DE10209746A1

DE10209746A1 - Pulverbefüllungsvorrichtung, insbesondere für pulvermetallurgische Pulver, Füllschuh für eine solche Pulverbefüllungsvorrichtung und Verfahren zum Befüllen einer Matrizenöffnung mit Pulver

Info

Publication number: DE10209746A1
Application number: DE2002109746
Authority: DE
Inventors: Michael Thomas Silbermann
Original assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: DORST Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: DE10209746B4; CA2421604C; CA2421604A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen einer Matrize, bei dem ein Füllschuh (7) zyklisch in eine Befüllungsposition über einer Matrizenöffnung (2) in der Matrize (1) und in eine Nicht-Befüllungsposition entfernt von der Matrizenöffnung (2) über der Matrizenoberseite (6) verfahren wird und bei dem in der Befüllungsposition das pulver- oder granulatförmige Material (11) aus dem Füllschuh (7) in einen Hohlraum eingefüllt wird, der in der Matrizenöffnung (2) oberhalb von zumindest einem darin auf- und abbewegbaren Stempel (3-5) ausgebildet wird. DOLLAR A Um beim erneuten Überfahren der bereits teilweise pulverbefüllten Matrizenöffnung eine Vermischung alten und neuen Pulvers zu vermeiden, wird vorgeschlagen, vor oder während des Verfahrens des Füllschuhs (7) über die Matrizenöffnung (2) eine Maske (12) mit zumindest einer Maskenöffnung (13, 13a) über der Matrizenöffnung (2) anzuordnen. Das Verfahren ist insbesondere in einer entsprechend ausgestatteten Pulverbefüllungsvorrichtung und mit einem entsprechend ausgestattetem Füllschuh (7) für eine solche Pulverbefüllungsvorrichtung durchführbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pulverbefüllungsvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Füllschuh für eine solche Pulverbefüllungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 bzw. ein Verfahren zum Befüllen einer Matrize mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Allgemein bekannt sind, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist, Matrizen 1 mit einer Matrizenöffnung 2, in der zumindest ein Stempel 3-5 auf- und abwärts bewegbar angeordnet ist. Über die Matrizenoberfläche 6 der Matrize gleitet eine Füllereinrichtung in Form eines Füllschuhs 7, an dem zumindest ein Füllschlauch 8 zum Befüllen einer Füllschuhkammer 10 mit Pulver angeordnet ist. Zum Vor- bzw. Zurückbewegen des Füllschuhs 7 über die Matrizenoberfläche 6 ist der Füllschuh 7 an ein angetriebenes Führungsgestänge 9 angekoppelt. In vorteilhafter Weise greift das Führungsgestänge 9 über Bolzen 9b, welche seitlich aus dem Füllschuh 7 herausragen. Zum Befüllen der Matrizenöffnung 2 in einem Bereich oberhalb abgesenkter Stempel 3, 4 mit Pulver 11 wird der Füllschuh 7 über die Matrizenöffnung 2 verfahren, wobei der Füllschuh 7 zuvor bereits mit Pulver befüllt wurde.
Problematisch ist das Befüllen einer Matrizenöffnung 2 mit verschiedenartigen Pulvern 11 bzw. 11a in verschiedenen Abschnitten der Matrizenöffnung. Wird beispielsweise der Füllschuh 7 abseits der Matrizenöffnung 2 erneut mit Pulver 11a befüllt, nachdem zuvor ein anderes Pulver 11 in einen Bereich der Matrizenöffnung 2 eingefüllt wurde, so führt das erneute Überschieben des Füllschuhs 7 über den bereits befüllten Bereich dazu, dass sich Pulveranteile des in der Füllschuhkammer 10 befindlichen Pulvers 11a mit oberflächlichen Anteilen des anderen Pulvers 11 in der Matrizenöffnung 2 vermischen. Für den Fall, dass das in der Füllschuhkammer 10 befindliche Pulver 11a eine höhere, insbesondere deutlich höhere Dichte als das in der Matrizenöffnung 2 befindliche Pulver 11 aufweist, findet sogar eine tiefergreifende Durchmischung des in der Matrizenöffnung 2 befindlichen Pulvers 11 statt. Insbesondere findet ein Einbruch im Randbereich statt, bei dem das schwerere Pulver 11a aus der Füllschuhkammer 10 längs des Randes der Matrizenöffnung 2 tief in die Matrizenöffnung 2 eindringt, während abseits davon leichtes Pulver 11 aus der Matrizenöffnung 2 nach oben in die Füllschuhkammer 10 verbracht wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pulverbefüllungsvorrichtung, einen Füllschuh für eine solche bzw. ein Verfahren zum Befüllen einer Matrizenöffnung mit Pulver zu verbessern. Insbesondere soll vermieden werden, dass sich verschiedene Pulvermaterialien durch Mitschliff vermischen und die Oberflächenbereiche verunreinigt oder gar durchgemischt werden. Ferner soll vorteilhafterweise der Einbrucheffekt im Randbereich der Matrizenöffnung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Pulverbefüllungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Füllschuh mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 bzw. ein Verfahren zum Befüllen einer Matrize mit einem pulverförmigen Material mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Der Grundgedanke bei einer solchen Pulverbefüllungsvorrichtung, dem darin einsetzbaren Füllschuh bzw. einem Verfahren zum Befüllen einer Matrizenöffnung mit einem pulver- oder granulatförmigen Material besteht darin, dass eine bereits teilweise mit Pulver verfüllte Matrizenöffnung in insbesondere dem befüllten Bereichen mit einer Maske abgedeckt wird, wobei die Maske eine oder mehrere Maskenöffnungen in Bereichen aufweist, in denen die Matrizenöffnung in einem nächsten Arbeitsgang mit pulver- oder granulatförmigem Material befüllt werden soll.