DE69631810T2

DE69631810T2 - Verfahren zum Verdichten von Pulver

Info

Publication number: DE69631810T2
Application number: DE69631810T
Authority: DE
Inventors: Masato Nishikyo-ku Sagawa; Hiroshi Nishikyo-ku Nagata; Toshihiro Muko-shi Watanabe; Terumasa Kiyose-shi Miyoshi; Mizuho Koganei-shi Kasahara
Original assignee: Intermetallics Co Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: CN1153733A; ES2123473T3; DE761423T1; ES2123473T1; CA2185090A1; CN1098790C; ATE261351T1; DE69631810D1; US5725816A; EP0761423B1; EP0761423A3; EP0761423A2; CA2185090C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verdichtungsverfahren, bei dem ein Pulver, ein Granulat, ein flockiges Material, ein Plattenmaterial oder ähnliches in einen Behälter oder ein Behältnis, wie beispielsweise eine Dose, einen Beutel, eine Gummigussform, eine Druckgießform oder ähnliches eingespritzt wird, der bzw. das eine Öffnung zum Einspeisen des Materials und ein Raum aufweist, der mit dem Pulver oder ähnlichem befüllt ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Verdichtungsverfahren ist bekannt, bei dem ein Raum mit einer Öffnung zum Einführen eines Materials mit dem Material befüllt wird und das Material in einer Pressvorrichtung, wie beispielsweise einer Stoßvorrichtung oder ähnlichem verpresst wird, wodurch der Raum kompakter mit dem Material beladen wird.
Ein anderes Verdichtungsverfahren ist ebenfalls bekannt, bei dem das eingespritzte Material mechanisch vibriert oder leicht geklopft wird, wodurch der Raum kompakter mit Material gefüllt wird.
JP 07 048603 offenbart eine Grünlingbildungsvorrichtung, in der das Pulver entlüftet wird.
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Weil das Material in den herkömmlichen Verfahren, die oben beschrieben wurden, mit einer Presseinrichtung, wie beispielsweise einer Stoßvorrichtung oder mechanisch vibriert und leicht geklopft verpresst wird, neigt das Material dazu, beschädigt zu werden, wenn es gegenüber mechanischen Stößen nicht widerstandsfähig ist.
Ein anderes Problem der herkömmlichen Verfahren besteht darin, das Aufbringen mechanischer Vibration oder leichter Schläge auf die Druckgießform oder den Behälter, auf die Einrichtung diese zu halten oder auf die Vorrichtung oder auf den Tisch zum Fördern der Druckgießform oder des Behälters, die Beschädigung derartiger Einrichtungen verursacht und ihre Haltbarkeitsjahre verkürzt.
Zusätzlich führt das Pressen des in dem Raum dicht gepackten Materials zu einer unterschiedlichen Packungsdichte zwischen den Bereichen nahe der Pressvorrichtung und den Bereichen beabstandet von der Pressvorrichtung, weil das Material in dem Bereich entfernt von der Pressvorrichtung eine schwächere Presskraft aufnimmt als das in der Nähe der Pressvorrichtung. Daher kann eine dichte Packung mit einer gleichförmigen Packungsdichte nicht gesichert werden. Dies ist insbesondere ein Problem, wenn das Material in einen langen, schmalen Raum gepackt wird. Wird eine Gummigussform mit einem Pulver als dem Material mit ungleichmäßiger Packungsdichte befüllt und mit Schlägen oder durch hydrostatisches Pressen verpresst, wird der daraus resultierende Pressling leicht dazu neigen, in der Form einen Verzug aufzuweisen, zu zersplittern oder abzuspringen. Ferner kann ein ungleichmäßig befüllter Behälter nur eine geringe Quantität des Materials, die nicht ausreicht, enthalten, was heißt, dass der Raum des Behälters nicht vollständig verwendet wird. Angesichts vieler Bedürfnisse in der Industrie für eine gleichmäßige und hochdichte Packung war es für herkömmliche Verdichtungsverfahren schwierig, diese Bedürfnisse zu befriedigen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die obigen Probleme zu lösen, sowie ein Verdichtungsverfahren bereitzustellen, bei dem ein Material effektiv und schnell dicht in einen Raum gepackt werden kann.
Die Erfindung entspricht der Definition in den begleitenden Patentansprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils, das dadurch hergestellt wurde, dass ein Pressling nach dem Pressen einem Vorgang wie beispielsweise Sintern unterzogen wurde.
2 ist ein vertikaler Querschnitt einer geteilten Druckgießform und einer Führung etc. zum Herstellen eines Presslings, bei dem das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
3 ist ein vertikaler Querschnitt einer Druckgießform und einer Führung etc. zum Herstellen eines zylindrischen Presslings, bei dem das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
4 ist ein vertikaler Querschnitt einer trocken-hydrostatischen Pressvorrichtung, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
5 ist ein vertikaler Querschnitt einer Granuliervorrichtung, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
6 ist ein vertikaler Querschnitt einer Verdichtungsvorrichtung für flockenförmige Materialien, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
7 ist ein vertikaler Querschnitt einer Verdichtungsvorrichtung zum dichten Packen eines Materials in einen Beutel, bei dem das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
8 ist ein vertikaler Querschnitt einer Verdichtungsvorrichtung zum dichten Packen eines Pulvers in einer geteilte Gummiform, bei dem das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
9 ist ein vertikaler Querschnitt einer Verdichtungsvorrichtung mit einer Gussformeinrichtung, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
10 ist der Verdichtungsvorgang der Verdichtungsvorrichtung, die in 9 dargestellt ist.
11 ist ein Betriebsdiagramm, das die Relativbewegungen der Hauptteile der Verdichtungsvorrichtungen, die in den 9 und 10 dargestellt sind, zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Verwendung der 1 bis 11 werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt, sondern kann anderweitig innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er in den begleitenden Patentansprüchen definiert ist, modifiziert werden.
Zuerst wird unter Verwendung der 1 und 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, bei der ein Pulver, das zu verpressen ist, in einen Raum, der als eine geteilte Druckgießform ausgebildet ist, gepackt wird.
Ein Teil w, das in 1 dargestellt ist, bildet einen einheitlichen Körper mit einem Geradstirnrad 2, welches um die Mittelachse 1 ausgebildet ist und einem Kegelrad 3, das an dem Ende der Achse 1 ausgebildet ist. Das Verfahren zum Herstellen eines ungesinterten Presslings für das Teil w unter Verwendung einer geteilte Druckgießform wird im folgenden beschrieben.
Eine getrennte Druckgießform 4 ist aus zwei Teilen 4a, 4b durch in Kontakt bringen der jeweiligen vertikalen Flächen zusammengesetzt und die zusammengesetzte getrennte Druckgießform 4 ist mit einer Öffnung 4c an ihrer Oberseite versehen. Ein Raumteil 4d, der mit Pulver p gefüllt ist, ist für das Teil w unter Berücksichtigung der Dimensionsänderung nach dem Sintern ausgestaltet. Eine Führung 5 ist auf der getrennten Druckgießform 4 platziert. Der Durchmesser des Lochs 5a der Führung 5 ist der gleiche oder kleiner als der Durchmesser der Öffnung 4c der getrennten Druckgießform 4.
Um das Zuführen des Pulvers p in das Loch 5a der Führung 5 zu erleichtern, sollte das obere Ende des Lochs 5a eine Neigung bilden, wie es durch 5b angedeutet ist.
Wie es in 2A dargestellt ist, wird nachdem die Führung 5 auf der getrennten Druckgießform 4 platziert ist, ein zuvor abgewogenes Pulver p in den Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4 und bis zu einer gewünschten Tiefe in das Loch 5a der Führung 5 eingefüllt.
Wie es in 2b dargestellt ist, wird dann das Abdeckungselement 6 auf der Führung 5 platziert, so dass es die Führung 5 abdichtet. Das Abdeckungselement 6 ist mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern 6a versehen, die mit Verbindungsleitungen 6b verbunden sind. Die Verbindungsleitungen 6b sind mit einer Pumpeinrichtung verbunden, wie beispielsweise einem Ejektor-Typ Vakuumgenerator, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Nachdem die Führung 6 mit dem Abdeckungselement 6 abgedeckt ist, wird die Pumpeinrichtung betätigt, um Luft aus dem Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 und dem Loch 5a der Führung 5 herauszulassen, so dass der Raum umfassend dem Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4 und dem Loch 5a der Führung 5 in einen Unterdruckzustand gebracht wird. Durch Bringen dieses Raumteils 4d und des Lochs 5a in den Unterdruckzustand wird die in dem Pulver p enthaltene Luft ausgestoßen.
