DE102019210436A1

DE102019210436A1 - Vorrichtung zum Pulversintern und Herstellung eines Formteils durch Pulversintern

Info

Publication number: DE102019210436A1
Application number: DE102019210436.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Baumann; Thiemo Stawinski
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN213916101U

Abstract

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Pulversintern sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils. Die Vorrichtung umfasst einen Pulverkasten mit einer halboffenen Kavität zum Aufnehmen eines Sinterpulvers und ein Formwerkzeug mit einer Formwerkzeugoberfläche, die eine Form eines herzustellenden Formteils definiert, wobei das Formwerkzeug mit dem Pulverkasten so verbindbar ist, dass zwischen dem Formwerkzeug und dem Pulverkasten ein geschlossener Hohlraum ausgebildet wird, der die halboffene Kavität des Pulverkastens umfasst und bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche begrenzt wird. mindestens eine Vibrationsvorrichtung, die zumindest teilweise in dem Hohlraum aufgenommen ist. Die Herstellung des Formteils erfolgt durch Pulversintern, insbesondere unter Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Pulversintern.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Pulversintern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch Pulversintern. Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung ausgeführt werden.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bzw. Verfahren zum Pulversintern bekannt, bei denen ein Pulverkasten, der Sinterpulver enthält, bereitgestellt wird und mit einem erhitzten Formwerkzeug verbunden wird, wobei die beiden miteinander verbundenen Teile so gedreht werden, dass das in dem Pulverkasten vorhandene Pulver mit einer Formwerkzeugoberfläche des Formwerkzeugs in Kontakt kommt. Das Sinterpulver wird durch die erhitzte Formwerkzeugoberfläche aufgeheizt und gesintert und bildet so das Formteil aus, dessen Form durch die Formwerkzeugoberfläche definiert ist.
Im Stand der Technik sind bereits Ansätze diskutiert worden, wie eine möglichst gute Verteilung des Sinterpulvers erreicht werden kann. Bekannte Lösungen umfassen dabei ein Erschüttern des Formwerkzeugs, um das Pulver zu verteilen. Beispielsweise aus der Druckschrift JP 05131472 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mittels eines Hammers Schläge auf die Außenseite eines Formwerkzeugs ausgeführt werden, durch welche das Formwerkzeug erschüttert und so das Pulver im Inneren verteilt wird. Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen sind ein hoher Energieverbrauch, ein hoher Geräuschpegel und eine starke Abnutzung der Komponenten.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Pulversintern bzw. ein verbessertes Verfahren vorzuschlagen, mit dem die bekannten Nachteile zumindest teilweise behoben werden können.
Dies wird durch eine Vorrichtung zum Pulversintern gemäß Anspruch 1, bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils gemäß Anspruch 8 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zum Pulversintern umfasst einen Pulverkasten mit einer halboffenen Kavität, in der ein Sinterpulver aufgenommen werden kann. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Formwerkzeug mit einer Formwerkzeugoberfläche, durch welche eine Form eines herzustellenden Formteils definiert wird. Die Formwerkzeugoberfläche bildet üblicherweise eine halboffene Kavität des Formwerkzeugs. Das Formwerkzeug und der Pulverkasten sind dabei so miteinander verbindbar, dass zwischen ihnen ein geschlossener Hohlraum ausgebildet wird, der die halboffene Kavität des Pulverkastens umfasst und der bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche begrenzt wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung zum Pulversintern mindestens eine Vibrationsvorrichtung, die zumindest teilweise in dem Hohlraum aufgenommen ist.
Dadurch, dass die Vibrationsvorrichtung in dem Hohlraum aufgenommen ist, kann die Vibrationsvorrichtung in Kontakt mit dem Sinterpulver kommen. So kann eine Vibration bzw. Bewegung direkt in das Pulver eingeleitet werden. Dadurch kann in manchen Ausführungen ein geringerer Energieaufwand notwendig sein, als bei einer Vorrichtung, bei der Erschütterungen von außen und durch eine Umwandung hindurch in das Pulver eingeleitet werden. Außerdem kann erreicht werden, dass die Vibrationsvorrichtung, wenn sie sich im Inneren des Hohlraums befindet, akustisch isoliert ist und somit Lärm, der Bediener der Vorrichtung beeinträchtigen könnte, reduziert werden kann. Auch werden die Komponenten der Vorrichtung dadurch in manchen Ausführungen weniger beansprucht, wenn ein Bewegen des Pulvers nicht durch eine Umwandung hindurch stimuliert wird. Eine Abnutzung der Vorrichtung kann also in manchen Ausführungen auch reduziert werden.
Die Vibrationsvorrichtung erstreckt sich im Inneren des geschlossenen Hohlraums und ragt dabei in einer Ausführung in die halboffene Kavität des Formwerkzeugs und/oder die halboffene Kavität des Pulverkastens, um dort Vibrationen auszuüben und in dort befindliches Pulver einzuleiten.
Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise an dem Pulverkasten befestigt sein.
Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise einen Vibrationskopf umfassen. Der Vibrationskopf kann sich beispielsweise komplett oder auch nur teilweise innerhalb des Hohlraums befinden, wenn das Formwerkzeug und der Pulverkasten miteinander verbunden sind. Der Vibrationskopf kann dabei in die halboffene Kavität des Pulverkastens ragen und/oder in die Nähe der Formwerkzeugoberfläche ragen, beispielsweise in die halboffene Kavität des Formwerkzeugs.
Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise eine rotierende exzentrische Masse aufweisen oder eine vibrierende Haut oder Platte.
