DE19713057C2

DE19713057C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einfüllen von Pulver

Info

Publication number: DE19713057C2
Application number: DE19713057A
Authority: DE
Inventors: Shigehide Takemoto; Hiroshi Okajima; Mikio Kondoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: DE19713057A1; GB2311509B; GB2311509A; US5881357A; JPH09267195A; JP2952190B2; CA2200549C; CA2200549A1; GB9705489D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 zum Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum, welcher in einen Formwerkzeug ausgebildet ist.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Einfüllen von Pulver, wie es in der Druckschrift JP-U-57-79119 offenbart ist, wird Pulver aus einem Pulverbehälter in einen Hohlraum eingefüllt, welcher in einem Formwerkzeug ausgebildet ist, wenn der Pulverbehälter in einer Position unmittelbar über dem Hohlraum angeordnet ist.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Einfüllen von Pulver wirbeln jedoch in dem Fall, wenn die Luft in dem Hohlraum beim Einfüllen des Pulvers verdrängt wird, die leichten Teilchen auf, während die schweren Teilchen schnell nach unten fallen, so daß in dem Hohlraum eine Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Teilchengröße eintritt. Demzufolge ist es schwierig, aus diesem Pulver einen Sinterkörper herzustellen, welcher eine gleichmäßige Dichteverteilung und eine hohe Maßgenauigkeit aufweist. Um eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen, wäre eine Schüttelbewegung des Hohlraums wirkungsvoll, doch die Schüttelbewegung würde die Einfüllzeitdauer zu sehr verlängern.

Aus der Druckschrift DE-AS 11 68 829 ist ein plattenförmiger Auflockerungsboden aus porös gesintertem Material für Förderrinnen, Behälter, Silos, Bunker und dergleichen bekannt. In der Druckschrift ist beschrieben, daß zur Auflockerung von Schüttgütern in Behältern und, um die Schüttgüter aus diesen Behältern herauszufördern, die porösen Auflockerungsböden solcher Behälter angeströmt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche in der Lage sind, das gleichmäßige Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum in einer kurzen Zeitdauer zu ermöglichen.

Die obige Aufgabe wird durch die jeweilige Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 und der Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 8 sind in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum, welcher in einem Formwerkzeug ausgebildet ist, weist die Schritte auf:

1. Zuführen von Pulver in einen Pulverbehälter, welcher in eine Position unmittelbar über dem Hohlraum sowie aus dieser Position bewegbar ist, und wobei in dem Pulverbehälter mindestens ein Rohr mit einer Vielzahl von Löchern ausgebildet ist, um durch diese Gas zuzuführen, und das Einleiten von Gas in das Pulver in den Pulverbehälter durch eine Vielzahl von Gaszuführlöchern, so daß die Pulverteilchen in dem Pulverbehälter relativ zueinander bewegbar sind, und
2. Bewegen des Pulverbehälters in die Position unmittelbar über dem Hohlraum, so daß das Pulver in dem Pulverbehälter mindestens unter der Wirkung der Schwerkraft in den Hohlraum eintritt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum, welcher in einem Formwerkzeug ausgebildet ist, weist auf:

1. einen Pulverbehälter, welcher in eine Position unmittelbar über dem Hohlraum und aus dieser Position bewegbar ist, wobei der Pulverbehälter an einem Unterteil offen ist,
2. mindestens ein Rohr, welches in den Pulverbehälter angeordnet ist, wobei jedes Rohr eine Vielzahl von Löchern aufweist, welche zum Einleiten von Gas in das Pulver in den Pulverbehälter ausgebildet sind, und
3. eine Gasquelle, welche über einen Schlauch mit dem Rohr verbunden ist.

Weil in dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche vorstehend beschrieben sind, die Pulverteilchen in dem Pulverbehälter infolge des durch die Löcher in das Pulver entladene Gas relativ zueinander bewegbar sind (in einem Grad, welcher kein Aufwallen an einer oberen Oberfläche des Pulvers in dem Pulverbehälter verursacht), kann das Pulver leicht und gleichmäßig, ohne aufzuwirbeln, in den Hohlraum eintreten, so daß die Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Teilchengröße mit hoher Wahrscheinlichkeit in dem Hohlraum nicht verursacht wird und das Einfüllen des Pulvers innerhalb einer kurzen Zeitdauer ausführbar ist.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor dem Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum,

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1 nach dem Einfüllen des Pulvers in den Hohlraum,

Fig. 3 zeigt ein Säulendiagramm mit der Zeitdauer, welche jeweils erforderlich ist, um in Ausführung des Verfahrens unter Verwendung der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1 und nach dem herkömmlichen Verfahren den Hohlraum mit Pulver zu füllen,

Fig. 4 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der in dem Hohlraum in den Positionen A, B und C gemessenen Teilchengrößen bei der Ausführung des Verfahrens unter Verwendung der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1 und bei der Ausführung des herkömmlichen Verfahrens,

Fig. 5 zeigt eine Querschnittansicht des Hohlraums mit den Positionen A, B und C, in Fig. 4,

Fig. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Pulverbehälters und eines Hohlraums der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1, in welcher verschiedene Abmessungen mit Bezugszeichen bezeichnet sind,

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Rohrs der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 6, wobei die Lage der Löcher mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist.