Nachfolgend wird nach einer gewünschten Entgasungszeit der Luftdruckstrom in die Pumpeinrichtung, wie beispielsweise den Ejektor-Typ Vakuumgenerator, abgeschnitten und Luft wird durch das Loch 6a des Abdeckungselements 6 eingeführt, so dass der Luftdruck in dem Raum umfassend das Loch 5a der Führung 5 und dem Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4 steigt. Als eine Folge davon wird die Füllungsdichte des Pulvers p, welches den Raum umfassend den Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4 und das Loch 5a der Führung 5 füllt, erhöht.
Durch in geeigneter Weise mehrmaliges Umschalten des Luftdrucks des Raums umfassend den Raumteil 4d der getrennten Druckgießform und das Loch 5a der Führung 5 von einem Unterdruckzustand zu einem Hochdruckzustand, wird die in dem Pulver p enthaltene Luft evakuiert und das meiste des Pulvers p in dem Loch 5a der Führung 5 wird in den Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4 gepackt. Die Wiederholung des Umschaltens des Raumzustands von dem Unterdruckzustand zu dem Hochdruckzustand wird im folgenden der Einfachheit halber als der "Luftklopfvorgang" oder "Luftklopfen" bezeichnet. Ein derartiger Luftklopfvorgang sichert die hochdichte Packung des Pulvers p in den Raumteil 4d der getrennten Druckgießform 4.
Für den oben beschriebenen Luftklopfvorgang kann nicht nur Luft verwendet werden, sondern es können auch verschiedenartige Gase verwendet werden. Wenn z.B. Pulver verwendet werden soll, das anfällig gegenüber Oxidation oder explosiv ist, wird Stickstoff oder Argon oder ähnliches verwendet.
Der Unterdruckzustand und der Hochdruckzustand in dem oben erwähnten Luftklopfzustand kennzeichnen die Zustände des Luftdrucks als relativ niedrig oder hoch, wenn sie miteinander verglichen werden. Die Packungsdichte des Pulvers p wird erhöht, wenn der Zustand von Unterdruck zu Hochdruck umgeschaltet wird. Üblicherweise liegt der Unterdruck in dem Bereich von 0,1 bis 0,5 atm und der Hochdruck in dem Bereich von 0,6 bis 1,0 atm.
Wird ein Zyklus des Luftklopfvorgangs als die Zeit definiert, die in der Periode, beginnend von dem Hochdruckzustand gefolgt durch den Unterdruckzustand und beendet in dem Hochdruckzustand benötigt wird, beträgt eine übliche Zykluszeit zwischen 0,1 bis 1 Sekunde und das Verdichten kann innerhalb von 5-10 Zyklen abgeschlossen werden. Die Verwendung des Ejektor-Typ Vakuumgenerators, der oben erwähnt wurde, erleichtert es, das Luftklopfen in einer derartigen kurzen Zykluszeit auszuführen. Das heißt, Zuführen von Luftdruck in den Ejektor-Typ Vakuumgenerator erzeugt den Unterdruckzustand und Abschneiden der Luftzufuhr erzeugt umgehend den Hochdruckzustand, weil die zuvor ausgestoßene Luft in den Raum zurückströmt, wenn die Luftzufuhr abgeschnitten ist. Das Luftklopfen wird in einer oben beschriebenen Zykluszeit durch intermittierendes Zuführen von Luftdruck (durch einen Ventilbetrieb) ausgeführt. Die Zykluszeit kann selbstverständlich länger oder kürzer sein, genauso wie die Zyklen öfter oder weniger oft wiederholt werden können, wobei die Größe und die Form des Raums oder die Strömungsfähigkeit des Materials zu berücksichtigen sind.
Durch schnelles Ausführen der Wiederholung des Umschaltens von dem Unterdruckzustand in den Hochdruckzustand kann der Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 effektiv mit Pulver p in einer höheren Quantität und einer höheren Packungsdichte befüllt werden. Die Geschwindigkeit der Luftströmung beim Einführen von Luft in den Raum umfassend das Loch 5a der Führung 5 und den Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 sollte höher sein als wenn der Druck des Raums reduziert wird, um ihn in den Unterdruckzustand zu bringen, so dass die hochdichte Packung des Pulvers p effektiver ausgeführt werden kann.
Nachdem der obige Luftklopfvorgang abgeschlossen ist, wird, wie es in 2C dargestellt ist, ein Stempel 7, der als eine Stoßvorrichtung wirkt, in das Loch 5a der Führung 5 eingeführt, wodurch das Pulver p weiter verdichtet wird.
Ein Pressling C, der durch den vorstehenden Prozess hergestellt wurde, wird aus der geteilten Druckgießform 4 durch Entfernen der Führung 5, des Abdeckungselements 6 und des Stempels 7, sowie durch Trennen der geteilten Druckgießform 4 in die zwei Teile 4a, 4b entfernt. Dann wird der Pressling C einem Sintervorgang oder ähnlichem unterzogen, wodurch man das Teil W erhält.
Bei dem herkömmlichen Verfahren wird eine gewisse Menge Pulver p, wie es in 2A dargestellt ist, in dem Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 und bis zu einer gewünschten Tiefe in das Loch 5a der Führung 5 eingeführt und dann der Stempel 7 in das Loch 5a eingeführt, um so den Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 mit dem Pulver p zu füllen. In diesem Fall erreicht die Presskraft des Stempels 7 nicht den unteren Teil des Pulvers p und konzentriert sich in der Umgebung des Stempels 7 auf das Pulver p, wodurch die Packungsdichte in der Umgebung des Stempels 7 teilweise erhöht wird. Daher ist der resultierende Pressling C hinsichtlich seiner Packungsdichte nicht gleichmäßig. Bei der vorliegenden Erfindung muss der Stempel 7 lediglich einen kleinen Weg abgesenkt werden, weil das gesamte oder nahezu das gesamte Pulver p aus dem Loch 5a der Führung 5 in den Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 gepackt ist und daher besteht nur ein kleiner Unterschied in der Packungsdichte zwischen dem Pulver p in der Umgebung des Stempels 7 und dem Pulver p des unteren Bereichs, was zu einem Pressling C mit einer gleichmäßiger Packungsdichte führt.
Wird das Pulver lediglich durch den Stempel 7 verpresst, kann das Pulver nicht in den Raumteil, der als das Geradstirnrad 2 und das Kegelrad 3 in 1 ausgeformt ist, gepackt werden, weil das Pulver nur nach unten und nicht in Richtung der Seiten verpresst wird. Bei derartigen ungleichmäßigen Verdichtungsvoraussetzungen kann die Packungsdichte des Pulvers nicht hoch genug sein, um als Pressling eine erforderliche Festigkeit aufzuweisen. Daher war es sehr schwierig, durch ein pulvermetallurgisches Verfahren Teile herzustellen, die Formen wie der Pressling in 1 aufweisen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt durch das Luftklopfen den Raumteil 4d der geteilten Druckgießform 4 umfassend seiner Ecken durchgehend mit dem Pulver p zu füllen und verhindert daher, die Herstellung von fehlerhaften Presslingen. Die vorliegende Erfindung ist als ein Verfahren zum Füllen eines Raums, der seitlich vorragt, wie es in 2 dargestellt ist sehr effektiv.
Bezug nehmend auf 3 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines dünnen, hohen zylindrischen Presslings beschrieben.
8 ist eine Druckgießform mit einem säulenförmigen Raum und 9 ist ein säulenförmiger Kern, der in der Mitte des säulenförmigen Raums der Druckgießform 8 platziert ist, dessen oberes Ende von der oberen Fläche der Druckgießform 8 leicht vorsteht. 10 ist ein unterer Stempel, der in den unteren Teil des zylindrischen Raums 11 eingeführt ist, der zwischen der inneren Umfangsfläche der Druckgießform 8 und der äußeren Umfangsfläche des säulenförmigen Kerns 9 ausgebildet ist. Die innere Umfangsfläche der Druckgießform 8, die äußere Umfangsfläche des säulenförmigen Kerns 9 und der untere Stempel 10, der in den unteren Teil des zylindrischen Raums 11 eingeführt ist, bilden einen Raumteil 12 mit einer ringförmigen Öffnung 12a. 13 ist eine Führung, die auf der oberen Fläche der Druckgießform 8 platziert ist. Das Loch 13a der Führung 13 ist derart ausgestaltet, dass es einen Durchmesser nahezu gleich dem Durchmesser des säulenförmigen Raums der Druckgießform 8 aufweist. Der obere Teil des Lochs 13a der Führung 13 sollte vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass er einen erweiterten, geneigten Teil 13b aufweist, um so das Einführen des Pulvers p zu erleichtern.
