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Technischer Bereich
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Vorliegende Erfindung betrifft ein durch Pulvermetallurgie hergestelltes Sintermaschinenteil, bei welchem ein Rohmaterial bestehend im Wesentlichen aus einem Metallpulver in einen Werkzeughohlraum gefüllt wird und mittels eines Oberstempels und Unterstempels gepresst wird und ein Pressling verdichtet wird (sog. „Pressverfahren”). Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem im Wesentlichen zylindrischen Pressling dessen Querschnittsform im Wesentlichen kreisförmig ist, und mit einer Werkzeugbaugruppe, welche einen Pressling mit hoher Dichte verdichten kann.
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Stand der Technik
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Da das oben erläuterte Herstellungsverfahren eines Sintermaschinenteils mittels Pulvermetallurgie dadurch charakterisiert ist, dass (1) eine Endformnahe Fertigung erreicht wird, (2) es für eine Massenfertigung geeignet ist, (3) spezielle Materialien, welche nicht als Gussmaterial gefertigt werden können, hergestellt werden können oder dergleichen, kann es für Maschinenteile bei Automobilen und für Maschinenteile in verschiedenen Industriebereichen verwendet werden.
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Als Beispiel für obige Charakteristik (3) kann ein Pulvermagnetkern, welcher als Eisenkern beispielsweise einer Zündspule oder dergleichen verwendet wird, genannt werden (nachstehende Patentpublikationen 1 bis 3 usw.). Der Pulvermagnetkern wird dadurch hergestellt, dass zunächst auf der Oberfläche eines Weichmagnetpulvers, beispielsweise Eisenpulvers, ein isolierender Überzug gebildet wird, eine Pulvermischung, welcher ein geringer Anteil an Harzpulver beigemischt ist, verdichtet wird und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Ein derartiger Pulvermagnetkern besitzt Eigenschaften mit geringem Wirbelstromverlust, da der während der Anwendung erzeugte Wirbelstrom aufgrund des isolierenden Überzugs und des beigemischten Harzes, welches die Oberfläche des Weichmagnetpulvers umhüllt, innerhalb des Weichmagnetpulvers durch den hohen spezifischen Widerstand gehalten wird.
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Es ist bekannt, Elektrobleche aus Eisen-Silizium-Legierung für Eisenkerne und dergleichen zu verwenden. Die lamellierten Eisenkerne werden durch Stapeln mehrerer Bleche aus Eisen-Silikon-Legierung unter Zwischenfügung von isolierenden Verstärkungen zwischen den Blechen hergestellt. Die Bleche aus Eisen-Silizium-Legierung enthalten zur Verbesserung des elektrischen Widerstandes Silizium und haben eine in Walzrichtung angeordnete isotrope Kristallrichtung, welche leicht magnetisiert werden kann. Das lamellierte Eisen-Silizium-Blech hat einen hohen spezifischen Widerstandswert und geringe Wirbelstromverluste und wird daher in großem Umfang bei lamellierten Eisenkernen verwendet. Eisen-Silizium-Blech hat jedoch eine hohe Härte und eine geringe Formbarkeit. Die endgültige Form des lamellierten Eisenkerns wird daher durch die aufeinandergeschichteten zugeschnittenen Eisen-Silizium-Bleche erreicht. Die Produktivität bei der Herstellung derartiger lamellierter Eisenkerne aus Eisen-Silizium-Blechen ist daher niedrig. Deshalb werden Pulvermagnetkerne mit den oben beschriebenen Charakteristiken (1) und (2) an Stelle von laminierten Eisenkernen aus Eisen-Silizium-Blechen verwendet. Der Eisenkern für eine Zündspule wird in eine Primärspule und in eine Sekundärspule eingefügt. Es ist bekannt, dass ein magnetisches Verhalten maximal dann erreicht wird, wenn kein Spalt zwischen den Spulen und dem Eisenkern vorhanden ist. Demgemäß ist die am meisten verwendete Form des Eisenkerns ein einfacher Zylinder mit kreisförmigen Querschnitt, der einen Außendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser der Spule aufweist.
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Zur Verdichtung des Pulverrohmaterials in eine einfache Zylinderform wird, wie in 19a gezeigt ist, normalerweise folgendes Verfahren verwendet. Eine geeignete Menge an Pulverrohmaterial wird in einen Hohlraum eingefüllt, welcher von einer Werkzeugbohrung 21 in einem Werkzeug 2 gebildet wird. Die Werkzeugbohrung erstreckt sich in Längsrichtung und ein Unterstempel 4 ist verschiebbar von unten in die Werkzeugbohrung 21 eingesetzt. Der Hohlraum wird in einem oberen Bereich der Werkzeugbohrung 21 gebildet und ist nach unten durch den Unterstempel 4 begrenzt. Ein Oberstempel 3 wird in die Werkzeugbohrung 21 von oben eingesetzt. Das Pulverrohmaterial wird durch den Oberstempel 3 und den Unterstempel 4 verdichtet. Bei diesem Vorgang werden jeweilige Endflächen 10 am Pressling 1 vom Oberstempel 3 und vom Unterstempel 4, wie es in 19b dargestellt ist, gebildet. Auf diese Weise wird ein Pressling 1 hergestellt, dessen Seitenflächen sich in axialer Richtung erstrecken und durch die innere Oberfläche der Werkzeugbohrung 21 des Werkzeugs 2 geformt werden. Bei diesem Verdichtungsverfahren wird das Pulver in axialer Richtung des Presslings gepresst, um den Pressling mit zylindrischer Gestalt herzustellen.
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Bei Verwendung eines derartigen Verfahrens kann es jedoch geschehen, dass die Dichte eines oberen Endbereichs und eines unteren Endbereichs (beide Enden in axialer Richtung) im Pressling 1 höher ist als die Dichte in einem mittleren Bereich b. Durch die Verringerung der Dichte im mittleren Bereich b entsteht eine sogenannte neutrale Zone in diesem mittleren Bereich in Verdichtungsrichtung. Die neutrale Zone entsteht aus folgendem Grund. Das durch den Oberstempel 3 und den Unterstempel 3 verdichtete Pulver wird durch Gleiten an der Pulveroberfläche aufgrund des einwirkenden Druckes umgeschichtet und durch plastische Verformung verfeinert. Der vom Oberstempel 3 und dem Unterstempel 4 von den Endbereichen her auf den mittleren Bereich b ausgeübte Druck wird durch die Umschichtung und plastische Verformung jedoch verbraucht. Der auf das Pulverrohmaterial ausgeübte Druck baut sich ab je größer im Pressling der Abstand von den Endflächen 10 ist.
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Bei einer relativ großen Länge des Presslings in Verdichtungsrichtung lässt sich die Entstehung der neutralen Zone nicht vermeide, selbst wenn der vom Oberstempel und vom Unterstempel aufgebrachte Druck erhöht wird. Wenn im oben erläuterten Pulvermagnetkern eine neutrale Zone mit niedriger Dichte entsteht, sind bei Verwendung als Eisenkern die magnetischen Eigenschaften verschlechtert, da insbesondere die Magnetflussdichte proportional zum Raumfaktor des Weichmagnetpulvers ist.