Fig. 8 zeigt ein Kurvenbild mit verschiedenen Zeitpunkten der Gaszuführung für die Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Rohrs, welches im Fall 4 der Zeitpunkte der Gaszuführung nach Fig. 8 verwendet wird,

Fig. 10 zeigt ein Kurvenbild der Beziehung zwischen einer Pulvereinfüllzeitdauer und der dem Pulverbehälter der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 1 zugeführten Gasmenge,

Fig. 11 zeigt eine Querschnittansicht einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 zeigt eine Querschnittansicht der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 11, betrachtet aus einer Richtung senkrecht zur Betrachtungsrichtung in Fig. 11,

Fig. 13 zeigt eine Draufsicht der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 11,

Fig. 14 zeigt eine Schrägansicht eines Tragblocks der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 11,

Fig. 15 zeigt eine Querschnittansicht einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 16 zeigt eine Querschnittansicht einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 17 zeigt eine Draufsicht der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 16,

Fig. 18 zeigt eine Draufsicht, teilweise als Querschnitt dargestellt, einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 19 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht eines Rohrendes der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 18,

Fig. 20 zeigt eine Querschnittansicht des Rohrendes nach Fig. 19, welches durch eine Seitenwand des Pulverbehälters getragen wird,

Fig. 21 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Rohrendes der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 18,

Fig. 22 zeigt eine Querschnittansicht des Rohrendes nach Fig. 21, welches durch eine Seitenwand des Pulverbehälters getragen wird,

Fig. 23 zeigt eine Querschnittansicht einer Pulvereinfüllvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 24 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht eines Hohlraums der Pulvereinfüllvorrichtung nach Fig. 23.

Fig. 1-10 zeigen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einfüllen von Pulver gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 11-14 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 15 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 16 und Fig. 17 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 18-22 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 23 sowie Fig. 24 zeigen eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Abschnitte, welche allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam oder ähnlich sind, werden in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Zuerst werden die Abschnitte, welche allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam oder ähnlich sind, mit Bezug auf z. B. Fig. 1-10 erläutert.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist das Pulver 1 z. B. ein Pulver für die Verwendung beim Sintern. Im Falle des Sinterpulvers weist das Pulver 1 Eisenpulver als ein Basispulver auf und ferner Pulver solcher Metalle wie Kupfer mit 2 Gew.-%, Kohlepulver mit 0,5- 0,8 Gew.-% und Gleitpulver mit etwa 1 Gew.-%. Die Teilchengröße des Pulvers beträgt 30 bis 150 µm.

Die Pulvereinfüllvorrichtung weist einen Pulverbehälters 11 auf. Ein Oberteil des Pulverbehälters 11 ist durch Deckelement 12 bedeckt, und ein Unterteil des Pulverbehälters 11 ist offen. Das Deckelement 12 wird durch ein Rohr oder einen Schlauch 13 schräg durchdrungen, welche das Pulver 1 in den Pulverbehälter 11 durch diesen hindurch zuführt. Das Deckelement 12 weist ein darin ausgebildetes Austrittsloch 12a auf, um ein Gas aus dem Inneren des Pulverbehälters 11 in die Atmosphäre austreten zu lassen.

Mindestens ein Rohr 14 ist in dem Pulverbehälter 11 angeordnet. Jedes Rohr 14 weist eine Vielzahl von Gaseinleitlöchern (nachstehend als Löcher bezeichnet) 14a zum Einleiten von Gas auf. Das Rohr 14 wird durch den Pulverbehälter 11 getragen, z. B. in einer Seitenwand des Pulverbehälters 11. Das Rohr 14 durchdringt eine Wand des Pulverbehälters 11 und steht über einen flexiblen Schlauch 15 mit einer Gasquelle 16 in Verbindung. Der flexible Schlauch 15 läßt die Bewegung des Pulverbehälters 11 zu. Das von der Gasquelle 16 zugeführte Gas wird durch die Löcher 14a in das Pulver 1 in dem Pulverbehälter eingeleitet, wobei die Teilchen des Pulvers 1 in den Pulverbehälter 11 relativ zueinander bewegbar sind. Die in den Pulverbehälter 11 eingeleitete Gasmenge wird durch eine Durchflußregeleinrichtung (nicht gezeigt) reguliert.

Der Pulverbehälter 11 ist auf einem Tisch 18 angeordnet und ist auf einer oberen Oberfläche des Tisches 18 verschiebbar. Der Tisch 18 ist an einem Formwerkzeughalter 17 fest angeordnet. Die Antriebseinrichtung 19 ist mit dem Tisch 18 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 19 weist einen Zylinder zum Antrieb des Pulverbehälters 11 auf, um diesen unmittelbar über dem Hohlraum 20 in einer waagerechten Richtung zu einer Position hin und aus dieser weggerichtet anzutreiben.