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Bei einer automatisierten Pulverbefüllungsvorrichtung mit einer Matrize, zumindest einem Stempel innerhalb einer Matrizenöffnung und einer Befüllungseinrichtung, insbesondere einem Füllschuh, wird vorteilhafter Weise eine Maske bereitgestellt, die zumindest eine Maskenöffnung aufweist, wobei zum Bewegen bzw. Versetzen der Maske zusätzlich eine Maskenführungseinrichtung bereitzustellen ist. Die Maskenführungseinrichtung ermöglicht ein zeitweiliges Abdecken der Matrizenöffnung mit der Maske derart, dass die Maskenöffnung bzw. die Maskenöffnungen über einen nachfolgend mit Pulver zu verfüllenden Teil der Matrizenöffnung angeordnet wird/werden. Weiterhin ermöglicht die Maskenführungseinrichtung das zeitweilige Entfernen der Maske von der Matrizenöffnung und von dem die Matrizenöffnung umgebenden Bereich.
Die Maskenführungseinrichtung kann als solche in einer Vielzahl von Ausführungsformen bereitgestellt werden. Einerseits können Maskenführungseinrichtungen ausgebildet werden, die Bestandteil der eigentlichen Befüllungsvorrichtung sind, beispielsweise Antriebe, welche eine Maske anheben und versetzen oder eine Maske um ein ortsfestes Gelenk verschwenken und über die gewünschte Matrizenöffnung herunterklappen können. Weitere beispielhafte Antriebe ermöglichen ein Verschieben oder Verschwenken der Maske, während diese dabei über die Matrizenoberfläche gleitet, so dass der Füllschuh vorteilhafter Weise stets auf der Maske aufliegen kann. Vorteilhafterweise kann die Maske, beispielsweise in Form einer dünnen Folie, auch über eine Maskenführungseinrichtung mit insbesondere Umlenkrollen im Vorfeld des Füllschuhs nach oben hin gebogen werden. Durch das Verfahren des Füllschuhs in Richtung der Matrizenöffnung wird die Maske vorteilhafterweise vom Füllschuh nach unten gebogen und letztendlich über die Matrizenöffnung und deren Umfangsbereich gelegt. Beim Zurückverfahren des Füllschuhs wird die Maske durch die Maskenführungseinrichtung wieder nach oben gebogen oder gezogen, insbesondere durch elastische Federmechanismen oder den Einfluss von Gewichten, welche über Umlenkrollen eine entsprechende Zugkraft auf ein Ende der Maske ausüben können. Neben dem Umbiegen der Maske durch eine Führung kann eine Maskenversetzung somit auch allgemein durch andere an der Maske angreifende Kräfte F erfolgen.
Andererseits können Maskenführungseinrichtungen bereitgestellt werden, die bereits Bestandteil des Füllschuhs sind. Beispielsweise kann eine Umlenkeinrichtung auf der Oberseite des Füllschuhs angeordnet werden, welche über einen Feder- oder Gewichtsantrieb und insbesondere eine Umlenkrolle das vordere Ende der Maske nach oben, insbesondere schräg über den Füllschuh nach oben zieht. Gemäß besonders einfacher Ausführungsform kann jedoch auch eine Maskenführung ausgebildet werden, welche in Form von Umlenkschienen an der Vorderseite des Füllschuhs angeordnet ist und die vorderseitig aus dem Füllschuh bei einer Rückwärtsbewegung austretende Maske nach oben hin, insbesondere in Richtung der Rückwärtsbewegung nach oben hin über den Füllschuh umlenkt. Bei einer Bewegung des Füllschuhs in Richtung der Matrizenöffnung wird die Maske dann automatisch durch das Vorwärtsbewegen des Füllschuhs wieder vor dem Füllschuh her und unter diesen gezogen. Um diese Automatisierung zu ermöglichen, wird das dem beweglichen Ende der Maske gegenüberliegende Ende der Maske zweckmäßiger Weise an einem relativ zur Matrize starren Teil befestigt.
In vorteilhafter Weise können auch Mehrstofffüller bzw. Mehrstoff-Füllschuhe eingesetzt werden, welche in einem ersten Arbeitsgang Pulver über einen ersten Pulverschlauch in deren Pulverkammer eingeführt bekommen, um in einem späteren Arbeitsgang über einen zweiten Füllerschlauch ein anderes Pulver in die Pulverkammer gefüllt zu bekommen. Der Füllschuh wird dann nach dem Befüllen der Füllschuhkammer über die Matrizenöffnung bewegt, um den Inhalt der Füllschuhkammer in die Matrizenöffnung zu entladen.
Natürlich ist auch ein Zuführen von Pulver erst in der Stellung möglich, in der sich der Füllschuh bereits über der Matrizenöffnung befindet. Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Matrizenöffnung bis auf einen tatsächlich zu befüllenden Bereich mit einer Maske abzudecken.