14 ist ein Abdeckungselement, um die Führung 13 abzudecken und abzudichten. In ein Loch 14a, das in dem Mittelteil des Abdeckungselements 14 vorgesehen ist, ist ein zylindrischer oberer Stempel 15, der in den oben erwähnten zylindrischen Raum 11 einzuführen ist, durch eine Dichteinrichtung wie z.B. ein O-Ring (nicht dargestellt in der Zeichnung) in einer vertikal verschiebbaren Art eingepasst. Das Abdeckungselement 14 ist mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern 14b versehen, die mit Verbindungsleitungen 14c verbunden sind. Die Verbindungsleitungen 14c sind mit einer Pumpeinrichtung, wie beispielsweise einem Ejektor-Typ Vakuumgenerator (nicht dargestellt in der Zeichnung) verbunden.
Wie es in 3A dargestellt ist, wird nachdem die Führung 13 auf der oberen Fläche der Druckgießform 8 platziert ist, das Pulver p von einer Pulvereinspeiseeinrichtung (nicht dargestellt in der Zeichnung) in den Raumteil 12 und bis zu eine gewünschten Tiefe in das Loch 13a der Führung 13 eingeführt.
Nachfolgend wird die Führung 13 mit dem Abdeckungselement 14 abgedeckt und abgedichtet. Dann wird die Pumpeinrichtung betätigt, um den Zustand eines Raums umfassend den Raumteil 12 und das Loch 13a der Führung 13 alternierend zwischen dem Unterdruck und dem Hochdruck umzuschalten. Durch Ausführen eines derartigen Luftklopfens wird das meiste Pulver p, das in das Loch 13a der Führung 13 eingeführt wurde, in den Raumteil 12 gepackt. Der untere Stempel 15 wird während dem Luftklopfvorgang nicht bewegt.
Das obere Ende des oberen Stempels 15 ist abgedichtet, um zu verhindern, dass Luft aus dem Raum entweicht. Ferner sind zum gleichen Zweck die Zwischenräume zwischen der Druckgießform 8 und dem unteren Stempel 10 und zwischen dem Kern 9 und dem unteren Stempel 10 mit einer Gummidichtung oder ähnlichem abgedichtet. Es ist notwendig, dass die Zwischeräume klein genug sind, so dass sie das Erzeugen der erforderlichen Unterdruck- und Hochdruckzustände nicht verhindern, selbst wenn Luft über die Zwischenräume entweicht.
Nach dem Abschluss des Luftklopfvorgangs wird der obere Stempel 15, wie es 3C zeigt, als eine Stoßvorrichtung in das Loch 13a der Führung 13 eingeführt und der obere Stempel 15 wird in den zylindrischen Raumteil 12, der zwischen der inneren Umfangsfläche der Druckgießform 8 und der äußeren Umfangsfläche des Kerns 9 gebildet ist, weiter eingeführt, wodurch das gesamte Pulver p, das in dem Loch 13a der Führung 13 verbleibt, in den Raumteil 12 gepackt wird, sowie mit dem unteren Stempel 10 und dem oberen Stempel 15 verpresst wird, um einen Pulverpressling herzustellen.
Nach dem Verpressen wird der obere Stempel 15 und das Abdeckungselement 14 und wenn nötig die Führung 13 von dem oberen Ende der Druckgießform 8 entfernt und nachfolgend der untere Stempel 10 nach oben bewegt, um den hergestellten Pressling aus der Druckgießform 8 zu entnehmen.
Wird ein langer und dünner zylindrischer Pressling unter Verwendung der herkömmlichen Druckpressverfahren hergestellt, wird das Pulver p in den tiefen, zylindrischen Raumteil 12, der durch den Kern 9 und die Druckgießform 8 und ähnliches gebildet wird, gepackt und dann mit dem unteren Stempel 10 und dem oberen Stempel 15 verpresst. Die meisten Pulver sind schwierig in einen derart langen und dünnen Raumteil 12 zu packen und sie bilden leicht Brücken und daher sollte die Tiefe des Raumteils 12 vorzugsweise ungefähr dreimal die Tiefe des Endpresslings aufweisen. Das Einführen eines Pulvers in einen derart tiefen Raumteil 12 ist sehr schwierig. Zusätzlich verursacht das Bewegen des oberen Stempels 15 und des unteren Stempels 10 über einen derart langen Weg, dass das Pulver in Zwischenräumen gefangen wird, wodurch die Produktivität des Presslings reduziert wird und die Druckgießform beschädigt wird etc..
Bei der vorliegenden Erfindung wird, wie es 3 zeigt, das Pulver p vor der Verdichtung mit dem oberen Stempel 15 und dem unteren Stempel 10 mit einer hohen Packungsdichte gepackt und dadurch müssen sich der untere und obere Stempel 10, 15 lediglich über einen kleinen Weg bewegen. Folglich wird nicht verursacht, dass das Pulver p in Zwischenräumen gefangen wird und die Produktivität des Presslings und die Haltbarkeit der Druckgießform etc. werden verbessert.
Ferner erreicht bei dem herkömmlichen Stempelpressverfahren die Presskraft des unteren und oberen Stempels 10, 15 nicht das Pulver p in einem Bereich beabstandet von dem unteren und oberen Stempel 10, 15, sondern konzentriert sich auf das Pulver p in der Umgebung des unteren und oberen Stempels 10, 15, was zu einer teilweisen Erhöhung der Packungsdichte des Pulvers p ausschließlich in der Umgebung des unteren und oberen Stempels 10, 15 führt, was wiederum zu einem Pressling mit einer unterschiedlichen Packungsdichte führt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass das gesamte oder nahezu das gesamte Pulver p, das in das Loch 13a der Führung 13 eingeführt wird, den Raumteil 12 ausfüllt, wobei lediglich erforderlich ist, dass sich der obere Stempel 15 und der untere Stempel 10 über einen kleinen Weg bewegen. Daher ist der Unterschied in der Packungsdichte dazwischen in der Umgebung des unteren und oberen Stempels 10, 15 und in dem Bereich beabstandet von dem unteren und oberen Stempel 10, 15 klein und somit weist der resultierende Pressling eine gleichmäßige Packungsdichte auf.
Einer der großen Vorteile des Verdichtungsverfahrens der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das zuvor präzise eingewogene Pulver und in die Druckgießform eingeführte Pulver vollständig verwendet werden kann, ohne dass beim Herstellen eines Pulverpresslings irgendwelches Pulver verbleibt. Die resultierenden Presslinge weisen daher keine Unterschiede hinsichtlich ihrer Qualität auf.
Bezugnehmend auf 4 wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einer trocken-hydrostatischen Pressvorrichtung angewendet wird, beschrieben.
16 ist ein Druckbehälter mit einer Seitenwand 16a, einer oberen Wand 16b und einer Bodenwand 16c und die obere Wand 16b und die Bodenwand 16c sind jeweils im Mittelteil mit Löchern 16b' bzw. 16c' versehen. Zum Verbinden der Löcher 16b', 16c' und Abdichten eines Raums des Druckbehälters 16 wird ein röhrenförmiges Druckmediumelement 16d aus einem Gummimaterial (im folgenden als "Druckmediumelement" bezeichnet) verwendet. Durch die Seitenwand 16a, die obere Wand 16b, die Bodenwand 16c und das Druckmediumelement 16d wird der Raum 16e des Druckbehälters 16 gebildet. Die Seitenwand 16a ist mit Fluid einführenden Leitungen 16f versehen, von denen ein Fluid in den Raum 16e eingespritzt wird. 17 ist eine zylindrische Gummigießform, die mit dem Druckmediumelement 16d als ein Druckmedium beladen ist. Ein Kern 18 ist in der Mitte der Gummigießform 17 vorgesehen. Die äußere Umfangsfläche des Kerns 8 und die innere Umfangsfläche der Gummigießform 17 bilden einen zylindrischen Raum. In den unteren Teil des zylindrischen Raums ist ein unterer zylindrischer Stempel 19 eingeführt. Die äußere Umfangsfläche des Kerns 18, die innere Umfangsfläche der Gummigießform 17 und die obere Fläche des unteren Stempels 19 bilden einen Raumteil 20. Die obere Wand 16b umfasst ein ringförmiges Element 16", welches auf dem oberen Ende der Gummigießform 17 platziert ist, nachdem die Gummigießform 17 mit dem Druckmediumelement 16d beladen ist. 21 ist eine Führung mit einem Loch 21a und sie ist auf der oberen Wand 16b des Druckbehälters 16 angebracht.
Wie es in 4A dargestellt ist, speist eine Pulvereinspeiseeinrichtung (nicht dargestellt in der Zeichnung) eine zuvor abgewogene, entsprechende Pulvermenge p in den Raumteil 20 und das Loch 21a der Führung 21 bis zu einer gewünschten Tiefe ein. Der Druckbehälter 16 wird mit einem Fluid wie beispielsweise Öl befüllt.
