt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Formteil rotationssymmetrisch und das Abdeckelement ein rotationssymmetrisches Abdeckelement. Insbesondere bei Maschinenbauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern oder Kettenrädern kommt es häufig vor, dass lediglich die Bereiche der Zähne der Zahnräder oder Kettenräder bearbeitet werden. In diesen Fällen ist eine bereichsweise Entgratung vorteilhaft. Wird beispielsweise lediglich ein äußerer, einen Zahnkranz aufweisenden Bereich in der Behandlungsvorrichtung freigelegt und das rotationssymmetrische Formteil mittels eines rotationssymmetrischen Abdeckelementes abgedeckt, so ist ein zielgerichtetes und zügiges Entgraten des den Zahnkranz tragenden äußeren Bereichs des rotationssymmetrischen Bauteils ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn in einer bevorzugten Ausführungsform das Formteil drehbar im Aufnahmemittel gehalten ist. Ist das Formteil in der Behandlungsvorrichtung in einem Aufnahmemittel gehalten, das drehbar in der Behandlungsvorrichtung angeordnet ist, so wird ein leichtes Entgraten zum Beispiel mit einer Einrichtung zum Bestrahlen ermöglicht. Vorteilhaft ist es darüber hinaus ebenfalls, wenn das Formteil oder der Grünling rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Bei rotationssymmetrischen Bauteilen, die in dem drehbar gelagerten Aufnahmemittel gehalten sind, ist eine gleichmäßige Entgratung des Formteils in der Behandlungsvorrichtung gewährleistet. Dies gilt insbesondere für den Fall, in dem das Formteil ein rotationssymmetrisches Formteil ist und zum Beispiel an einem äußeren Umfang zu entgraten ist. Hierdurch kann durch den Einsatz lediglich einer Bestrahlungseinrichtung eine umlaufend gleichmäßige Qualität am äußeren Umfang beim Entgraten erzielt werden. Die drehbare Aufnahme des Formteils bietet auch den Vorteil, dass das Strahlgut leicht aufgefangen werden kann, da das Strahlgut stets in einer Richtung auf das Formteil wirkt. Vorstellbar ist es, dass das Aufnahmemittel mittels eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebs angetrieben ist. Vorstellbar ist es auch, das Aufnahmemittel mittelbar mittels eines Getriebes, eines Riementriebs, eines Reibrads oder eines Kettenantriebs anzutreiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung zum Bestrahlen bewegbar in der Vorrichtung aufgenommen, so dass ein Strahl des Strahlguts auf unterschiedliche Bereiche des Formteils ausrichtbar ist. Durch eine beweglich und insbesondere während des Betriebs der Behandlungsvorrichtung bewegbar in der Behandlungsvorrichtung angeordnete Einrichtung zum Bestrahlen, wobei die Einrichtung zum Bestrahlen vorzugsweise eine Strahldüse ist, ist es möglich, Umrüstzeiten zu sparen oder lediglich eine geringere Anzahl von Strahldüsen einzusetzen. Sind beispielsweise unterschiedliche Kanten am Formteil zu entgraten, die aus einer Position der Strahldüse heraus nicht bearbeitbar sind, so kann durch eine Bewegung der Strahldüse in eine andere Position auf eine zweite Strahldüse verzichtet werden. Vorteilhaft ist die Bewegung der Strahldüse auch dahingehend, wenn aufwändige geometrische Formen oder Bauteile mit Hinterschnitten zu entgraten sind. Durch die Möglichkeit einer Bewegung der Strahldüse während des Bearbeitens eines Formteils kann gleichzeitig Strahlgut eingespart werden, da die Strahldüse stets in einem optimalen Anstellungsverhältnis zum Formteil ausrichtbar ist. So ist es möglich, einen Bewegungsablauf zum Entgraten eines Formteils mittels einer Steuerung und/oder eines Computerprogramms zu programmieren und formteilspezifische Programme zu erstellen. Jedem Formteil ist dann ein Computerprogramm oder ein Steuerungsablauf zuordbar. Neben einer optimalen Ausrichtung der Strahldüse in Richtung des Grates am Formteil besteht die Möglichkeit, mit formteilspezifischen Drücken zu arbeiten und somit das Formteil unterschiedlich stark mit Strahlgut zu beaufschlagen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn mindestens zwei Einrichtungen zum Bestrahlen des Formteils