Besonders vorteilhaft ist auch eine Absaugeinrichtung oder ein Abstreifer, um die Maske beim Abnehmen von der Maskenöffnung von Pulverrückständen zu befreien, welche an der Maske kleben. Dies verhindert ein Kontaminieren in einem späteren Arbeitsschritt, bei dem dann derartige an der Maske haftenden Pulverrestbestände in die Matrizenöffnung oder die Füllschuhkammer gelangen könnten.
Ein Ausführungsbeispiel mit diversen Ausführungsformen wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 mit einer Abfolge von 7 Teilschnitt-Darstellungen 1A-1G durch eine Matrize und eine Matrizenöffnung einen Befüllungsvorgang für die Matrizenöffnung in mehreren Arbeitsschritten;
Fig. 2 drei verschiedene Maskenführungseinrichtungen;
Fig. 3 drei Abbildungen zum Veranschaulichen des Einsatzes einer Mehrstoffbefüllungs-Füllereinrichtung bei zugleich Versetzen der Maske zwischen einzelnen Befüllungsschritten;
Fig. 4 eine Pulverbefüllungsanlage mit einer Vielzahl von Befüllungsstationen in zwei Ausführungsformen und
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Pulverbefüllungsvorrichtung während des Überschiebens eines Füllschuhs über eine bereits teilweise mit Pulver befüllte Matrizenöffnung gemäß dem Stand der Technik.
Wie aus Fig. 1 mit den Unterfiguren 1A-1G ersichtlich, weist eine Matrize 1 eine Matrizenöffnung 2 auf, in der zumindest ein auf- und abwärts bewegbarer Stempel, vorzugsweise aber eine Vielzahl solcher Stempel 3-5 angeordnet ist. Durch das Abwärtsbewegen der einzelnen Stempel entsteht über diesen ein mit Pulver befüllbarer Raum in der Matrizenöffnung 2.
Ein Füllschuh, der vorzugsweise in zwei Grundstellungen verfahrbar ist, dient zum Befüllen der Matrizenöffnung 2 mit Pulver 11. Der Füllschuh 7 ist mit einer Pulverbefüllungseinrichtung 8, insbesondere einem oder mehreren Pulverschläuchen 8 gekoppelt, über welche Pulver in eine innenseitige Füllschuhkammer 10 einfüllbar ist.
In bevorzugter Ausführungsform findet das Einfüllen von Pulver 11a in die Füllschuhkammer 10 in einer Grundstellung statt, in welcher der Füllschuh 7 abseits der Matrizenöffnung 2 auf der Matrizenoberfläche 6 angeordnet ist. Zum Versetzen des Füllschuhs 7 über die Oberseite der Matrize 1, d. h. über die Matrizenplatte bzw. Matrizenoberfläche 6 dient ein Füllschuhantrieb mit vorzugsweise einem Führungsgestänge 9, welches an dem Füllschuh 7 angekoppelt ist. In besonders bevorzugter Ausführungsform übergreift ein umgekehrt U- förmiger Abschnitt des Führungsgestänges 9 Bolzen 9b, die seitlich aus dem Füllschuh 7 bzw. der Füllereinrichtung 7 herausstehen.
Wie dies aus Fig. 1A ersichtlich ist, befindet sich der Füllschuh 7 in einem fortgeschrittenen Verfahrensstadium bereits über der Matrizenöffnung 2, wobei Pulver 11 aus der Füllschuhkammer 10 in die Matrizenöffnung oberhalb der abgesenkten Stempel 3 und 4 fällt. Üblicherweise wird der Füllschuh 7 mit bereits pulvergefüllter Füllschuhkammer 10 bei noch nicht abgesenkten Stempeln 3-5 über die Matrizenöffnung 2 gefahren. Erst wenn der Füllschuh 7 sich mit seiner Füllschuhkammer 10 über den abzusenkenden Stempeln 3, 4 befindet, werden die Stempel 3 und 4 abgesenkt, wobei Pulver aus der Füllschuhkammer 10 in den entstehenden Freiraum bzw. Hohlraum oberhalb der abgesenkten Stempel 3 und 4 in der Matrizenöffnung 2 fällt. Dadurch, dass durch das Absenken von den Stempeln 3 und 4 über diesen ein Unterdruck entsteht, wird dieses Verfahren auch als Saugfüllung bezeichnet.
Nachdem die Matrizenöffnung 2 mit Pulver 11 befüllt ist, wird der Füllschuh 7 wieder in die andere Grundstellung zurückverfahren, wie dies aus Fig. 1B ersichtlich ist. In dieser anderen Grundstellung wird die Füllschuhkammer 10 des Füllschuhs 7 dann wieder mit Pulver 11a befüllt, wobei das Pulver 11a über den Füllschlauch 8 aus einem Pulversilo zugeführt wird, wie dies auch aus Fig. 1C ersichtlich ist. Bei dem Pulver 11a handelt es sich meist um ein anderes Pulver 11a als das Pulver 11, welches beim vorherigen Verfahrenszyklus in die Matrizenöffnung 2 eingefüllt wurde.
Wie aus Fig. 1D ersichtlich, wird der Füllschuh 7 in einem nachfolgenden Verfahrensschritt wieder über die Matrizenöffnung 2 verfahren. Zusammen mit oder vor dem Verfahren des Füllschuhs 7 über die Matrizenöffnung 2 wird jedoch eine Maske, insbesondere eine Schablone oder Folie über die Matrizenoberfläche 6 und die Matrizenöffnung 2 gelegt. Die Maske 12, insbesondere eine flexible Folie, weist zumindest eine Maskenöffnung 13 auf, die oberhalb eines Bereiches der Matrizenöffnung 2 zu liegen kommt, wobei in diesem Bereich nachfolgend das Pulver 11a aus der Füllschuhkammer 10 eingefüllt werden soll. Die Maskenöffnung 13 ist insbesondere mit Blick auf die Form des zu befüllenden Abschnitts der Matrizenöffnung 2 angepasst, kann jedoch auch fein strukturiert auf bestimmte Anforderungen angepasst sein, beispielsweise um eine feingliedrige elektrisch leitfähige Schaltung auf einem ansonsten starren Pressling zu fertigen.
