WO2020058195A1 - Anlage und verfahren zum sintern von bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (2) und ein Verfahren zum Sintern von Bauteilen (106, 107). Die Anlage (2) umfasst einen tunnelförmigen Hauptkörper (4) mit einem Eingang und einem Ausgang, und eine Sinterkammer (10), welche in einem mittleren Bereich des Hauptkörpers (4) angeordnet ist. Die Anlage ist gekennzeichnet durch eine am Eingang des Hauptkörpers (4) angeordnete Eingangsschleusenkammer (40), durch eine am Ausgang des Hauptkörpers (4) angeordnete Ausgangsschleusenkammer (60), zumindest ein Vorschubsystem (12), und ein Positioniersystem (14). Die Anlage (2) ist dazu ausgelegt ist, Bauteile (106, 107) aus der Eingangsschleusenkammer (40) mittels des zumindest einen Vorschubsystems (12) in den Hauptkörper (4) und durch einen ersten Abschnitt (6) des Hauptkörpers (4) bis zur Sinterkammer (10) vorzuschieben, die Bauteile (106, 107) mit dem Positioniersystem (14) in der Sinterkammer (10) zu positionieren und wieder mit dem zumindest einen Vorschubsystem (12) weiter durch einen zweiten Abschnitt (8) des Hauptkörpers (4) zur Ausgangsschleusenkammer (60) vorzuschieben. Die Eingangs-Schleusenkammer (40) und die Ausgangsschleusenkammer (60) trennen den Hauptkörper (4) der Anlage (2) von der umgebenden Atmosphäre. Eine Fuidverbindung zwischen der Eingangsschleusenkammer (40) und dem Hauptkörper (4) ist dazu ausgelegt, die Eingangsschleusenkammer (40) mit Gas aus dem Hauptkörper (4) zu fluten und den Druck zwischen Hauptkörper (4) und Eingangsschleusenkammer (40) auszugleichen.

Description

Titel : Anlage und Verfahren zum Sintern von Bauteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Sintern von Bauteilen.

Bei bekannten Sinteranlagen zur Herstellung keramischer Bauteile können jeweils einzelne Bauteile oder eine bestimmte Anzahl an Bauteilen in den Ofen eingebracht werden und ein Sinterverfahren durchlaufen. Nach Abschluss des Sinterverfahrens können die Bauteile entnommen werden und der Ofen erneut bestückt werden. Sin- tern mit den bekannten Sinteranlagen ist zeitaufwändig, da der Ofen für die Zeit des Vorheizens, Sinterns und Abkühlens mit einer Charge von Bauteilen belegt ist und erst danach für weitere zur Verfügung steht.

Ferner ist aus DE 2 053 976 C ein Tunnelofen zum Sintern feuerfester Pulver be- kannt. Als weiterer Stand der Technik werden DE 71 05 745 U, DE 5 443 383 A, DE 10 2013 010 885 Al, US 3 137 485 A und DE 601 33 520 T2 genannt.

Es besteht Bedarf an einer Anlage und einem Verfahren zum Sintern, bei der bzw. dem die Bauteile im Durchlaufverfahren getrennt von der umgebenden Atmosphäre gesintert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Anlage sowie ein neues Verfahren zum Sin- tern von Bauteilen anzugeben, insbesondere eine Anlage bzw. ein Verfahren, die bzw. das ein Sintern von Bauteilen im Durchlaufverfahren getrennt von der umge- benden Atmosphäre ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 hinsichtlich der Sinteran- lage und durch den Gegenstand des Anspruchs 13 hinsichtlich des Verfahrens ge- löst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Sintern von Bauteilen umfasst

einen tunnelförmigen Hauptkörper mit einem Eingang und einem Ausgang, und eine Sinterkammer, welche in einem mittleren Bereich des Hauptkörpers angeordnet ist,

eine am Eingang des Hauptkörpers angeordnete Eingangsschleusenkammer, eine am Ausgang des Hauptkörpers angeordnete Ausgangsschleusenkammer, zumindest ein Vorschubsystem, und

ein Positioniersystem (14).

Die Anlage ist dazu ausgelegt, Bauteile aus der Eingangsschleusenkammer mittels des zumindest einen Vorschubsystems in den Hauptkörper und durch einen ersten Abschnitt des Hauptkörpers bis zur Sinterkammer vorzuschieben, die Bauteile mit dem Positioniersystem in der Sinterkammer zu positionieren und wieder mit dem zu- mindest einen Vorschubsystem weiter durch einen zweiten Abschnitt des Hauptkör- pers zur Ausgangsschleusenkammer vorzuschieben.