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Es ist daher bekannt, beim Pressen von Presslingen mit im Wesentlichen zylindrischer Form und relativ großer axialer Linksausdehnung ein Verfahren zur Anwendung zu bringen, bei welchem das Pulver in radialer Richtung, d. h. in rechten Winkeln zur axialer Richtung verdichtet wird (nachstehende Patentveröffentlichungen 4 und 5 usw.). Aus diesen Veröffentlichungen ist es bekannt, dass bei diesem Verfahren die Abstände im Pressling in Pressrichtung gering sind und die gesamte Seitenfläche durch den Oberstempel und den Unterstempel gepresst wird. Demzufolge kann ein Pressling mit gleichförmiger hoher Dichte in Längsrichtung und ohne die Entstehung einer neutralen Zone hergestellt werden.
- Die Patentveröffentlichung 1 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung H 03-238805 .
- Die Patentveröffentlichung 2 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung 2006-278499 (Anspruch 8).
- Die Patentveröffentlichung 3 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung 2008-153611 .
- Die Patentveröffentlichung 4 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung H03-013281 .
- Die Patentveröffentlichung 5 ist die japanische geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung 2005-240060 .
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Beschreibung der Erfindung
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Durch die Erfindung gelöste Probleme
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Bei einem bekannten Verdichtungsverfahren gemäß den Patentveröffentlichungen 4 und 5 wird, wie in 20A gezeigt, das Pulver in das Werkzeug eingebracht und zwischen den Stempelflächen 31, 42, welche am Oberstempel 3 und am Unterstempel 4 gebildet sind, verdichtet. Dabei werden der Oberstempel und der Unterstempel gleitend in die Werkzeugbohrung 21 des Werkzeuges 2 eingefügt. Die Stempelflächen 31, 42 besitzen Querschnitte mit Halbkreisbogenform, welche in vertikaler Richtung symmetrisch sind. Hierdurch entsteht ein Pressling 1 mit einer oberen gebogenen Oberfläche 11 und einer unteren gebogenen Oberfläche 12, wie es in den 20B und 20C dargestellt ist. Bei diesem Verfahren besteht jedoch die Gefahr, dass der Oberstempel 3 und der Unterstempel 4 leicht beschädigt werden, da die Wände an beiden Seiten in Breitenrichtung, welche bei der Verdichtung einander gegenüberliegen, dünn ausgebildet sind.
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Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, sind flache Bereiche 33, 34 mit einer vorgegebenen Dicke vorgesehen. Auf diese Weise werden die beiden Oberflächenbereiche, welche in Breitenrichtung dünn sind, verbessert. Um zu vermeiden, dass diese flachen Bereiche 33, 34 aufgrund von Berührung miteinander beschädigt werden, sind die flachen Bereiche 33, 34 in einem bestimmten Abstand auch dann voneinander angeordnet, wenn das Pulver vollständig verdichtet ist. Demzufolge erstrecken sich in axialer Richtung des aus dem verdichteten Pulver bestehenden Presslings Flanschstücke 13 (strichlierte Bereiche in 20C), welche beidseits des Presslings zwischen den flachen Bereichen 33, 34 entstehen. Das Flanschstück 13 wird durch maschinelle Bearbeitung beseitigt, da es überflüssig ist. Der so hergestellte Pressling 1 hat dann einen kreisförmigen Querschnitt.
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Da bei den Verdichtungsverfahren, welche in den beiden Patentveröffentlichungen 4 und 5 beschrieben sind, die Beseitigung des Flanschstückes 13 durch maschinelle Bearbeitung erforderlich ist, erhöht sich der Herstellungsaufwand und es entsteht Materialabfall, welcher beseitigt werden muss. Man hat daher überlegt, den Pressling mit beibehaltenen Flanschstücken 13 als Eisenkern für eine Zündspule zu verwenden. Aufgrund der beidseits abstehenden Flanschstücke 13 entstehen vergrößerte Spalte zwischen dem Eisenkern und der Spule. Dadurch werden die magnetischen Eigenschaften entsprechend der Spaltvergrößerung verschlechtert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen im Wesentlichen zylindrischen Pulverpressling zu schaffen, bei dem maschinelle Bearbeitung unnötig ist und die Querschnittsform des Presslings einem Kreis angenähert ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Pressling mit einem Volumenverhältnis von 0,85 oder mehr in Bezug auf einen Zylinder mit einem Zielquerschnitt in Form eines Kreises (Basiskreis) zu schaffen. Ferner besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, eine Werkzeugbaugruppe zu schaffen, mit welcher der oben erläuterte Pulverpressling verdichtet werden kann.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Der im Wesentlichen zylindrische Pulverpressling vorliegender Erfindung ist ein Pulverpressling mit im Wesentlichen zylindrischer Gestalt, deren äußere Querschnittsform mit einer Innenseite eines Basiskreises mit im Wesentlichen kreisförmiger Gestalt in Berührung kommt, wobei eine Mitte der kreisförmigen Gestalt des Presslingquerschnitts übereinstimmt mit dem Mittelpunkt des Basiskreises. Die äußere Querschnittsform des Presslings ist zusammengesetzt aus wenigstens einem Paar von Seitenrandbereichen, einer oberen Bogenfläche und einer unteren Bogenfläche. Die Seitenrandbereiche sind an beiden Seiten gebildet, welche etwa in Umfangsrichtung 180° voneinander entfernt sind und sich innerhalb des Basiskreises erstrecken. Die obere Bogenfläche verbindet die inneren Seitenkanten der Seitenrandbereiche und berührt eine Innenseite des Basiskreises zumindest in einem oberen Bereich. Die untere Bogenfläche verbindet die äußeren Seitenkanten der beiden Seitenrandbereiche und berührt eine Innenseite des Basiskreises wenigstens in einem unteren Bereich.
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Der Pulverpressling enthält ferner einen gekrümmten Oberfächenteil und einen abgeschrägten Teil an beiden Enden der Längsausdehnung des Pulverpresslings. Der gekrümmte Oberflächenteil ist ausgehend vom jeweiligen Seitenrandbereich zur Endfläche hin konkav gekrümmt und setzt sich fort bis zur jeweiligen Endfläche. Der abgeschrägte Teil ebnet Kanten ein und verjüngt sich von jeder Endfläche ausgehend zur Seitenfläche hin. Wenn bei vorliegender Erfindung der obere Teil der Querschnittsform in einem Abstand von 0 bis –0,5 mm vom Basiszirkel entfernt ist, ist dies gleichbedeutend damit, dass der Pressling eine Innenseite des Basiskreises berührt.
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Bei einem Aspekt der Erfindung ist an die seitliche Oberfläche des Pulverpresslings ein seitlicher flacher Bereich umgeformt, welcher sich senkrecht zum Seitenrandbereich erstreckt.
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Ferner kann Pulverpressling der Erfindung ein weiterer Aspekt verwirklicht sein, gemäß welchem die untere Bogenfläche im äußeren Querschnittsverlauf von einer mittleren unteren Bogenfläche gebildet ist, welche mit dem Basiskreis übereinstimmt und bei welchem seitliche untere Bogenflächen zu beiden Seiten der mittleren unteren Bogenfläche durch Stufen gebildet sind, welche zwischen der mittleren unteren Bogenfläche und den seitlichen unteren Bogenflächen vorgesehen sind.
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Ferner kann ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pulverpresslings einen Seitenrandbereich mit einer Breite von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen. Der gekrümmte Oberflächenteil kann wenigstens eine gebogene Oberfläche, eine elliptisch gebogene Oberfläche, eine eben Oberfläche oder eine aus diesen Oberflächenformen kombinierte Oberfläche aufweisen. Die Länge des gekrümmten Oberflächenteils kann 1 bis 5 mm betragen und eine ansteigende Dicke, ausgehend vom Seitenrandbereich, von 1 bis 5 mm haben.