mit einem Strahlgut in der Behandlungsvorrichtung enthalten sind. Die Anordnung von zwei, drei, vier oder mehr Einrichtungen zum Bestrahlen beziehungsweise Strahldüsen bietet den Vorteil einer, schnelleren Bearbeitung beziehungsweise Entgratung des Formteils. Dies bietet insbesondere dann einen Vorteil, wenn unterschiedliche Bereiche am Formteil zu entgraten oder große Grate zu entfernen sind. Darüber hinaus bietet der Einsatz mehrerer Strahldüsen die Möglichkeit einer zügigen Entgratung der Formteile, was insbesondere in einer Massenfertigung von Vorteil ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei separate Mittel zur Aufnahme eines Formteils in der Behandlungsvorrichtung enthalten sind und die Aufnahmemittel bewegbar in der Behandlungsvorrichtung befestigt sind, wobei zumindest eine Bearbeitungsposition und eine Einlege- und/oder Aufnahmeposition gebildet ist. Insbesondere im Falle einer Serienfertigung ergibt sich der Vorteil, dass mit mindestens einer Einlegeposition und mindestens einer Bearbeitungsposition eine kontinuierliche Bearbeitung und Entgratung zumindest eines Grünlings ermöglicht wird. So ist es möglich, in einer Einlegeposition ein Formteil zum Entgraten einzulegen und während des Einlegens ein weiteres Formteil in einer Bearbeitungsposition zu entgraten. In einer Behandlungsvorrichtung können zwei, drei, vier, fünf oder mehr Aufnahmen vorhanden sein. Sind in der Behandlungsvorrichtung beispielsweise sechs Aufnahmen für Formteile enthalten, wobei die sechs Aufnahmen auf einem drehbar in der Behandlungsvorrichtung aufgenommenen Drehtisch befestigt sind, so ist es möglich, an einem Ende des Tisches entgratete Formteile zu entnehmen und noch zu entgratende Formteile in eine Aufnahme auf dem Drehtisch einzulegen. An einem anderen Ende des Tisches können die Formteile oder Grünlinge gleichzeitig entgratet werden. Hierdurch wird eine kontinuierliche Fertigung und Auslastung der Strahldüsen gewährleistet und ein wirtschaftliches Fertigen ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Behandlungsvorrichtung eine Handhabungseinheit umfasst, wobei das Formteil mittels der Handhabungseinheit in die Einlege- und/oder Aufnahmeposition einlegbar und/oder aus der Einlege- und/oder Aufnahmeposition heraus aufnehmbar ist. Das Formteil oder der Grünling besitzt eine geringe Festigkeit, so dass die Gefahr einer Beschädigung beim Handhaben des Grünlings besteht. Bei jeder manuellen Handhabung besteht somit die Gefahr, dass das Formteil oder der Grünling beschädigt wird. Wird der Grünling automatisch, das heißt mit einer Handhabungseinheit in die Behandlungsvorrichtung eingelegt, so erfährt der Grünling eine minimale mechanische Belastung. Eine Handhabungseinheit kann hierbei beispielsweise aus einem Industrieroboter oder einer Einheit aus elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Elementen mit Greifern bestehen. Das automatisierte Einlegen und/oder Herausnehmen des Formteils in oder aus der Behandlungsvorrichtung bietet somit den Vorteil einer sicheren Handhabung der Formteile. Darüber hinaus führt ein automatisiertes Zu- und Abführen des Formteils zu einer Produktionssteigerung, da automatisierte Systeme kontinuierlich arbeiten können.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Verfahren bereitgestellt ist, bei dem zur Entfernung eines Grates eines verdichteten Formteils mit einer Behandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gearbeitet wird und bei dem ein verdichtetes Formteil mittels wenigstens einer Strahldüse mit einem Strahlgut bestrahlt wird, wobei das Formteil mit einem Kunststoffgranulat bestrahlt wird. Nach dem Pressen des Pulvers zum Grünling wird der während des Pressens am Grünling entstandene Grat mit einem Strahlgut entfernt. In vorteilhafter Weise wird hierzu ein Kunststoffgranulat eingesetzt, da Kunststoffgranulate eine sehr geringe Abrasionsfähigkeit aufweisen und somit das Formteil schonend und gezielt entgratet werden kann. Nach dem Entgraten wird der Grünling dem eigentlichen Sinterprozess zugeführt. Der