EP1982393B1

EP1982393B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mehrschichtigen pressformkörpers

Info

Publication number: EP1982393B1
Application number: EP06754139.1A
Authority: EP
Inventors: Hans Lippert; Thomas Weber; Jens Lerch; Rainer Sperling
Original assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Current assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: US8323548B2; US20090261687A1; DE102006006313B4; CN102773455A; CN102773455B; WO2007090435A1; EP1982393A1; CN102780142B; CN101438469A; CN102780142A; DE102006006313A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein mittels der Vorrichtung durchführbares Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Pressformkörper, die einen zweischichtigen Aufbau aufweisen, sind insbesondere in der Ausführung als sogenannte "Kohlebürsten" bekannt, die beispielsweise in der Kleinmotorentechnik als stromführende Anschlussteile verwendet werden, die einen Kontaktabgriff am Kollektor eines Elektromotors ermöglichen. Da die Kohlebürsten sowohl einen Stromabgriff an dem rotierenden Kollektor als auch eine sichere elektrische Verbindung mit elektrischen Drahtzuleitungen ermöglichen müssen, ergeben sich besondere Anforderungen an die Materialzusammensetzung der Kohlebürsten, die dazu geführt haben, dass die Kohlebürsten einen im Wesentlichen ausschließlich aus verpressten Kohlenstoffpartikeln gebildeten Kohleteil und einen im Wesentlichen aus verpressten Kupferpartikeln gebildeten Leiteranschlussteil aufweisen. Ein entsprechend zweischichtiger Aufbau der Kohlebürsten ist daher Stand der Technik.
Die Herstellung der bekannten Kohlebürsten erfolgt derart, dass in ein Formwerkzeug die entsprechenden Materialvolumina eingefüllt und axial gegeneinander verpresst werden, derart, dass ein segmentartiger Aufbau der Kohlebürsten die Folge ist mit in Verpressrichtung aufeinander geschichteten Formschichten. Durch den gerichteten Pressvorgang ergibt sich für die Kohlebürsten eine anisotrope elektrische Charakteristik mit einem in Verpressrichtung, die mit der Stromführungsrichtung übereinstimmt, maximalen elektrischen Bauteilwiderstand.
Da es für die elektrischen Eigenschaften von Kohlebürsten jedoch von entscheidender Bedeutung ist, dass der elektrische Bauteilwiderstand gerade in Stromführungsrichtung besonders gering ist, ist man dazu übergegangen, zweischichtig aufgebaute Kohlebürsten in einem Pressvorgang herzustellen, der eine Pressrichtung ermöglicht, die quer zur Stromführungsrichtung und somit quer zum Schichtaufbau der Kohlebürste verläuft. Bei der Durchführung entsprechender Versuche hat es sich jedoch herausgestellt, dass die Anwendung bekannter Pressformtechnik nicht zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Kohlebürsten führt, die sich sowohl durch eine besondere Bauteilqualität auszeichnen, als auch kostengünstig herstellbar sind. Insbesondere hat sich gezeigt, dass ein in seinen Dimensionen exakt definierter und reproduzierbarer Schichtaufbau mit der bekannten Pressformtechnik nicht möglich ist.
Aus der US 5 701 046 A ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers mit einer ersten und einer zweiten Formschicht bekannt, wobei die Ausbildung der ersten und zweiten Formschicht dadurch erfolgt, dass eine Einfülltrichtervorrichtung, die zur Befüllung der Form des Formwerkzeugs dient, mit einer Trennwand versehen ist, die eine voneinander separierte Befüllung der Trichterkammern mit unterschiedlichem Pulvermaterial ermöglicht. Die Einbringung des Pulvermaterials in die Form des Formwerkzeugs erfolgt durch Absenken eines Formbodens, der aus einer eine Füllöffnung des Einfülltrichters verschließenden Position in eine innerhalb der Form des Formwerkzeugs abgesenkte Position überführt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, das die Herstellung von zwei- oder mehrschichtigen Pressformteilen mit reproduzierbarem Schichtaufbau ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Anspruches 1 auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formschicht, weist ein mehrteiliges, einen Formkörper und eine Formschieberanordnung umfassendes Formwerkzeug und einen koaxial zur Formschieberanordnung angeordneten Formstempel auf, wobei die Formschieberanordnung zur Ausbildung einer Mehrzahl von Formsegmenten im Formwerkzeug in ihrer Konfiguration veränderbar ist und die Formschieberanordnung und der Formstempel zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeuges relativ zu einander verfahrbar sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Formschieberanordnung eine Mehrzahl in ihrer Relativanordnung veränderbare Formschieberteile auf, so dass die entsprechend der Ausbildung der gewünschten Formsegmente erforderliche Konfigurierbarkeit bei gleichzeitig kompakter Ausbildung der Formschieberanordnung erreicht wird.
Besonders zu bevorzugen ist dabei, wenn die Anzahl der Formschieberteile der Anzahl der Formsegmente entspricht, da somit die erforderliche Konfigurierbarkeit mit einer geringst möglichen Anzahl von Bauteilen erreicht wird.