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Die Länge des abgeschrägten Teils entspricht einer Länge des gekrümmten Oberflächenteils oder mehr, und ist länger als 2 mm oder geringer als die Länge des gekrümmten Oberflächenteils. Ein Projektionsbild des gekrümmten Oberflächenteils auf die Endfläche erstreckt sich nicht außerhalb des Basiskreises.
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Ferner enthält ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pulverpresslings einen seitlichen flachen Bereich, mit einer Höhe größer als 0 mm bis 2 mm. Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel die Breite der mittleren unteren Bogenfläche 40 bis 80% des Durchmessers des Basiskreises betragen. Ferner kann die Höhe der Stufe größer 0 mm bis 1 mm sein.
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Die Werkzeugbaugruppe gemäß der Erfindung ist geeignet zum Verdichten von Pulver, wobei vorzugweise ein Pulverpressling mit im Wesentlichen zylindrischer Gestalt durch Pressen in zur axialen Richtung rechten Winkeln hergestellt wird. Die Werkzeugbaugruppe zum Verdichten von Pulver enthält ein Werkzeug, einen Unterstempel und einen Oberstempel. Das Werkzeug besitzt eine Werkzeugbohrung, welche sich in vertikaler Richtung erstreckt. Die Werkzeugbohrung ist in Draufsicht im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildet. Sie beinhaltet einen Stufenbereich, einen großen Breitenbereich, einen kleinen Breitenbereich und einen gekrümmten Bereich. Der Stufenbereich ist in vertikaler Richtung in einem Zwischenbereich angeordnet und hat eine konkav gebogenen Querschnittsform, welche an dem Basiskreis angenähert ist, in welchem eine Schaftmitte des Presslings mit der Mitte des Basiskreises übereinstimmt. Der große Breitenbereich ist an eine Oberseite des Stufenbereichs angeformt und die Ausdehnung in Breitenrichtung ist relativ groß. Der kleine Breitenbereich ist an eine Unterseite des Stufenbereichs angeformt und seine Ausdehnung in Breitenrichtung ist geringer als die des großen Breitenbereichs. Ein gekrümmter Oberflächenbereich ist an beide Seiten in Längsrichtung angeformt. Seine Breite verringert sich allmählich zur Endfläche hin. Der Unterstempel ist gleitend in den kleinen Breitenbereich der Werkzeugbohrung eingefügt. Eine konkav gekrümmte Unterstempelfläche hat in Breitenrichtung eine Querschnittsform, welche an den Basiskreis angenähert ist und an eine obere Endfläche des Stempels angeformt ist. Der Oberstempel ist gleitend in den großen Breitenbereich der Werkzeugbohrung eingesetzt. Eine konkav gekrümmte Oberstempelfläche hat in Breitenrichtung eine Querschnittsform, welche mit dem Basiskreis übereinstimmt oder an diesen angenähert ist und welche an einer unteren Endfläche des Stempels angeformt ist. Der Oberstempel besitzt einen abgeflachten Teil, eine gebogene Oberfläche und eine gekrümmte Oberfläche. Der abgeflachte Teil ist an beide Endteile in Breitenrichtung der unteren Endfläche angeformt und erstreckt sich in Längsrichtung, wobei eine vertikale Richtung in rechten Winkeln gekreuzt wird. Die gebogenen Oberflächen sind in Längsrichtung an beiden Endbereichen angeformt. Ihre Höhe verringert sich allmählich entlang der Krümmung ausgehend von einer unteren seitlichen Endfläche zwischen dem abgeflachten Teil und der Endfläche am Oberstempel. Die gekrümmte Oberflächenteil entspricht dem gekrümmten Flächenbereich am Werkzeug.
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Die Werkzeugbaugruppe vorliegender Erfindung kann ferner folgenden Aspekt aufweisen. Bei dem entsprechenden Ausführungsbeispiel kann die Breite des abgeflachten Bereichs 0,1 bis 0,5 mm betragen. Die gebogene Oberfläche kann wenigstens eine gebogene Fläche, eine elliptisch gebogene Fläche, eine ebene Fläche oder eine aus diesen Flächenformen kombinierte Oberfläche sein. Die Länge der gekrümmten Oberfläche beträgt 1 bis 5 mm mit vom abgeflachten Bereich aus ansteigender Dicke von 1 bis 5 mm. Die Länge der gekrümmten Oberfläche am Oberstempel entspricht der Länge des gekrümmten Flächenbereichs der Werkzeugbohrung oder ist länger und kann um 2 mm oder geringer länger sein als die Länge des gekrümmten Flächenbereichs. Eine Projektion der Oberfläche auf die Endfläche erstreckt sich nicht über den Basiskreis hinaus.
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Bei einem im Wesentlichen zylindrischen Pulverpressling gemäß der Erfindung kann ein Volumenverhältnis von 0,95 oder mehr für die Querschnittsform des Presslings gegenüber einem Zylinder mit einer Zielquerschnittsform eines Kreises (Basiskreis) erreicht werden. Bei einem derartigen Pulverpressling ist eine maschinelle Nachbearbeitung nicht erforderlich, so dass daraus resultierende erhöhte Herstellungskosten vermieden werden. Ferner entsteht kein Abfallmaterial. Wenn der Pulverpressling beispielsweise als Pulvermagnetkern für einen Eisenkern einer Zündspule verwendet wird, ist der Spalt zwischen der kreisförmigen Zündspule und dem Eisenkern verringert. Die magnetischen Eigenschaften des Eisenkerns können somit maximal zur Auswirkung gebracht werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren:
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1a ist eine Endansicht eines Pulverpresslings nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 1b zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Details A in 1A.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Pulverpresslings, der ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
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3A ist eine Seitenansicht eines Pulverpresslings gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Details B in 3A.
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4A ist eine Draufsicht auf den Pulverpressling nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 4B ist eine vergrößerte Darstellung eines Details C in 4A.
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5 ist eine Endansicht einer Werkzeugbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 ist eine perspektivische Ansicht eines Oberstempels im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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7A ist eine Seitenansicht des Oberstempels im ersten Ausführungsbeispiel und 7B ist eine vergrößerte Darstellung eines Details D in 7A.
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8A ist eine Draufsicht auf den oberen Stempel des ersten Ausführungsbeispiels und 8B ist eine vergrößerte Darstellung eines Details E in 8A.
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9A ist eine Draufsicht, welche ein Werkzeug der Werkzeugbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, und 9B ist eine vergrößerte Darstellung eines Details F in 9A.
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10 ist eine Querschnittsdarstellung, welche den Zustand einer Pulververdichtung unter Verwendung der Werkzeugbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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11 ist eine schnittbildliche Darstellung, welche den Zustand einer Pulververdichtung unter Verwendung einer Werkzeugbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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12 ist eine Endansicht, welche einen Pulverpressling gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
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13A ist eine perspektivische Darstellung eines Endbereiches eines Pulverpresslings gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 13B, ist eine Seitenansicht des Endbereichs eines Oberstempels in einer Werkzeugbaugruppe eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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14 ist eine schnittbildliche Darstellung, welche den Zustand einer Pulververdichtung unter Anwendung einer Werkzeugbaugruppe im Experimentierstadium vorliegender Erfindung zeigt.