Bei dem in Fig. 1D dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Maske 12 in Form einer Folie bereit gestellt, die mit einer Rollbewegung ähnlich wie beim Abrollen eines Teppichs über die Matrizenoberfläche 6 abgerollt wird. Das Anordnen der Maske 12 auf der Matrizenoberfläche 6 und der Matrizenöffnung 2 kann dabei synchron zu der Bewegung des Füllschuhs erfolgen, kann aber auch unabhängig von der Bewegung des Füllschuhs vorgenommen werden.
Insbesondere ist es möglich, die Folie von einer anderen Seite als von der Seite der Füllschuh-Befüllungsposition aus aufzulegen. Besonders bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen, bei denen der Füllschuh dauerhaft auf der Maske angeordnet ist und daher nicht über eine Maskenkante geschoben werden muss.
Wie aus Fig. 1E ersichtlich, befindet sich der Füllschuh 7 mit einem beispielsweise schweren Pulver 11a zu einem nächsten Zeitpunkt oberhalb der Maskenöffnung 13 in der Maske 12. Beim Verfahren in diese Position ist durch die zwischengelegte Maske 12 keine Kontamination des bereits in die Matrizenöffnung 2 eingefüllten Pulvers aufgetreten. In einem nächsten Schritt wird der entsprechende Stempel 5 unterhalb der Maskenöffnung 13 abgesenkt, so dass das Pulver 11a aus der Füllschuhkammer 10 in den entstehenden Raum oberhalb des Stempels 5 gesaugt wird bzw. fällt.
Anschließend wird, wie dies aus Fig. 1G ersichtlich ist, der Füllschuh 7 wieder in die andere Grundstellung, d. h. in die Füllschuh-Befüllungsposition verfahren. Dabei kann automatisch oder getrennt davon die Maske 12 wieder von der Matrizenöffnung 2 abgehoben werden.
Wie aus insbesondere den Fig. 2A-2C ersichtlich, gibt es eine Vielzahl verschiedenartigster Ausführungsformen für Maskenführungseinrichtungen. Neben Schablonen und starren Masken werden biegbare Masken 12 besonders bevorzugt, beispielsweise Folien. Je dünner die Maske ist, desto weniger Pulver steht nach dem Entfernen der Maske möglicherweise über die Grundhöhe der Matrizenplatte bzw. Matrizenoberfläche 6 hinaus.
Wie aus Fig. 2A ersichtlich, besteht eine besonders einfache Maskenführungseinrichtung aus einem Führungsmechanismus, beispielsweise einer Führungsschiene. Ein einfacher Führungsmechanismus kann aus einer am Füllschuh 7 vorderseitig beabstandeten Maskenführung 20 bestehen. Diese ragt mit ihrem unteren Ende bis zu der Matrizenplatte 6 herunter, wobei sie vorzugsweise leicht bogenförmig nach vorne, dann nach oben und letztendlich schräg zurück in Richtung oberhalb des Füllschuhs 7 gebogen ist. Die Maske 12 wird dadurch von der Matrizenoberfläche 6 aus nach oben und letztendlich nach hinten zurück schräg oberhalb des Füllschuhs 7 gebogen. Die Maskenführung 20 ist vorzugsweise mit entsprechenden Befestigungs- und Abstandsstegen 21 am vorderen Gehäuse des Füllschuhs 7 befestigt.
Beim Vorwärtsbewegen des Füllschuhs 7 drückt dieser mit seiner vorderen, unteren Kante die Maske 12 nach unten und bewirkt beim Vorschub entsprechend ein Einziehen der Maske 12. Beim Zurückziehen des Füllschuhs 7 von der Matrizenöffnung 2 weg in die Ruheposition bzw. Befüllungsposition des Füllschuhs wird hingegen die Maske 12 vorderseitig in die Maskenführung 20 und durch diese nach oben bzw. schräg oberhalb den Füllschuh 7 geschoben und dadurch letztendlich von der Matrizenoberfläche 6 abgehoben.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann eine Absaugeinrichtung 31 bereit gestellt sein, welche ein- oder beidseitig Restpulver von der abgehobenen Maske 12 absaugt. Unterseitig der Maske 12 kann Pulver aus der Matrizenöffnung 2 kleben bleiben, oberseitig der Maske 12 kann Restpulver aus der Füllschuhkammer 10 kleben bleiben. Insbesondere kohlenstoffhaltiges Pulver würde in einem stärkeren Maße an der Maske 12 kleben bleiben als einfaches Metallpulver.
Die Maske 12 kann aus verschiedenartigsten Materialien bestehen, für eine gute Biegbarkeit, wie sie bei den Ausführungsformen der Fig. 2A-2C benötigt wird, vorzugsweise aus einer dünnen, stabilen Kunststofffolie oder einer dünnen, ausreichend gut biegbaren Metallfolie.
Wie aus Fig. 2B ersichtlich, kann die Maske 12 auch mittels eines am Füllschuh 7 oberseitig befestigten Gestells von der Vorderseite des Füllschuhs 7 aus nach schräg oben gezogen werden. Das dargestellte Gestell besteht aus einem von der Füllschuhoberseite nach oben ragenden Gestänge 23, an dessen Oberseite beispielsweise eine Rolle 24 als Umlenkeinrichtung gelagert ist. Von dem Ende der Maske 12 aus führt vorzugsweise ein Zugseil 25 über die Rolle 24 zu einer Feder 26, welche an der Oberseite des Füllschuhs 7 mit ihrem anderen Ende gelagert ist. Die Feder 26 zieht somit das vordere Ende der Maske 12 stets nach oben hin, so dass die Maske 12 in dem Bereich vor dem Füllschuh 7 stets nach oben gezogen wird. Je länger die Strecke ist, über die der Füllschuh 7 vor bzw. zurückbewegt werden muss, desto höher muss entsprechend das Gestänge 23 ausgebildet sein.