In einer Ausführung ist, die mindestens eine Vibrationsvorrichtung als Vibrator ausgebildet. Der Vibrator kann ein Gehäuse aufweisen, durch welches bewegliche Teile von dem Pulver getrennt werden. Dadurch kann eine Kontamination von beweglichen Teilen vermieden werden kann. Das Gehäuse kann den Vibrationskopf darstellen. Beispielsweise kann in dem Gehäuse die exzentrische Masse angeordnet sein. In einer Ausführung kann der Vibrationskopf eine Haut oder Platte umfassen welche beweglich ist relativ zu dem Gehäuse bzw. dem Formwerkzeug.
Die Vibrationsvorrichtung kann elektrisch angetrieben sein. Es ist aber auch möglich, einen anderen Antrieb vorzusehen, etwa einen pneumatischen Antrieb.
Die mindestens eine Vibrationsvorrichtung ist, wie erwähnt, beispielsweise an dem Pulverkasten angeordnet. In einer anderen möglichen Ausführung kann sie an einem Rahmen angeordnet sein, der zwischen dem Pulverkasten und dem Formwerkzeug anordenbar ist.
Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise länglich ausgebildet sein und etwa einen länglichen Vibrationskopf umfassen, sodass die längliche Vibrationsvorrichtung bzw. ihr Vibrationskopf sich in dem Hohlraum in Richtung der Formwerkzeugoberfläche erstreckt, wenn der Pulverkasten und das Formwerkzeug bzw. der Pulverkasten, der Rahmen und das Formwerkzeug miteinander verbunden sind.
Die Vibrationsvorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass eine Auslenkung der Vibrationsvorrichtung und somit eine Anregung des Sinterpulvers im wesentlichen parallel zu der Formwerkzeugoberfläche erfolgt. D. h. beispielsweise, wenn eine rotierende exzentrische Masse vorgesehen ist, kann die Masse um eine Achse, die orthogonal zu der Formwerkzeugoberfläche gerichtet ist, rotieren. In anderen Ausführungen ist es aber auch möglich, die Rotation bzw. die Ausrichtung der Vibrationsvorrichtung parallel zur Oberfläche zu wählen.
Die Vibrationsvorrichtung kann beispielsweise eine Nominalfrequenz von mindestens 8000 Vibrationen pro Minute und/oder von höchstens 14.000 Vibrationen pro Minute haben. Beispielsweise kann eine Amplitude der Auslenkung der Vibrationsvorrichtung mindestens 0,5 mm und/oder höchstens 3 mm betragen. In einer möglichen Ausführung kann ein Zentrifugalkraft, der mindestens einen Vibrationsvorrichtung beispielsweise mindestens 1000 N und/oder höchstens 6000 N betragen.
Bei der Vorrichtung zum Pulversintern, kann es vorgesehen sein, dass mehrere Vibrationsverrichtungen an dem Pulverkasten oder an einem bzw. dem Rahmen, der zwischen Pulverkasten und Formwerkzeug anordenbar ist, vorgesehen sind. Beispielsweise können dann benachbarte Vibrationsvorrichtungen einen Abstand von beispielsweise mindestens 30 cm und/oder höchstens 150 cm zueinander aufweisen. Die Abstände zwischen den Vibrationsvorrichtungen und ihre Ausrichtung können dabei auch an die Form der Formwerkzeugoberfläche angepasst sein. Beispielsweise können Vibrationsvorrichtungen bevorzugt dort vorgesehen sein, wo Hinterschnitte oder andere schwer zugängliche Teile durch die Formwerkzeugoberfläche definiert sind. In einer typischen Ausführung erstrecken sich die mehreren Vibrationsvorrichtungen bzw. Vibrationsköpfe parallel zueinander. Beispielsweise können mehrere Vibrationsvorrichtungen orthogonal zur Oberfläche oder mehrere Vibrationsverrichtungen parallel zur Formwerkzeugoberfläche aus gerichtet sein. Es ist aber auch möglich, je nach Form der Formwerkzeugoberfläche, für die einzelnen Vibrationsvorrichtungen Ausrichtungen zu wählen, durch die ein gewünschter Pulverfluss hergestellt werden kann.
Bei der Vorrichtung zum Pulversintern kann es vorgesehen sein, dass sich die mindestens eine Vibrationsvorrichtung so in Richtung der Formwerkzeugoberfläche erstreckt, wenn der Pulverkasten mit dem Formwerkzeug und gegebenenfalls mit dem Rahmen verbunden ist, dass ein Mindestabstand der Vibrationsvorrichtung von der Formwerkzeugoberfläche, den beispielsweise ein Ende der Vibrationsvorrichtung oder ein Ende ihres Vibrationskopfes innehat, nur einen Millimeter oder sogar nur 0,5 Millimeter beträgt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Vibrationsvorrichtung möglichst weit in das Pulver ragt, wenn das Formwerkzeug nach unten gedreht ist und das Pulver sich in Kontakt mit der Formwerkzeugoberfläche befindet. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der Mindestabstand einstellbar ist. Beispielsweise kann der Mindestabstand mindestens 2 mm oder mindestens 3 mm oder mindestens 4 mm betragen oder auf solche Werte einstellbar sein. Andererseits kann der Mindestabstand beispielsweise höchstens 10 mm oder höchstens 9 mm oder höchstens 8 mm betragen oder auf solche Werte einstellbar sein. Der Mindestabstand gewährleistet, dass das Formwerkzeug nicht von dem vibrierenden Teil der Vibrationsvorrichtung berührt wird.
Die Vorrichtung zum Pulversintern kann eine Drehvorrichtung zum Drehen des Pulverkastens umfassen. Insbesondere kann diese zum Drehen des Pulverkastens und des damit verbundenen Formwerkzeugs ausgestaltet sein. Die Drehvorrichtung ist dann derart ausgebildet, dass die Drehung um eine horizontale Achse ausgeführt werden kann, wobei der Pulverkasten und das Formwerkzeug bezüglich der horizontalen Achse so ausgerichtet sind, dass der Pulverkasten unten liegt, wenn das Formwerkzeug oben liegt, und umgekehrt.