Sinterprozess ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Beim Sintern erfolgt, vorrangig durch Diffusionsvorgänge zwischen den verpressten Pulverkörnern, eine Verfestigung des Formteils zum Sinterbauteil, wodurch die Porosität des Sinterbauteils reduziert wird. Durch das Entgraten des Grünlings mittels des Kunststoffgranulats muss das Sinterbauteil nun nicht mehr oder nur in minimaler Weise nachbearbeitet werden. Somit können aufwändige Bearbeitungsschritte am hochfesten Sinterbauteil entfallen oder auf geringstmögliche Anteile hin reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich dann, wenn das Formteil vor dem Bestrahlen mit dem Strahlgut mittels eines Abdeckelementes abgedeckt wird. Mittels eines Abdeckens des Formteils kann eine zielgerichtete und punktuelle Entgratung des Formteils erfolgen. Dies bietet insbesondere dann einen Vorteil, wenn lediglich Bereiche des Formteils entgratet werden sollen. Eine Beaufschlagung des Formteils mit Strahlgut hat stets eine Abtragung von Werkstoff zur Folge. Um zum Beispiel die Übermaße am Formteil so gering wie möglich zu halten oder um filigrane Bereiche des Formteils zu schützen, kann es vorteilhaft sein, zumindest Bereiche des Formteils mit einem Abdeckelement zu schützen oder abzudecken. Vorteilhaft ist dies zum Beispiel in Bereichen mit Hinterschnitten oder geringen Wanddicken, wo das Strahlgut eine schädigende Wirkung auf das Formteil ausüben könnte.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich in einer Ausführungsform und insbesondere dann, wenn das Formteil während des Bestrahlens bewegt, vorzugsweise gedreht wird. Ein Bewegen des Formteils mit gleichzeitigem Bestrahlen des Formteils mit Strahlgut bietet einerseits den Vorteil, dass die Strahldüse stets in eine gleiche Richtung gerichtet sein kann, wodurch ein Auffangen des Strahlguts erleichtert wird und andererseits den Vorteil, dass eine gleichmäßige Entgratung, zum Beispiel an symmetrischen oder rotationssymmetrischen Bauteilen gewährleistet wird. Bei symmetrischen Bauteilen sind Linearbewegungen der Formteile von Vorteil, wohingegen bei rotationssymmetrischen Bauteilen Drehbewegungen vorteilhaft sein können.
Wird das Formteil mit mindestens zwei Strahldüsen bestrahlt, ergibt sich der Vorteil, dass eine beschleunigte Bearbeitung, das heißt Entgratung des Formteils beziehungsweise des Grünlings ermöglicht wird. Eine beschleunigte Bearbeitung ist insbesondere in der Serienfertigung von Massenteilen von Vorteil.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Formteil vor dem Bestrahlen von einer Einlege- und/oder Aufnahmeposition in eine Bearbeitungsstation bewegt. Das Vorhandensein mehrerer, das heißt zwei, drei, vier oder mehr Positionen in der Behandlungsvorrichtung, in die Formteile einlegbar sind, bietet den Vorteil eines kontinuierlichen Bearbeitens. So können Formteile in eine Einlege- oder Aufnahmeposition eingelegt werden und anschließend in eine Bearbeitungsposition verfahren werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine zügige Bearbeitung der Formteile erfolgt, wobei das Einlegen und Herausnehmen des Formteils in die Behandlungsvorrichtung unabhängig vom eigentlichen Entgratungsprozess erfolgen kann. Dies bietet insbesondere in der Serien- und Massenfertigung einen entscheidenden Kostenvorteil.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Formteil mittels einer Handhabungseinheit in die Einlege- und/oder Aufnahmeposition eingelegt und/oder aus der Einlege- und/oder Aufnahmeposition entnommen wird. Die hochporösen Formteile oder Grünlinge sind äußerst bruchempfindlich, da sie eine sehr geringe Festigkeit aufweisen. Insbesondere beim Einlegen in die Behandlungsvorrichtung und beim Herausnehmen aus der Behandlungsvorrichtung ist es vorteilhaft, die Formteile automatisiert einzufügen und/oder herauszunehmen. Neben der höheren Sicherheit bietet eine automatisierte Entnahme sowie das automatisierte Einlegen den Vorteil einer Zeitersparnis, da das Automationssystem kontinuierlich und wiederholgenau arbeiten kann.