Ein Formwerkzeug 21 ist über eine Aufnahmehülse 25 mit dem Formwerkzeughalter 17 verbunden. Die Aufnahmehülse 25 kann einstückig mit dem Tisch 18 ausgebildet sein. In einem durch das Formwerkzeug 21 definierten Raum sind kreisförmige Formwerkzeug-Unterstempel 22 und 23 sowie ein Kernstab 24 in der Form einer Stange angeordnet. Der Formwerkzeug-Unterstempel 23 ist ein fest angeordnetes Element, während das Formwerkzeug 21, der Formwerkzeug-Unterstempel 22 und der Kernstab 24 in einer senkrechten Richtung relativ zu dem Formwerkzeug- Unterstempel 23 bewegbar sind. Der Hohlraum 20 ist zwischen einer inneren Oberfläche des Formwerkzeugs 21 und einer äußeren Oberfläche des Kernstabs 24 über den Formwerkzeug-Unterstempel 22 und 23 definiert.

Die Pulvereinfüllvorrichtung kann sowohl die Schwerkraftfüllung als auch die Saugfüllung ausführen. Bei der Schwerkraftfüllung fällt das Pulver 1 unter Ausnutzung der Schwerkraft auf das Pulver in den Hohlraum 20, während beim Saugfüllen das Pulver 1 durch einen Unterdruck, welcher in dem Hohlraum 20 erzeugt wird, wenn das Formwerkzeug 21 und der Kernstab 24 relativ zu mindestens einem der Formwerkzeug-Unterstempel 22 und 23 nach oben bewegt werden, in den Hohlraum 20 gesaugt wird.

Das Rohr 14 weist vorzugsweise die nachstehend beschriebenen Formen des Aufbaus und der Anordnung auf.

Das Rohr 14 ist aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, um die Korrosion zu verhindern und die Festigkeit zu gewährleisten.

Das Rohr 14 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt (einschließlich eines ellipsenförmigen Querschnitts) auf, wobei die Längsachse in eine senkrechte Richtung verläuft. Das Rohr 14 kann einen Querschnitt aufweisen, welcher mindestens zwei Rohre verbindet, wie im Fall 4 in Fig. 9 gezeigt ist. In dem Fall des kreisförmigen Querschnitts ist die Herstellung des Rohrs einfach. In dem Fall eines ovalen Querschnitts kann ein Raum zwischen benachbarten Rohren groß gehalten werden, so daß die gute Fließfähigkeit des Pulvers in der senkrechten Richtung gewährleistet ist.

Ein Außendurchmesser D (siehe Fig. 6) des Rohrs 14 ist vorzugsweise gleich oder größer als 1 mm und gleich oder kleiner als 3 mm. Der Grund für die Wahl eines Durchmessers von 1 mm oder größer besteht darin, einen hohen Volumenstrom des Gases und eine hohe Festigkeit des Rohrs zu gewährleisten, und der Grund für die Wahl des Durchmessers von 3 mm oder kleiner ist, eine gute Fließfähigkeit des Pulvers im Rohr sicherzustellen.

In einem diagonalen Querschnitt des Rohrs 14 sind vorzugsweise 1-6 Löcher 14a in einer Umfangsrichtung des Rohrs in gleichen Abständen erzeugt. Ein Winkel θ (siehe Fig. 7) zwischen der Achse des Lochs 14a und der waagerechten Achse beträgt vorzugsweise 30-60 Grad. Der Abstand zwischen benachbarten Löchern 14a beträgt 3-10 mm in einer Längsrichtung des Rohrs 14.

In einem Fall, wenn eine Vielzahl von Rohren 14 parallel zueinander geordnet ist, wird das Verhältnis eines Abstands w (siehe Fig. 11) zwischen benachbarten Rohren 14 zu einer Breite W (siehe Fig. 11) des Pulverbehälters 11 auf 0,02 oder größer und 0,3 oder kleiner eingestellt. Der Grund für den Wert 0,02 besteht darin, das Gas gleichmäßig dem Pulver zuzuführen, und der Grund für den Wert 0,3 ist, ein gleichmäßiges Bewegen des Pulvers zwischen benachbarten Rohren zu gewährleisten. Ferner ist das Rohr 14 über dem Unterteil des Pulverbehälters 11 angeordnet und zu diesem beabstandet. Das Verhältnis eines Abstands h des Rohrs 14 vom Unterteil des Pulverbehälters 11 zu einer Höhe H des Pulverbehälters 11 wird auf 0,01 oder größer und 0,3 oder kleiner eingestellt. Der Grund für den Bereich zwischen 0,01 und 0,3 besteht darin, das Rohr 14 in einem unteren Abschnitt des Innenraums des Pulverbehälters 11 anzuordnen, so daß fast alle über dem Rohr 14 angeordneten Teilchen des Pulvers 1 zueinander bewegbar sind.

Ein Durchmesser jedes Lochs 14a ist 10 µm oder größer und 200 µm oder kleiner. Eine Kombination unterschiedlicher Durchmesser der Löcher ist möglich. Z. B. kann eine Gruppe von Löchern mit einem kleineren Durchmesser in einem Abschnitt der unteren Hälfte des Rohrs 14 erzeugt werden, und eine Gruppe von Löchern, welche einen größeren Durchmesser aufweisen, können in einem Abschnitt der oberen Hälfte des Rohrs 14 erzeugt werden, so daß die vom oberen Teil des Pulvers auf den unteren Teil des Pulvers wirkende Kraft vermindert wird, wodurch die Dichte des Pulvers gleichmäßiger ist.