Als besonders vorteilhaft für die Handhabung der Formschieberanordnung erweist es sich, wenn die Formschieberteile zur Veränderung ihrer Relativanordnung axial gegeneinander verschiebbar ausgebildet sind.
Bei einer Ausführungsform wirken die Formschieberteile derart mit dem Formkörper zusammen, dass sie Segmenttrennflächen zwischen den Formsegmenten definieren.
In einer anderen Ausführungsform wirken die Formschieberteile derart mit dem Formkörper zusammen, dass sie Formsegmente definieren.
Um insbesondere eine eindeutige Zuordnung zwischen dem jeweiligen Füllmaterial und dem zugeordneten Formsegment sicherzustellen, erweist es sich als vorteilhaft, wenn zur Befüllung der Formsegmente mit Formmaterial auf einer von der Formschieberanordnung abgewandten Seite des Formwerkzeuges eine mit einer der Anzahl der Formsegmente entsprechende Anzahl von Füllkammern versehene Befüllungseinrichtung vorgesehen ist. Dabei ist auch sichergestellt, dass sich die Befüllungseinrichtung und die Formschieberanordnung in ihrer Handhabung nicht gegenseitig behindern.
Eine besonders einfache Weise der positionierenden Zustellung der Befüllungseinrichtung zur einander nachfolgenden Befüllung der einzelnen Formsegmente ergibt sich, wenn die Befüllungseinrichtung quer zur Achse des Formstempels verfahrbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formschicht mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wirkt ein mehrteiliges, einen Formkörper und eine Formschieberanordnung umfassendes Formwerkzeug mit einem Formstempel zusammen, wobei eine Befüllung einer durch die gewählte Konfiguration der Formschiebcranordnung im Formkörper definierten Form derart erfolgt, dass in einer Richtung quer zur Achse des Formstempels nebeneinander ausgebildete Formsegmente zeitlich aneinander nachfolgend mit Formmaterial befüllt werden und nachfolgend durch eine Relativbewegung des Formstempels und der Formschieberanordnung die Ausbildung des Pressformkörpers erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht aufgrund der Verwendung einer in seiner Konfiguration veränderbaren Formschieberanordnung die Ausbildung definierter Formsegmente in der Form, die im Zusammenwirken mit der zeitlich aneinander nachfolgenden Befüllung der Formsegmente die Ausbildung in ihren Dimensionen exakt definierter Formschichte ermöglicht. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pressformkörper sind somit in ihrem Aufbau exakt reproduzierbar und weisen entsprechend exakt definierte elektrische Parameter auf.
Zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Pressformkörpers ist es vorteilhaft, wenn zunächst zur Befüllung des ersten Formsegments die Formschieberanordnung in eine dem ersten Formsegment entsprechende erste Formschieberkonfiguration überführt und dem ersten Formsegment ein erstes Materialreservoir mit Formmaterial zugeordnet wird und nachfolgend zur Befüllung des zweiten Formsegments die Formschieberanordnung in eine dem zweiten Formsegment entsprechende Formschieberkonfiguration überführt und dem zweiten Formsegment ein zweites Materialreservoir mit Formmaterial zugeordnet wird und anschließend ein gemeinsames Verdichten der Formsegmentfüllungen erfolgt. Der nachfolgend durchgeführte gemeinsame Verdichtungsvorgang der zuvor separat in den zugeordneten Formsegmenten in ihren Materialvolumina definierte Formschiehten, ermöglicht sowohl die Ausbildung einer in ihrer Topografie als auch in ihrer Lage im Pressformkörper definierten Grenzschicht zwischen den Formschichten.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn zur Veränderung der Formschieberkonfiguration die Relativanordnung von mehreren in ihrer Gesamtheit die Formschieberanordnung bildenden Formschieberteilen erfolgt, da somit eine besonders kompakte Ausbildung der Formschieberanordnung möglich ist, die auch die Herstellung von Pressformkörpern mit besonders kleinen Abmessungen ermöglicht.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Veränderung der Formschiebcrkonfiguration ergibt sich, wenn die Formschieberteile koaxial zueinander verschoben werden.
Wenn die Veränderung der Formschieberkonfiguration zur Ausbildung eines Formsegments erst nachfolgend der Anordnung der zugeordneten Füllkammer in eine Formfüllposition erfolgt, kann eine Vermischung von unterschiedlichen, für verschiedene Formsegmente vorgesehenen Formmaterialen weitestgehend ausgeschlossen werden.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Befüllung von zumindest einem Formsegment derart erfolgt, dass zunächst das Formsegment mit Übermaß ausgebildet und nach Füllung des Formsegments eine Einstellung des Formsegments auf das gewünschte Formmaß erfolgt. Hierdurch wird eine Vorverdichtung des im betreffenden Formsegment angeordneten Formmaterials bewirkt, die selbst bei unmittelbarem Kontakt zu einem in einen benachbarten Formsegment angeordneten Formmaterialvolumen eine unerwünschte Durchmischung der den unterschiedlichen Formschichten zugeordneten Formmaterialen beim nachfolgenden Verdichtungsvorgang verhindert.