Die Vorrichtung kann mehrere Funktionspostionen aufweisen, die mit Hilfe der Drehvorrichtung einstellbar sind. Sie kann eine Ausgangsposition besitzen, in der der Pulverkasten untenliegend angeordnet ist. In dieser Position kann das Formwerkzeug mit dem Pulverkasten verbunden oder von ihm getrennt werden. In dieser Position kann der Pulverkasten auch mit Sinterpulver befüllt werden. In einer Funktionsposition kann der Pulverkasten obenliegend und das damit verbundene Formwerkzeug untenliegend angeordnet sein, so dass das Sinterpulver auf die Formwerkzeugoberfläche fällt.
Die Drehvorrichtung kann dafür ausgebildet und eingerichtet sein, während eines Sinterprozesses das Formwerkzeug einmal oder mehrfach nach unten und wieder nach oben zu drehen. Das Drehen der Vorrichtung mittels der Drehvorrichtung und die mittels der Vibrationsvorrichtung(en) eingeleiteten Vibrationen können gemeinsam und insbesondere aufeinander abgestimmt eine besonders gute Verteilung des Sinterpulvers bewirken.
Die Anmeldung betrifft neben der oben beschriebenen Vorrichtung zum Pulversintern auch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch Pulversintern, welches insbesondere mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Das Verfahren umfasst dabei beispielsweise die nachfolgenden Schritte, die beispielsweise, aber nicht notwendigerweise in der hier aufgeführten Reihenfolge ausgeführt werden können.
In einem Schritt wird ein Sinterpulver in einer halboffenen Kavität eines Pulverkastens bereitgestellt.
In einem Schritt wird ein Formwerkzeug bereitgestellt, welches eine Formwerkzeugoberfläche aufweist, die eine Form des herzustellenden Formteils definiert.
In einem Schritt wird die Formwerkzeugoberfläche aufgeheizt auf eine Temperatur, die zum Sintern des Sinterpulvers benötigt wird.
In einem Schritt werden der Pulverkasten und das Formwerkzeug miteinander verbunden, sodass zwischen ihnen ein geschlossener Hohlraum ausgebildet wird, der die halboffene Kavität des Pulverkastens umfasst und in dem sich das Sinterpulver befindet. Dieser Hohlraum wird bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche begrenzt.
In einem Schritt werden der Pulverkasten und das damit verbundene Form Werkzeug so gedreht, dass zumindest zeitweise das Formwerkzeug unten und der Pulverkasten oben liegt, und das Sinterpulver mit der aufgeheizten Formwerkzeugoberfläche in Kontakt kommt.
Dabei wird ein Pulverfluss des im Hohlraum befindlichen Sinterpulver durch Vibrationen einer Vibrationsvorrichtung zumindest zeitweise beeinflusst, wobei sich die Vibrationsvorrichtung in dem Hohlraum erstreckt und mit dem im Hohlraum befindlichen Sinterpulver zumindest vorübergehend in Kontakt kommt.
Durch das Verfahren kann eine verbesserte Verteilung des Sinterpulvers in dem Hohlraum bzw. auf der Formwerkzeugoberfläche erreicht werden. Dabei können Lärm und/oder Abnutzung reduziert werden.
Für das Verfahren kann eine Position der Vibrationsvorrichtung so gewählt werden, dass diese sich in Bereiche des Hohlraums erstreckt, in denen eine Verteilung des Sinterpulvers angestrebt wird. Beispielsweise kann die Vibrationsvorrichtung sich in die Nähe oder in der Nähe der Formwerkzeugoberfläche erstrecken.
Bei dem Verfahren kann es insbesondere vorgesehen sein, dass sich die mindestens eine Vibrationsvorrichtung in das Sinterpulver erstreckt, wenn das Formwerkzeug unten liegt und das Sinterpulver mit der Formwerkzeugoberfläche in Kontakt ist. Dann kann in diesem Schritt das Sinterpulver durch die Vibrationen der mindestens einen Vibrationsvorrichtung auf der Formwerkzeugoberfläche verteilt werden. In einer möglichen Ausführung umfasst das Verteilen des Sinterpulvers ein Verteilen in schwer zugängliche Bereiche, beispielsweise in hinterschnittene Regionen oder Bereiche mit engen Radien.
Bei dem Verfahren kann weiterhin ein vorbereitender Schritt vorgesehen sein, bei dem der Pulverkasten so ausgerichtet wird, dass sich das Sinterpulver in der Kavität des Pulverkastens befindet. Dann kann die mindestens eine Vibrationsvorrichtung so ausgerichtet sein, dass sie sich in das Sinterpulver, welches sich in der Kavität des Pulverkastens befindet, erstreckt. So kann in diesem Schritt das Sinterpulver durch Vibrationen der Vibrationsvorrichtung bewegt und somit in dem Pulverkasten verteilt werden. Während dieses vorbereitenden Schrittes kann das Formwerkzeug mit dem Pulverkasten verbunden sein, es kann aber auch von ihm getrennt sein. Beispielsweise kann dieser vorbereitende Schritt ausgeführt werden, bevor oder während das Formwerkzeug beheizt wird. Zum Beheizen kann das Formwerkzeug in einer Heizvorrichtung, etwa einem Ofen positioniert werden.
Es sei erwähnt, dass solche Aspekte, die vorliegend nur im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, auch für die Vorrichtung beansprucht werden können und umgekehrt.
Die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das Verfahren werden im Folgenden anhand von Figuren noch näher erläutert.