Die Eingangsschleusenkammer und die Ausgangsschleusenkammer trennen den Hauptkörper der Anlage von der umgebenden Atmosphäre. Eine Fuidverbindung zwischen der Eingangsschleusenkammer und dem Hauptkörper ist dazu ausgelegt, die Eingangsschleusenkammer mit Gas aus dem Hauptkörper zu fluten und den Druck zwischen Hauptkörper und Eingangsschleusenkammer auszugleichen. Mit an- deren Worten: Zwischen der Eingangsschleusenkammer und dem Hauptkörper kann eine Fluidverbindung so hergestellt werden, dass die Eingangsschleusenkammer mit im Hauptkörper befindlichem Gas geflutet und der Druck zwischen Hauptkörper und Eingangsschleusenkammer ausgeglichen werden kann. Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Bauteile im Durch- laufverfahren getrennt von der umgebenden Atmosphäre, insbesondere unter Schutzgas-Atmosphäre, gesintert werden können. Dadurch lässt sich beispielsweise ein unerwünschtes Oxidieren der Bauteile verhindern

Die Eingangsschleusenkammer ist zweckmäßigerweise evakuierbar und/oder mit ei- ner Vakuumpumpe verbunden oder verbindbar.

Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangsschleusenkammer ein erstes Eingangsschleusentor, das die Eingangsschleusenkammer zum Einbringen der Bauteile nach außen, das heißt zur umgebenden Atmosphäre hin, öffnet, und ein zweites Eingangsschleusentor, das zwischen Hauptkörper und Eingangsschleusen- kammer angeordnet ist und damit den Vorschub der Bauteile von der Eingangs- schleusenkammer in den Hauptkörper ermöglicht, aufweist.

Mit dem ersten Eingangsschleusentor ist eine Öffnung zur umgebenden Atmosphäre verschließbar und mit dem zweiten Eingangsschleusentor ist eine Öffnung zwischen Eingangsschleusenkammer und Hauptkörper verschließbar.

Ferner kann die Eingangsschleusenkammer mit einem Ladesystem zum Einbringen der Bauteile in die Anlage ausgestattet sein.

Eine Weiterbildung der Anlage sieht eine Fuidverbindung auch zwischen der Aus- gangsschleusenkammer und dem Hauptkörper vor, die dazu ausgelegt ist, die Aus- gangsschleusenkammer mit Gas aus dem Hauptkörper zu fluten und den Druck zwi schen Hauptkörper und Ausgangsschleusenkammer auszugleichen. Mit anderen Wor- ten : Zwischen der Ausgangsschleusenkammer und dem Hauptkörper kann eine Fl u - idverbindung so hergestellt werden, dass die Ausgangsschleusenkammer mit im Hauptkörper befindlichem Gas geflutet und der Druck zwischen Hauptkörper und Ausgangsschleusenkammer ausgeglichen werden kann.

Auch die Ausgangsschleusenkammer ist zweckmäßigerweise evakuierbar und/oder mit einer Vakuumpumpe verbunden oder verbindbar. Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausgangsschleusenkammer ein erstes Ausgangsschleusentor, das zwischen Hauptkörper und Ausgangsschleusen- kammer angeordnet ist und damit den Vorschub der Bauteile vom Hauptkörper in die Ausgangsschleusenkammer ermöglicht, und ein zweites Ausgangsschleusentor, das die Ausgangsschleusenkammer zum Ausbringen der Bauteile nach außen, das heißt zur umgebenden Atmosphäre hin, öffnet, aufweist.

Mit dem ersten Ausgangsschleusentor ist eine Öffnung zwischen Ausgangsschleu- senkammer und Hauptkörper und mit dem zweiten Ausgangsschleusentor ist eine Öffnung zur umgebenden Atmosphäre verschließbar.

Ferner kann die Ausgangsschleusenkammer mit einem Ladesystem zum Ausbringen der Bauteile aus der Anlage ausgestattet sein.