Bei Bedarf kann die Gefahr einer Durchmischung auch dadurch reduziert werden, dass zur Befüllung eines Formsegments bereits befüllte Formsegmente mit einer Abdeckung versehen werden.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht die Herstellung einer Mehrschichtkohlenbürste mit zumindest einer ersten Formschicht aus einem ersten Formmaterial und einer zweiten Formschicht aus einem zweiten Formmaterial, wobei zwischen zwei benachbarten Formschichten und im Wesentlichen parallel zu einer Kontaktfläche der Kohlebürste, die einer Schleifkontaktfläche einer Kommutatoreinrichtung eines Elektromotors zugeordnet ist, eine Schichttrennfläche ausgebildet ist. Dabei weist die zur Ausbildung der Kontaktfläche dienende Kontakt-Formschicht abrasive Eigenschaften auf. Die erfindungsgemäße Mehrschichtkohlebürste ermöglicht aufgrund der definierten Trennung zwischen den Formschichten mit einer parallel zur Kontaktfläche angeordnete Schichttrennfläche eine in Richtung der Abnützung der Mehrschichtkohlebürste genau definierte Zäsur, die es ermöglicht, durch eine entsprechend Dickenabmessung der Kontakt-Formschicht in Richtung der Abnützung die Mehrschichtkohlebürste genau so zu gestalten, dass abrasive Eigenschaften nur bis zum Erreichen einer definierten Abnutzung, die durch die Lage der Schichttrennfläche bestimmt ist, gegeben sind.
Hiermit lässt sich in besonderer Weise die Gestaltung der Mehrschichtkohlebürste hinsichtlich des gewünschten Einlaufverhaltens der Kommutatoreinrichtung bzw. der gewünschten Rauigkeit der Schleifkontaktfläche der Kommutatoreinrichtung einstellen. So ist es beispielsweise möglich, dass in Abhängigkeit von der Oberflächenqualität der Kommutatoreinrichtung die Kontakt-Formschicht in Abhängigkeit von der abrasiven Wirkung des Formmaterials in ihrer Dimensionierung so gewählt wird, dass nach einer gewünschten Anzahl von Umdrehungen die für den Betrieb des Elektromotors gewünschte Oberflächenqualität bzw. Oberflächenrauigkeit der Schleifkontaktfläche der Kommutatoreinrichtung gegeben ist und nach Erreichen dieser Umdrehungszahl die Kontakt-Formschicht durch Erreichen der Schichttrennfläche verbraucht ist, sodass anschließend für den Betrieb des Elektromotors ein flächig angeschmiegter Kontakt zwischen der Kontaktfläche der Mehrschichtkohlebürste und der Kommutatoreinrichtung gegeben ist. Aufgrund der möglichen Differenzierung hinsichtlich der Eigenschaften der für die Formschicht verwendete Formmaterialien kann nunmehr für die nachfolgende Formschicht ein hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften optimiertes Formmaterial gewählt werden.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Kontakt-Formschicht ein Kohlenstoffmaterial mit einem abrasiven Zuschlagstoff aufweist, um eine abrasive Wirkung bei hinreichenden elektrischen Qualitäten der Formschicht zu erzielen.
Eine besonders hohe Abrasionsleistung lässt sich erzielen, wenn als Zuschlagstoff ein abrasives keramisches Material verwendet wird.
Ein besonders hoher Grad an Reproduzierbarkeit der Abrasionswirkung lässt sich erzielen, wenn für den Zuschlagstoff eine homogene Verteilung in der Kontakt-Formschicht gewählt wird.
Insbesondere in dem Fall, wenn der Einlaufvorgang, der zu Erzielung eines angeschmiegten Kontakts zwischen der Mehrschichtkohlebürste und der Kommutatoreinrichtung dient, in mehreren Phasen erfolgen soll, wobei in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Abrasionsleistungen erzielbar sein sollen, ist es von Vorteil, wenn eine benachbart der Kontakt-Formschicht angeordnete, durch die Schichttrennfläche abgeteilte Nachbar-Formschicht ebenfalls abrasive Eigenschaften aufweist. Dabei können die abrasiven Eigenschaften der Nachbar-Formschicht auf die gleiche Weise erzeugt werden, wie vorstehend in Bezug auf die Kontakt-Formschicht beschrieben.