Die Löcher 14a können durch Bohren oder Laserbearbeitung erzeugt werden. Wird das Rohr 14 aus einem Sintermaterial oder aus einem Geflecht hergestellt, ist das Rohr 14 porös und kann Gas hindurchlassen, so daß die entsprechenden Löcher in diesem nicht erzeugt zu werden brauchen. Wird das Rohr 14 aus Kunststoff hergestellt, können die Löcher 14a beim Erzeugen des Rohrs gleichzeitig ausgebildet werden.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Einfüllen von Pulver unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Pulvereinfüllvorrichtung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Wartezustand der Pulvereinfüllvorrichtung 10. Während des Wartezustands wird das Pulver 1 durch den Schlauch 13 in den Pulverbehälter 11 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas 2 durch die Löcher 14a in das Pulver 1 eingeleitet, so daß die Teilchen des Pulvers 1 mit Bezug zueinander bewegbar sind. Die Oberfläche des Pulvers 1 in dem Pulverbehälter 11 wallt nicht. Das in den Pulverbehälter 11 eingeleitete Gas tritt durch das in dem Pulverbehälter 11 ausgebildete Austrittsloch 12a aus.

Dann wird der Pulverbehälter 11 durch die Antriebseinrichtung 19 in eine Position unmittelbar über dem Hohlraum 20 bewegt. Wenn der Pulverbehälter 11 in eine Position gelangt, in welcher ein Vorderende des Innenraums des Pulverbehälters 11 mit dem Hohlraum 20 in Verbindung steht, beginnt das Pulver 1 in dem Pulverbehälter 11 unter der Wirkung der Schwerkraft in den Hohlraum 20 einzutreten oder zu fließen, so daß mindestens der Hohlraum 20 mit dem Pulver 1 gefüllt wird. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Teilchen des Pulvers 1 in dem Pulverbehälter 11 relativ zueinander bewegbar sind, kann das Pulver gleichmäßig in den Hohlraum 20 einfließen, ohne daß ein selbsthemmendes Verhalten zwischen den Teilchen auftritt und ohne daß ein Verwirbeln der leichten und kleinen Teilchen zum oberen Teil des Hohlraums 20 hin verursacht wird. Demzufolge weist das Pulver in dem Hohlraum 20 eine gleichmäßige Teilchengröße und -dichte auf, und das Füllen des Hohlraums mit dem Pulver wird innerhalb einer kurzen Zeitdauer ausgeführt.

Während der Gaszuführung wird das Verhältnis des dem Pulverbehälter 11 pro Sekunde zugeführten Gasvolumens V_g zum Volumen V_p des Pulvers 1 in dem Pulverbehälter 11 auf 0,05 s^-1 oder größer und auf 0,4 s^-1 oder kleiner eingestellt. Der Grund für die Wahl des Werts 0,05 s^-1 besteht darin, die Teilchen zu veranlassen, daß sie zueinander wirkungsvoll bewegbar werden, und der Grund für die Wahl des Werts 0,4 s^-1 ist, zu verhindern, daß an der Oberfläche des Pulvers 1 das Wallen eintritt.

Als Gas wird vorzugsweise trockene Luft, sauerstoffreies Gas, wie z. B. Stickstoff, und Inertgas, wie z. B. Helium oder Argon, verwendet. Heißgas wird vorzugsweise verwendet, um das Pulver 1 zu erhitzen oder die Temperatur des erhitzten Pulver 1 zu erhalten. Es ist jedoch auch Gas verwendbar, welches Umgebungstemperatur aufweist.

Fig. 8 zeigt einige Beispiele der Zeitsteuerung der Gaszuführung. Die Zeitsteuerung der Gaszuführung kann geändert werden, um

1. die Beweglichkeit der Teilchen zu erhöhen,
2. die Kosten des Gasverbrauchs zu vermindern und
3. die auf den Bodenteil des Pulvers wirkende Kraft zu vermindern.

In mehr besonderer Weise wird in dem in Fig. 8 gezeigten Fall 1 das Gas während der gesamten Vorwärtsbewegung des Pulverbehälters in den Pulverbehälter 11 zugeführt. Im Fall 2 nach Fig. 8 wird zur Erfüllung der vorstehend erwähnten Anforderung (2) das Zuführen des Gases während der Rückwärtsbewegung des Pulverbehälters 11 unterbrochen. Im Fall 3 nach Fig. 8 wird aus dem Grund, um die vorstehend erwähnte Anforderung (2) zu erfüllen, das Gas nur dann zugeführt, wenn mindestens ein Abschnitt des Pulverbehälters 11 unmittelbar über dem Hohlraum 20 angeordnet ist. Im Fall 4 nach Fig. 8 wird ein Kombinationsrohr nach Fig. 9 verwendet, um die vorstehend erwähnten Anforderungen (1), (2), und (3) zu erfüllen, und es wird während der Rückwärtsbewegung des Pulverbehälters 11 nur die Gaszuführung in das untere Rohr unterbrochen.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse der Versuche. In den Versuchen wurde ein Hohlraum verwendet, welcher eine Dicke von 1 mm, eine Breite von 20 mm und eine Tiefe von 40 mm aufwies, und es wurde jeweils die Zeitdauer gemessen, um den Hohlraum mit Pulver zu füllen. In dem Fall, wenn kein Gas zugeführt wurde, konnte der Hohlraum in einer wechselseitigen Bewegung des Pulverbehälters nicht mit Pulver gefüllt werden, und es war eine Vielzahl von wechselseitigen Bewegungen erforderlich, welche die Füllzeitdauer verlängerten. Anderseits konnte der Hohlraum in dem Fall, wenn Gas zugeführt wurde, bei dem das Verhältnis V_g /V_p mit 0,2 s^-1 eingehalten wurde, nur durch eine wechselseitige Bewegung des Pulverbehälters mit Pulver gefüllt werden, wodurch sich die Füllzeitdauer wesentlich verkürzte.