Da Eingangsschleusenkammer und Ausgangsschleusenkammer den Hauptkörper der Sinteranlage von der umgebenden Atmosphäre trennen, kann der Hauptkörper der Anlage eine sauerstoffreduzierte Atmosphäre und/oder eine Schutzgasatmosphäre aufweisen und/oder mit einem inerten Gas, insbesondere Argon, gefüllt sein. Beim Öffnen der Fluidverbindung zwischen Eingangsschleusenkammer und Hauptkörper kann dann beispielsweise dieses inerte Gas aus dem Hauptkörper in die Eingangs- schleusenkammer strömen. Vorteilhafterweise weist der Druck im Hauptkörper ei- nen geringen Überdruck, beispielsweise 20 bis 30 mbar, im Vergleich zur umgeben- den Atmosphäre auf.

Der Hauptkörper der Anlage weist zweckmäßigerweise einen Boden auf, welcher zu- mindest abschnittsweise mit Graphit-Platten und/oder Bornitrid-Platten (BN-Platten) als Gleitfläche für den Vorschub der Bauteile ausgelegt ist.

Der Boden ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass die zu sinternden Bauteile, sogenannte Grünkörper, insbesondere mittels die Bauteile aufnehmenden Werkzeu- gen über den Boden verschoben werden können. Vorzugsweise sind das oder die Werkzeuge auf einer graphithaltigen Grundplatte, insbesondere Graphitgrundplatte, gelagert und der Boden ist zumindest abschnittsweise mit BN-Platten als Gleitfläche für die Grundplatte ausgelegt, da so auch bei höheren Temperaturen ein geringer Reibungsfaktor erhalten bleibt. Alternativ oder additiv können auch die Grundplat- ten an ihrer Unterseite zumindest abschnittsweise BN-Platten als Gleitflächen auf- weisen. Wenn sowohl der Boden als auch die Grundplatten BN-Platten aufweisen, sind diese vorzugsweise zu angeordnet, dass die BN-Platten der Grundplatten beim Vorschub auf den BN-Platten des Bodens gleiten. In einer Ausgestaltung können die Grundplatten jeweils für zwei Werkzeuge ausgelegt sein.

Die zu sinternden Bauteile sind zweckmäßigerweise, wie bereits angesprochen, in zumindest einem Werkzeug aufgenommen, das auf einer Grundplatte, die zum Vor- schub durch den Hauptkörper ausgebildet ist, gelagert ist. Mit dieser Grundplatte können somit die Werkzeuge und damit die Bauteile verschoben werden. Beispiels- weise können zwei derartige Werkzeuge auf einer Grundplatte angeordnet sein, wo- bei jedes Werkzeug ein oder auch mehrere Bauteile enthalten kann. Der Hauptkör- per kann eine seitliche Führung für die Grundplatte aufweisen, die derart ausgebil- det ist, dass sie ein Anheben der Grundplatte beim Vorschub verhindert. Bei der Führung kann es sich beispielsweise um ein U- oder C-Profil handeln. Beim Ver- schieben bzw. Vorschub wird die Grundplatte in diesen Profilen geführt und dadurch von diesen Übergriffen. Dadurch wird ein„aufsteigen" der Grundplatten beim Vor- schub verhindert.

Der tunnelförmige Hauptkörper der Anlage umfasst üblicherweise einen Boden, Sei- tenwände und eine obere Wand. Am Eingang und am Ausgang ist der Hauptkörper der Anlage zweckmäßigerweise verschließbar. Wände und Boden des Hauptkörpers sind vorzugsweise doppelwandig ausgeführt, um eine Wärmedämmung nach außen zu gewährleisten, und/oder können mit Dämmmaterialien und/oder mit einer Was- serkühlung versehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Anlage Heizmittel und/oder Kühlmittel. In dem ersten Abschnitt des Hauptkörpers können Heizmittel in einer oder zwei oder drei oder mehreren Heizzonen angeordnet sein. In dem zweiten Abschnitt des Hauptkörpers können zumindest eine Heizzone mit Heizmitteln und zumindest eine Kühlzone mit Kühlmitteln angeordnet sein. Die Heiz- und/oder Kühlmittel können in oder an Wand, Boden und/oder Deckenflächen des tunnelförmigen Hauptkörpers vorgesehen sein, um Bauteile zunächst auf eine vorgesehene Temperatur zu brin- gen und nach dem Sinterprozess wieder herunter zu kühlen. Durch das Anordnen von zumindest zwei Heizzonen im ersten Abschnitt des Hauptkörpers können die Bauteile im Durchlauf schrittweise auf eine vorbestimmte Vorheiztemperatur ge- bracht werden. Nach dem Sinterprozess ist es notwendig, dass die Bauteile ausrei- chend langsam abkühlen. Dazu kann im zweiten Abschnitt des Hauptkörpers zu- nächst eine Heizzone angeordnet sein und erst darauf folgend zumindest eine Kühl- zone, insbesondere zumindest eine Kühlzone mit aktiven Kühlmitteln.