Der vorstehend beschriebene zwei- oder auch mehrphasige Einlaufvorgang führt besonders dann zu guten Ergebnissen, wenn die abrasive Wirkung der Kontakt-Formschicht größer ist als die abrasive Wirkung der Nachbar-Formschicht, sodass vermittels der abrasiven Wirkung der Nachbar-Formschicht ein sogenannter "Feinschliff" ausführbar ist.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und damit durchführbare Verfahrensvarianten sowie verschiedene Ausführungsformen einer Mehrschichtkohlebürste anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1a: eine zweischichtige Kohlebürste in perspektivischer Darstellung;
Fig. 1b: eine in einem Formwerkzeug angeordnete Formschieberanordnung zur Herstellung der in Fig. 1a dargestellten Kohlebürste in Draufsicht;
Fig. 1c: eine weitere Ausführungsform einer in einem Formwerkzeug angeordneten Formschieberanordnung zur Herstellung der in Fig. 1a dargestellten Kohlebürste in Draufsicht;
Fig. 2a: eine dreischichtige Kohlebürste in perspektivischer Darstellung;
Fig. 2b: eine Formschieberanordnung zur Herstellung der in Fig. 2a dargestellten Kohlebürste in Draufsicht;
Fig. 2c: eine weitere Ausführungsform einer Formschieberanordnung zur Herstellung der in Fig. 2a dargestellten Kohlebürste in Draufsicht;
Fig. 3a: eine vierschichtige Kohlebürste in perspektivischer Darstellung;
Fig. 3b: eine Formschieberanordnung zur Herstellung der in Fig. 3a dargestellten Kohlebürste in Draufsicht;
Fig. 4a: eine Formmaschine zur Herstellung der in Fig. 1a dargestellten Kohlebürste mit einer Formschieberanordnung in einer ersten Konfiguration;
Fig. 4b: die in Fig. 4a dargestellte Formschieberanordnung in einer zweiten Konfiguration;
Fig. 4c: die in Fig. 4a dargestellte Formschieberanordnung in einer dritten Konfiguration;
Fig. 4d: die in Fig. 4a dargestellte Formmaschine am Anfang einer Verdichtungsphase;
Fig. 4e: die in Fig. 4a dargestellte Formmaschine am Ende der Verdichtungsphase;
Fig. 4f: die in Fig. 4a dargestellte Formmaschine in der Entformungsphase;
Fig. 5a: eine Formmaschine mit einer Formschieberanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Konfiguration;
Fig. 5b: die in Fig. 5a dargestellte Formschieberanordnung in einer zweiten Konfiguration;
Fig. 5c: die in Fig. 5a dargestellte Formschieberanordnung in einer dritten Konfiguration;
Fig. 5d: die in Fig. 5a dargestellte Formmaschine am Anfang der Verdichtungsphase;
Fig. 5e: die in Fig. 5a dargestellte Formmaschine am Ende der Verdichtungsphase;
Fig. 5f: die in Fig. 5a dargestellte Formmaschine in der Entformungsphase;
Fig. 6a: eine Formmaschine zur Herstellung einer in Fig. 2a dargestellten Kohlebürste mit einer dritten Ausführungsform einer Formschieberanordnung in einer ersten Konfiguration;
Fig. 6b: die in Fig. 6a dargestellte Formschieberanordnung in einer zweiten Konfiguration;
Fig. 6c: die in Fig. 6a dargestellte Formschieberanordnung in einer dritten Konfiguration;
Fig. 6d: die in Fig. 6a dargestellte Formschieberanordnung in einer vierten Konfiguration;
Fig. 6e: die in Fig. 6a dargestellte Formmaschine am Anfang der Verdichtungsphase;
Fig. 6f: die in Fig. 6a dargestellte Formmaschine am Ende der Verdichtungsphase;
Fig. 6g: die in Fig. 6a dargestellte Formmaschine in der Entformungsphase;
Fig. 7a: eine Formmaschine zur Herstellung einer in Fig. 2a dargestellten Kohlebürste mit einer Formschieberanordnung in einer vierten Ausführungsform in einer ersten Konfiguration;
Fig. 7b: die in Fig. 7a dargestellte Formschieberanordnung in einer zweiten Konfiguration;
Fig. 7c: die in Fig. 7a dargestellte Formschieberanordnung in einer dritten Konfiguration;
Fig. 7d: die in Fig. 7a dargestellte Formschieberanordnung in einer vierten Konfiguration;
Fig. 7e: die in Fig. 7a dargestellte Formmaschine am Anfang der Verdichtungsphase;
Fig. 7f: die in Fig. 7a dargestellte Formmaschine am Ende der Verdichtungsphase;
Fig. 7g: die in Fig. 7a dargestellte Formmaschine in der Entformungsphase.

Fig. 1a zeigt einen zweischichtig ausgebildeten Pressformkörper in einer Ausführung als sogenannte Zweischichtkohlebürste 10 mit einer ersten Formschicht 11 und einer zweiten Formschicht 12. Im vorliegenden Fall ist die erste Formschicht 11 als reine Kupferschicht aus einer Vielzahl von Kupferpartikeln 13 und die zweite Formschicht 12 als reine Kohleschicht aus einer Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln 14 ausgebildet. Die
Herstellung der in Fig. 1a dargestellten Zweischichtkohlebürste 10 erfolgt gemäß einer ersten Variante unter Verwendung einer in den Fig. 4a bis 4f in aufeinanderfolgenden Herstellungsphasen dargestellten Formmaschine 15, die als Bestandteil eines Formwerkzeuges 16 eine Formschieberanordnung 17 aufweist, deren Pressflächenanordnung 18 in Fig. 1b dargestellt ist. Wie ein Vergleich der Fig. 1a und 1b zeigt, ist die Pressflächenanordnung 18 aus zwei Pressflächen 19, 20 zusammengesetzt, die jeweils Grundflächen 21 und 22 der Formschichten 11 und 12 der Zweischichtkohlebürste 10 entsprechen.