Ein gemäß den Verfahrensansprüchen 10 bis 15 hergestelltes und in einer Behandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bearbeitetes Sinterbauteil weist zumindest eine bereichsweise entgratete Oberfläche auf. Kennzeichnend für ein derartiges Sinterbauteil ist die schonende Entgratung, die gezielt auf den Grat gerichtet ist, wobei das Sinterbauteil eine geringstmögliche Abrasion erfahren hat.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in der Figurenbeschreibung angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verweisen. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht auf eine Behandlungsvorrichtung mit einer Handhabungseinheit zum Zuführen und Entnehmen eines Formteils, gemäß einer Ansicht aus Richtung des Pfeils 1 aus 3,
2 eine weitere Seitenansicht auf eine Behandlungsvorrichtung, gemäß einer Ansicht aus Richtung des Pfeils II aus 3, und
3 eine Draufsicht auf eine Behandlungsvorrichtung, gemäß einer Ansicht aus Richtung des Pfeils III aus 2.
Die 1 zeigt eine Behandlungsvorrichtung 1 in einer Vorderansicht gemäß dem Pfeil 1 aus der 3. Die Behandlungsvorrichtung 1 besteht aus einem Untergestell 2, mit einem Drucklufttank 3, einem Behälter 4 für das Strahlgut oder Kunststoffgranulat, einer Fördereinrichtung 5, in Form eines Förderbandes, zum Zu- und Abführen der Formteile 6. Die Behandlungsvorrichtung 1 besitzt eine Einlegestation 7 und eine Entnahmestation 8. Über den Entnahme- und Einlegestationen 7, 8 ist eine Handhabungseinheit 9 in einem Maschinengestell 10 befestigt. Mittels der Handhabungseinheit 9 und insbesondere mittels der Greifer 11, 12 ist ein Einlegen eines Formteils 6 und ein Entnehmen eines entgrateten Formteils 6 aus der Behandlungsvorrichtung 1 möglich. Ebenfalls am Maschinengestell 10 befestigt ist eine Einrichtung zum Bestrahlen 13. Die Einrichtung zum Bestrahlen 13 besteht zumindest einer Haltevorrichtung 14 sowie einer Strahldüse 15. Ebenfalls im unteren Bereich 16 der Behandlungsvorrichtung 1 ist im Maschinengestell 10 eine Steuer- und/oder Überwachungseinrichtung 17 angeordnet.
Ein mit einem Grat versehenes Formteil 6 gelangt über das Förderband 5 in einen Arbeitsbereich des Einlegegreifers 11 und wird mittels der Handhabungseinheit 9 und dem Einlegegreifer 11 vom Förderband 5 in die Einlegestation 7 befördert und in die Einlegestation 7 automatisch eingelegt. Die Einlegestation 7 besitzt eine Formteilaufnahme 18, die wiederum an einem drehbar im Maschinengestell 10 und/oder Untergestell 2 aufgenommenen Drehteller 19 befestigt ist. Mittels einer Drehung des Drehtellers 19 im Uhrzeigersinn wird das in die Einlegestation 7 eingelegte Formteil 6 in eine Bearbeitungsposition befördert, in der das Formteil 6 mittels der Strahldüse 15 entgratet wird. Nach einem Entgraten des Formteils 6 gelangt das Formteil 6 wiederum über eine Drehung des Drehtellers 19 in die Entnahmestation 8. In der Entnahmestation 8 wird das Formteil 6 mittels des Entnahmegreifers 12 und der Handhabungseinheit 9 aus der Entnahmestation 8 entnommen und auf das Förderband 5 befördert und dort abgelegt. Die Handhabungseinheit 9 besteht zum Beispiel aus mehreren miteinander kooperierenden Lineareinheiten 20, 21, die ein Positionieren der Greifer 11, 12 über den Entnahme- und Einlegestationen 7, 8 und dem Förderband 5 ermöglichen.