Wie es 4B zeigt, wird nachfolgend die Führung 21 mit einem Abdeckungselement 22 abgedeckt, um so den Raum umfassend den Raumteil 20 und das Loch 21a der Führung 21 abzudichten. Das Abdeckungselement 22 ist mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern 22a versehen, die mit Verbindungsleitungen 22b verbunden sind. Die Verbindungsleitungen 22b sind mit der Pumpeinrichtung (nicht dargestellt in der Zeichnung) verbunden. Nachdem die Führung 21 mit dem Abdeckungselement 22 abgedeckt ist, um so den Raum abzudichten, wird der abgedichtete Raum umfassend den Raumteil 20 und das Loch 21a der Führung 21 alternierend in den Unterdruckzustand und den Hochdruckzustand gebracht. Durch Ausführen eines derartigen Luftklopfens wird das Pulver p, das in das Loch 21a der Führung 21 eingeführt ist, in den Raumteil 20 gepumpt.
Nachfolgend wird das Abdeckungselement 22 entfernt. Wie es 4C zeigt, wird ein säulenförmiger oberer Stempel 23 in das Loch 21a der Führung 21 eingeführt, so dass die Fläche des Pulvers p, die in den Raumteil 20 gepackt ist, geebnet wird. In dem unteren Ende des oberen Stempels 23 ist eine Aussparung 23a ausgebildet, so dass sie auf das obere Ende des Kerns 18 passt.
Das Fluid wird weiter von der Fluideinführleitung 16f in den Druckbehälter 16 eingespritzt, so dass der Druck von der Außenseite auf die Gummigießform 17 ausgeübt wird, um das Pulver p in dem Raumteil 20 zu verdichten. Nachdem die Verdichtung des Pulvers p durchgeführt wurde, wird die Fluidzufuhr gestoppt und der Druck auf die Gummigießform 17 entlastet, sowie der obere Stempel 23 und die Führung 21 entfernt. Dann wird der zylindrische Pressling, der durch den obigen Vorgang erzielt wurde, durch Bewegen des unteren Stempels 19 nach oben ausgegeben.
Weil es bisher extrem schwierig war, einen langen, dünnen zylindrischen Raum mit dem Pulver zu füllen, so dass er eine gleichmäßige Packungsdichte aufweist, musste das Pulver granuliert werden. Selbst wenn ein granuliertes Pulver verwendet wurde, wurde jedoch eine lange Zeitdauer benötigt, um das Verdichten auszuführen, was zu einer niedrigen Produktivität des Presslings führt. Zusätzlich ist die Granulierung aufgrund von Kohlenstoffkontaminationen und ähnlichem nicht zu bevorzugen. Wird ein trocken-hydrostatisches Pressen wie bei der vorliegenden Ausführungsform mit einem ungleichmäßig gepackten Pulver durchgeführt, variiert das Dickenmaß des zylindrischen Presslings abhängig von den Bereichen, was zu einer verzogenen Form führt. Durch Aufgreifen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein homogenes, schnelles Packen mit ungranulierten Pulver durchgeführt werden und Presslinge ohne Verzug können effizient durch trocken-hydrostatisches Pressen hergestellt werden.
Die vorliegende Anmelderin schlug ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Granulieren unter Verwendung einer Gummigießform in einer früheren Anmeldung (Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung KOKAI H6-142487) vor. In dieser Anmeldung wird die Granulation durch Laden eines Pulvers auf die Oberfläche einer Gummigießform versehen mit vielen Hohlräumen und nachfolgendes Ebnen der Oberfläche mit einem Rakel durchgeführt, um so die Hohlräume der Gummigießform mit dem Pulver zu füllen. Jedoch bestand ein Problem darin, dass bei einem derartigen Verdichtungsverfahren mittels des Ebnens nicht alle Hohlräume gleichmäßig mit dem Pulver ausgefüllt wurden.
Eine Ausführungsform, die das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung bei der Granulation unter Verwendung einer Gummigießform, wie es oben beschrieben wurde, anwendet, wird unter Bezugnahme auf 5 im folgenden beschrieben.
24 ist eine zylindrische Druckgießform und 25 ist ein unterer Stempel, der in die Druckgießform 24 eingeführt ist. 26 ist eine Gummigießform, die mit vielen Hohlräumen 26a in der oberen Fläche versehen ist, die in eine Aussparung 27 eingebracht ist, die durch die Druckgießform 24 und den unteren Stempel 25, der darin eingeführt ist, gebildet ist. 28 ist eine Führung; die auf der oberen Fläche der Druckgießform 24 platziert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden die Hohlräume 26a Raumteile, in die das Pulver p gepackt wird. 29 ist ein Sicherungsring, der an dem oberen Ende des unteren Stempels 25 angebracht ist.
Wie es in 5A dargestellt ist, wird eine bestimmte Menge Pulver p in die Führung 28, die auf der oberen Fläche der Druckgießform 24 platziert ist, eingespeist. Dann wird, wie es in 5B dargestellt ist, die Führung 28 mit einem Abdeckungselement 30 abgedeckt, welches das gleiche Element ist, wie es zuvor unter Bezugnahme auf die 2 oder 4 beschrieben wurde, um so einen abgedichteten Verbindungsraum 28a über dem Pulver p, das in die Führung 28 eingeführt wurde, zu bilden. Der abgedichtete Raum ist mit Löchern 30a verbunden, die mit Verbindungsleitungen 30b verbunden sind. Das Luftklopfen wird über die Verbindungsleitungen 30b ausgeführt, die mit der Pumpvorrichtung verbunden sind, so dass das Pulver p in die Hohlräume 26a gepackt wird.
Nachdem das Luftklopfen mehrere Male wiederholt wurde, werden wie es in 5C dargestellt ist, die Führung 28 und das Abdeckungselement 30 entfernt und ein Ebenen mit einem Rakel 31 wird ausgeführt. Dann wird ein oberer Stempel (nicht dargestellt in der Zeichnung) auf der Druckgießform 24 platziert und die Gummigießform 26 wird zwischen dem unteren Stempel 25 und dem oberen Stempel komprimiert, wodurch das Pulver p granuliert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform können alle Hohlräume 26a mit dem Pulver p gleichmäßig und mit einer gleichmäßigen Packungsdichte befüllt werden, weil das Pulver p mittels des Luftklopfens in die Hohlräume 26a gepackt ist, wodurch eine schnelle Granulation mit einer gleichmäßigen Korngröße gesichert wird.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zum Packen einer Dose mit getrockneten Lebensmitteln, wie beispielsweise getrocknetem Lavercut, gebackenen dünnen Keksen, Cornflakes und anderen flockenförmigen Materialien, wird im folgenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
32 ist eine Dose mit einer Öffnung 32a oben in der Dose und einem Raumteil 32b, der mit flockenförmigen Materialien f zu bepacken ist, und 33 ist eine Führung, die auf der oberen Kante der Dose 32 platziert ist und als ein Verbindungsraum 33a wirkt.
Wie es in 6A dargestellt ist, wird eine entsprechende Menge flockenförmiges Materials f bis zu einer gewissen Tiefe der Führung 33 von einer Einspeiseeinrichtung (nicht dargestellt in der Zeichnung) in die Dose 32 eingespeist. Dann wird, wie es in 6B dargestellt ist, eine konische Leitung 34, dessen Ende mit der Pumpvorrichtung verbunden ist, auf der oberen Fläche der Führung 33 platziert, um so die Führung 33 und den Raumteil 32b der Dose 32 abzudichten. Dann wird das oben beschriebene Luftklopfen ausgeführt, um so all das flockenförmige Material in die Dose 32 zu packen.
Weil das flockenförmige Material f bei dieser Ausführungsform nicht direkt mit einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer Stoßvorrichtung verpresst wird, wenn es in die Dose 32 gepackt wird, erfährt es keine Beschädigung. Zusätzlich erfordert das Verdichtungsverfahren bei dieser Ausführungsform keine große Antriebsquelle zum Aufbringen von Vibrationen auf die Dose 32, auf der die Führung 33 platziert ist, und daher können Geräusche verhindert werden und es weist einen Energiespareffekt auf.
Eine andere Ausführungsform, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung zum Verdichten eines Pulvers oder eines Granulats in einen Beutel, wie beispielsweise eine weiche Kunststofftüte oder ähnliches, ist im folgenden unter Bezugnahme auf 7 diskutiert. Diese Ausführungsform wird auch zum Packen des Beutels mit verschiedenartigen Materialien, umfassend die flockenförmigen Materialien, die in der oben erwähnten Ausführungsform beschrieben wurden, eingesetzt.