Die Pressflächen 19 und 20 sind jeweils durch die freien Endflächen von Formschieberteilen 23, 24 gebildet, die zusammen, wie in den Fig. 4a bis 4f dargestellt, die Formschieberanordnung 17 bilden.
Die in Fig. 4a dargestellte Formmaschine 15 umfasst neben dem in einen Formkörperträger 25 aufgenommenen Formwerkzeug 16 eine Befüllungseinrichtung 26, die quer zu einer Pressachse 27 auf einem Formtisch 28 angeordnet ist, sowie einen Formstempel 29. Die Befüllungseinrichtung 26 befindet sich auf der der Formschieberanordnung 17 abgewandten Seite eines Formkörpers 30 zwischen dem Formstempel 29 und dem Formwerkzeug 16.
Die Befüllungseinrichtung 26 weist zur Herstellung des in Fig. 1a dargestellten zweischichtigen, hier als Zweischichtkohlebürste 10 ausgebildeten Pressformkörpers, einen Füllrahmen 34 mit zwei Füllkammern 31 ( Fig. 4a ), 32 (Fig. 4c) zur bevorratenden Aufnahme der Kupferpartikel 13 und der Kohlenstoffpartikel 14 auf. Die Füllkammern 31, 32 der Befüllungseinrichtung 26 sind senkrecht zur Zeichnungsebene hintereinanderliegend ausgebildet und sind auf ihrer dem Formkörper 30 beziehungsweise dem Formtisch 28 zugewandten Seite mit einer Öffnungsfläche 33 versehen.
In der in Fig. 4a dargestellten Konfiguration der Formmaschine 15 befindet sich die Befüllungseinrichtung 26 mit der Füllkammer 31, in der die Kupferpartikel 13 aufgenommen sind in einer Überdeckungslage mit dem Formwerkzeug 16. Zur Überführung in die in Fig. 4a dargestellte Befüllungsposition ist die Befüllungseinrichtung 26 mit einer am Unterrand des Füllrahmens 34 angeordneten Gleitdichtung 35 versehen, die sowohl ein Gleiten der Befüllungseinrichtung 26 auf dem Formtisch 28 als auch eine Abdichtung des Füllrahmens 34 gegenüber der Umgebung ermöglichen.
Die Formschieberanordnung 17 befindet sich in einer Füllkonfiguration I, in der sich das Formschieberteil 23 zur Ausbildung eines ersten Formsegments 36 einer im Formkörper 30 als Hohlraum ausgebildeten Form 37 in einer zurückgezogenen Position und der zur Ausbildung eines zweiten Formsegments 38 vorgesehene Formschieberteil 24 in seiner in die Form 37 eingefahrenen Position befindet. In der Füllkonfiguration I der Formschieberanordnung 17 dringen die Kupferpartikel 13 - gegebenenfalls unterstützt durch eine durch die Rückfahrbewegung des Formschieberteils 23 verursachte Sogwirkung - in das Formsegment 36 ein und füllen dieses aus.
In einer nachfolgend eingestellten, in Fig. 4b dargestellten Vorverdichtungskonfiguration II erfolgt, bewirkt durch ein geringfügiges Einfahren des Formschieberteils 23 in das Formsegment 36, eine geringfügige Vorverdichtung, die je nach Querschnitt einer im Formsegment 36 ausgebildeten Formpartikelsäule 39 eine Fixierung der Formpartikelsäule 39 ermöglicht, derart, dass, wie in Fig. 4c dargestellt, in einer Füllkonfiguration III das Formschieberteil 24 zur Freigabe des zweiten Formsegments 38 zurückgefahren werden kann, ohne dass eine zusätzliche Stabilisierung der Formpartikelsäule 39 zur Verhinderung einer Durchmischung mit einer im zweiten Formsegment 38 ausgebildeten Formpartikelsäule 40 zu befürchten wäre.
In der in Fig. 4c dargestellten Füllkonfiguration III, in der eine Befüllung des zweiten Formsegments 38 mit den Kohlenstoffpartikeln 14 erfolgt, befindet sich die Befüllungseinrichtung 26 in senkrecht zur Zeichnungsebene axial vorgerückter Stellung, in der die Kohlenstoffpartikel 14 aufnehmende Füllkammer 32 in einer Überdeckungslage mit dem Formwerkzeug 16 angeordnet ist.
Um zu verhindern, dass es infolge der Vorschubbewegung der Befüllungseinrichtung 26 und der damit verbundenen Relativbewegung der in der Füllkammer 32 aufgenommenen Kohlenstoffpartikel 14 gegenüber der aus den Kupferpartikeln 13 im ersten Formsegment 36 ausgebildeten Formpartikelsäule 39 zu einer unerwünschten Vermischung der Kohlenstoffpartikel 14 mit den Kupferpartikeln 13 kommt, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Öffnungsfläche 33 der Materialkammer 32 durch eine den Endquerschnitt der Formpartikelsäule 39 abdeckende Abdeckung 41 reduziert.