In der 2 ist eine Ansicht auf eine Behandlungsvorrichtung 22 aus Richtung des Pfeils 11 aus der 3 dargestellt. Zeigt die 1 eine Vorderansicht auf die Behandlungsvorrichtung 22, so zeigt die 2 eine Rückansicht auf die Behandlungsvorrichtung 22.
Am Maschinengestell 23 ist eine obere Einrichtung zum Bestrahlen 24 und eine untere Einrichtung zum Bestrahlen 25 befestigt. Die obere und untere Einrichtung zum Bestrahlen 24, 25 sind jeweils mit einer Strahldüse 26, 27 versehen. Die Strahldüsen 26, 27 sind auf ein Formteil 28 ausgerichtet, das sich in der Arbeitsposition 29 der Behandlungsvorrichtung 22 befindet. Das Ausführungsbeispiel zeigt Einrichtungen zum Bestrahlen 24, 25, die die Strahldüsen 26, 27 stationär im Maschinengestell 23 halten. Möglich ist aber auch eine bewegbare Befestigung der Strahldüsen 26, 27 im Maschinengestell 23, dann können die Einrichtungen zum Bestrahlen 24, 25 zusätzlich Antriebsmittel aufweisen.
Das Formteil 28 ist in einer Formteilaufnahme 30 eingelegt und von einem Abdeckelement 31 zumindest bereichsweise abgedeckt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Formteil 28 ein Zahnrad 28 mit einer Außenverzahnung. Mittels des Abdeckelementes 31 wird das Formteil 28 derartig abgedeckt, dass lediglich die Verzahnung beziehungsweise der äußere Umfang des Zahnrads frei in der Arbeitsposition liegt. Wird das Formteil 28 nun mit den Strahldüsen 26, 27 beaufschlagt, so gelangt das Strahlgut lediglich auf den Bereich der Verzahnung des Formteils 28, der frei liegt, das heißt nicht vom Abdeckelement abgedeckt wird. Dies bietet den Vorteil, dass zum Beispiel eine innere Bohrung des Zahnrads 28 zur späteren Montage auf eine Welle oder eine Achse nicht vom Strahlgut beaufschlagt wird, so dass die Bohrung vom Strahlgut nicht beschädigt wird. Zu beachten ist hierbei stets, dass das Formteil 28 leicht zu beschädigen ist, da das Formteil 28 als Grünling eine geringe Festigkeit aufweist. Während des Bestrahlens des Formteils 28 durch die Strahldüsen 26, 27 fällt das Strahlgut in den als Trichter ausgebildeten Vorratsbehälter 32, in dem es zum wiederholten Gebrauch durch die Strahldüsen 26, 27 zur Verfügung steht.
Am Drehteller 33 sind weitere Formteilaufnahmen 34, 35 befestigt, die ein kontinuierliches Arbeiten der Behandlungsvorrichtung 22 ermöglichen. Nach dem Bestrahlen des Formteils 28 in der Bearbeitungsposition 29 wird das Abdeckelement 31 vorzugsweise automatisch vom Formteil 28 abgehoben, so dass das Abdeckelement 31 zum Abdecken eines weiteren Formteils zur Verfügung steht.
Das Formteil 28 ist als rotationssymmetrisches Formteil 28 ausgebildet. Je nach am Formteil 28 vorliegendem Grat wird der Grat mit der oberen Strahldüse 26 und/oder mit der unteren Strahldüse 27 vom Formteil 28 entfernt. Bei rotationssymmetrischen Formteilen ist es vorteilhaft und eine bevorzugte Ausführungsform, dass das Formteil 28 in der Bearbeitungsposition um seine Mittelachse herum gedreht wird, so dass das Strahlgut den Grat kontinuierlich und umfänglich vom Formteil 28 entfernen kann. In dieser Ausführungsform mit einem rotationssymmetrischen Formteil 28 bewegt sich das Formteil 28 in der festen Arbeitsposition 29 um seine Mittelachse. Ist das Formteil 28 beispielsweise rechteckförmig oder quadratisch, so kann das Formteil 28 linear und/oder drehend bewegt werden, um einen umfänglichen Grat am Formteil 28 zu entfernen.