Fig. 10 zeigt die Ergebnisse der Versuche, wobei die Gasmenge verändert und die jeweilige Füllzeitdauer gemessen wurde. In den Versuchen wurden die Abmessungen (im Hinblick auf die Bezugswerte siehe Fig. 6) und die Bedingungen wie folgt eingestellt: W = 100 mm, w = 5 mm, D = 1,5 mm, d = 0,05 mm, θ = 45° und t = 1 mm. Ferner wurde V_g/V_p auf 0-0,3 s^-1 eingestellt. Aus Fig. 10 wird deutlich, je größer die Menge des Gases 2, um so kürzer die Füllzeitdauer.

Fig. 4 zeigt, wie gleichmäßig der Hohlraum 20 mit dem Pulver 1 gefüllt wurde, wenn das Zuführen von Gas erfolgte. Die Form des in den Versuchen verwendeten Hohlraums 20 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Versuchsergebnisse nach Fig. 4 zeigen die Größen (Durchschnittsgrößen) der Teilchen, welche in den Positionen A, B und C in Fig. 5 gemessen wurden. Wie aus Fig. 4 deutlich wird, sammelten sich in dem Fall, wenn kein Gas zugeführt wurde, die feinen Teilchen in den Positionen A und B an, und grobe Teilchen sammelten sich in der Position C an. Im Gegensatz dazu war in dem Fall, wenn Gas zugeführt wurde, die Größe der Teilchen in jeder Position im wesentlichen gleichmäßig.

Die Teile, welche in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einmalig vorliegen, werden nachstehend erläutert.

Fig. 11-14 zeigen die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Rohre 14 parallel zu der Bewegungsrichtung des Pulverbehälters 11 ausgerichtet. Ein sich waagrecht erstreckender Tragblock 31 ist in dem Pulverbehälter 11 angeordnet und mit der Seitenwand 11a des Pulverbehälters 11 fest verbunden. Ein Gaskanal 32, welcher sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Pulverbehälters 11 erstreckt, ist in dem Tragblock 31 ausgebildet. Der Gaskanal 32 steht mit dem flexiblen Schlauch 15 in Verbindung. Beide Enden des Gaskanals 32 sind verschlossen. Eine Vielzahl von Öffnungen 33 ist ausgebildet, um die Verbindung zum Gaskanal 32 herzustellen, und jedes Rohr 14 ist in jede der Öffnungen 33 eingefügt und mit jeder der Öffnungen 33 fest verbunden, so daß jedes Rohr 14 mit dem Gaskanal 32 in Verbindung steht.

Durch diesen Aufbau wird der Pulverbehälter 11 in die Position unmittelbar über dem Hohlraum 20 bewegt, und die Kraft des Pulvers 1 wirkt in einer Richtung entlang dem Rohr 14 auf jedes Rohr 14. Demzufolge ist es unwahrscheinlich, daß ein Biegemoment auf den Verbindungspunkt des Rohrs 14 mit dem Tragblock 31 einwirkt, so daß die Lebensdauer der Vorrichtung hoch ist.

Fig. 15 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Ausführungsform sind die Rohre 14 fest am Tragblock 31 angeordnet, wie in Fig. 13 gezeigt ist, und erstrecken sich parallel zu der Bewegungsrichtung des Pulverbehälters 11. Die Rohre 14 weisen eine Vielzahl von Gruppen von Rohren auf, welche in senkrechter Richtung voneinander beabstandet sind. Jedes Rohr in einer ersten Gruppe von Rohren und jedes Rohr in einer zweiten Gruppe von Rohren neben der ersten Gruppe von Rohren ist in der senkrechten Richtung zueinander versetzt angeordnet.

Infolge dieses Aufbaus wird ein Abstand zwischen benachbarten Rohren vergrößert, so daß das Pulver 1 zwischen benachbarten Rohren 14 gleichmäßiger fließen kann. Demzufolge wird die Füllzeitdauer weiter verkürzt.