Wie Fig. 4c zeigt, befinden sich in der Füllkonfiguration III die relativ gegeneinander axial verschiebbaren Formschieberteile 23, 24 in einer Relativpositionierung, in der die Pressflächen 19, 20 bündig angeordnet sind.
Ausgehend von der Füllkonfiguration III erfolgt nun, wie in Fig. 4d dargestellt, eine Verdichtung der in der Form 37 nebeneinander angeordneten Formpartikelsäulen 39, 40, wobei eine zwischen den Formpartikelsäulen 39, 40 ausgebildete Schichttrennfläche 42 bis zum Erreichen der in Fig. 4e dargestellten vollständigen Verdichtung der Formpartikelsäulen 39, 40 zur Ausbildung des als Zweischichtkohlebürste 10 ausgebildeten Pressformkörpers sowohl hinsichtlich ihrer Anordnung im Körper als auch hinsichtlich ihrer Topografie weitestgehend erhalten bleibt.
Nach abgeschlossenem Verdichtungsvorgang wird der Pressstempel 29 aus dem Formwerkzeug 16 herausbewegt und durch ein vollständiges Einfahren der Formschieberanordnung 17 in den Formkörper 30 wird die fertiggestellte Zweischichtkohlebürste 10 aus dem Formwerkzeug 16 ausgestoßen.
In den Fig. 5a bis 5f ist übereinstimmend mit der vorstehend erläuterten Figurenabfolge der Fig. 4a bis 4f die Herstellung der in Fig. 1a dargestellten Zweischichtkohlebürste 10 dargestellt. Im Unterschied zu der in den Fig. 4a bis 4f dargestellten ersten Verfahrensvariante kommt bei der in den Fig. 5a bis 5f dargestellten Verfahrensvariante eine abgeänderte Formschieberanordnung 43 zum Einsatz, die zwei Formschieberteile 44 und 45 umfasst, wobei, wie auch aus der Darstellung gemäß Fig. 1c hervorgeht, das Formschieberteil 45 als Trennschieber ausgebildet ist, der zungenförmig in einen Führungsspalt 46 des Formschieberteils 44 geführt ist und den Endquerschnitt des Formschieberteils 44 in die zwei Pressflächen 47 und 48 unterteilt.
In der in Fig. 5a dargestellten Konfiguration der Formmaschine 15 befindet sich die Befüllungseinrichtung 26 mit der Materialkammer 31, in der die Kupferpartikel 13 aufgenommen sind, in einer Überdeckungslage mit dem Formwerkzeug 16 analog der in Fig. 4a dargestellten Konfiguration der Formmaschine 15.
Die Formschieberanordnung 43 befindet sich in einer Füllkonfiguration I, in der zur Ausbildung des ersten Formsegments 36 im Formkörper 30, das Formschieberteil 44 sich in einer rückgezogenen Position befindet und das Formschieberteil 45 vollständig in die Form 37 bis zur stirnseitigen Anlage an eine an der Materialkammer 31 vorgesehenen Abdeckung 49 eingefahren ist. In dieser Konfiguration der Formschieberanordnung 43 ist das Formsegment 36 zur Materialkammer 31 der Befüllungseinrichtung 26 hin geöffnet, sodass die Kupferpartikel 13 in das Formsegment 36 zu dessen Ausfüllung eindringen können. Demgegenüber ist das zweite Formsegment 38 durch die Abdeckung 49 abgedeckt, sodass ein Eindringen der Kupferpartikel 13 in das Formsegment 38 verhindert wird.
In der nachfolgend eingestellten, in Fig. 5b dargestellten Vorverdichtungskonfiguration II erfolgt analog der unter Bezugnahme auf die Fig. 4b erläuterten Vorverdichtung eine Fixierung der im ersten Formsegment 36 ausgebildeten Formpartikelsäule 39.
In der in Fig. 5c dargestellten Füllkonfiguration III erfolgt, analog der Darstellung in Fig. 4c , eine Befüllung des zweiten Formsegments 38 mit den Kohlenstoffpartikeln 14, aus der durch einen axialen Vorschub senkrecht zur Zeichnungsebene in eine Überdeckungslage mit dem Formwerkzeug 16 gebrachten Materialkammer 32 mit den darin enthaltenen Kohlenstoffpartikeln 14.
Ausgehend von der Füllkonfiguration III erfolgt nun zur Erzielung der in Fig. 5d dargestellten Verdichtungskonfiguration ein Zurückfahren des als Trennschieber zwischen den Formpartikelnsäulen 39 und 40 wirkenden Formschieberteils 45, wobei aufgrund der vorstehend beschriebenen Vorverdichtung der Formpartikelsäule 39 auch nach Entfernung des Formschieberteils 45 aus der Form 37 eine Vermischung der Kupferpartikel 13 mit den Kohlenstoffpartikeln 14 unterbleibt.
Ergebnis der vollständigen Verdichtung ist, wie in Fig. 5e dargestellt, die in Fig. 1a dargestellte Zweischichtkohlebürste 10 mit einer im Wesentlichen eben ausgebildete Schichttrennfläche 50, die sowohl hinsichtlich ihrer Anordnung im Körper als auch hinsichtlich ihrer Topografie durch das zungenförmige Formschieberteil 45 definiert ist.