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15A ist eine Endansicht eines Pulverpresslings im Experimentierstadium der Erfindung und 15B, ist eine perspektivische Darstellung dazu.
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16 ist eine perspektivische Darstellung eines Oberstempels einer Werkzeugbaugruppe im Experimentierstadium vorliegender Erfindung.
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17A ist eine Seitenansicht eines Oberstempels einer Werkzeugbaugruppe in einem Vergleichsbeispiel zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 17B ist eine perspektivische Darstellung dazu.
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18A ist eine Endansicht eines Pulverpresslings des Vergleichsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 18B ist eine perspektivische Ansicht dazu.
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19A ist ein Querschnitt durch eine herkömmliche Werkzeugbaugruppe zur Verdichtung eines zylindrischen Pulverpresslings und 19B ist eine perspektivische Darstellung des in der Werkzeugbaugruppe der 19A hergestellten Pulverpresslings.
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20A zeigt einen Querschnitt einer herkömmlichen Werkzeugbaugruppe zur Verdichtung eines zylindrischen Pulverpresslings. 20B ist eine perspektivische Darstellung des in der Werkzeugbaugruppe der 20A hergestellten Pulverpresslings und 20C ist eine Endansicht eines Pulverpresslings der in der Werkzeugbaugruppe der 20A hergestellt wurde.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung:
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Unter Bezugnahme auf die Figuren werden anschließen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
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[A] Experimentierstadium für vorliegende Erfindung
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Zunächst werden die Versuche erläutert, welche zur Erfindung geführt haben.
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Zunächst wurde eine Werkzeuggruppe, die in 14 dargestellt ist, untersucht. Dabei wurde ein Pulverpressling 1A (in Folgenden als „Pressling” bezeichnet), welcher in 15 dargestellt ist mithilfe dieser Werkzeugbaugruppe hergestellt. Die Werkzeugbaugruppe, welche in 14 dargestellt ist, beinhaltet ein Werkzeug 2 mit einer Stufe, einen Oberstempel 3 und einen Unterstempel 4. Das Werkzeug 2 beinhaltet eine Werkzeugbohrung 21, welche sich in vertikaler Richtung erstreckt. Eine Draufsicht auf die Werkzeugbohrung 21 hat eine rechtwinkelige Gestalt, entsprechend der Längsausdehnung des Presslings (sich erstreckend von vorne nach hinten in der Darstellung in 14), und hat in einem Zwischenbereich einen Stufenbereich 22 mit Links-Rechts-Symmetrie. Der Stufenbereich 22 ist so geformt, dass sein Querschnitt eine konkave Bogenform entsprechend einem Basiskreis P (Zielkreis) hat. Ein großer Breitenbereich 24a und ein kleiner Breitenbereich 24b mit vorgegebenen Breiten werden oberhalb und unterhalb des Stufenbereichs 22 in der Werkzeugbohrung 21 gebildet. Ein Oberstempel 3 ist verschiebbar von oben her in den großen Breitenbereich 24a eingesetzt. Ferner ist ein Unterstempel 4 von unten her in den kleinen Breitenbereich 24b verschiebbar eingesetzt.
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Eine Unterstempelfläche 42, deren Querschnitt eine einfach konkav gebogene Form entsprechend dem Basiskreis P aufweist, ist an der Oberseite des Unterstempels 4 vorgesehen. Für den Verdichtungsvorgang wird der Unterstempel 4 in den kleinen Breitenbereich 24b der Werkzeugbohrung 21 eingesetzt, sodass die Unterstempelfläche 42 eine Verdichtungsposition in konzentrischer Übereinstimmung mit dem Stufenbereich 22 einnimmt.
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Eine Oberstempelfläche 31 besitzt eine konkave Bogenform, welche dem Basiskreis P angenähert ist. Sie befindet sich an der Unterseite des Oberstempels 3. Ein jeweils abgeflachter Bereich 35, welcher in seiner Längsausdehnung sich mit einer vertikalen Richtung in rechten Winkel schneidet, ist in Breitenrichtung an beiden Seitenteilen der Oberstempelfläche 31 angeformt. Demzufolge setzt sich die Oberstempelfläche 31 zusammen, aus einer gebogenen Hauptoberstempelfläche 31a und den abgeflachten Bereichen 35, welche sich zu beiden Seiten der Hauptoberstempelfläche 31a erstrecken. Der abgeflachte Bereich 35 erstreckt sich innerhalb des Basiskreises P und demgemäß hat die Hauptoberstempelfläche einen etwas geringeren Durchmesser als der Basiskreis P. Für den Verdichtungsvorgang wird der Oberstempel 3 in den großen Breitenbereich 24a, der Werkzeugbohrung 21 eingesetzt, sodass eine flache Oberfläche (ein unterer Kantenberiech des großen Breitenbereiches) zwischen flachen Teilen 38 an beiden Seiten und einem oberen Rand des Stufenbereiches 22 vorgesehen ist, wobei eine Verdichtungsposition erreich wird, in welcher ein oberer Teil der Oberstempelfläche mit einem oberen Bereich des Basiskreises P sich überlappt. Um den Pressling unter Verwendung des Werkzeugaufbaus mit obiger Zusammensetzung zu erhalten, wird zunächst der Unterstempel 4 in den kleinen Breitenbereich 24b der Werkzeugbohrung 21 im Werkzeug 2 eingesetzt und in einer Position geringfügig unterhalb der oben beschriebenen Verdichtungsposition angehalten. Eine geeignete Menge an Rohmaterialpulver wird in den oben offenen Hohlraum der Werkzeugbohrung 21 eingefüllt. Anschließend wird der Unterstempel 4 bis in die Verdichtungsposition angehoben. Der Oberstempel 3 wird bis in die Verdichtungsposition nach unten bewegt und das Pulverrohmaterial wird durch den Oberstempel 3 und den Unterstempel 4 verdichtet. Nach der Verdichtung wird der Oberstempel 3 nach obenhin entfernt und durch Anheben des Unterstempels 4 wird der Pressling aus dem Werkzeug entfernt.
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Der Pressling 1A, welcher auf die vorstehend erläuterte Weise erzeugt wird, stimmt hinsichtlich seines Querschnitts mit dem Basiskreis P überein, wie aus 15 zu ersehen ist. Die untere Bogenfläche 12 wird gebildet durch eine Flächenfolge, bestehend aus den Stufenbereichen 22 an beiden Seiten des Werkzeugs 2, und die Unterstempelfläche 42 am Unterstempel 4. Ferner ist beidseits ein seitlicher flacher Bereich 14, der sich in Längsrichtung erstreckt, an die Seitenfläche des Presslings A durch die oben erläuterte flache Oberfläche 24 angeformt. In diesem seitlichen flachen Bereich 14 wird an seinem oberen Ende eine äußere Kante 15c eines Seitenrandbereiches 15 gebildet. Ein unteres Ende des seitlichen flachen Bereichs geht in die untere Bogenfläche 12 über. Ein oberes Teil des Presslings 1A weist an beiden Seiten die Seitenrandbereiche 15 auf. Diese werden durch die abgeflachten Bereiche des Oberstempels 3 mit einem Winkelanstand von etwa 180° in Umfangsrichtung angeformt. Eine obere Bogenfläche 11 wird von der gebogenen Oberstempelfläche 31 des Oberstempels 3, welche sich in innere Kanten 15b der Seitenrandbereiche 15 fortsetzt, gebildet.