Fig. 16 und Fig. 17 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Rohre 14 in einem Fall, wenn der Hohlraum 20 von oben gesehen einen rechteckigen Aufbau aufweist, parallel zueinander und in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pulverbehälters 11. Die ersten Enden der Rohre 14 werden durch eine Seitenwand 11a des Pulverbehälters 11 getragen. Die zweiten Enden der Rohre sind verschlossen und sind freistehend. In der Seitenwand 11a ist ein Gaskanal (nicht gezeigt) ausgebildet, wie in dem Fall in Fig. 14, und Öffnungen (nicht gezeigt) zum Aufnehmen der Rohrenden sind erzeugt.

Wenn infolge dieses Aufbaus der Pulverbehälter 11 in die Position unmittelbar über dem Hohlraum 20 bewegt wird, werden die Rohre wirksam, um das Pulver gleichmäßiger in den Hohlraum 20 einzufüllen.

Fig. 18-22 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Rohre 14 in einem Fall, wenn der Hohlraum 20, von oben gesehen, einen rechteckigen Aufbau aufweist, parallel zueinander und in eine Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Pulverbehälters 11. In einem Fall, wenn die Höhe des Pulverbehälters 11 groß ist, wirkt ein größeres Gewicht des Pulvers auf die Rohre 14. Um die Rohre 14 vor der Zerstörung zu bewahren, wenn sie eine zusätzliche Kraft vom Pulver 1 aufnehmen, werden die Rohre 14 an den Enden in Gegenüberlage getragen. Jedes Rohr ist mit dem Pulverbehälter 11 an mindestens einem Ende verbunden, um zu verhindern, daß sich das Rohr um seine Achse dreht.

In mehr besonderer Weise, in einem Fall, wenn das Rohr 14 einen relativ großen Außendurchmesser aufweist, wie in Fig. 19 gezeigt ist, werden zwei parallele Ausnehmungsflächen 14b an einer inneren Oberfläche des Rohrs 14 erzeugt. In einer Seitenwand 11b des Pulverbehälters 11 ist ein Loch 11c ausgebildet, welches zwei parallele Ausnehmungsflächen an der inneren Oberfläche aufweist. Das Ende des Rohrs 14 ist in das Loch 11c eingefügt, so daß die Ausnehmungsflächen des Rohrs 14 und die Ausnehmungsflächen des Lochs 11c miteinander in Wirkverbindung treten, wodurch das Rohr 14 verhindert wird, sich um seine Achse zu drehen. In einem Fall, wenn das Rohr 14 einen relativ kleinen Außendurchmesser aufweist, wird ein Element 34 mit einem größeren Außendurchmesser als das Rohr 14 fest mit dem Ende des Rohrs 14 verbunden, und zwei parallele Ausnehmungsflächen 34a sind in dem Element 34 ausgebildet. In einer Seitenwand 11b des Pulverbehälters 11 ist ein Loch 11d mit zwei parallelen Ausnehmungsflächen an der inneren Oberflächen erzeugt. Das Element 34 wird in das Loch 11d eingefügt, so daß die Ausnehmungsflächen des Elements 34 und die Ausnehmungsflächen des Lochs 11d miteinander in Wirkverbindung treten, wodurch das Rohr 14 verhindert wird, sich um seine Achse zu drehen.

Fig. 23 und Fig. 24 zeigen eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Beobachtungseinrichtung 30 ist und die Pulvereinfüllvorrichtung 10 gemäß einer der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simuliert sowie zum Bestimmen der optimalen Bedingungen für das Einfüllen des Pulvers verwendet wird. Die Beobachtungseinrichtung 30 weist einen Mechanismus auf, welcher in der Lage ist, drei Arten des Einfüllens des Pulvers auszuführen:

- Füllen des Hohlraums mit Pulver durch Ablassen des Pulvers in den Hohlraum,
- Füllen des Hohlraums mit Pulver durch Ansaugen des Pulvers in den Hohlraum, und
- Füllen des Hohlraums mit Pulver durch Drücken des Pulvers in den Hohlraum.

Die Beobachtungseinrichtung 30 weist einen Pulverbehälter 11A, eine den Hohlraum simulierende Einrichtung 41 und eine Meßeinrichtung 51 auf.

Der Pulverbehälter 11A entspricht dem Pulverbehälter 11 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und weist einen Wandabschnitt 11B auf, welcher durchsichtig ist. In den Pulverbehälter 11A ist mindestens ein Rohr 36, entsprechend dem Rohr 14 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet. Mit dem Rohr 36 ist eine Gasquelle 37 verbunden. Der Pulverbehälter 11A wird durch Zylinder (nicht gezeigt) in die X-X-Richtung (siehe Fig. 24) und die Y-Y-Richtung (siehe Fig. 24) bewegt.

Die den Hohlraum simulierende Einrichtung 41 weist einen Tisch 42 auf, welcher den Tisch 18 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simuliert, einen Formwerkzeug- Unterstempel 43 und einen Formwerkzeug-Unterstempel 44, welche jeweils die Formwerkzeug-Unterstempel 22 und 23 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simulieren, und eine Wand 45 des Hohlraums, welche durchsichtig ist. Eine Tiefe eines Hohlraums 40, welcher dem Hohlraum 20 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, ist durch Ersetzen der Formwerkzeug-Unterstempel 43 und 44 durch neue Formwerkzeug-Unterstempel veränderbar. Fig. 24 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Hohlraums 40.