In den Figurenabfolgen Fig. 6a bis 6g und Fig. 7a bis 7g sind Formschieberanordnungen 51 und 78 dargestellt, die jeweils Varianten der Formschieberanordnungen 17 bzw. 43 sind, die bereits unter Bezugnahme auf die Figurenabfolgen Fig. 4a bis 4f beziehungsweise Fig. 5a bis 5f in ihrer Wirkungsweise erläutert wurden.
So kommt bei der in Fig. 6a dargestellten Formmaschine 15 eine Formschieberanordnung 51 zum Einsatz, die, wie in Fig. 2b dargestellt, aus drei Formschieberteilen 52, 53 und 54 zusammengesetzt ist und dementsprechend eine Aufteilung der Form 37 des Formwerkzeugs 16 in drei Formsegmente 55 ( Fig. 6a ), 56 ( Fig. 6c ) und 57 ( Fig. 6d ) ermöglicht, die jeweils hinsichtlich ihrer Größe und Anordnung durch die vorgenannten Formschieberteile definiert sind. Die Formschieberanordnung 51 ermöglicht eine Durchführung des Verfahrens mit einer Befüllungseinrichtung 58, die zusätzlich zu den Füllkammern 31 ( Fig. 6a ), 32 ( Fig. 6c ) der Befüllungseinrichtung 26 noch eine weitere Füllkammer 59 ( Fig. 6d ) aufweist. Die Füllkammer 59 kann mit einem von den Kupferpartikeln 13 und Kohlenstoffpartikeln 14 abweichenden Formmaterial befüllt sein, entsprechend der gewünschten Schichtzusammensetzung eines in Fig. 2a dargestellten Dreischichtformkörper 60 mit Formschichten 61, 62 und 63.
Der in Fig. 2a dargestellte Dreischichtformkörper 60 kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass für die Formschicht 61 Kupferpartikel 13 und für die Formschicht 62 Kohlenstoffpartikel 14 gewählt werden, wohingegen zur Ausbildung der Formschicht 63 ein Gemisch aus Kohlenstoffpartikeln 14 und abrasiv wirkenden keramischen Partikeln 90 gewählt wird. Die Formschicht 63 bildet im vorliegenden Fall eine Kontakt-Formschicht mit einer Kontaktfläche 94, die bei Einsatz der Mehrschichtkohlebürste in einem Elektromotor mit definiertem Kontaktdruck gegen eine hier nicht näher dargestellte Schleifkontaktfläche einer Kommutatoreinrichtung des Elektromotors anliegt.
Die als Dreischichtformkörper 60 ausgebildete Mehrschichtkohlebürste weist somit in der vorstehenden Variante zwei Schichttrennflächen 91 und 92 auf, die längs einer in Fig. 2a mit 93 bezeichneten Abnutzungsachse genau definieren, wann infolge der fortschreitenden Abnutzung jeweils eine Änderung der elektrischen oder abrasiven Eigenschaften des Mehrschichtformkörpers eintritt.
Fig. 2b zeigt in einer Draufsicht auf den Endquerschnitt der Formschieberanordnung 51 eine durch die jeweiligen Endquerschnitte der Formschieberteile 52, 53 und 54 zusammengesetzte Pressflächenanordnung 64 mit den Pressflächen 65, 66 und 67.
In den Fig. 7a bis 7g ist übereinstimmend mit der vorstehend erläuterten Figurenabfolge 6a bis 6g die Herstellung des in Fig. 2a dargestellten Dreischichtformkörpers 60 dargestellt. Bei der in Fig. 7a dargestellten Formmaschine 15 kommt eine Formschieberanordnung 78 zum Einsatz, die aus drei Formschieberteilen 79, 80 und 81 zusammengesetzt ist und dementsprechend eine Aufteilung der Form 37 des Formwerkzeugs 16 in drei Formsegmente 82 ( Fig. 7a ), 83 ( Fig. 7c ) und 84 ( Fig. 7d ) ermöglicht, die jeweils hinsichtlich ihrer Größe und Anordnung durch die vorgenannten Formschieberteile definiert sind. Die Formschieberanordnung 78 ermöglicht wie die Formschieberanordnung 51 die Durchführung des Verfahrens mit der Befüllungseinrichtung 58, die zusätzlich zu den Füllkammern 31, 32 der Befüllungseinrichtung 26 noch eine weitere Füllkammer 59 aufweist.
In Erweiterung der in der Figurenabfolge 5a bis 5f dargestellten Formschieberanordnung 43 weist die Formschieberanordnung 78 zwei Formschieberteile 80, 81 auf, die als Trennschieber ausgebildet, zungenförmig in Führungsspalten 85, 86 ( Fig. 7a ) des Formschieberteils 79 geführt sind und den Endquerschnitt des Formschieberteils 79 in drei Pressflächen 87, 88, 89 unterteilen ( Fig. 2c ).
Fig. 3a zeigt in schematischer Darstellung einen Pressformkörper 68, der aus insgesamt vier Formschichten 69, 70, 71 und 72 zusammengesetzt ist.