35 ist ein Beutelhaltebehälter, der mit einem offenen oberen Ende versehen ist und eine entsprechende Anzahl von Löchern 35a, mit denen eine Saugleitung 36, die mit einer Luftsaugquelle (nicht dargestellt in der Zeichnung) verbunden ist, verbunden ist. 37 ist ein Beutel, der in den Beutelhaltebehälters 35 eingelegt ist. Der Rand 37a der Öffnung des Beutels 37 ist auf der oberen Fläche des Beutelhaltebehälters 35 platziert. Eine Führung 38 ist auf der oberen Fläche des Beutelhaltebehälters 35 angebracht und wirkt als ein Verbindungsraum 38a. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Öffnung des Beutels 37 der Öffnung, die in der oben Beschreibung erwähnt wurde und das Innere des Beutels 37 bildet den Raumteil, der zu bepacken ist.
Wie es in 7A dargestellt ist, ist beim Einspeisen des Pulvers p aus dem Pulvereinspeiser (nicht dargestellt in der Zeichnung) in den Beutel 37, der in den Beutelhaltebehälter 35 eingelegt ist, die Luftsaugquelle aktiviert, so dass über die Saugleitung 36 der Beutel 37 an der Innenseite des Beutelhaltebehälters 35 anhaftend gehalten wird. Durch anhaftendes Halten des Beutels 37 an der Innenseite des Beutelhaltebehälters 35 wird der Beutel 37 ausreichend gedehnt und seine Bewegung beschränkt, wenn er dem nachfolgend erwähnten Luftklopfen ausgesetzt wird. Dann wird eine entsprechende Menge des Pulvers p in den Beutel 37 und die Führung 38, die auf dem Behälter 35 platziert ist, eingespeist.
Als nächstes wird, wie es in 7B dargestellt ist, die Oberseite der Führung 38 mit einer konisch geformten Leitung 39, deren Ende mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, abgedeckt, um so den Raum, der aus dem Beutel 37 und der Führung 38 zusammengesetzt ist, abzudichten. Dann wird das Luftklopfen durchgeführt, um den Beutel 37 mit dem Pulver p zu füllen.
Bei dieser Ausführungsform besteht keine Notwendigkeit für eine große Kraftquelle, weil der Beutelhaltebehälter 35, der mit der Saugleitung 36 verbunden ist, weder einer Vibration, noch einem leichten Klopfen ausgesetzt ist, und somit wird die Haltbarkeit des Beutelhaltebehälters 35 und ähnlichem verbessert. Darüber hinaus verhindert dieses Verfahren effektiv eine Brückenbildung des Pulvers p und erlaubt, das Pulver p mit einer hohen gleichmäßigen Dichte zu packen. Als eine Folge davon kann eine teilweise Deformation aufgrund einer niedrigen Packungsdichte nach dem Versiegeln der Öffnung des Beutels 37a verhindert werden.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird das Luftklopfen nach dem Einspeisen des Materials in den Raumteil, der zu bepacken ist, sowie in die Führung ausgeführt, so dass das Material in der Führung in den Raumteil gepackt wird. Es ist jedoch auch möglich, das Material nur in einen Raumteil, der zu bepacken ist, zu füllen und dann das Luftklopfen auszuführen, so dass das Material kompakter und mit einer höheren Dichte in den Raumteil gepackt werden kann. In einem derartigen Fall ist der Raumteil, der zu bepacken ist, direkt mit einem Abdeckungselement, wie es in den 2, 4 und 5 dargestellt ist, abgedeckt oder mit einer konisch geformten Leitung, wie es in 6 und 7 dargestellt ist und dann wird das Luftklopfen durchgeführt.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt, in der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewandt wird, um die geteilte Gummigießform 40 mit einem Pulver p mit einer hohen Packungsdichte zu befüllen.
Bei dieser Ausführungsform ist die geteilte Gummigießform 40 in zwei Formelemente 40a, 40b, die aufwärts bzw. abwärts gerichtet angeordnet sind, unterteilt und eine Öffnung 40c, über die das Pulver p eingeführt wird, ist in der Seite ausgebildet. Der Pressling, der bei Verwendung der geteilten Gummigießform 40 hergestellt wird, weist einen abgestumpften konisch geformten Teil an seinem Ende auf und an seiner Seite mit einem größeren Durchmesser ist eine dicke Achse (Engl.: bold shaft) gefolgt von einer dünneren Achse verbunden. 41 ist ein Pulverspeisetank mit einem Pulvereingang 41a an der Oberseite. Der Pulverspeisetank 41 ist mit einer Leitung 41b versehen, die mit der Öffnung 40c der geteilten Gummigießform 40 verbunden ist, wobei die Leitung 41b als ein Verbindungsraum zu dem Raumteil 40d, der zu bepacken ist, wirkt und eine Leitung 41c ist vorgesehen, die den Pulverspeisetank 41 mit der Pumpeinrichtung 42, wie beispielsweise einem Ejektor-Typ Vakuumgenerator verbindet.
Wie es 8A zeigt, wird der Pulverspeisetank 41 mit dem Pulver p von dem Pulvereingang 41a gespeist. Dann wird, wie es in 8B dargestellt ist, der Pulverspeisetank 41 durch einen Schieber 43, der unterhalb des Pulvereingangs 41 vorgesehen ist, geschlossen. Somit bilden der Raumteil 40d der geteilten Gummigießform 40, der der Form des zu erzielenden Presslings entspricht und der innere Raum des durch den Schieber 43 geschlossenen Pulverspeisetanks 41 einen abgedichteten Raum. Nachfolgend wird die Pumpeinrichtung 42, wie beispielsweise ein Ejektor-Typ Vakuumgenerator aktiviert, so dass der abgedichtete Raum, der durch den Raumteil 40d der geteilten Gießform 40 und den Raum innerhalb des durch den Schieber 43 geschlossenen Pulverspeisetanks 41 gebildet ist, alternierend zwischen dem Unterdruckzustand und dem Hochdruckzustand umgeschaltet wird, welcher Vorgang eine angemessene Anzahl von Malen wiederholt wird. Das Pulver p wird daher in den Raumteil 40d der geteilten Gummigießform 40 gepackt.
8 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine geteilte Gummigießform 40 mit dem Pulverspeisetank 41 über eine Leitung 41b verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich, mehrere geteilte Gummigießformen gleichzeitig mit einer hohen Packungsdichte zum Verbinden der mehreren Gummigießformen 40 mit dem Pulverspeisetank 51 über mehrere Leitungen 41b zu befüllen.
Nachdem das Pulver p durch das Luftklopfen mit einer hohen Packungsdichte in den Raumteil 40d der geteilten Gummigießform 40 gepackt wurde, wird die Gummigießform 40, die mit dem Pulver p befüllt ist, von der Leitung 41b des Pulverspeisetanks 41 entfernt und dann wird der gesamte Körper der geteilten Gummigießform 40, die mit dem Pulver p gefüllt ist, mit einem Gummiblatt abgedeckt und vakuumversiegelt. Nachfolgend wird die vakuumversiegelte geteilte Gummigießform 40 in ein Druckgefäß einer nasshydrostatischen Pressvorrichtung eingetaucht und dann der Flüssigkeitsdruck auf den Druckbehälter aufgebracht, um von außen einen Druck auf die geteilte Gummigießform 40 auszuüben, wodurch das Pulver p, das in die geteilte Gummigießform 40 gepackt ist, verdichtet wird, um einen Pulverpressling zu erreichen. Nachdem die geteilte Gummigießform 40 aus dem Druckbehälter ausgegeben ist, wird das Gummiblatt entfernt und die geteilte Gummigießform 40 wird in die zwei Formelemente 40a und 40b geteilt, um den Pressling herauszunehmen. Der durch die obigen Schritte hergestellte Pressling wird einem Sintern oder ähnlichem ausgesetzt und wird zu einem harten, festen Produkt der Pulvermetallurgie.
Das Luftklopfen der vorliegenden Erfindung sichert ein hochdichtes Packen des Pulvers p in den Raumteil 40d der geteilten Gummigießform 40, die in 8 dargestellt ist, selbst wenn die Öffnung 40c in der Seite der geteilten Gummigießform 40 vorgesehen ist oder wenn die Öffnung 40c eng ist.
Bei der obigen Ausführungsform wird die geteilte Gummigießform 40 mit dem Pulver p gefüllt. Anstelle der geteilten Gummigießform 40 können andere Behälter wie beispielsweise Flaschen und Dosen durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung effektiv mit dem Pulver befüllt werden. Zusätzlich ist es ferner durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich, mehrere Behälter gleichzeitig mit dem Pulver zu bepacken, wobei die Behälter radial um den Pulverspeisetank 41 angeordnet sind. Daher kann das Packen sehr effizient durchgeführt werden.