Denkbar sind auch beliebige andere Ausführungsformen, beispielsweise unter Einsatz eines Gewichtes anstelle der Feder 26. Anstelle der Rolle 24 kann auch eine walzenförmige Umlenkeinrichtung eingesetzt werden, über die dann nicht nur ein Zugseil, sondern sogar die Maske 12 selber umgelenkt werden kann. Auch kann z. B. die Feder direkt von dem oberen Ende des Gestänges aus an dem vorderseitigen Ende der Maske 12 angreifen.
Bei der in Fig. 2C dargestellten Ausführungsform wird die Maske 12 nicht mittels einer Maskenführungseinrichtung am Füllschuh 7 selber nach oben gezogen, sondern mittels eines Maschinengestells 28, das relativ zu der Matrize 1 starr gelagert ist. An dem dargestellten Maschinengestell 28 sind wiederum Rollen 27 dargestellt, welche ein Zugseil umlenken, das zwischen der Maske 12 und einem Gewicht 29 verspannt ist.
Alternative Maskenführungseinrichtungen können auch als Rollen oder Walzen zum Aufrollen der Maske ausgebildet sein, so dass die Maske 12 ähnlich einem Teppich aus- bzw. einrollbar ist.
Während bei den drei anhand der Figur dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils mit Hilfe des Füllschuhs 7 die Maske 12 beim Verfahren in die Position über der Matrizenöffnung 2 auf die Matrizenoberfläche 6 bzw. über die Matrizenöffnung 2 gedrückt wird, können das Auflegen der Maske 12 auf die Matrizenoberfläche 6 bzw. über die Matrizenöffnung 2 und das Verfahren bzw. Versetzen des Füllschuhs 7 auch unabhängig voneinander durchgeführt werden. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen werden jedoch die einzelnen Bewegungsabläufe synchron zueinander gekoppelt.
Eine beispielhafte Ausführungsform für ein voneinander unabhängiges Bewegen der Maske 12 und des Füllschuhs 7 ist anhand des Ablaufs der Fig. 3A-3C skizziert.
Wie aus Fig. 3A in Draufsicht ersichtlich, weist eine Matrize 1 wiederum eine Matrizenoberfläche 6 mit einer in dieser eingelassenen Matrizenöffnung 2 auf. Über die Matrizenoberfläche 6 wird ein Füllschuh 7 vor- und zurückbewegt. Die Vor- und Zurückbewegung des Füllschuhs 7 erfolgt wiederum über ein Führungsgestänge 9, was vorzugsweise wieder seitlich aus dem Füllschuh 7 herausragende Bolzen 9d übergreift. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Mehrstofffüllers ist der Füllschuh 7 nicht nur vor- und zurückbewegbar, sondern auch quer zu dieser Bewegungsrichtung über die Matrizenoberfläche 6 bewegbar. Anstelle getrennter vor-/zurück-, bzw. rechts- und links-Bewegungen ist auch eine dazu unabhängige oder diesen Bewegungen überlagerbare Verschwenkbewegung um ein Verschwenkungslager 9c möglich, welches sich im Führungsgestänge 9 oder im Bereich des Antriebs des Führungsgestänges 9 befindet, wie dies für sich genommen bekannt ist.
Der dargestellte Füllschuh 7 ist als Mehrstofffüller ausgebildet und weist vorzugsweise zwei oder mehr Füllschläuche 8a, 8b zur Befüllung der Füllschuhkammer 10 auf. Anstelle der Befüllung nur einer Füllschuhkammer 10 können in dem Füllschuh 7 auch mehrere Füllschuhkammern ausgebildet sein.
Bei dem in Fig. 3A dargestellten Verfahrensschritt ist die Matrizenöffnung 2 bereits teilweise mit einem Pulver befüllt. Vor dem erneuten Überschieben des Füllschuhs 7 über die Matrizenöffnung wird die Maske 12 über die Matrizenöffnung 2 gelegt. Die dargestellte Maske 12 weist eine Maskenöffnung 13 in Form eines Zylinderumfanges auf. Ausgebildet werden kann eine derartige Maskenöffnung 13 durch das Belassen eines gefüllten Kreises mit geringerem Durchmesser innerhalb einer zylinderförmigen Öffnung in der Maske 12. Zur Befestigung des inneren Kreises können dünne Stege belassen werden, welche bei der gleichmäßigen Befüllung der darunter befindlichen Matrizenöffnung 2 nicht oder nur vernachlässigbar störend wirken.
Nach dem Vorfahren des Füllschuhs 7 über die Maskenöffnung 13 und die darunter liegende Matrizenöffnung 2 und der Befüllung mit dem mitgeführten Pulver wird der Füllschuh 7 wieder in die Ausgangsstellung für dessen Befüllung zurückgezogen. Bei zurückgezogenem Füllschuh oder während dessen Zurückziehens wird die Maske 12 seitlich zu der Vor- und Zurückbewegung des Füllschuhs 7 versetzt, wozu ein Maskenversetzungsantrieb 30 verwendet werden kann, der an der Matrize 1 oder einem Matrizengestell angeordnet ist, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist. Zweckmäßigerweise erfolgt das Versetzen der Maske erst, wenn diese von der Matrizenöffnung 2 abgehoben wurde, um ein Mitschleppen von in der Matrizenöffnung 2 befindlichem Pulver 11 bzw. 11a zu verhindern.
Nach dem seitlichen Versetzen der Maske 12 wird diese wieder über die Matrizenöffnung 2 gelegt, wobei nunmehr andere, zusätzliche Maskenöffnungen 13a über der Matrizenöffnung 2 liegen. Wie vorstehend beschrieben, liegen auch diese weiteren Maskenöffnungen 13a zweckmäßigerweise über Bereichen der Matrizenöffnung 2, unter denen entsprechend geformte Stempel nach dem Überführen des Füllschuhs 7 über die Matrizenöffnung 2 bzw. die Maskenöffnungen 13a abgesenkt werden, um Pulver aus dem Füllschuh 7 in entsprechende Räume der Matrizenöffnung 2 zu füllen.