Dabei zeigen

1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Pulversintern, umfassend einen Pulverkasten, ein damit verbundenes Formwerkzeug und eine Vibrationsvorrichtung,
2 einen Schnitt durch den Pulverkasten aus der 1,
3 die Vorrichtung zum Pulversintern in einer Ausführung mit mehreren Vibrationsvorrichtungen,
4 einen Schnitt durch den Pulverkasten der Vibrationsvorrichtung aus 3,
5 eine mit Sinterpulver gefüllte Vorrichtung zum Pulversintern,
6 einen mit Sinterpulver gefüllten Pulverkasten,
7 die Vorrichtung zum Pulversintern in einer Ausführung mit Rahmen zum Befestigen der Vibrationsvorrichtung,
8 Die Vorrichtung aus 7, mit Sinterpulver gefüllt,
9 den mit Sinterpulver gefüllten Pulverkasten der Vorrichtung aus 8,
10, 11 einem Schnitt durch einen Pulverkasten der Vorrichtung zum Pulversintern, eine Gegenvibrationsvorrichtung umfassend,
12-14 die Vorrichtung zum Pulversintern in einer Ausführung mit horizontal angeordneter Vibrationsvorrichtung, und
15a-15d Schritte eines Verfahrens zum Pulversintern.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Pulversintern in einem Schnitt von der Seite. Die Vorrichtung zum Pulversintern umfasst einen Pulverkasten 1 mit einer halboffenen Kavität 1a. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Formwerkzeug 2, welches ebenfalls eine halboffene Kavität 2a aufweist, in der eine Formwerkzeugoberfläche 2b liegt, die eine Form eines herzustellenden Formteils vorgibt. Das Formwerkzeug 2 ist mit dem Pulverkasten 1 verbunden. Die halboffene Kavität 1a des Pulverkastens 1 und die halboffene Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 bilden so einen geschlossenen Hohlraum H aus, der bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche 2b begrenzt wird. Eine Verbindungsebene zwischen Pulverkasten 1 und Formwerkzeug 2 ist in der gezeigten Konfiguration horizontal ausgerichtet. Das Formwerkzeug 2 liegt dabei unten und der Pulverkasten 1 oben.
Die Vorrichtung zum Pulversintern umfasst weiterhin eine Drehvorrichtung 3 zum Drehen des Pulverkastens 1 und des damit verbundenen Formwerkzeugs 2 um eine horizontale Achse, also um eine Achse, die parallel zu der Verbindungsebene verläuft. Durch Drehung um diese Achse können Pulverkasten 1 und Formwerkzeug 2, aus der in der Figur gezeigten Position heraus auch so hingedreht werden, dass der Pulverkasten 1 unten liegt und das Formwerkzeug 2 oben.
Wenn in der Vorrichtung ein Sinterpulver enthalten ist, so bewirkt die Schwerkraft, dass das Sinterpulver in das jeweils unten liegende Werkzeugteil fällt, also entweder in das Formwerkzeug 2 oder in den Pulverkasten 1. Durch Pfeile ist der Freiheitsgrad der Drehvorrichtung 3 gekennzeichnet.
Die Vorrichtung zum Pulversintern umfasst außerdem eine Vibrationsvorrichtung 4, die teilweise in dem Hohlraum H aufgenommen ist. Die Vibrationsvorrichtung hat einen Vibrationskopf, der komplett in dem Hohlraum H liegt. Der Vibrationskopf umfasst eine exzentrische Masse 4a. Durch Drehung der Vibrationsvorrichtung 4 bzw. ihrer exzentrischen Masse werden die Vibrationen ausgelöst. Es kann vorgesehen sein, dass keine beweglichen Teile der Rotationsvorrichtung 4 außerhalb des Hohlraums H angeordnet sind. Beispielsweise kann sich nur eine Kabelführung außerhalb des Hohlraums erstrecken, während rotierende Elemente der Vibrationsvorrichtung 4 ausschließlich im Hohlraum H angeordnet sind, wenn Formwerkzeug 2 und Pulverkasten 1 auf die gezeigte Weise miteinander verbunden sind.
2 zeigt einen Schnitt in einer Ansicht von oben durch den Pulverkasten 1 der 1. Dabei ist die Vibrationsvorrichtung erkennbar, die in Richtung des gezeigten Pfeils gedreht werden soll. Die exzentrische Ausgestaltung der Vibrationsvorrichtung 4 ist dabei in der Figur erkennbar. Durch sie werden die Vibrationen bewirkt.
3 zeigt wieder die Vorrichtung zum Pulversintern, die im Wesentlichen wieder so aufgebaut ist wie in 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird auf die Darstellung der Drehvorrichtung 3 verzichtet. Im Unterschied zu 1 sind hier mehrere Vibrationsvorrichtungen 4 vorgesehen, die voneinander beanstandet, in dem Hohlraum H angeordnet sind. Die Vibrationsvorrichtungen 4 erstrecken sich parallel zueinander. Die Drehrichtung aller Vibrationsvorrichtungen kann gleich sein oder zwei oder mehrere Vibrationsvorrichtungen können eine unterschiedliche Drehrichtung aufweisen.
4 zeigt den Schnitt durch den Pulverkasten 1 aus 3 in der Ansicht von oben, d.h., die Darstellung, die auch in 2 verwendet wurde. Zu erkennen sind sechs Vibrationsvorrichtungen 4. Benachbarte Vibrationsvorrichtungen haben zueinander einen Abstand von zwischen 30 cm und 150 cm. Die Drehrichtungen der Vibrationsverrichtungen 4 sind so gewählt, dass sich Vibrationen, die auf den Pulverkasten 1 und/oder das Formwerkzeug 2 übertragen werden, möglichst auslöschen und somit eine Abnutzung des Materials möglichst gering ist. Im gezeigten Beispiel sind dafür Rotationsrichtungen benachbarter Vibrationsverrichtungen 4 entgegengesetzt zueinander gewählt.