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Dieser Pressling 1A besitzt folgende Vorteile. Da die Seitenrandbereiche 15 sich bis zur Innenseite des Basiskreises P erstrecken, ist das Volumenverhältnis des Presslings 1A gegenüber einer Zylinderform mit einem Querschnitt des Basiskreises B nur geringfügig verringert. Da jedoch der Querschnitt des Presslings 1A dem Basiskreis P angenähert ist, erreicht man ein relativ hohes Volumenverhältnis. Ferner ist es nicht erforderlich am Unterstempel 4 flache Bereiche 43 an beiden Seiten wie beim in 20A gezeigten Unterstempel 4 vorzusehen, da dessen Breite wesentlich geringer ist als der Durchmesser des Presslings 1A. Im Oberstempel 3 hingegen sind die abgeflachten Bereiche 35 jedoch vorhanden, wobei diese abgeflachten Bereiche innerhalb des Basiskreises P vorgesehen sind. Es fehlen Flanschstücke 13, welche sich über den Basiskreis P hinaus erstrecken, wie es in 20 gezeigt ist, und es ist ferner nicht erforderlich zur Beseitigung der Flanschteile 13 eine maschinelle Nachbearbeitung vorzusehen. Im Hinblick auf den Raumfaktor des Weichmagnetpulvers werden die magnetischen Eigenschaften durch einen Pulvermagnetkern bei Verwendung als Eisenkern verbessert. Hierzu können Presslinge mit hoher Dichte durch Erhöhung des Verdichtungsdruckes erzeugt werden. Wenn unter Verwendung der oben beschriebenen Werkzeugbaugruppe der Verdichtungsvorgang durchgeführt wird, werden Kantenecken 39 (gezeigt in 16) der abgeflachten Bereiche 35 am Oberstempel beschädigt. Dies erfolgt aufgrund konzentrierter Beanspruchung an den Kanten 39 bei hoher Belastung, da die abgeflachten Bereiche 35 sich geradlinig in Längsrichtung erstrecken und in Breitenrichtung nicht abgestützt sind.
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[B] Erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung obiger Versuche geschaffen und im Folgenden werden ein Pressling sowie ein Werkzeugbausatz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
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Die 1 bis 4 zeigen einen Pressling 1B gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die 1 zeigt eine Endansicht, die 2 eine perspektivische Ansicht, die 3 eine Seitenansicht und die 4 eine Ansicht von oben. Ferner zeigen die 5 bis 8 die Ausbildung eines Oberstempels 3 in einem Werkzeugbausatz des ersten Ausführungsbeispiels, wobei 5 eine Endansicht, 6 eine perspektivische Ansicht, 7 eine Seitenansicht und 8 eine Ansicht von oben sind. Ferner zeigt 9 eine Ansicht von oben eines Werkzeugs im Werkzeugbausatz und 10 zeigt eine schnittbildliche Darstellung des Werkzeugbausatzes.
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Beim Pressling 1B des ersten Ausführungsbeispiels ist das Problem der Beschädigung der Kanten 39 am Oberstempel 3, welches bei den oben geschilderten Versuchen aufgetreten, dahingehend gelöst, dass die herkömmlichen Flanschstücke 13 beseitigt sind und auf der Basis der technischen Erkenntnisse, welche mit dem Prüfling 1A im Verlauf der oben geschilderten Untersuchungen gefunden wurden, eine neue Verbesserung hinzugefügt wurde. Hierzu wurden die folgenden Merkmale, wie beim Pressling 1A der oben beschriebenen Versuche, verwendet.
- (1) Die Querschnittsform des Presslings berührt eine Innenseite des Basiskreises P, sodass die Schaftmitte mit der Mitte des Basiskreises P übereinstimmt.
- (2) Die Seitenrandbereiche 15 erstrecken sich vom Basiskreis P zur Innenseite hin und sind an beiden Seiten des Presslings angeformt.
- (3) Die obere Bogenfläche 11 wird zwischen inneren Kanten 15b der Seitenrandbereiche 15 gebildet und wenigstens ein oberer Teil der oberen Bogenfläche berührt den Basiskreis P.
- (4) Die untere Bogenfläche 12 ist zwischen den äußeren Kanten 15c der Seitenrandbereiche 15 gebildet und wenigstens ein unterer Teil bzw. Bodenteil der unteren Bogenfläche berührt den Basiskreis P.
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Für den Fall dass ein jeweiliger äußerer Bereich der Querschnittsform in einem Abstand von 0 bis –0,5 mm vom Basiskreis entfernt ist, bedeutet dies bei vorliegender Erfindung, dass der Pressling mit einer Innenseite des Basiskreises in Berührung steht. Die Entstehung dreidimensionaler Fehler ist bei der industriellen Fertigung unvermeidbar. Wenn jedoch der Querschnitt über den Basiskreis übersteht (das bedeutet, dass der Abstand mit Pluszeichen versehen ist) kann der Pressling im Hohlraum einer Zielspule aufgenommen werden. Wenn im Gegensatz dazu der Querschnitt im Vergleich zum Basiskreis zu gering ist, erhöhen sich die Verluste durch Aufweitung eines Spaltes zwischen dem Querschnitt und dem Basiskreis, sodass die magnetischen Eigenschaften durch Verringerung des Volumens des magnetischen Kerns beeinträchtigt sind.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind folgende Merkmale noch hinzugefügt.
- (5) Das gekrümmte Oberflächenteil 15a, welches konkav in die Endfläche 10 übergeht, ist an beiden Enden der Längsausdehnung des Presslings angeformt. Dieses gekrümmte Oberflächenteil steigt an den Enden des Presslings vom jeweiligen Seitenrandbereich 15 mit konkaver Krümmung zur jeweiligen Endfläche 10 hin an.
- (6) An beiden Enden der Längsausdehnung des Presslings sind abgeschrägte Teile 16 vorgesehen, welche Kanten einebnen und sich allmählich ausgehend von der jeweiligen Endfläche 10 zur Seitenfläche hin verschmälern.
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Das oben beschriebene Merkmal (5) dient zur Lösung des Problems, gemäß welchem die Kantenecken 39 des Oberstempels 3 beschädigt werden. Das gekrümmte Oberflächenteil 15a des Pressling 1b wird durch eine gekrümmte Oberfläche 35a (in den 5 bis 8 gezeigt) jeweils an beiden Enden der Längsausdehnung der abgeflachten Bereiche 25 im Oberstempel 3 gebildet. Das gekrümmte Oberflächenteil 15a besitzt eine konvexe Form, in welcher die Höhe allmählich in Form einer Kurve von unten zwischen dem Seitenwandbereich 15 und der Endfläche 10 abnimmt. Die Beschädigung der Kantenecken 39 (16) durch konzentrierte Belastung kann durch die gekrümmte Oberfläche 35a im Bereich der Kantenecken vermieden werden.