Die Meßeinrichtung 51 weist eine CCD-Kamera 53 und eine 8 mm- Videokamera 52 in Gegenüberlage der durchsichtigen Wand 45 des Hohlraums auf. Die Meßeinrichtung 51 weist eine mit der CCD- Kamera 53 verbundene Aufzeichnungseinrichtung 54 zum Aufzeichnen eines statischen Bilds auf, eine mit der Videokamera 52 verbundene Aufzeichnungseinrichtung 55 zum Aufzeichnen eines dynamischen Bilds und eine mit den Aufzeichnungseinrichtungen 54 und 55 verbundene Analyseeinrichtung 56 zum Analysieren der Bilder sowie eine mit den Aufzeichnungseinrichtungen 54 und 55 verbundene Anzeigeeinrichtung (Monitor) 57.

Unter Verwendung der Beobachtungseinrichtung 30 wird die Beobachtung und die Analyse des Einfüllens des Pulvers so ausgeführt, daß optimale Bedingungen zum Füllen des Hohlraums 20 mit dem Pulver 1 für jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmbar sind.

In mehr besonderer Weise wird der Hohlraum mit Pulver gefüllt, wobei die Bedingungen des Einfüllens des Pulvers auf verschiedene Weise verändert werden. Der Einfüllprozeß wird durch die Videokamera 52 aufgezeichnet, und die Aufzeichnung des gefüllten Zustands erfolgt durch die CCD-Kamera 53. Die Einfüllzeitdauer wird gemessen, und das Verhalten des Pulvers beim Verdrängen der Luft in dem Hohlraum durch das Pulver wird beobachtet und aufgezeichnet. Ferner wird die Verteilung der feinen und groben Teilchen des Pulvers in dem Hohlraum beobachtet und analysiert. Auf der Grundlage dieser Daten werden die optimalen Einfüllbedingungen für jeden Hohlraumaufbau bestimmt.

Da gemäß dem Verfahren und der Pulvereinfüllvorrichtung jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Gas in das Pulver in dem Pulverbehälter eingeleitet wird, sind die Pulverteilchen relativ zueinander bewegbar, und das Pulver kann gleichmäßig in dem Hohlraum eintreten, ohne in den Hohlraum aufzuwirbeln. Demzufolge wird die Einfüllzeitdauer verkürzt, und die Verteilung der Teilchengröße in dem Hohlraum wird gleichmäßig. Dies bedeutet, daß ein durch Erhitzen des durch den Hohlraum geformten Pulvers hergestellter Sinterkörper eine gleichmäßige Dichte und eine hohe Maßgenauigkeit aufweist.

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen eines Hohlraums 20 mit Pulver 1, wobei ein Rohr 14, welches Löcher 14a zum Einleiten von Gas aufweist, in einem Pulverbehälter 11 angeordnet ist und Gas in das Pulver 1 in dem Pulverbehälter 11 eingeleitet wird, wenn das Pulver 1 in den Hohlraum 20 eintritt, so daß die Teilchen des Pulvers I relativ zueinander bewegbar sind. Infolge der Gaseinleitung kann das Pulver 1 gleichmäßig in den Hohlraum 20 eintreten, ohne in dem Hohlraum 20 aufzuwirbeln.

Claims

1. Verfahren zum Einfüllen von Pulver in einen in einem Formwerkzeug ausgebildeten Hohlraum, mit den Schritten:

1. Zuführen von Pulver (1) in einen Pulverbehälter (11), welcher in eine Position und aus einer Position neben den Hohlraum (20, 40) bewegbar ist, wobei der Pulverbehälter (11) mindestens ein Rohr (14) mit einer Vielzahl von Löchern (14a) aufweist, welche in diesem zum Einleiten von Gas ausgebildet sind,
2. Zuführen von Gas in das Pulver (1) in dem Pulverbehälter (11) durch die Vielzahl von Löchern (14a) zum Einleiten von Gas, so daß die Teilchen dieses Pulvers (1) in dem Pulverbehälter (11) relativ zueinander bewegbar sind, und
3. Bewegen des Pulverbehälters (11) in die Position neben den Hohlraum (20, 40), um das Pulver (1) in den Hohlraum (20, 40) einzufüllen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulver (1) ein Pulver ist, welches zum Sintern verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Gas mit dem fol genden Verhältnis in den Pulverbehälter (11) eingeleitet wird:
0,05 s^-1 ≦ V_g/V_p ≦ 0,4 s^-1,
wobei V_g ein Gasvolumen ist, welches dem Pulverbehälter (11) je Sekunde zugeführt wird, und V_p ein Volumen des Pulvers (1) in dem Pulverbehälter (11) ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das verwendete Gas aus der Gruppe ausgewählt ist, welche trockene Luft, sauer stofffreies Gas und Inertgas aufweist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das verwendete Gas eine Temperatur gleich oder größer als eine Umgebungstempe ratur aufweist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Gas in den Pul verbehälter (11) eingeleitet wird, mindestens während der Pulverbehälter (11) neben dem Hohlraum (20) angeordnet ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlraum (40) ei ne Wand (45) aufweist, von welcher mindestens ein Abschnitt durchsichtig ist, und ferner den Schritt des Beobachtens ei nes Zustands des in den Hohlraum (40) eintretenden Pulvers (1) durch den durchsichtigen Abschnitt der Wand (45) und des Bestimmens der optimalen Bedingungen für das Einfüllen des Pulvers auf der Grundlage des Beobachtungsschritts aufweist.