5 zeigt nun die Vibrationsvorrichtung wie in 1, wobei diese mit einem Sinterpulver P befüllt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird hier nur der Füllstand des Sinterpulvers P im Formwerkzeug mittels einer durchgezogenen Linie markiert, so dass weitere Teile der Vorrichtung erkennbar bleiben. Die im Zusammenhang mit 5 in Bezug auf die Vorrichtung getroffenen Aussagen gelten selbstverständlich ebenfalls, wenn mehrere Vibrationsvorrichtungen 2, wie es etwa in 3 der Fall ist, vorgesehen sind. Die Vorrichtung ist in 5 wieder so ausgerichtet, dass das Formwerkzeug 2 unterliegt. Das Sinterpulver P befindet sich aufgrund der Schwerkraft in dem Bereich des Hohlraums H, der der Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 entspricht. Das Sinterpulver P ist dabei in Kontakt mit der Formwerkzeugoberfläche 2b. Die Vibrationsvorrichtung 4 bzw. ihr Vibrationskopf erstreckt sich teilweise in das Sinterpulver 4. So können durch Vibrationen der Vibrationsvorrichtung 4 die Partikel des Sinterpulvers bewegt und verteilt werden. Das ist in der Figur durch blitzartig gezackte Pfeile dargestellt, die von der Vibrationsvorrichtung 4 ausgehen und sich in das Sinterpulver 4 erstrecken. Bei der Vibrationsvorrichtung 4 handelt es sich um einen elektrischen Vibrator mit einer rotierenden exzentrischen Masse, die sich in einem Gehäuse der Vibrationsvorrichtung 4, die einen Vibrationskopf ausbildet, befindet. Der Vibrationskopf ist vertikal, also im Wesentlichen orthogonal zu der Formwerkzeugoberfläche 2b ausgerichtet. Die Rotation der Vibrationsvorrichtung 4 findet um eben diese vertikale Achse statt. Die durch eine derartige Rotation bewirkte Auslenkung der mindestens einen Vibrationsvorrichtung 4 verläuft somit im Wesentlichen parallel zu der Formwerkzeugoberfläche. So kann eine gleichmäßige Verteilung auf der Formwerkzeugoberfläche besonders begünstigt werden. Die Vibrationsvorrichtung 4 besitzt eine Nominalfrequenz von zwischen 8000 Vibrationen pro Minute und 14.000 Vibrationen pro Minute. Eine Amplitude der Auslenkung der Vibrationsvorrichtung 4 beträgt zwischen 0,5 mm und 3 mm. Die Zentrifugalkraft, die mittels der Vibrationsvorrichtung 4 erzeugt wird, liegt zwischen 1000 N und 6000 N.
Aus dem Sinterpulver P soll durch Sintern ein Formteil hergestellt werden. Das geschieht, indem das Sinterpulver auf eine entsprechende Temperatur erhitzt wird. Dafür ist wiederum die Formwerkzeugoberfläche 2b auf einer entsprechenden Temperatur gehalten, so dass zumindest Partikel des Sinterpulvers, die diese Formwerkzeugoberfläche 2b berühren oder sich in ihrer Nähe befinden, erhitzt und gesintert werden. Weiter von der Formwerkzeugoberfläche 2a entfernt liegende Pulverpartikel bleiben dabei typischerweise unter der Sintertemperatur und werden nicht Teil des Formteils.
Ein Mindestabstand der Vibrationsvorrichtung 4, den ein unteres Ende des Vibrationskopfes zu der Formwerkzeugoberfläche 2b aufweist, wird so gewählt, dass der Vibrationskopf zwar möglichst weit in das Sinterpulver P ragt, jedoch die angestrebte Dicke des Formteils ermöglicht wird, ohne dass die Form des Formteils durch die Vibrationsvorrichtung 4 und ihre Vibrationen beeinträchtigt wird. Abhängig von der angestrebten Dicke, die beispielsweise im Bereich einiger Millimeter liegen kann, wird der Mindestabstand also gewählt. Der Mindestabstand kann dabei etwa zwischen 4 und 8 mm betragen. So können Formteile hergestellt werden, die beispielsweise wenige Millimeter dick sind, ohne dass sich in ihnen ungewollte Unebenheiten finden, die von den Vibrationsvorrichtungen 4 verursacht werden könnten.
6 zeigt den Pulverkasten 1 der Vorrichtung aus 5, der nun nach unten gedreht ist, sodass sich das Sinterpulver P in seiner halboffenen Kavität befindet. Der Pulverkasten 1 ist dabei nicht mit dem Formwerkzeug verbunden. Die Vibrationsvorrichtung 4 ist an dem Pulverkasten 1 befestigt. Die Vibrationsvorrichtung 4 ist so ausgebildet, dass der Vibrationskopf sich in dem im Pulverkasten 1 befindlichen Sinterpulver P erstreckt. So können Vibrationen auch in das im Pulverkasten 1 befindliche Sinterpulver P eingeleitet werden, wenn dieser nach unten gedreht ist. So kann das Sinterpulver P in dem Pulverkasten verteilt bzw. geebnet werden. Das kann beispielsweise hilfreich sein, um ein Pulversintern vorzubereiten.