In der 3 ist eine Draufsicht auf eine Behandlungsvorrichtung 35 aus Sicht des Pfeils III gemäß der 2 dargestellt. Der Drehteller 36 ist sternförmig ausgebildet und besitzt in diesem Ausführungsbeispiel 6 Formteilaufnahmen 37, 38, 39, 40, 41, die symmetrisch auf einem einheitlichen Durchmesser des Drehtellers 36 angeordnet sind. Die Formteilaufnahme 37 bildet die Einlegeposition 42 und die Formteileaufnahme 41 die Entnahmestation 43. Die Formteilaufnahme 39 bildet die Strahl- oder Bearbeitungsposition 44. In der Entnahmestation 41 und der Strahl- oder Bearbeitungsposition 44 ist jeweils ein Formteil 45, 46 eingelegt.
Über das bevorzugt elektrisch angetriebene Förderband 47 erfolgt eine automatische Zuführung eines Formteils 45, 46 von einer nicht dargestellten Pulverpresse. In der Pulverpresse wird aus einem, aus einem oder mehreren Komponenten eines Werkstoffs gebildeten Pulvers ein Formteil, bevorzugt ein Grünling, gepresst. Um den Grünling 45, 46 möglichst geringen mechanischen Belastungen auszusetzen, wird der Grünling 45, 46 mittels des Förderbandes 47 der Behandlungs- oder Entgratungsvorrichtung 35 zugeführt. Mittels eines Greifers 48 und der Handhabungs- beziehungsweise Lineareinheit 49 wird der zu entgratende Grünling 45, 46 auf dem Förderband 47 ergriffen, zur Einlegeposition 42 transportiert und in die Formteilaufnahme 37 eingelegt. Nach einer Drehbewegung im Uhrzeigersinn des Drehtellers 36, um in diesem Ausführungsbeispiel 120°, gelangt der zu entgratende Grünling 46 in die Strahl- oder Bearbeitungsposition 44. Der in diesem Ausführungsbeispiel wiederum dargestellte rotationssymmetrische Grünling 45, 46 wird mittels eines Abdeckelementes abgedeckt und anschließend mittels der unteren und oberen Strahldüse 50, 51 mit Strahlgut 52 beaufschlagt.
Am Drehteller 36 ist eine Vorrichtung enthalten, die den Grünling 45, 46 während des Bestrahlens mittels der Strahldüsen 50, 51 um seine Mittelachse herum dreht, so dass ein umfängliches Entgraten des Grünlings 45, 46 ermöglicht wird. Beispielhaft, wenn auch nicht dargestellt, ist es ebenfalls möglich, dass eine oder beide Strahldüsen 50, 51 um den Grünling 45, 46 herum in der Bearbeitungsvorrichtung 35 bewegt werden. Nach einem Entgraten des Grünlings 45, 46 wird das Abdeckelement vom Grünling 45, 46 entfernt und der Drehteller 36 bewegt sich wiederum um 120° im Uhrzeigersinn, so dass der entgratete Grünling 45, 46 in die Entnahmestation 43 gelangt. In der Entnahmestation 43 ergreift ein Greifer 53 den entgrateten Grünling 45, 46, entnimmt ihn aus der Formteilaufnahme 41 und legt den Grünling 45, 46 auf dem Förderband 47 ab. Einerseits bietet die automatisierte Entgratung den Vorteil, dass der Grünling 45, 46 minimalen mechanischen Belastungen unterliegt, und darüber hinaus kann eine kontinuierliche Entgratung in einer Serienfertigung gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringen Platzbedarf der Bearbeitungsvorrichtung 35, die lediglich 0,8 m² benötigt und somit in vorhandene Einrichtungen zur Herstellung von Sinterteilen leicht integrierbar ist.
Unterhalb der Strahl- oder Bearbeitungsposition 44 befindet sich der Vorratsbehälter 54 zur Aufnahme des Strahlguts beziehungsweise Kunststoffgranulats 52. Der Drehteller 36 besitzt umlaufend Öffnungen 55, von denen lediglich eine Öffnung 55 mit einem Bezugszeichen versehen ist, durch das das Strahlgut 52 hindurchfallen und in den Vorratsbehälter gelangen kann. Zusätzlich sind am Drehteller 36 aus Blech gefertigte Führungsbleche 56 befestigt, die das gestrahlte Granulat 52 zusätzlich in den Vorratsbehälter 54 zurückbefördern.