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Durch das oben genannte Merkmal (6) wird die Form der jeweiligen Endfläche 10 am Pressling 1B in Übereinstimmung mit dem oben bezeichneten Merkmal (1) gebracht und ist zusätzlich zum Merkmal (5) vorgesehen. Der abgeschrägte Teil 16 wird durch den gekrümmten Flächenbereich 26 in der Werkzeugbohrung 21 gebildet, wie es in 9 dargestellt ist. Die gekrümmten Flächenbereiche 26 verengen die Breite der Werkzeugbohrung 21 des Werkezeugs 2 in ihrer Längsausdehnung an beiden Enden. Die gekrümmten Flächenbereiche erstrecken sich von in Längsrichtung verlaufenden Seitenflächen 23 der Werkzeugbohrung 21 zu Endflächen 20 an beiden Enden der Längsausdehnung der Werkzeugbohrung. Zusätzlich sind, wie in den 5 und 6 gezeigt ist, im Oberstempel 3, konkav gekrümmt Oberflächen 36 vorgesehen, welche an beiden Enden der Längsausdehnung des Oberstempels 3 die Breite verringern und in die Endflächen 30 übergehen. Die konkav gekrümmten Oberflächen 36 entsprechen den gekrümmten Flächenbereichen 26 der Werkzeugbohrung 21 im Werkzeug 2. Der Oberstempel 3 ist gleitfähig in die Werkzeugbohrung 21 des Werkzeuges 2 eingepasst und dient demzufolge zur Bildung des Presslings 1B. Für den Fall, dass nur das oben erläuterte Merkmal (5) zur Anwendung kommt und obiges Merkmal (6) nicht angewendet wird, wird das Problem betreffend die Zerstörung des Oberstempels 3 gelöst, da im Oberstempel 3 die Kantenecken 39, welche in 15 gezeigt sind, durch die gebogene Fläche 35a ersetzt sind, wie es in 17 gezeigt ist. Wenn die Pulververdichtung mit dem in 17 dargestellten Oberstempel 3 durchgeführt wird, entsteht an beiden Enden des Presslings ein gekrümmter Oberflächenteil 15a mit konkaver Krümmung, welche sich in die jeweilige Endfläche 10 fortsetzt. Der gekrümmte Oberflächenteil beginnt am Seitenrandbereich 15 und erstreckt sich mit gekrümmten Verlauf bis zur Endfläche 10, wie es in 18 dargestellt ist. Teile der Endfläche 10 (strichlierte Bereiche in 18A) erstrecken sich über den Basiskreis P hinaus, indem sie dieses gekrümmte Oberflächenteil 15a bilden. Demzufolge verbleibt das Problem, dass diese überstehenden Teile durch Maschinenbehandlung und dergleichen beseitigt werden müssen. Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind daher diese überstehenden Teile durch Bildung des abgeschrägten Teils 16 gemäß obigem Merkmal (6) beseitigt.
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Der Seitenrandbereich 15 wird durch den abgeflachten Bereich 35 des Oberstempels 3, in den Pressling 1B mit obigen Merkmal (5) eingeformt. Dieser Seitenrandbereich verhindert ein Brechen des Oberstempels 3. Die Breite t des Seitenrandbereiches 15 (dargestellt in 1), d. h. die Breite t1 des abgeflachten Bereiches am Oberstempel 3 (dargestellt in 5) beträgt 0,1 mm oder mehr. Wenn jedoch die Breite t1 des Seitenrandbereiches 15 zu stark vergrößert wird, verringert sich der Querschnitt des Presslings gegenüber dem Basiskreis P proportional zu dieser Vergrößerung. Demzufolge wird die Breite t1 des Seitenrandbereiches 15 auf vorzugsweise 0,5 mm oder geringer bemessen. Insbesondere beträgt diese Breite 0,3 mm oder weniger.
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Der gekrümmte Oberflächenteil 15a im Pressling 1B mit obigem Merkmal (5) wird durch die gebogene Oberfläche 35a im Oberstempel 3 gebildet. Hierdurch wird eine Zerstörung an den Kantenecken 39 des Oberstempels 3 verhindert. Um eine Konzentration von Belastung an dieser Stelle zu verhindern, ist die gebogene Oberfläche 35a im Oberstempel 3 eine konkav gebogene Oberfläche oder eine elliptisch verlaufende Oberfläche, welche sich in den abgeflachten Bereich 35 des Oberstempels 3 fortsetzt. Die gebogene Oberfläche 35a kann mit glattem Übergang von verschiedenen Bögen oder elliptischen Bögen gebildet sein. Da die Konzentration an Überbelastung nicht verringert werden kann, wenn die gebogene Oberfläche 35a im Oberstempel 3 mit einem zu geringen Bogenradius r1 gebildet wird, ist es von Vorteil, den Abstand d2 von der Endfläche 30 an beiden Enden der Längsausdehnung des Oberstempels 3 und die Höhe d3 vom abgeflachten Bereich 35 des Oberstempels 3 auf 1 mm oder mehr zu bemessen, wie es in 7 dargestellt ist.
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Der Abstand d4 des abgeschrägten Teils 16 am Pressling 1B mit obigen Merkmal (6) von der Endfläche 10 ergibt sich aus der Krümmung des gekrümmten Oberflächenteils 15a am Pressling 1B, wie es in 4 dargestellt ist. Wenn der Abstand d4 zu groß bemessen wird, führt dies zu einer verstärkten Verringerung des Volumenverhältnisses beim Pressling 18. Für die gebogene Oberfläche 35a am Oberstempel 3, welche den gekrümmten Oberflächenteil 15a am Pressling 1B bildet, werden daher vorzugsweise der Abstand d4 von der Endfläche 30 an beiden Enden der Längsausdehnung des Oberstempels 3 (dargestellt in 8) und die Höhe d3 am Oberstempel 3 vom abgeflachten Bereich 35 (dargestellt in 7) auf etwa 5 mm bemessen. Für den gekrümmten Oberflächenteil 15a im Pressling 1B gilt daher vorzugsweise, dass der Abstand d2 von der Endfläche 10 des Presslings 18 und die Höhe d3 vom Seitenrandbereich 15 des Presslings 1B auf 1 bis 5 mm bemessen sind. Für die gebogene Oberfläche 35a am Oberstempel 3 gilt vorzugsweise, dass der Abstand d2 von der Endfläche 30 des Oberstempels 3 und die Höhe d3 am Oberstempel 3 vom abgeflachten Bereich 35 auf 1 bis 5 mm bemessen werden.
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Wenn die gebogene Oberfläche 35a am Oberstempel 3 und die Endfläche 30 am Oberstempel 3 in einem Bogen oder elliptischen Bogen ineinander übergehen, wird die Verdichtung des Pulverrohmaterials in der Nähe der Endfläche 30 erschwert. Vorzugsweise erfolgt daher der Übergang in einem flachen Bereich 35b, welcher parallel zum abgeflachten Bereich 35 ist und relativ kurz ausgebildet ist, wie es in 7B dargestellt ist. Wenn der Abstand 12 dieses flachen Bereiches 35b von der Endfläche 30 im Oberstempel 3 zu lang bemessen wird, besteht die Gefahr, dass eine Überbelastung an der Verbindungsstelle mit der gebogenen Oberfläche 35a leicht entsteht. Demgemäß ist der Abstand t2 des flachen Bereichs 35b von der Endfläche 30 am Oberstempel 3 größer als 0 mm bis 0,5 mm oder geringer. Insbesondere beträgt dieser Abstand 0,1 bis 0,3 mm. Durch diesen flachen Bereich 35b im Oberstempel 3 wird, wie es in 3B gezeigt ist, ein flacher Teil 15b mit einer Länge t2 zwischen der Endfläche 10 und dem gekrümmten Oberflächenteil 15a am Pressling 1B gebildet.