7 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung zum Pulversintern, bei der die Vibrationsvorrichtung 4 nicht am Pulverkasten 1 befestigt ist. Stattdessen ist ein Rahmen 5 vorgesehen, der zwischen dem Pulverkasten 1 und dem Formwerkzeug 2 anordenbar ist, und an dem sich die Vibrationsvorrichtung 4 befindet. Die Vibrationsvorrichtung 4 ist so ausgestaltet, dass sie sich in den Bereich des Hohlraums H erstreckt, der durch die Kavität 1a des Pulverkastens 1 ausgebildet ist, und in den Teil des Hohlraums H, der durch die Kavität 2a des Formwerkzeugs ausgebildet ist. Dazu weist die Vibrationsvorrichtung 4 zwei Vibrationsköpfe auf, die sich ausgehend von dem Rahmen 5 in entgegengesetzte Richtungen orthogonal zu dem Rahmen 5 erstrecken. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass einstellbar ist, wie weit sich die Vibrationsköpfe jeweils in den Pulverkasten bzw. in Richtung der Formwerkzeugoberfläche 2b erstrecken.
8 zeigt die Vorrichtung aus 7, wobei das Formwerkzeug 2 nach unten gedreht ist, so dass sich das Sinterpulver P in seiner Kavität 2a befindet. Auch hier kann durch Rotation der an dem Rahmen 5 befestigten Vibrationsvorrichtung 4, das in dem Formwerkzeug 2 angeordnete Sinterpulver P verteilt werden.
9 zeigt die Vorrichtung aus den vorangegangenen beiden Figuren, wobei der Pulverkasten 1 nach unten gedreht ist, sodass das Sinterpulver P sich in dem Pulverkasten befindet. Das Formwerkzeug 2 ist dabei nicht mit dem Pulverkasten verbunden, der Rahmen 5 ist aber an dem Pulverkasten 1 befestigt. Die Vibrationsvorrichtung 4, die ihrerseits an dem Rahmen 5 angeordnet ist, erstreckt sich auf einer Seite in das im Pulverkasten 1 befindliche Pulver und kann dort das Pulver, wie zuvor im Zusammenhang mit 6 beschrieben, verteilen. Ein dem Pulverkasten 1 abgewandtes Ende der Vibrationsvorrichtung 4, das dafür eingerichtet ist, sich in der Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 zu erstrecken, ragt nach oben.
10 zeigt einen Schnitt von oben durch den Pulverkasten 1. Dabei wird wieder die bereits beispielsweise in Figur zwei gezeigte Darstellung gewählt. Die Vibrationsvorrichtung 4 mit der exzentrischen Anordnung ist links erkennbar. Weiterhin wird eine Gegenvibrationsvorrichtung 6 bereitgestellt, die kleiner ist als die Vibrationsvorrichtung 4. Die Gegenvibrationsvorrichtung 6 kann ebenfalls ein Vibrator sein. Sie kann kleiner dimensioniert sein als die Vibrationsvorrichtung 4. Sie kann sich dabei in das Pulver bzw. in die Kavität des Formwerkzeugs erstrecken, es können aber auch Gegenvibrationsvorrichtungen 6 vorgesehen sein, die so ausgebildet sind, dass sie sich nicht dorthin erstrecken. Die Gegenvibrationsvorrichtung 6 kann optional zur Verteilung des Pulvers beitragen. Die Gegenvibrationsvorrichtung 6 ist so ausgestaltet und wird derart betrieben, dass durch sie eingeleitete Vibrationen sich mit den Vibrationen der Portionsberechnung 4 gerade so überlagern, das nach außen übertragene und oder auf den Pulverkasten 1 bzw. das Formwerkzeug 2 übertragene Vibrationen gering sind. Dafür kann ihre Rotationsrichtung entgegen der der Vibrationsvorrichtung 4 gewählt werden.
11 zeigt eine weitere Ausgestaltung des der Vorrichtung zum Pulversintern, wobei zwei Gegenvibrationsvorrichtungen 6 vorgesehen sind, die in zueinander entgegengesetzte Richtungen drehen, um die Vibrationen, die auf die weiteren Teile der Vorrichtung übertragen werden, zu minimieren.
12 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung zum Pulversintern. Sie umfasst eine Vibrationsvorrichtung 4', die im Gegensatz zu den zuvor gezeigten Vibrationsvorrichtungen horizontal angeordnet ist. Die Vibrationsvorrichtung 4' ist wieder am Pulverkasten 1 befestigt, und zwar über eine Befestigungsvorrichtung, die so ausgestaltet ist, dass die Vibrationsvorrichtung im Inneren der Kavität 2a des Formwerkzeugs 2, d. h. in der Nähe der Formwerkzeugoberfläche 2b angeordnet ist. Sie erstreckt sich dabei parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Formwerkzeugoberfläche 2a. Auch hier ist die Vibrationsvorrichtung 4 derart angeordnet, dass keine beweglichen Teile außerhalb des Hohlraums Haar angeordnet sind.
13 zeigt die Vorrichtung aus 12 mit der horizontal angeordneten Vibrationsvorrichtung 4'. Die Vorrichtung ist nun mit Sinterpulver P befüllt und das Formwerkzeug 2 nach unten gedreht. Dabei ist erkennbar, dass rotierende Teile, also etwa der Vibrationskopf, vollständig im Sinterpulver P liegen. Lediglich Teile, die zur Befestigung der Vibrationsvorrichtung dienen, erstrecken sich aus dem Sinterpulver P und in den Pulverkasten 1. Selbstverständlich kann eine solche horizontale Vibrationsvorrichtung 4' auch an einem Rahmen 5 befestigt werden, der zwischen dem Pulverkasten 1 und dem Formwerkzeug 1 anordenbar ist. Dann ist es auch möglich, dass Rahmen und horizontale Vibrationsvorrichtung 4' so ausgestaltet werden, das der Rahmen und die horizontale Vibrationsvorrichtung in Bezug auf den Pulverkasten umgedreht montiert werden können. Dann kann die horizontale Vibrationsvorrichtung 4' zum vorbereitenden Einebnen des Sinterpulvers P im Pulverkasten 1 in den Pulverkasten 1 ragen, und später, während des Sinterns, zum Verteilen des Sinterpulvers P in das Formwerkzeug 2 ragen.