Die Heizmittel umfassen beispielsweise Widerstandsheizer und/oder Induktionshei- zer und/oder Strahlungsheizer. Die Kühlmittel umfassen beispielsweise Ventilatoren, insbesondere Außen- und/oder Innenventilatoren, und/oder Wärmetauscher.

In einer Ausgestaltung kann die Sinterkammer mittels zumindest eines Schiebers und/oder zumindest einer Tür und/oder zumindest oder Klappe von dem ersten Ab- schnitt des Hauptkörpers und/oder dem zweiten Abschnitt des Hauptkörpers zumin- dest teilweise getrennt werden kann. Dadurch kann eine Wärmeabschirmung und/o- der eine Gasströmungsregulierung erzielt werden.

Die Sinterkammer kann sowohl mit dem Hauptkörper in Reihe, d.h. mit gleicher Mit- telachse, als auch von einer Mittelachse des tunnelförmigen Hauptkörpers versetzt angeordnet sein. Im letzteren Fall müssen die Bauteile aus dem Hauptkörper in die Sinterkammer verschoben oder gehoben werden. In einer solchen Anordnung kön- nen an weiteren Wänden Heizmittel bereitgestellt werden.

Die Anlage kann eine Heißpresse umfassen, welche so in einem mittleren Bereich des Hauptkörpers angeordnet ist, dass die Bauteile mittels zumindest einer Hebe- einrichtung in die Sinterkammer gehoben werden.

Die Sinterkammer kann vorzugsweise für eines der folgenden Verfahren ausgelegt sein : Drucksintern, Spark-Plasma-Sintern oder Heißpressen. Das Vorschubsystem ist zweckmäßigerweise dazu ausgelegt, Bauteile aus der Ein- gangsschleusenkammer in den Hauptkörper zu schieben. Mittels desselben oder ei- nes weiteren Vorschubsystems kann das Bauteil dann durch den Hauptkörper in Richtung der Ausgangsschleusenkammer verschoben werden. Zweckmäßigerweise ist das Vorschubsystem ein pneumatisches oder hydraulisches Vorschubsystem.

Das Positioniersystem kann eine Positionsmesseinrichtung, insbesondere eine Laser- positionsmesseinrichtung, zum Messen der Position der Bauteile, gegebenenfalls in- direkt über die Messung der Position der Werkzeuge und/oder der Bodenplatte, um- fassen. Insbesondere ist die Positioniermesseinrichtung zum Messner der Position der Bauteile im mittleren Bereich des Hauptkörpers und/oder im Bereich der Sinter- kammer ausgebildet und/oder angeordnet. Vorzugsweise ist das Vorschubsystem sowie ein Gegenschubsystem Teil des Positioniersystems.

In Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Vorschubsystem und/oder Positionier- system hydraulische oder pneumatische Stempel. Das Vorschubsystem kann bei spielsweise aus einem ersten hydraulischen Stempel, der im Bereich der Eingangs- schleusenkammer angeordnet ist, bestehen. Das Positioniersystem kann den ersten hydraulischen Stempel und einen im Bereich der Ausgangsschleusenkammer ange- ordneten zweiten hydraulischen Stempel als Gegenschubsystem umfassen. Somit kann mittels des ersten und des zweiten hydraulischen Stempels das Bauteil in oder an der Sinterkammer in eine vorbestimmte Position geschoben werden. Die Positi- onsmesseinrichtung kann entweder an einer Ausgabevorrichtung die Position des Bauteils anzeigen oder kann über einen Regelkreis mit dem Vorschubsystem und Gegenschubsystem verbunden werden, so dass das Positioniersystem das Bauteil automatisch in die vorbestimmte Position bewegt. Wenn sich die Sinterkammer au- ßerhalb der Mittelachse des tunnelförmigen Hauptkörpers befindet, kann das Positi oniersystem weiterhin auch noch eine Verschiebeeinrichtung oder Hebeeinrichtung umfassen, die dazu geeignet ist, das Bauteil in die Sinterkammer zu verschieben o- der zu heben. Zweckmäßigerweise ist die Eingangsschleusenkammer und/oder die Ausgangs- schleusenkammer mit einem Ladesystem umfassend insbesondere weitere hydrauli- sche oder pneumatische Stempel ausgestattet. Das Ladesystem kann beispielsweise als mechanisches Antriebssystem, hydraulisches Antriebssystem oder als Pneuma- tikstempel ausgeführt sein. Mit einem solchen Ladesystem können Bauteile, welche mit einem Wagen oder Förderband zur Anlage geliefert werden, in die Eingangs- schleusenkammer verschoben oder gehoben werden. Alternativ oder additiv können mir einem solchen Ladesystem Bauteile aus der Ausgangsschleusenkammer gescho- ben oder gehoben werden, beispielsweise auf einen Wagen oder ein Förderband.