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Um zu verhindern, dass die Endfläche 10 sich über den Basiskreis P hinauserstreckt, wird wie oben schon erläutert, der abgeschrägte Teil 16 gemäß obigem Merkmal (6) bei Bildung des gekrümmten Oberflächenteils 15a am Pressling 1B angeformt. Der Abstand d4 des abgeschrägten Teils 16 von der Endfläche 10 (dargestellt in 4B) entspricht wenigstens dem Abstand d2 des gekrümmten Oberflächenteils 15a von der Endfläche (dargestellt in 2B). Wenn der Abstand d4 zu lang bemessen wird, verringert sich das Volumen des Presslings 1B proportional zu diesem Abstand. Demzufolge wird der Abstand d4 vorzugsweise um 2 mm oder weniger länger bemessen als der Abstand d2 und insbesondere stimmt der Abstand d4 mit dem Abstand d2 überein.
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Ferner geht der gekrümmte Oberflächenteil 15a am Pressling 1B kontinuierlich in die Endfläche 10 über, sodass ausgehend vom Seitenrandbereich 15 seine Höhe allmählich sich vergrößert. Der Grad des Überstehens des gekrümmten Oberflächenteils 15a über den Basiskreis P ist proportional zur Höhe des gekrümmten Oberflächenteils 15a. Demgemäß ist der Verringerungsgrad d5 für die Breite an jeder Stelle im abgeschrägten Teil 16 (dargestellt in 4B) proportional zum geänderten Verhältnis der Höhe des gekrümmten Oberflächenteils 15a. Der abgeschrägte Teil 16 ist demgemäß so bemessen, dass die Projektion des gekrümmten Oberflächenteils 15a nicht über den Basiskreis P nach außen übersteht.
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Der abgeschrägte Teil 16 am Pressling 1B wird durch einen gekrümmten Flächenbereich 26 an der Werkzeugbohrung 21 im Werkzeug 2 und von einer gekrümmten Oberfläche 36 am Oberstempel 3, gebildet. Der Abstand d4 des gekrümmten Flächenbereichs 26 am Werkzeug 2 und der gekrümmten Oberfläche 36 am Oberstempel 3 sowie das verringerte Verhältnis d5 dieser gekrümmten Oberflächen 26, 36 (dargestellt in den 8B und 9B) sind proportional zum Abstand d4 von der Endfläche 10 am Pressling 1B und vom Verringerungsverhältnis für die Breite des abgeschrägten Teils 16.
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Beim Pressling 1B des vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels stimmt der Seitenrandbereich 15 mit einer horizontalen Fläche überein, welche sich durch die Schaftmitte (Achse des Presslings) erstreckt. Der Idealfall liegt vor, wenn die obere Bogenfläche 11 und die untere Bogenfläche 12 durch die horizontale Fläche in zwei gleiche Teile geteilt werden. Da jedoch der abgeflachte Teil des Oberstempels 3 leicht beschädigt werden kann, wenn der abgeflachte Bereich 35 des Oberstempels 3 und der Stufenbereich 22 am Werkzeug 2 in Berührung kommen, ist es von Vorteil, wenn beim Verdichtungsvorgang der abgeflachte Bereich 35 am Oberstempel 3 und der Stufenbereich 22 am Werkzeug 2 voneinander getrennt sind. Wenn der Verdichtungsvorgang in dieser Weise durchgeführt wird, wird der seitliche flache Bereich 14 am Pressling 18 gebildet. Dies lässt sich nicht vermeiden.
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Es ist jedoch erforderlich, dass dieser seitliche flache Bereich 14 innerhalb des Basiskreises nach Art einer Sehne im Basiskreis P angeordnet ist, wie es in 18 dargestellt ist. Demgemäß wird der große Breitenteil 24a des Werkzeugs 2 geringfügig kleiner gemessen als der Durchmesser des Basiskreisen P. Wenn die Höhe d1 des seitlichen flachen Bereiches 14, d. h. der Abstand d1, zwischen dem abgeflachten Bereich am Oberstempel 3 und dem großen breiten Bereich 24a am Werkzeug 2 (dargestellt in 10) groß ist, verringert sich der Querschnitt des Presslings 1B gegenüber dem Basiskreis P, proportional zur Höhe d1. Demgemäß ist die Höhe d1 des seitlichen flachen Bereiches 14 vorzugsweise größer als 0 mm bis 2 mm oder weniger und ist vorzugsweise bemessen größer als 0 mm bis 1 mm oder weniger.
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Wenn die Breite L des Unterstempels 4, der gleitend in den kleinen Breitenbereich 24b des Werkzeugs 2 (dargestellt in 10) eingesetzt wird, vergrößert wird, verringert sich ein Winkel zwischen der Unterstempelfläche 42 und der Seitenfläche 44, welche sich in Längsrichtung erstreckt. Die Dicke am oberen umlaufenden Randbereich des Unterstempels ist daher verringert, sodass die Gefahr der Beschädigung des Unterstempels 4 besteht. Wenn hingegen die Breite L des Unterstempels 4 verringert wird, ist es erforderlich die Tiefe des Hohlraums, welche vom kleinen Breitenbereich 24b des Werkzeugs 2 und der Unterstempelfläche 42 gebildet wird, zu vergrößern, damit die erforderliche Menge an zu verdichtendem Pulverrohmaterial eingefüllt werden kann. Demgemäß ist es ferner erforderlich die Länge des Unterstempels 4 zu vergrößern. Bei der Verdichtung wird das Pulverrohmaterial durch den Oberstempel 3 und den Unterstempel 4 verdichtet. Wenn jedoch der Bereich der Unterstempelfläche 42 am Unterstempel 4 klein ist, reicht der vom Unterstempel 4 kommende Verdichtungsdruck nicht aus, um vollständig in das Pulverrohmaterial übertragen zu werden. Es ist dann schwierig eine ausreichende Verdichtung über das gesamte Pulverrohmaterial hin zu erreichen. Da außerdem der Verdichtungsdruck des Unterstempels 4 erhöht werden muss, besteht die Gefahr, dass der verlängerte Unterstempel 4 bricht. In bevorzugter Weise wird daher die Breite des Unterstempels 4 auf etwa 40 bis 80% des Durchmessers des Basiskreises P bemessen.
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Der Pressling 1B gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, besitzt beispielsweise ein Volumen von 6192 mm3. Hierzu hat der Pressling 1B einen Durchmesser von 10 mm, eine Gesamtlänge von 80 mm, eine Höhe des seitlichen flachen Bereiches von 1 mm, eine Breite des Seitenrandbereiches 15 von 0,2 mm, in welchem der gekrümmte Oberflächenteil 15a mit einem Bogenradius von 3 mm eingeformt ist, der Abstand d2 des gekrümmten Oberflächenteiles 15a beträgt 3 mm und die Höhe d3 des gekrümmten Oberflächenteils 15a ist 2 mm. Im Vergleich dazu beträgt das Volumen eines Zielzylinders mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Gesamtlänge von 80 mm mit dem Querschnitt des Basiskreises P 6283 mm3. Demgemäß besitzt der Pressling 1B des Ausführungsbeispiels ein Volumenverhältnis gegenüber dem Zielzylinder von 0,986, welches sehr hoch ist.