8. Vorrichtung zum Einfüllen von Pulver in einen Hohlraum, der in einem Formwerkzeug ausgebildet ist, welche aufweist:

1. einen in einem Abschnitt offenen Pulverbehälter (11), der in eine Position neben den Hohlraum (20, 40) bewegbar ist, um das Pulver in den Hohlraum (20, 40) zu füllen, und aus dieser Position weg bewegbar ist,
2. mindestens ein Rohr (14), welches in dem Pulverbehälter (11) angeordnet ist, wobei jedes Rohr (14) eine Vielzahl von darin erzeugten Löchern (14a) aufweist, um durch diese Gas in das Pulver (1) in dem Pulverbehälter (11) einzuleiten, und
3. eine Gasquelle, welche mit dem Rohr (14) über einen Schlauch verbunden ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) einen Außendurchmesser D von nicht kleiner als 1 mm und nicht größer als 3 mm aufweist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) eine Vielzahl von Rohren aufweist, welche parallel dazu und voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Ver hältnis eines Abstands w zwischen benachbarten Rohren zu ei ner Breite W des Pulverbehälters (11) nicht kleiner als 0,02 und nicht größer als 0,3 ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) über dem Unterteil des Pulverbehälters (11) angeordnet und zu diesem beabstandet ist, wobei ein Verhältnis eines Abstands h des Rohrs vom Unterteil des Pulverbehälters (11) zu einer Höhe H des Pulverbehälters (11) nicht kleiner als 0,01 und nicht größer als 0,3 ist.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) einen ovalen Querschnitt aufweist, wobei eine Längsach se des ovalen Querschnitts senkrecht ausgerichtet ist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Löchern (14a) jeweils einen Durchmesser aufweist, welcher nicht kleiner als 10 µm und nicht größer als 200 µm ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei benachbarte Löcher der Vielzahl von Löchern (14a) zwischen 3 und 10 mm in einer Längsrichtung mindestens eines Rohrs (14) beabstandet sind.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei 1 bis 6 Löcher der Vielzahl von Löchern (14a) in einem diagonalen Querschnitt mindestens eines Rohrs (14) erzeugt und in einer Umfangs richtung um das eine Rohr (14) voneinander beabstandet sind.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Löchern (14a) eine erste Gruppe von Löchern aufweist, welche in einem Abschnitt der oberen Hälfte mindestens eines Rohrs (14) erzeugt ist, und eine zweite Gruppe von Löchern in ei nem Abschnitt der unteren Hälfte mindestens eines Rohrs (14) ausgebildet ist, wobei jedes der ersten Gruppe von Löchern einen größeren Durchmesser als jedes der zweiten Gruppe von Löchern aufweist.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr (14) aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Hohlraum (20) von oben betrachtet einen rechteckigen Aufbau aufweist und sich mindestens ein Rohr (14) gerade erstreckt.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei sich mindestens ein Rohr (14) gerade in eine Richtung erstreckt, in welcher der Pulverbehälter (11) bewegt wird.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei sich mindestens ein Rohr (14) gerade in eine Richtung senkrecht zu einer Richtung erstreckt, in welcher der Pulverbehälter (11) be wegt wird.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei mindestens ein Rohr (14) ein Außenende aufweist, an welchem das Rohr (14) durch den Pulverbehälter (11) getragen wird.

23. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Rohr eine Vielzahl von Gruppen von Rohren (14) aufweist, welche senkrecht voneinander beabstandet sind, und jedes Rohr einer ersten Gruppe von Rohren und jedes Rohr einer zweiten Gruppe von Rohren der ersten Gruppe von Rohren benachbart ist und in einer senkrechten Richtung zueinander versetzt angeordnet ist.

24. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ei ne Einrichtung (30) zum Simulieren des Einfüllens von Pulver sowie zum Bestimmen der optimalen Bedingungen zum Einfüllen von Pulver ist und der Hohlraum (40) durch eine Wand (45) des Hohlraums definiert ist, von welcher ein Abschnitt durchsichtig ist.

25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, welche ferner eine CCD- Kamera (53) in Gegenüberlage des durchsichtigen Abschnitts der den Hohlraum definierenden Wand (45) aufweist.

26. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, welche ferner eine Vi deokamera (52) in Gegenüberlage des durchsichtigen Ab schnitts der den Hohlraum definierenden Wand (45) aufweist.

27. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulver durch Schwerkraftwirkung in den Hohlraum (20) eintritt.

28. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulver in den Hohlraum (20) eintritt, indem das Pulver in den Hohlraum (20) gesaugt wird.

29. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulver in den Hohlraum (20) eintritt, indem das Pulver in den Hohlraum (20) gedrückt wird.