Der Hauptkörper ist vorzugsweise mit einer Gasabführeinrichtung versehen, wobei die Gasabführeinrichtung vorzugsweise eine Verbrennungseinrichtung für Abgase aufweist. Mit einer solchen Gasabführeinrichtung können Gase, welche bei der Er- wärmung des Grünkörpers, zum Beispiel aus Bindemitteln, entstehen, abgeführt und thermisch verwertet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sintern von Bauteilen in einer Anlage, insbe- sondere der vorgenannten erfindungsgemäßen Anlage, umfasst die folgenden Schritte:

a) Einbringen des Bauteils als Grünkörper in eine Eingangsschleusenkammer der Anlage,

b) Erzeugen von Unterdrück in der Eingangsschleusenkammer und nachfolgendes Fluten der Eingangsschleusenkammer mit Schutzgas,

c) Vorschieben des Bauteils in einem ersten Abschnitt eines Hauptkörpers der An- lage zu einer Sinterkammer,

d) Positionieren des Bauteils in der Sinterkammer,

e) Sintern des Bauteils,

f) Vorschieben des Bauteils durch einen zweiten Abschnitt des Hauptkörpers der Anlage zu einem Ausgang des Hauptkörpers,

g) Vorschieben des Bauteils in eine Ausgangsschleusenkammer und

h) Ausschleusen des Bauteils. Die Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den vorstehende beschriebenen Vor- teilen der Anlage.

In einer Ausgestaltung kann Schritt d) die folgenden Schritte umfassen :

dl) Messen der Position des Bauteils mittels einer Positionsmesseinrichtung, und d2) Positionieren des Bauteils mittels eines Vorschubsystems umfassend eine Vor- schub- und eine Gegenschubeinrichtung.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Schritt d) die folgenden Schritte umfas- sen :

dla) Messen der Position des ersten Bauteils mittels einer Positionsmesseinrichtung, dlb) Positionieren des ersten Bauteils,

die) Messen der Position des zweiten Bauteils mittels der Positionsmesseinrichtung und

dld) Positionieren des zweiten Bauteils unabhängig von der Positionierung des ers- ten Bauteils.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

Fig. 1 : Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sin- teranlage

Fig. 2: Aufsicht auf die Sinteranlage nach Fig. 1

Fig. 3: vertikaler Längsschnitt der Sinteranlage entlang III-III in Fig. 2

Fig. 4: horizontaler Längsschnitt der Sinteranlage entlang IV-IV in Fig. 1 Fig. 5: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Bereichs der

Eingangsschleusenkammer einer erfindungsgemäßen Sinteranlage, bei spielsweise der Sinteranlage nach Fig. 1

Fig. 6: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Bereichs der

Sinterkammer einer erfindungsgemäßen Sinteranlage, beispielsweise der Sinteranlage nach Fig. 1

Fig. 7: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Bereichs der

Ausgangsschleusenkammer einer erfindungsgemäßen Sinteranlage, bei spielsweise der Sinteranlage nach Fig. 1