Eine andere Ausführungsform, bei der das Verdichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung in einer Pulververdichtungsvorrichtung angewendet ist, wird im folgenden unter Verwendung auf die 9 bis 11 diskutiert. Eine Gummigießform g ist in einen Hohlraum 46, der durch eine zylindrische Gießform 44 und einen unteren Stempel 45, der in die Gießform 44 eingeführt ist, ausgebildet ist, eingebracht. Die Gummigießform g ist mit einer Aussparung g1 versehen, die gemäß der gewünschten Form des herzustellenden Presslings ausgebildet ist. t ist ein Rahmen oder ein Drehtisch der Vorrichtung, an dem der untere Stempel 45 mittels Bolzen oder anderer entsprechender Befestigungsmittel über eine Halterungsplatte 47 befestigt ist. Zwischen der unteren Fläche der Druckgießform 44 und der oberen Fläche der Halterungsplatte 47 ist eine entsprechende Anzahl von Blattfedern 48 vorgesehen, die den unteren Stempel 45 umgeben. Es ist bevorzugt, den unteren Stempel 45 derart auszugestalten, dass er einen oberen Teil 45a mit einem größeren Durchmesser aufweist, sowie dass er einen nach innen gerichteten Flansch 44a in dem unteren Ende des Stempels 44 ausbildet, so dass die Bodenfläche des oberen Teils 45a mit einem größeren Durchmesser und die obere Fläche des Flansches 44a in Kontakt gebracht sind, wodurch die nach oben gerichtete Bewegung des Stempels 44 beschränkt wird.
49 ist ein Sicherungsring, der aus einem harten synthetischen Gummi und ähnlichem gebildet ist, der in eine ringförmige Aussparung 45b passt, die in dem oberen Ende des unteren Stempels 45 ausgebildet ist. Die Funktion des Sicherungsrings 49 ist die zu verhindern, dass die Gummigießform g durch den Zwischenraum zwischen dem Stempel 44 und dem unteren Stempel 45 gefangen wird. 50 ist ein Abdichtelement das in eine ringförmige Nut 45c, die unter der ringförmigen Aussparung 45b des unteren Stempels 45 vorgesehen ist, eingepasst ist. Das Abdichtelement 50 ist aus einem weicheren Gummi gebildet als dem der für den Sicherungsring 49 verwendet wird und weist einen ähnlichen Effekt wie O-Ringe auf, die oftmals in Vakuummaschinen verwendet werden, d.h. sie stoppen die Luftströmung zwischen der Druckgießform 44 und dem unteren Stempel 45.
Eine Gusseinrichtung m umfasst die oben erwähnte Druckgießform 44, den unteren Stempel 45, der in die Druckgießform 44 eingeführt ist, die Halterungsplatte 47 und die Blattfedern 48 usw..
s ist eine Führung mit einem Vertikalloch s1. Um das Einspeisen von Pulver in die Führung s zu erleichtern, sollte der obere Teil des Lochs s1 vorzugsweise eine Neigung s1 bilden, die nach außen in Richtung des oberen Endes geneigt ist. s2 stellt eine Luftkammer mit einer Öffnung dar, die in dem unteren Teil der Führung s und um das Loch s1 vorgesehen ist. Die Luftkammer s2 ist entlang einer Kontaktlinie 51, an der die Gummigießform g, die in den Hohlraum 46 eingebracht ist und die Druckgießform 44 miteinander in Kontakt stehen, ausgebildet, so dass die Luftkammer s2 die Kontaktlinie 51 bedeckt. s3 ist ein Verbindungsloch, welches zu der Luftkammer s2 führt und eine Öffnung in der Seite der Packungsführung s aufweist. Mit dem Verbindungsloch s3 ist eine Saugleitung s4, die mit einer Luftsaugquelle (nicht dargestellt in der Zeichnung) verbunden ist, über eine entsprechende Verbindungsleitung verbunden.
52 ist ein Abdichtelement, das in die Nut s5 eingepasst ist, die in dem Boden der Führung s ausgebildet ist und außerhalb der Luftkammer s2 vorgesehen, wobei s die obere Fläche der Druckgießform 44 kontaktiert. 53 ist ein Abdichtelement, das in eine Nut s6, die in der oberen Fläche der Führung s ausgebildet ist, eingepasst ist.
h ist ein Abdeckungselement, das die Führung s abdeckt, in deren Mittelteil ein Loch h1 vorgesehen ist. Das Abdeckungselement h ist mit einem Loch h2 versehen, das mit einer Verbindungsleitung h3 verbunden ist, die zu der Pumpeinrichtung wie beispielsweise einem Ejektor-Typ Vakuumgenerator (nicht dargestellt in der Zeichnung) führt. r ist eine Stoßvorrichtung, die einen Pressteil r2 an dem Ende der Stange r1 aufweist. Der Pressteil r2 ist derart ausgestaltet, dass er in einen säulenförmigen Raum s1" des Lochs s1 der Führung s passt. Die Stange r1 wird in das Loch h1, das ungefähr in dem Mittelteil des Abdeckungselements h vorgesehen ist, eingeführt und in eine Nut h4, die entlang des Lochs h1 ausgebildet ist, ist ein Dichtelement 54 eingepasst, um so einen hermetischen Kontaktzustand des Abdeckungselements h und der Stange r1 herzustellen. Wie es später erwähnt wird, kann wenn das Pulver p in die Gummigießform g und bis zu einer gewissen Tiefe in die Führung s gepackt wird, das Pulver durch den Luftklopfvorgang vollständig mit einer hohen Packungsdichte in die Aussparung g1 der Gummigießform g gepackt werden, wobei die Stoßvorrichtung r, die oben erwähnt wurde, weggelassen wird.
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird der Vorgang des Verdichtens von Pulver in die Aussparung g1 der Gummigießform g im folgenden erläutert.
Vor dem Pulververdichtungsvorgang wird die Führung s in der Stand-by-Position über die Gusseinrichtung m abgesenkt und auf der oberen Fläche der Druckgießform 44 mit der in ihrem Hohlraum 46 eingebrachten Gummigießform g platziert, so dass die Luftkammer s2 die Kontaktlinie 51, an der die Gummigießform g und die Druckgießform 44 miteinander in Kontakt stehen, bedeckt. In diesem Zustand stehen die obere Fläche der Druckgießform 44 und der Boden der Führung s hermetisch in Kontakt miteinander, weil das Abdichtelement 52 gegen die obere Fläche der Druckgießform 44 gedrückt wird. Das Abdeckungselement h mit der Stoßvorrichtung r, die in das Loch h1 eingeführt ist, ist in der Stand-by-Position über der Gusseinrichtung m und der Führung s, die auf der Gusseinrichtung m angebracht ist, angeordnet. In diesem Zustand wird eingewogenes Pulver b in die Aussparung g1 der Gummigießform g und in die Führung s bis zu einer gewissen Tiefe des säulenförmigen Raums s1" der Führung s eingefüllt.
Vor und nachdem das Pulver p in die Gummigießform g und die Führung s eingefüllt wurde, wird eine Luftsaugquelle (nicht dargestellt in der Zeichnung) aktiviert und über die Saugleitung s4 und das Verbindungsloch s3 wird der Druck in der Luftkammer s2, die vorgesehen ist, um die Kontaktlinie 51 der Gummigießform g und der Druckgießform 44 zu bedecken, auf einen Unterdruck reduziert, durch welchen der Zwischenraum, der in dem Bereich, in dem die Gummigießform g mit der Druckgießform 44 in Kontakt steht, existiert, einem Unterdruck ausgesetzt ist und der Unterdruck des Zwischenraums bewirkt, dass die Gummigießform g eng an der Innenseite der Druckgießform 44 anliegt und daran befestigt ist, wodurch verhindert wird, dass die Gummigießform g deformiert oder vibriert wird, während die Innenseite der Führung s und die Gummigießform g alternierend in den Unterdruckzustand und den Hochdruckzustand gebracht werden, nämlich wird das Pulver einem Luftklopfvorgang ausgesetzt.
Wenn die Stärke der Gummigießform g klein ist oder das Gummimaterial weich ist, verursacht die Wiederholung des Umschaltens des inneren Luftdrucks der Führung s und der Gummigießform g von einem Unterdruckzustand zu einem Hochdruckzustand, d.h. die Wiederholung des Luftklopfens, Probleme wie eine Verformung oder Vibration der Gummigießform g, wodurch die Pulververdichtung mit einer gleichmäßigen Packungsdichte behindert wird. Wie es oben erwähnt wurde, ist es daher wichtig, die zwischen der Gummigießform g und der Druckgießform 44 verbleibende Luft zu evakuieren und den äußeren Umfang der Gummigießform g einem Unterdruck auszusetzen, um so die Gummigießform g fest zu fixieren. Ist die Stärke der Gummigießform g groß oder das Gummimaterial hart und wird sich die Gummigießform g somit nicht deformieren oder vibrieren, selbst wenn die Innenseite der Führung s und die Gummigießform g wiederholt dem Umschalten von dem Unterdruckzustand zu dem Hochdruckzustand ausgesetzt werden, ist es selbstverständlich nicht notwendig, den äußeren Umfang der Gummigießform g einem Unterdruck auszusetzen.