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[C] Zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Im Folgenden wir ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der Basis des oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Beim Pressling 1B des ersten Ausführungsbeispiels wird eine untere Bogenfläche 12 durch einen Stufenbereich des Werkzeugs 2 und eine Unterstempelfläche 42 am Unterstempel 4 gebildet. Hierbei ist es schwierig den Stufenbereich des Werkzeugs 2 und die Unterstempelfläche 42 perfekt in Übereinstimmung miteinander zu bringen. In der Werkzeugbaugruppe wird daher die Gestalt des Stufenbereiches 22 am Werkzeug 2 an einer Stelle geändert, an welcher der Stufenbereich in den kleinen Breitenbereich 24b der Werkzeugbohrung 21 übergeht, wobei dieser Übergang zu einer Bogenfläche mit einem geringeren Durchmesser als der des Basiskreises P erfolgt, indem eine Stufe mit einer Höhe t3 vorgesehen wird, wie es in 11 dargestellt ist.
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Wenn die Werkzeugbaugruppe in oben beschriebener Weise zusammengesetzt wird, kann ein Fehler beim Zusammenbau des Werkzeugs 2 und des Unterstempels 4 durch eine Stufe t3 beseitigt werden, sodass der Zusammenbau erleichtert wird. Wenn jedoch die Stufe t3 vorgesehen wird, verringert sich das Volumen des Presslings proportional zu dieser Stufe. Demzufolge wird die Stufe t3 vorzugsweise größer als 0 mm bis 3 mm oder weniger gemessen. Vorzugsweise wird die Stufe größer als 0 mm bis 0,5 mm oder weniger bemessen.
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Es besteht kaum die Gefahr der Zerstörung des Unterstempels 4, da der zwischen der Unterstempelfläche 42 und der Seitenfläche 44 gebildete Rand nicht scharfkantig ausgebildet ist. Um jedoch doch bei erhöhtem Verdichtungsdruck die Gefahr einer Zerstörung zu vermeiden, ist es von Vorteil eine umlaufende ebene Fläche 47a in diesem Randbereich vorzusehen, wie es in 11 dargestellt ist. Demgemäß wird die Unterstempelfläche 42 gebildet durch eine gebogene Fläche 47, welche mit dem Basiskreis P übereinstimmt (der größte Teil der ursprünglichen Unterstempelfläche 42), der eben umlaufenden Fläche 47a, welche den Basiskreis berührt und sich über eine kurze Strecke bezüglich des Basiskreises P nach innen erstreckt und eine kurze ebene Fläche 47b, welche den Übergang zwischen der gebogenen Oberfläche und der umlaufenden ebenen Fläche 47a bildet. Die Breite t4 der umlaufenden ebenen Fläche 47a ist bevorzugt größer als 0 mm bis 0,5 mm oder geringer und beträgt bevorzugt 0,1 mm bis 0,3 mm. Durch die umlaufende ebene Fläche 47a ist das Volumen des Presslings entsprechend der Ausdehnung der ebenen Fläche verringert.
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In 12 ist ein Pressling 1C dargestellt, welcher mit einem Werkzeugbausatz hergestellt worden ist, der zwischen dem Werkzeug 2 und dem Unterstempel 4 die Stufe t3 aufweist, wie es oben beschrieben ist, und welcher im Unterstempel 4 die umlaufende ebene Fläche 47a mit der Breite t4 aufweist. Durch die Stufe t3 wird eine Stufe 17a in den Pressling eingeformt. Die untere Bogenfläche 12 des Presslings 1C wird von einer mittleren unteren Bogenfläche 12a zwischen den Stufen 17a und seitlichen unteren Bogenflächen 12b gebildet. Die unteren seitlichen Bogenflächen werden zu beiden Seiten der mittleren unteren Bogenfläche 12a durch die Stufen 17a gebildet. Das Volumen des Presslings 1C beträgt 6146 mm3, wobei die Höhe t3 der Stufen 17a 0,2 mm ist und die Breite t4 der umlaufenden Ebene 47a 0,2 mm beträgt. Diese Abmessungen bewirken Volumenanteile, welche beim Gesamtvolumen des Presslings 1C des zweiten Ausführungsbeispiels hinzukommen. Das Volumenverhältnis bezogen auf das Volumen (6283 mm3) des Zielzylinders, beträgt 0,978 und ist somit hoch.
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[D] Drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der Basis des oben beschrieben ersten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Wenn beim Pressling des ersten Ausführungsbeispiels die Endfläche 10 und die obere Bogenfläche 11 über eine gekrümmte Fläche 11a mit glatt verlaufender konvexer Gestalt ineinander übergehen, wie es in 13A gezeigt ist, kann die Dichte dieses Bereichs leicht verbessert werden. Die gekrümmte Fläche 11a wird von einer gekrümmten Fläche 31a gebildet, welche ausgehend von der Oberstempelfläche 31 des Oberstempels 3, sich zur Endfläche 30 des Oberstempels 3 erstreckt, wie es in 13B gezeigt ist.
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Der Pressling 1D des dritten Ausführungsbeispiels, besitzt ein Volumen von 6188 mm3, wobei die glatte gekrümmte Fläche 11a einen Krümmungsradius von 1 mm aufweist. Das Volumenverhältnis gegenüber dem Volumen (6283 mm3) des Zielzylinders beträgt 0,985 und ist somit hoch. Ferner besitzt ein Pressling 1C des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels ein Volumen von 6142 mm3 für den Fall, dass er mit einer glatten gekrümmten Fläche 11a mit einem Krümmungsradius von 1 mm ausgestattet ist. Das Volumenverhältnis bezüglich des Volumens (6283 mm3) des Zielzylinders beträgt dann 0,977 und ist somit hoch.
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Gemäß der Erfindung wird ein im Wesentlichen zylindrischer Pulverpressling geschaffen, in welchem keine neutrale Zone vorhanden ist und bei welchem eine maschinelle Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Die Querschnittsform des fertigen Prüflings ist einem Kreis angenähert und derartige Pulverpresslinge können mit geringem Aufwand und niedrigen Kosten hergestellt werden. Demzufolge kann der Pulverpressling vorliegender Erfindung bevorzugt bei verschiedenen zylindrischen Teilen, insbesondere Pulvermagnetkerne für Eisenkerne in Spulen, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1B, 1C, 1D
- Pulverpressling
- 10
- Endfläche des Presslings
- 11
- obere Bogenflächen
- 12
- untere Bogenflächen
- 12a
- Mitte der unteren Bogenfläche
- 12b
- seitliche untere Bogenfläche
- 14
- seitlicher flacher Bereich
- 15
- Seitenrandbereich
- 15a
- gekrümmter Oberflächenteil
- 15b
- innere Seitenkante des Seitenrandbereichs
- 15c
- äußere Seitenkante des Seitenrandbereiches
- 16
- abgeschrägter Teil
- 2
- Werkzeug
- 21
- Werkzeugbohrung
- 22
- Stufenbereich
- 24a
- großer Seitenbereich
- 24b
- kleiner Seitenbereich
- 26
- gekrümmter Flächenbereich der Werkzeugbohrung
- 3
- Oberstempel
- 30
- Endfläche des Oberstempels
- 31
- Oberstempelfläche
- 35
- abgeflachter Bereich
- 35a
- gebogene Oberfläche am Oberstempel
- 36
- gekrümmte Oberfläche am Oberstempel
- 4
- Unterstempel
- 42
- Unterstempelfläche
- P
- Basiskreis