Wie dies aus den Fig. 3A-3C ersichtlich ist, können die Maskenöffnungen 13a auch bestimmte gewünschte Umfangsformen annehmen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Presskörpern wichtig, die beispielsweise aus einem stabilen Trägermaterial in unteren Schichten bestehen und oberseitig oder in Zwischenschichten dünne elektrisch leitfähige oder elektrisch isolierende Materialschichten aufweisen.
Wie aus Fig. 4A ersichtlich, kann eine komplexe Pulverbefüllungsanlage 40 eine Vielzahl von Füllstationen 43 aufweisen, die zur Befüllung einer einzelnen Matrize mit einer Matrizenöffnung 2 verwendet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Matrize in einem Matrizenschlitten 41, der in einer Schlittenführung 42 quer zu den einzelnen Füllstationen 43 verfahrbar ist. In vorteilhafter Weise kann der Matrizenschlitten 41 die aufgenommene Matrize nach der vollständigen Befüllung der Matrizenöffnung 2 direkt seitlich aus der Befüllungsanlage 40 heraus in eine Presse 44 verfahren, in welcher das Pulver zu einem kompakten Pressling verpresst wird, wie dies für sich genommen bekannt ist. Eine Befüllung der Matrizenöffnung 2 unter Verwendung der allgemein beschriebenen Maskentechnik kann natürlich auch direkt innerhalb einer solchen Pulverpresse durchgeführt werden.
Bei der dargestellten Füllanlage 40 befindet sich der Matrizenschlitten 41 in einem ersten Verfahrensschritt in einer in der Zeichnung linken Position, in welcher ein erster Füllschuh 7 mit einem ersten Pulver über die Matrizenöffnung 2 geführt wird, um das in der Füllschuhkammer des Füllschuhs 7 enthaltene Pulver in die Matrizenöffnung 2 zu entladen. Nach dem Zurückfahren des Füllschuhs 7 in seine Grundposition wird der Matrizenschlitten 41 in die entsprechende Position vor einer der anderen Füllstationen 43 verfahren. In dieser Position wird dann der entsprechende Füllschuh 7 aus der anderen Füllstation 43 über die Matrizenöffnung 2 gefahren, um im Füllschuh 7 befindliches Pulver in die Matrizenöffnung zu entladen. In vorteilhafter Weise ist jedem der Füllschuhe 7 zumindest ein Pulversilo mit entsprechend verschiedenem Pulver zugeordnet, so dass je Füllstation 43 ein andersartiges Pulver in die Matrizenöffnung 2 eingefüllt werden kann. Bei einem herzustellenden Pressling mit einer Vielzahl von Schichten ist es natürlich auch möglich, den Matrizenschlitten 41 mehrfach zu einer bestimmten der Füllstationen 43 zu verfahren, wenn eine entsprechende Pulverschicht in verschiedenen Lagen gewünscht wird.
Wie dies dargestellt ist, kann bei der Verwendung von losen Füllschuhen 7 mit allenfalls angekoppeltem Füllschlauch 8 zweckmäßigerweise ein einziger Füllschuhantrieb verwendet werden, dessen füllschuhseitiger Rahmen 9 jeweils an den entsprechenden zu verfahrenden Füllschuh 7 angekoppelt wird. Zusammen mit der Versetzung des Matrizenschlittens 41 wird dann entsprechend das Führungsgestänge 9 zum Führen der einzelnen Füllschuhe 7 entsprechend seitlich bzw. parallel zur Schlittenführung 42 zu einem entsprechenden anderen der Füllschuhe 7 versetzt.
Wie dies aus Fig. 4B ersichtlich ist, sind aber auch beliebige andere Füllanlagen 45 konstruierbar. Vorteilhaft kann demgemäss auch eine zentrale Matrize mit einer Matrizenöffnung 2 sein, um die kreisförmig herum verschiedene Füllstationen 43 mit jeweils einem Füllschuh 7 angeordnet sind. Insbesondere kann eine solche Anordnung bereits Bestandteil einer Pulverpresse 44 sein.
Während die vorstehende Beschreibung am Beispiel von Metallpulverpressen ausgeführt ist, ist das Grundprinzip für beliebige Anordnungen einsetzbar, bei denen ein pulver- oder granulatförmiges Material in einen Aufnahmeraum einfüllbar ist. Auch muss nicht zwingend ein anschließendes Verpressen des Pulvers in einer Pulverpresse vorgenommen werden.
Als pulverförmiges oder granulatförmiges Material können verschiedenartigste Materialien verwendet werden, d. h. neben Metallpulvern auch beispielsweise keramische Pulver oder kohlenstoffhaltige Pulver. Die vorstehend beschriebene Verfahrensweise ermöglicht insbesondere auch die Herstellung von Mischlegierungen oder von komplexen Presslingen, bei welchen auf stabilen Schichten weniger stabile Schichten aufgetragen sind. Möglich ist auch die Fertigung von beispielsweise Presslingen mit einem außenseitig stabilen Material und einem um eine zentrale Durchgangsöffnung innenseitig weicheren oder mit schmierender Eigenschaft ausgestatteten Material zur Aufnahme einer rotierenden Welle. Weitere Anwendungsbereiche befinden sich beispielsweise bei der Fertigung von Brennstoffzellen, also der Fertigung von Presslingen, bei denen verschiedenartigste Materialien über- und/oder nebeneinander im zu fertigenden Pressling angeordnet sein müssen, wobei eine große Reinheit der einzelnen Bereiche gefordert wird.