Aufgrund des Abdichtelements 50, das in die ringförmige Nut 45c, die unterhalb der ringförmigen Aussparung 45b des unteren Stempels 45 ausgebildet ist, eingepasst ist, wird eine Luftströmung von den Kontaktflächen der Druckgießform 44 und dem unteren Stempel 45 in den Hohlraum 46 abgesperrt.
Nachfolgend wird, wie es 10B zeigt, das Abdeckungselement h in der Stand-by-Position über der Führung s, die an der Gusseinrichtung m angebracht ist, abgesenkt, wobei die Stoßvorrichtung r in das Loch h1 eingeführt wird, so dass die Führung s mit dem Abdeckungselement h abgedeckt ist. Wie es oben erwähnt wurde, kann die Innenseite der Führung s mit dem Abdeckungselement h hermetisch abgedichtet bleiben, weil das Abdeckungselement 53 in die Nut s6, die in der oberen Fläche der Führung s ausgebildet ist, eingepasst ist.
Wenn der Pressteil r2 der Stoßvorrichtung r, die in das Loch h1 des Abdeckungselements h, das auf der Führung s angebracht ist, eingeführt ist, in einem oberen Teil der Führung s positioniert ist (diese Position der Stoßvorrichtung r wird im folgenden als die "zur Hälfte abgesenkte Position" bezeichnet), wird die Pumpeinrichtung (nicht dargestellt in den Zeichnungen) aktiviert, so dass über die Verbindungsleitung h3 der Druck in der Führung s und der Gummigießform g zu dem Unterdruckzustand reduziert wird. Ein derartiger Unterdruckzustand innerhalb der Führung s und der Gummigießform g evakuiert die in dem Pulver enthaltene Luft.
Dann, durch Stoppen des Luftsaugens oder Lufteinführens, wird das Innere der Führung s und der Gummigießform g schlagartig in den Hochdruckzustand zurückgeführt, so dass die Dichte des gepackten Pulvers p erhöht wird. Nach einiger Zeit wird die Pumpeinrichtung wieder aktiviert, um so den Druck innerhalb der Führung s unter der Gummigießform g in den Unterdruckzustand zu reduzieren. Durch Wiederholen eines derartigen Luftklopfumschaltens von dem Unterdruckzustand in den Hochdruckzustand wird die in dem Pulver p enthaltene Luft evakuiert, sowie Hohlräume, die in dem Pulver p aufgrund von Brückenbildung unter Pulverpartikeln zwischen dem Pulver p und der Gummigießform g erzeugt werden entfernt, wodurch die Dichte des Pulvers in der Gummigießform g erhöht wird. Durch schnelles Wiederholen des Luftklopfens wird das Pulver p mit einer hohen Packungsdichte schnell und effizient in die Aussparung g1 der Gummigießform g gepackt.
Bei dem Luftklopfvorgang ist es bevorzugt, Luft schneller in die Führung s und die Gummigießform g einzuführen als wenn die Luft aus der Führung s und der Gummigießform g evakuiert wird. Das Pulver wird daher aufgrund dessen, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Luft größer ist, wenn die Luft eingeführt wird als wenn sie evakuiert wird, effizienter mit einer hohen Dichte gepackt.
Ist das gesamte Pulver p, das in die Gummigießform g und die Führung s bis zu einer gewissen Tiefe der Packungsführung s gepackt ist, nicht durchgängig in die Aussparung g1 der Gummigießform g gepackt, wird die Stoßvorrichtung r, wie es in 10C dargestellt ist, abgesenkt und mit dem Pressteil r2 wird das in dem Raum s1" der Führung s verbleibende Pulver dann vollständig mit einer hohen Packungsdichte in die Aussparung g1 der Gummigießform g gepresst.
Ist die Aussparung g1 der Gummigießform g tief, ist es bevorzugt, den Druck innerhalb der Führung s erneut auf den Unterdruckzustand zu reduzieren, bevor die Stoßvorrichtung r abgesenkt wird. Ist die Aussparung g1 der Gummigießform g flach, kann die Stoßvorrichtung r abgesenkt werden, während das Innere der Führung s auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Nachfolgend wird die Stoßvorrichtung r um einen gewissen Winkel oder mehrmals um die Achse der Stoßvorrichtung r gedreht, wobei der Boden des Pressteils r2 mit dem Pulver p, das in die Aussparung g1 der Gummigießform g mit einer hohen Dichte gepackt ist, in Kontakt steht. Das Drehen der Stoßvorrichtung r, deren Boden das Pulver p, das mit einer hohen Dichte gepackt ist, kontaktiert, verhindert, dass das Pulver p an dem Boden des Pressteils r2 anhaftet. Dieser Drehvorgang kann weggelassen werden, wenn das Pulver p eine geringe Anhaftungsneigung aufweist.
Wie es oben beschrieben wurde, wird durch Wiederholen des Luftklopfens das Pulver p, das in die Gummigießform g und die Führung s eingespeist ist, in die Aussparung g1 der Gummigießform g mit einer hohen Packungsdichte gepackt. Wird eine spezielle Pulverart verwendet oder ist die Aussparung g1 der Gummigießform g flach, kann das gesamte Pulver p, das in die Gummigießform g und bis zu einer gewissen Tiefe in die Führung s eingespeist ist, vollständig durch den Luftklopfvorgang in die Aussparung g1 der Gummigießform g gepackt werden. In derartigen Fällen wird der Pressvorgang mit der Stoßvorrichtung r weggelassen.
Weil die Wiederholung des Luftklopfens erlaubt, das meiste Pulver p, das in die Gummigießform g und bis zu einer gewissen Tiefe in die Führung s eingespeist ist, in die Aussparung g1 der Gummigießform g zu packen, kann zusätzlich der Absenkweg der Stoßvorrichtung r zum Verpressen des Pulvers p in die Aussparung g1 der Gummigießform g kurz sein. Aufgrund eines derart kurzen Absenkwegs der Stoßvorrichtung r kann die Packungsdichte hoch und gleichmäßig sein, weil sie nicht abhängig des Bereichs nahe der Stoßvorrichtung r und entfernt von der Stoßvorrichtung r variiert.
Nachdem das hochdichte Packen des Pulvers p in die Gummigießform g mit dem Pressteil r2 abgeschlossen ist und nachdem oder während die Stoßvorrichtung r gedreht wird, wird die Pumpeinrichtung, die mit der Verbindungsleitung a3 verbunden ist, angehalten, so dass das Innere der Führung s der Gummigießform g zu dem Atmosphärendruckzustand zurückkehren. Bis dieser Zustand erreicht ist, verbleibt die Luftkammer s2 noch immer in dem Unterdruckzustand.
Nach dem obigen Vorgang wird der Pressteil r2 der Stoßvorrichtung r von der Oberfläche des verdichteten Pulvers p wegbewegt, das nun eine hohe Dichte aufweist und zwar durch Anheben der Stoßvorrichtung r, bevor das Abdeckungselement h von der Führung s entfernt wird oder durch Anheben der Stoßvorrichtung r zusammen mit dem Abdeckungselement h.
Wie es in 10D dargestellt ist, wird nachfolgend die Führung s angehoben, um von der Gusseinrichtung m getrennt zu werden. Vor dem Anheben der Führung s wird jedoch die Luftsaugquelle, die mit der Saugleitung s4 verbunden ist, angehoben, so dass der Zustand der Luftkammer s2 zum Atmosphärendruck zurückkehrt. Der Zyklus des hochdichten Packens des Pulvers p in die Gummigießform g ist somit abgeschlossen. Befindet sich die Luftkammer s2 in einem Unterdruckzustand, wenn die Führung s angehoben wird, kann ein Problem dahingehend auftreten, dass die Gummigießform g angehoben wird, während sie an der Führung s angebracht ist.
Wie es oben beschrieben wurde, wird nachdem das Pulver p, das in die Gummigießform g und die Führung s eingespeist wurde, mit einer hohen Packungsdichte in die Gummigießform g gepackt wurde, der innere Zustand der Führung s in den Atmosphärendruckzustand zurückgeführt und dann wird die Luftkammer s2 zum Atmosphärendruck zurückgeführt. Der Grund für diesen Ablauf besteht darin, dass wenn die Luftkammer s2 zuerst auf Atmosphärendruck zurückgeführt wird und dann die Führung s zum Atmosphärendruck zurückgeführt wird, das mit einer hohen Dichte gepackte Pulver p aufgrund der Kontraktion der Gummigießform g über die Gummigießform g strömen könnte.