Als Kunststoffgranulat 52 wird bevorzugt ein Polycarbonat in einer Körnung von 0,75 mm × 0,75 mm, mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 g/cm³ und einer Härte von HRR 110, das bevorzugt mit einem Antistatikum vermengt wird, eingesetzt. Ein bevorzugtes Gemisch wird aus einem Verhältnis von 10:1 Kunststoffgranulat zu Antistatikum gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69723992 T2 [0004]
JP 61261402 A [0005]

Claims

Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) zum Entfernen eines Grates eines teilweise verdichteten Formteils (6, 28, 45, 46), wobei das Formteil (6, 28, 45, 46) aus einem oder mehreren Komponenten eines verpressten Pulvers, insbesondere einem Grünling, gebildet ist, mit Mitteln zur Aufnahme (18, 30, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41) des Formteils (6, 28, 45, 46) und wenigstens einer Einrichtung zum Bestrahlen (13, 24, 25), insbesondere mit einer Strahldüse (15, 26, 27, 50, 51), des Formteils (6, 28, 45, 46) mit einem Strahlgut (52), dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlgut (52) ein Kunststoffgranulat ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlgut (52) ein Polycarbonat mit einer Korngröße von 0,5 mm × 0,5 mm und/oder 0,75 mm × 0,75 mm und/oder 1,15 mm × 1,15 mm ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) in der Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) zumindest bereichsweise mittels eines Abdeckelementes (31) abdeckbar ist, so dass das Formteil (6, 28, 45, 46) lediglich bereichsweise bestrahlbar ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) rotationssymmetrisch ist und das Abdeckelement (31) ein rotationssymmetrisches Abdeckelement (31) ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) drehbar im Aufnahmemittel (18, 30, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41) gehalten ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestrahlen (13, 24, 25) bewegbar in der Vorrichtung (1, 22, 35) aufgenommen ist, so dass ein Strahl des Strahlguts (52) auf unterschiedliche Bereiche des Formteils (6, 28, 45, 46) ausrichtbar ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Einrichtungen zum Bestrahlen (13, 24, 25) des Formteils (6, 28, 45, 46) mit einem Strahlgut (52) in der Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) enthalten sind.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei separate Mittel zur Aufnahme (18, 30, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41) eines Formteils (6, 28, 45, 46) in der Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) enthalten sind und die Aufnahmemittel (18, 30, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 41) bewegbar in der Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) befestigt sind, wobei zumindest eine Bearbeitungsposition (29, 44) und eine Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) gebildet ist.
Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) eine Handhabungseinheit (9, 49) umfasst, wobei das (6, 28, 45, 46) mittels der Handhabungseinheit (9, 49) in die Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) einlegbar und/oder aus der Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) aufnehmbar ist.
Verfahren zur Entfernung eines Grates eines verdichteten Formteils (6, 28, 45, 46) mit einer Behandlungsvorrichtung (1, 22, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei dem ein verdichtetes Formteil (6, 28, 45, 46) mittels einer Strahldüse (15, 26, 27, 50, 51) mit einem Strahlgut (52) bestrahlt wird, dadurch gekennzechnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) mit einem Kunststoffgranulat bestrahlt wird.
Verfahren zur Entfernung eines Grates nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) vor dem Bestrahlen (13, 24, 25) mit dem Strahlgut (52) mittels eines Abdeckelementes (7) abgedeckt wird.
Verfahren zur Entfernung eines Grates nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) während des Bestrahlens bewegt, vorzugsweise gedreht, wird.
Verfahren zur Entfernung eines Grates nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) mit mindestens zwei Strahldüsen (15, 26, 27, 50, 51) bestrahlt wird.
Verfahren zur Entfernung eines Grates nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) vor dem Bestrahlen von einer Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) in eine Bearbeitungsstation (29, 44) bewegt wird.
Verfahren zur Entfernung eines Grates nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (6, 28, 45, 46) mittels einer Handhabungseinheit (9, 49) in die die Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) eingelegt und/oder aus der Einlege- und/oder Aufnahmeposition (7, 8, 41, 42, 43) entnommen wird.
Sinterteil hergestellt zumindest nach einem der Verfahrensschritte 10 bis 15 mit einer Behandlungvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinterteil zumindest Bereichsweise eine entgratete Oberfläche aufweist.