14 zeigt einen Schnitt von oben durch die Vorrichtung aus 12 und 13. Der Schnitt ist nun durch das Formwerkzeug gelegt, so dass das die dort befindliche horizontale Vibrationsvorrichtung 4' erkennbar ist. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass zwei parallel zueinander horizontal angeordnete Vibrationsverrichtungen 4' bereitgestellt werden. Diese sind so positioniert, dass sie den Pulverfluss in kritischen Bereichen, wie etwa in der Gegend von Hinterschnitten oder an engen Radien, ermöglichen.
Anhand der 15a bis 15d werden nun Schritte eines Verfahrens zum Pulversintern erläutert, die unter Verwendung der oben vorgestellten Vorrichtung vorgenommen werden können.
15 a zeigt einen vorbereitenden Schritt, in dem der Pulverkasten 1 mit Sinterpulver P bereitgestellt wird. An dem Pulverkasten 1 ist eine Vibrationsvorrichtung 4 angeordnet. Das Sinterpulver P befindet sich in der halboffenen Kavität 1a des Pulverkastens. Durch Rotation der Vibrationsvorrichtung 4 wird das Sinterpulver in dem Pulverkasten 1 gleichmäßig verteilt.
15b zeigt das Formwerkzeug 2, welches durch seine Formwerkzeugoberfläche 2b die Form des herzustellenden Formteils definiert. In dem in 15b gezeigten Schritt wird das Formwerkzeug auf eine zum Sintern des Sinterpulvers P benötigte Temperatur aufgeheizt, indem das Formwerkzeug in einer entsprechenden Heizvorrichtung 7 angeordnet wird. Beispielsweise kann die Heizvorrichtung ein Ofen sein.
15c zeigt nun, wie das aufgeheizte Formwerkzeug 2 und der Pulverkasten 1, der das Sinterpulver P enthält, miteinander verbunden werden. Dazu wird das erhitzte Formwerkzeug 2 auf den unten liegenden Pulverkasten 1 aufgesetzt, sodass die Kavität 1a des Pulverkastens 1 und die Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 zusammen den Hohlraum H bilden, in dem sich das Sinterpulver P befindet, wobei sich die Vibrationsvorrichtung 4 im Inneren des Hohlraums erstreckt. Die Vibrationsvorrichtung 4 liegt dabei so in dem Hohlraum H, dass ein Teil des Vibrationskopfes sich in dem im Pulverkasten befindlichen Sinterpulver P befindet und ein Ende des Vibrationskopfes in die Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 ragt. Dieses Ende des Vibrationskopfes befindet sich dabei in der Nähe der Formwerkzeugoberfläche 2b.
In 15d ist gezeigt, dass der Pulverkasten 1 und das damit verbundene Formwerkzeug 2 mit einer Drehvorrichtung 3 verbunden sind. Die verbundenen Werkzeugteile werden nun mittels der Drehvorrichtung 3 so gedreht, dass das Formwerkzeug 2 unten liegt und der Pulverkasten 1 oben, sodass das Sinterpulver P unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten in die Kavität 2a des Formwerkzeugs 2 fällt und mit der erhitzten Formwerkzeugoberfläche 2b in Kontakt kommt. Vor dem Drehen und/oder während des Drehens und/oder nach dem Drehen wird dabei ein Pulverfluss des im Hohlraum befindlichen Sinterpulvers P durch Vibrationen der Vibrationsvorrichtung 4 beeinflusst, wenn die in dem Hohlraum H sich erstreckende Vibrationsvorrichtung 4 mit dem Sinterpulver zumindest vorübergehend in Kontakt kommt. In 15d ist exemplarisch gezeigt, dass das Sinterpulver P mit der Vibrationsvorrichtung 4 in Kontakt steht, wenn das Formwerkzeug 2 nach unten gedreht ist, sodass die Vibrationen der Vibrationsvorrichtung 4 in das Sinterpulver auf der Formwerkzeugoberfläche 2A eingeleitet werden. So kann das Sinterpulver P dort beispielsweise in schwer zu erreichende Bereiche, wie Hinterschnitte, verteilt werden. Zumindest ein Teil des Sinterpulvers P, nämlich solche Partikel, die sich nahe an der erhitzten Formwerkzeugoberfläche 2b des Formwerkzeugs 2 befinden, werden unter dem Einfluss der Hitze, die von dem vorher erhitzten Formwerkzeug 2 ausgeht, gesintert. Darüber liegende Schichten des Sinterpulvers P können währenddessen von der Vibrationsvorrichtung in Bewegung gehalten bzw. verteilt werden.
In dem Prozess kann beispielsweise das Formwerkzeug 2 mehrmals nach unten und wieder nach oben gedreht werden, und/oder es kann die Vibrationsvorrichtung 4 mehrfach ein- und wieder ausgeschaltet werden oder konstant betrieben werden, um einen möglichst guten Pulverfluss und eine möglichst gute Verteilung des Pulvers auf der Formwerkzeugfläche zu erreichen.
Mit Hilfe des Verfahrens kann ein besonders hochwertiges und gleichmäßig ausgebildetes Formteil hergestellt werden. Abschließend kann mittels der Drehvorrichtung der Pulverkasten wieder nach unten gedreht werden, sodass Sinterpulver P, welches nicht für das Formteil benötigt wurde, wieder in den Pulverkasten 1 zurückfällt. Das Formwerkzeug 2 kann dann von den Pulverkasten 1 getrennt werden. Das Formteil kann von dem Formwerkzeug 2 abgelöst werden. Das Formwerkzeug 2 kann anschließend erneut erhitzt werden. Das im Pulverkasten 1 befindliche Sinterpulver P kann mittels der Vibrationsvorrichtung 4 dort wieder verteilt werden kann. Wenn benötigt, kann Sinterpulver P nachgefüllt werden, und der Prozess kann von vorne beginnen.