Es ist ferner möglich, die Führung s zusammen mit oder nach dem Anheben des Abdeckungselements a anzuheben, während der Pressteil r2 auf dem verdichteten Pulver p verbleibend platziert ist. In diesem Fall wirkt die Stoßvorrichtung r als eine Führungseinrichtung für die Führung s, wodurch daher verhindert wird, dass die Führung s seitlich schwingt und die Gummigießform g oder das Pulver p, das mit einer hohen Dichte gepackt ist, berührt.
Bei der Herstellung von Magneten aus seltenen Erden sollte das Pressen vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt werden, um die Oxidation zu verhindern. In einem derartigen Fall sind die oben erwähnten Begriffe wie beispielsweise "Evakuieren", "Unterdruck", "Überdruck", "Einführen von Luft" gänzlich auf Stickstoff anzuwenden, d.h. das eingeführte Gas und das Gas, dessen Druck von einem Unterdruckzustand zu einem Überdruckzustand umgeschaltet wird, ist Stickstoff. Argon oder Helium können ebenfalls verwendet werden.
Nach dem Abschließen des hochdichten Packens des Pulvers p in die Gummigießform g werden die Stoßvorrichtung r, das Abdeckungselement h und die Führung s von der Gusseinrichtung m angehoben, um in die Stand-by-Position zurückzukehren. Dann wird die Gusseinrichtung m zu einer nachfolgenden Prozessstufe transferiert, in der das Verpressen mit Stoßvorrichtungen oder die Ausrichtung des Pulvers durch das Aufbringen eines magnetischen Feldes durchgeführt werden.
Die Effekte der vorliegenden Erfindung lauten wie folgt.
Weil das Material in den Raumteil, der durch Luft- oder Gasklopfen zu bepacken ist, gepackt ist, kann die Packungsdichte des Materials gleichmäßig sein.
Durch Einsetzen eines derartigen Luft- oder Gasklopfens erfährt das Material keine Beschädigung und kann umgehend mit einer hohen Dichte verdichtet werden.
Brücken, die in dem Material erzeugt werden, können effektiv entfernt werden, während jegliche Beschädigung des Materials verhindert wird. Das Material kann den Raumteil bis zu den Ecken schnell und durchgängig mit einer gleichmäßigen Packungsdichte füllen, selbst wenn der Raumteil eine komplizierte, dreidimensionale Form, einen länglichen Seitenteil oder eine tiefe und schmale Form aufweist.
Ein zuvor präzise eingewogenes Material kann vollständig in den Raumteil, der zu bepacken ist, gepackt werden und daher kann die Quantität des Materials konstant gehalten werden, wodurch die Fluktuation des Produkts hinsichtlich seines Gewichts, seiner Quantität und seiner Größe verhindert wird.
Durch Einsetzen des Luft- oder Gasklopfens können die Führung, der Kern oder ähnliches kurz sein und daher kann die Vorrichtung verkleinert werden, was zu einer höheren Betriebs- und Arbeitsleistung führt.
Es besteht keine Notwendigkeit, Vibrationen oder ein Klopfen auf die Einrichtungen, wie beispielsweise den Druckbehälter, die Gießeinrichtung, die Führung und die Druckgießform etc. aufzubringen. Folglich erhöht die vorliegende Erfindung die Haltbarkeit der Vorrichtung, die Schallschutzleistung, sowie die Energiesparleistung.
Durch Einsetzen von Luft- oder Gasklopfen kann das in die Gummigießform und die Führung eingespeiste Pulver über die Gummigießform mit einer gleichmäßigen hohen Dichte verdichtet werden.
Durch Einsetzen des Luft- oder Gasklopfens kann die in dem Pulver enthaltene Luft oder das in dem Pulver enthaltene Gas wirkungsvoll ausgestoßen werden.
Weil das Luft- oder Gasklopfen ermöglicht, nahezu das gesamte Pulver, das in die Gummigießform und die Führung bis zu einer gewissen Tiefe der Führung eingespeist wurde, in die Gummigießform zu verdichten bzw. zu packen, kann der Absenkweg der Stoßvorrichtung zum Verpressen des Pulvers in die Gummigießform kurz sein. Aufgrund eines derart kurzen Absenkwegs der Stoßvorrichtung kann die Packungsdichte hoch und gleichmäßig sein, weil sie nicht abhängig von dem Bereich nahe der Stoßvorrichtung oder entfernt von der Stoßvorrichtung variiert.
Da der äußere Umfang der Gummigießform einem Unterdruck ausgesetzt ist, kann die Gummigießform fest an der Druckgießform fixiert werden und daher kann eine Verformung oder Vibration der Gummigießform aufgrund des Luft- oder Gasklopfens, sowie eine Ungleichmäßigkeit der Packungsdichte des Pulvers, der die Verformung der Gummigießform begleitet, verhindert werden.
Weil der Druckzustand innerhalb der Führung auf Atmosphärendruck zurückgeführt wird und nachfolgend der äußere Umfang der Gummigießform auf Atmosphärendruck zurückgeführt wird, zieht sich die Gummigießform nicht zusammen und verhindert somit, dass Pulver über die Gummigießform überströmt.

Claims

Verdichtungsverfahren, umfassend die Schritte: Zufuhr eines Materials (p, f), insbesondere eines pulverigen oder flockigen Materials, in einen Raum, umfassend einen Raumteil (4d, 12, 20, 26a, 32b, 37, 40d, g1), der mit dem Material gepackt werden soll; und einen Raum (5a, 13a, 21a 33a, 41b, s), der mit dem Raumteil in Verbindung steht; dadurch gekennzeichnet, dass: der mit dem Material gefüllte Raum einem Luft- oder Gasklopfprozess unterzogen wird, in dem der Luft- oder Gasdruck innerhalb des Raums wenigstens zweimal von einem Unterdruckzustand zu einem Überdruck gewechselt wird und dadurch das Material mit einer hohen Komprimierungsdichte in dem Raumteil verdichtet wird.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Raum, der mit dem Raumteil, welcher mit dem Material gepackt werden soll, in Verbindung steht, eine Führung (5, 13, 21, 28, 33, 38, s1) umfasst.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft oder des Gases höher ist, wenn der innere Luft- oder Gasdruck des Raums in einen Überdruck gebracht wird, als wenn der innere Luft- oder Gasdruck des Raums in einen Unterdruck gebracht wird.
Verdichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Raumteil, der mit dem Material gepackt werden soll, ein in einer Modellform (4, 8, 26, 40, g) ausgebildeter Raum ist.
Verdichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Raumteil, der mit dem Material gepackt werden soll, ein in einer Gummiform (17, 26, g) ausgebildeter Raum ist.
Verdichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Raumteil, der mit dem Material (f) gepackt werden soll, ein Behälter (32) ist; und der besagte Verbindungsraum (33a) eine Führung (33) ist, die auf der oberen Kante des Behälters (32) angeordnet ist.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das Material (f), das zu verdichten ist, getrockneten Lebensmitteln entspricht, wie beispielsweise laver cut, gebackenen dünnen Keksen, Cornflakes und anderen flockigen Materialen, und wobei der Klopfprozess bei dieser Zweckbestimmung unter Verwendung von Luft ausgeführt wird.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Pressens mit einem Presswerkzeug oder Schieber (7, 10, 15, 19, 23, 25, 45, r) umfasst, der dem Luft- oder Gasklopfprozess nachfolgt.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Raum, in den das Material (p) gepackt werden soll, ein Beutel (37) ist, der während dem Befüllen in einem Beutelhaltebehälter (35) gehalten wird; und eine Luftansaugquelle (36) dazu dient, den Beutel während dem Verdichtungsverfahren an der Innenseite des Beutelhaltebehälters (35) anhaftend zu halten, und wobei der Klopfprozess bei dieser Zweckbestimmung unter Verwendung von Luft ausgeführt wird.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 5, umfassend die Schritte: Platzieren der Führung (s) auf einer Formeinrichtung (m) mit einer mit. einer Gummiform (g) beladenen Modellform (44); Zuführen des Materials (g) in die Führung (s) und die Gummiform (g); Evakuieren von Luft in dem Grenzbereich (51), in dem die Modellform (44) und die Gummiform (g) miteinander in Kontakt stehen; Bedecken der Führung (s) mit einem Abdeckelement (h); und Anwenden des Luft- oder Gasklopfprozesses auf das Innere der Führung (s).
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn das verwendete Pulver oxidations- oder explosionsanfällig ist, Stickstoff oder Argongas oder ähnliches für den Klopfprozess verwendet werden.
Verdichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Herstellung von Magneten aus seltenen Erden Stickstoff, Argon oder Heliumgas oder ähnliches für den Klopfprozess verwendet wird.