Fig. 3b zeigt den Endquerschnitt einer zur Herstellung des Pressformkörpers 68 geeigneten Formschieberanordnung 73, die vier Formschieberteile 74, 75, 76 und 77 aufweist und analog der vorbeschriebenen Verfahrensvarianten zur Herstellung der in den Fig. 1a und 2a dargestellten Pressformkörper die Herstellung des in Fig. 3a dargestellten Pressformkörpers 68 ermöglicht

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers (10, 60, 68) mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formschicht (11, 12, 61, 62, 69, 70), gekennzeichnet durch ein mehrteiliges, einen Formkörper (30) und eine Formschieberanordnung (17, 43, 51, 73, 78) umfassendes Formwerkzeug (16) und einen koaxial zur Formschieberanordnung angeordneten Formstempel (29), wobei die Formschieberanordnung zur Ausbildung einer Mehrzahl definierter Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57, 82, 83, 84) im Formwerkzeug in ihrer Konfiguration veränderbar ist und die Formschieberanordnung und der Formstempel zum Öffnen und Schließen des Formwerkzeugs relativ zueinander verfahrbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschieberanordnung (17, 43, 51, 73, 78) eine Mehrzahl in ihrer Relativanordnung veränderbare Formschieberteile (23, 24, 44, 45, 52, 53, 54, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl der Formschieberteile (23, 24, 44, 45, 52, 53, 54, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81) der Anzahl der Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57, 82, 83, 84) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschieberteile (23, 24, 44, 45, 52, 53, 54, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81) zur Veränderung ihrer Relativanordnung axial gegeneinander verschiebbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschieberteile (45, 80, 81) derart mit dem Formkörper (30) zusammenwirken, dass sie Segmenttrennflächen zwischen den Formsegmenten definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschieberteile (23, 24, 52, 53, 54) derart mit dem Formkörper (30) zusammenwirken, dass sie Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57) definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Befüllung der Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57, 82, 83, 84) mit Formmaterial (13, 14) auf einer der Formschieberanordnung (17, 43, 51, 73, 78) abgewandten Seite des Formwerkzeugs (16) eine mit einer der Anzahl der Formsegmente entsprechenden Anzahl von Füllkammern (31, 32, 59) versehene Befüllungseinrichtung (26, 58) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befüllungseinrichtung (26, 58) zur einander nachfolgende Befüllung der einzelnen Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57, 82, 83, 84) quer zur Achse (27) des Formstempel (29) verfahrbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Pressformkörpers (10, 60, 68) mit zumindest einer ersten und einer zweiten Formschicht (11, 12, 61, 62, 69, 70) mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mehrteilige, einen Formkörper (30) und eine Formschieberanordnung (17, 43, 51, 78) umfassende Formwerkzeug (16) mit einem Formstempel (29) zusammenwirkt, und eine Befüllung einer durch die gewählte Konfiguration der Formschieberanordnung, die zur Ausbildung definierter Formsegmente in einer im Formkörper definierten Form (37) dient, derart erfolgt, dass in einer Richtung quer zur Achse des Formstempels nebeneinander ausgebildete Formsegmente (36, 38, 55, 56, 57, 82, 83, 84) zeitlich einander nachfolgend mit Formmaterial (13, 14) befüllt werden und nachfolgend durch eine Relativbewegung des Formstempels und der Formschieberanordnung in der Form die Ausbildung des Pressformkörpers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zur Befüllung des ersten Formsegments (36, 55, 82) die Formschieberanordnung (17, 43, 51, 73, 78) in eine dem ersten Formsegment entsprechende Formschieberkonfiguration überführt und dem ersten Formsegment eine erste Füllkammer (31) mit Formmaterial (13) zugeordnet wird und nachfolgend zur Befüllung des zweiten Formsegments (37, 56, 83) die Formschieberanordnung in eine dem zweiten Formsegment entsprechende Formschieberkonfiguration überführt und dem zweiten Formsegment eine zweite Füllkammer (32) mit Formmaterial (14) zugeordnet und anschließend ein gemeinsames Verdichten von Formsegmentfüllungen (39, 40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Veränderung der Formschieberkonfiguration die Relativanordnung von mehreren in ihrer Gesamtheit die Formschieberanordnung (17, 43, 51, 73, 78) bildenden Formschieberteilen (23, 24, 44, 45, 52, 53, 54, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Veränderung der Formschieberkonfiguration die Formschieberteile (23, 24, 44, 45, 52, 53, 54, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81) koaxial zueinander verschoben werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Veränderung der Formschieberkonfiguration zur Ausbildung eines Formsegments (36, 37, 55, 56, 57, 82, 83, 84) erst nachfolgend der Anordnung der zugeordneten Füllkammer (31, 32, 59) in eine Formfüllposition erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befüllung von zumindest einem Formsegment (36) derart erfolgt, dass das Formsegment zunächst mit Übermaß ausgebildet und nach Füllung des Formsegments eine Einstellung des Formsegments auf Formmaß erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Befüllung eines Formsegments (37) bereits befüllte Formsegmente (36) mit einer Abdeckung (41) versehen werden.