Fig. 8: als Ausführungsbeispiel die Anordnung zweier Werkzeuge auf einer

Grundplatte, beispielsweise geeignet für eine Sinteranlage nach Fig. 1

Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sinteranlage 2 in verschiedenen Ansichten. Die Sinteranlage 2 umfasst einen tunnelförmigen Haupt- körper 4 mit einem ersten Abschnitt 6 und einem zweiten Abschnitt 8, eine in einem mittigen Bereich des Hauptkörpers 4 angeordnete Sinterkammer 10, sowie eine in der Zeichnung rechts dargestellte Eingangsschleusenkammer 40 und eine in der Zeichnung links dargestellte Ausgangsschleusenkammer 60. Im Hauptkörper 4 ein- schließlich Sinterkammer 10 sowie erstem Abschnitt 6 und zweitem Abschnitt 8 herrscht eine inerte Schutzgasatmosphäre, wobei als Schutzgas beispielsweise Ar- gon aber auch andere Gase wie Wasserstoff, Helium und Stickstoff in Betracht kom- men. Der Druck der Schutzgasatmosphäre kann in der Größenordnung des Umge- bungsdruckes liegen, also bei etwa 1 bar. Um das Eindringen von Luft zu vermei- den, kann die Schutzgasatmosphäre einen geringen Überdruck gegenüber dem Druck der Umgebungsluft aufweisen, beispielsweise einen Überdruck von 20 bis 30 mbar. Für die Einbringung und Ausbringung zu sinternder Bauteile 106, 107 in den bzw. aus dem Hauptkörper 4 der Sinteranlage 2 sind entsprechend die Eingangs- schleusenkammer 40 und die Ausgangsschleusenkammer 60 vorgesehen. Die Sinteranlage 10 umfasst ein Vorschubsystem 12, das schematisch im Bereich der Eingangsschleusenkammer 40 dargestellt ist. Das Vorschubsystem 12 ist so an- geordnet und ausgebildet, dass es Bauteile 106, 107 aus der Eingangsschleusen- kammer 40 in den ersten Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 schieben kann. Insbeson- dere umfasst das Vorschubsystem 12 einen ersten Pneumatikstempel 70.

Beispielsweise kann das Vorschubsystem 12 ein System aus Vorschub und Gegen- schub sein, wobei ein Vorschubstempel, beispielsweise der erste Pneumatikstempel 70 (siehe Fig. 5), im Bereich der Eingangsschleusenkammer 40 und ein Gegen- schubstempel, beispielsweise ein zweiter Pneumatikstempel 72 (siehe Fig. 7), im Bereich der Ausgangsschleusenkammer 60 angeordnet sein kann.

An der Eingangsschleusenkammer 40 und der Ausgangsschleusenkammer 60 ist je- weils ein Ladesystem 16 angeordnet, um die Bauteile 106, 107 in die Eingangs- schleusenkammer 40 bzw. aus der Ausgangsschleusenkammer 60 zu schieben bzw. zu heben.

Der erste Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 umfasst drei Heizzonen 20, 21, 22 und bildet somit eine Vorwärmeeinheit für die hindurchbewegten Bauteile 106, 107 mit gestaffelten Heizzonen. Der zweite Abschnitt 8 des Hauptkörpers 4 umfasst eine Heizzone 23 und eine Kühlzone 25, er bildet insgesamt eine Kühleinheit für die nach dem Sintern hindurchbewegten Bauteile 106, 107, wobei die Heizzone 23 eine Nach- heizzone darstellt, um ein zu schnelles Abkühlen zu vermeiden, beispielsweise ge- folgt von einem oder mehreren passiven Kühlabschnitten, in denen die Abkühlung ohne Heiz- oder Kühlmittel erfolgt, und einem oder mehreren aktiven Kühlabschnit- ten, in dem die Abkühlung mit einem oder mehreren Kühlmitteln, beispielsweise ei- nem oder mehreren Innenventilatoren und/oder Außenventilators und/oder Wärme- tauschern, erfolgt. Beispielsweise kann die Kühlzone 25 eine Umwälzschnellkühlung 30 zur aktiven Kühlung aufweisen (siehe Fig. 1). Die Wände und/oder die Decken der Heizzonen 20, 21, 22, 23 können mit Heizmitteln, insbesondere Widerstandshei- zern, versehen sein. In einem mittleren Bereich des Hauptkörpers 4, in Fig. 1 bis 4 zwischen dem ersten Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 und dem zweiten Abschnitt 8 des Hauptkörpers 4, ist die Sinterkammer 10 angeordnet. Die Sinterkammer 10 ist in der gezeigten Aus- gestaltung von einer Mittelachse des Hauptkörpers versetzt angeordnet. In Fig. 3 ist dargestellt, dass die Sinterkammer 10 oberhalb der Mittelachse des Hauptkörpers 4 angeordnet ist, so dass Bauteile 106, 107 zum Sintern innerhalb der Sinteranlage 2 bis in die Sinterkammer 10 gehoben werden.