Claims

1. Pulverbefüllungsvorrichtung - insbesondere für pulvermetallurgische Pulver - mit
zumindest einer Matrize (1), die eine Matrizenoberfläche (6) und zumindest eine Matrizenöffnung (2) in dieser aufweist,
einem, zwei oder mehr Stempeln (3-5), die innerhalb der Matrizenöffnung (2) auf- und abwärts verstellbar sind, und
einer Befüllungseinrichtung, die einen Füllschuh (7), der über der Matrizenoberfläche (6) in zumindest eine Position oberhalb der Matrizenöffnung (2) zu deren Befüllung und in zumindest eine von der Matrizenöffnung (2) entfernte Position verfahrbar angeordnet ist, und eine Pulverzuführungseinrichtung (8; 8a, 8b) zum Zuführen von Pulver (11, 11a) aufweist,
gekennzeichnet durch
zumindest eine Maske (12) mit zumindest einer Maskenöffnung (13, 13a) und zumindest eine Maskenführungseinrichtung (20, 21; 23-26; 27-29; 30)
zum zeitweiligen Abdecken der Matrizenöffnung (2) mit der Maske (12) derart, dass die Maskenöffnung (13) bzw. die Maskenöffnungen (13a) über einen mit Pulver (11a) zu füllenden Teil der Matrizenöffnung (2) angeordnet ist, oder
zum zeitweiligen Freigeben der Matrizenöffnung (2).

2. Pulverbefüllungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem relativ zu der Matrize (1) gelagerten Maskenführungsgestell, welches derart angeordnet ist, dass die Maske (12) mit ihrem vorderen Ende nach oben von der Matrizenoberfläche (6) weg abgehoben wird, wenn der Füllschuh (7) von der Matrizenöffnung (2) entfernt ist.

3. Pulverbefüllungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Vielzahl, zumindest zwei Füllstationen (43), wobei zumindest eine der Füllstationen (43) eine Pulverbefüllungseinrichtung nach einem vorstehenden Anspruch aufweist und wobei die Füllstationen (43) zum Befüllen einer insbesondere versetzbaren Matrize (1) getrennt voneinander antreibbar angeordnet sind.

4. Pulverbefüllungsvorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, mit
einer Maske (12) mit einer Vielzahl, zumindest zwei Maskenöffnungen (13, 13a) und
einem Maskenführungsantrieb (30) zum Versetzen der Maske (12) derart, dass wahlweise bestimmte verschiedene der Maskenöffnungen (13 bzw. 13a) über die Matrizenöffnung (2) legbar sind.

5. Füllschuh - insbesondere nach einem vorstehenden Anspruch mit
einer Füllschuhführungseinrichtung (9b) und
einer Pulverzuführungseinrichtung (8)
gekennzeichnet durch
eine Maskenführungseinrichtung (20-21; 23-26) zum Auflegen einer Maske (12) mit zumindest einer Maskenöffnung (13) über eine Matrizenöffnung (2) bei einer Bewegung des Füllschuhs (7) in Richtung und über die Matrizenöffnung (2) und zum Abnehmen der Maske (12) von der Matrizenöffnung (2) beim Wegbewegen des Füllschuhs (7) von der Matrizenöffnung (2).

6. Füllschuh nach Anspruch 5, bei dem die Maskenführungseinrichtung (20-21) ein Führungsgestänge aufweist, welches an der der Matrizenöffnung (2) zugewandten Seite des Füllschuhs (7) angeordnet ist und die Maske (12) von der Unterseite unter dem Füllschuh (7) aus in eine aufwärts gerichtete Richtung führt.

7. Füllschuh nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Maskenführungseinrichtung (23-26) eine Hubanordnung mit einem Zugmechanismus (26) und mit insbesondere einer Umlenkung (24) oberseitig des Füllschuhs zum Auflegen bzw. Abheben der Maske (12) je nach Bewegungsrichtung im Bereich vor dem Füllschuh (7) in Richtung der Matrizenöffnung (2) aufweist.

8. Füllschuh nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Füllschuh (7) als Mehrstoffbefüller ausgebildet ist.

9. Maske nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Maskenöffnung (13) bzw. die mehreren Maskenöffnungen (13a) kleiner als die abzudeckende Matrizenöffnung (2) ausgebildet ist/sind, insbesondere eine geformte Umfangswand aufweist/aufweisen.

10. Pulverbefüllungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder Füllschuh nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einer Reinigungseinrichtung, insbesondere einer Saugeinrichtung (31) oder Abstreifeinrichtung, zum Reinigen der Maske (12) beim oder nach dem Versetzen von der Matrizenöffnung (2).

11. Verfahren zum Befüllen einer Matrizenöffnung mit pulver- oder granulatförmigem Material - insbesondere in einer Pulverbefüllungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder mit einem Füllschuh nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem auf der Matrizenöffnung (2) vor deren Befüllung eine Maske (12) angeordnet wird, welche eine Maskenöffnung (13, 13a) zum gezielten Befüllen eines vorgegebenen Bereichs der Matrizenöffnung (2) aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem
zumindest eine Füllereinrichtung (7) in eine Befüllungsposition über der Matrizenöffnung (2) in der Matrize (1) und in eine Nicht-Befüllungsposition entfernt von der Matrizenöffnung (2) über der Matrizenoberseite (6) verfahren wird und
in der Befüllungsposition das pulver- oder granulatförmige Material (11) aus der Füllereinrichtung (8, 7, 10) in einen Hohlraum eingefüllt wird, der in der Matrizenöffnung (2) oberhalb von zumindest einem darin auf- und abbewegbaren Stempel (3-5) ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor oder während des Verfahrens der Füllereinrichtung (7) über die Matrizenöffnung (2) die Maske (12) mit der Maskenöffnung (13, 13a) über der Matrizenöffnung (2) angeordnet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Anordnen der Maske (12) über der Matrizenöffnung (2) durch das Aufrollen der Maske (12) auf die Matrizenoberfläche (6) bzw. über die Matrizenöffnung (2) durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Anordnen der Maske (12) über der Matrizenöffnung (2) durch seitliches Darüberschieben über die Matrizenoberfläche (6) oder Aufsetzen auf die Matrizenoberfläche oder Verschwenken auf die Matrizenoberfläche durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Anordnen der Maske (12) über der Matrizenöffnung (2) bzw. das Abnehmen der Maske (12) davon synchron mit der Bewegung der Füllereinrichtung (7) durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem eine Maske (12) mit einer Vielzahl von Maskenöffnungen (13 bzw. 13a) zwischen einzelnen Befüllungen der Matrizenöffnung (2) derart versetzt wird, dass für die verschiedenen Befüllungsvorgänge verschiedene der Maskenöffnungen über der Matrizenöffnung (2) angeordnet sind.