Bezugszeichenliste

1: Pulverkasten
1a: Kavität des Pulverkastens
2: Formwerkzeug
2a: Kavität des Formwerkzeugs
2b: Formwerkzeugoberfläche
3: Drehvorrichtung
4, 4': Vibrationsvorrichtung
4a: Exzentrische Masse
5: Rahmen
6: Gegenvibrationsvorrichtung
7: Heizvorrichtung
P: Sinterpulver
H: Hohlraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 05131472 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Pulversintern, umfassend einen Pulverkasten (1) mit einer halboffenen Kavität (1a) zum Aufnehmen eines Sinterpulvers, ein Formwerkzeug (2) mit einer Formwerkzeugoberfläche (2b), die eine Form eines herzustellenden Formteils definiert, wobei das Formwerkzeug (2) mit dem Pulverkasten (1) so verbindbar ist, dass zwischen dem Formwerkzeug (2) und dem Pulverkasten (1) ein geschlossener Hohlraum (H) ausgebildet wird, der die halboffene Kavität (1a) des Pulverkastens (1) umfasst und bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche (2b) begrenzt wird, mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4), die zumindest teilweise in dem Hohlraum (H) aufgenommen ist.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4) als Vibrator ausgebildet ist und/oder eine rotierende exzentrische Masse (4a) aufweist.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4) an dem Pulverkasten (1) oder an einem Rahmen (5), der zwischen dem Pulverkasten (1) und dem Formwerkzeug (2) anordenbar ist, befestigt ist und die Vibrationsvorrichtung (4) vorzugsweise einen länglichen Vibrationskopf umfasst, der sich in dem Hohlraum (H) in Richtung der Formwerkzeugoberfläche (2b) erstreckt.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Auslenkung der mindestens einen Vibrationsvorrichtung (4) im Wesentlichen parallel zu der Formwerkzeugoberfläche erfolgt.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Nominalfrequenz der mindestens einen Vibrationsvorrichtung (4) mindestens 8000 Vibrationen pro Minute und/oder höchstens 14000 Vibrationen pro Minute beträgt und/oder wobei eine Amplitude der Auslenkung mindestens 0,5 mm und/oder höchstens 3 mm beträgt.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Vibrationsvorrichtungen (4) an dem Pulverkasten (1) oder an einem/dem Rahmen (5), der zwischen dem Pulverkasten (1) und dem Formwerkzeug (2) anordenbar ist, befestigt sind und benachbarte Vibrationsvorrichtungen (4) vorzugsweise einen Abstand von mindestens 30 cm und/oder höchstens 150 cm zueinander aufweisen.
Vorrichtung zum Pulversintern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4) sich derart in dem Hohlraum (H) erstreckt, dass ein Mindestabstand der Vibrationsvorrichtung (4) von der Formwerkzeugoberfläche (2b) mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, besonders bevorzugt mindestens 4 mm und/oder höchstens 10 mm, vorzugsweise höchstens 9 mm, besonders bevorzugt höchstens 8 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch Pulversintern, folgende Schritte umfassend: - Bereitstellen eines Sinterpulvers in einer halboffenen Kavität (1a) eines Pulverkastens (1), - Bereitstellen eines Formwerkzeugs (2), welches eine Formwerkzeugoberfläche (2b) aufweist, die eine Form des herzustellenden Formteils definiert, - Aufheizen der Formwerkzeugoberfläche (2b) auf eine zum Sintern des Sinterpulvers benötigte Temperatur, - Verbinden des Pulverkastens (1) mit dem Formwerkzeug (2), so dass zwischen dem Formwerkzeug (2) und dem Pulverkasten (1) ein geschlossener Hohlraum (H) ausgebildet wird, der die halboffene Kavität (1a) des Pulverkastens (1) umfasst und bereichsweise von der Formwerkzeugoberfläche (2b) begrenzt wird, sodass sich das Sinterpulver in dem geschlossenen Hohlraum (H) befindet, - Drehen des Pulverkastens (1) und des damit verbundenen Formwerkzeugs (2), so dass zumindest zeitweise das Formwerkzeug (2) unten und der Pulverkasten (1) oben liegt und das Sinterpulver mit der aufgeheizten Formwerkzeugoberfläche (2b) in Kontakt kommt, wobei ein Pulverfluss des im Hohlraum befindlichen Sinterpulvers durch Vibrationen einer Vibrationsvorrichtung (4) beeinflusst wird, die sich in dem Hohlraum (H) erstreckt und mit dem im Hohlraum (H) befindlichen Sinterpulver zumindest vorübergehend in Kontakt kommt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4) sich in das Sinterpulver erstreckt, wenn das Formwerkzeug (2) unten liegt und das Sinterpulver mit der Formwerkzeugoberfläche in Kontakt ist, und das Sinterpulver durch die Vibrationen der mindestens einen Vibrationsvorrichtung (4) auf der Formwerkzeugoberfläche (2a) verteilt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der Pulverkasten (1) in einem vorbereitenden Schritt so ausgerichtet wird, dass das Sinterpulver sich in der Kavität des Pulverkastens (1) befindet und die mindestens eine Vibrationsvorrichtung (4) sich in das Sinterpulver erstreckt und das Sinterpulver in dem Pulverkasten (1) verteilt, wobei der Pulverkasten (1) währenddessen mit dem Formwerkzeug (2) verbunden ist oder von dem Formwerkzeug (2) getrennt ist.