Bauteile 106, 107, die gesintert werden sollen, werden im gezeigten Ausführungs- beispiel in Werkzeuge 100, 101 eingebracht. Dabei kann ein Werkzeug 100, 101 je- weils ein oder mehrere Bauteile 106, 107 aufnehmen. Die Werkzeuge 100 und 101 sind auf einer Grundplatte 102 angeordnet, wie in Fig. 8 dargestellt. Die Grund- platte 102 hat hier eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform und zwei Durchbrüche (nicht dargestellt), in bzw. über denen die Werkzeuge 100, 101 mit den Bauteilen 106, 107 positioniert sind. Durch diese Durchbrüche hindurch können Hebeeinrichtungen 18 (siehe Fig. 6) geführt werden, die die Werkzeuge 100, 101 mit den Bauteilen 106, 107 in die Sinterkammer 10 heben.

Beispielsweise kann eine Grundplatte 102 mit zum Beispiel zwei Werkzeugen 100, 101, die die Bauteile 106, 107 enthalten, mittels eines Wagens zur Eingangsschleu- senkammer 40 gebracht werden. Ein erstes Eingangsschleusentor 42 wird geöffnet. Das erste Eingangsschleusentor 42 befindet sich an einer Seite der Eingangsschleu- senkammer 40, öffnet diese nach außen und ist beispielsweise als Schiebetor aus- gestaltet. Eine Ausschnittvergrößerung des Bereiches der Eingangsschleusenkammer 40 ist in Fig. 5 dargestellt.

Mittels des Ladesystems 16 der Eingangsschleusenkammer 40, welches zum Beispiel als mechanisches Antriebssystem, hydraulisches Antriebssystem oder als Pneuma- tikstempel ausgeführt sein kann, werden die Werkzeuge 100, 101 mit der Grund- platte 102 in die Eingangsschleusenkammer 40 geschoben oder gezogen und nach- folgend wird das erste Eingangsschleusentor 42 geschlossen, während ein zweites Eingangsschleusentor 44, welches zwischen dem Hauptkörper 4 und der Eingangs- Schleusenkammer 40 angeordnet ist, geschlossen ist. Anschließend wird die Ein- gangsschleusenkammer bei geschlossenem ersten Eingangsschleusentor 42 und ge- schlossenem zweiten Eingangsschleusentor 44 evakuiert, indem mittels einer an die Eingangsschleusenkammer 40 angeschlossenen Vakuumpumpe (nicht dargestellt) Luft bzw. Gas aus der Eingangsschleusenkammer 40 abgepumpt wird. Anschließend erfolgt bei weiterhin geschlossenem ersten Eingangsschleusentor 42 und geschlos- senem zweiten Eingangsschleusentor 44 über eine Druckausgleichsvorrichtung ein Druckausgleich zwischen Hauptkörper 4 und Eingangsschleusenkammer 40, das heißt Schutzgas, beispielsweise Argon, aus dem Hauptkörper 4 strömt über eine Fluidverbindung (nicht dargestellt) in die Eingangsschleusenkammer 40, bis der Druck zwischen der Eingangsschleusenkammer 40 und dem Hauptkörper 4 ausgegli- chen ist, so dass nunmehr das zweite Eingangsschleusentor 44 geöffnet werden kann. Mittels des Vorschubsystems 12 wird die Grundplatte 102 mit den Werkzeu- gen 100, 101 nun in den Hauptkörper 4, insbesondere den ersten Abschnitt des Hauptkörpers 6 hineingeschoben.

Die Grundplatte 102 kann zweckmäßigerweise aus Graphit bestehen. Zum Gleiten auf dem Boden des Hauptkörpers können an der Grundplatte 102 und/oder am Bo- den des Hauptkörpers 4 Platten aus Bornitrid (BN-Platten) angeordnet sein. BN- Platten ermöglichen ein weitgehend temperaturunabhängiges Gleiten.

Sobald eine Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 im ersten Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 ist, kann das zweite Eingangsschleusentor 44 wieder geschlos- sen und im Anschluss eine weitere Grundplatte mit Werkzeugen in die Eingangs- schleusenkammer 40 eingebracht und dann ebenfalls in den ersten Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 eingeschleust werden. Der weitere Vorschub der Grundplatten 102 durch den Hauptkörper 4 wird somit durch das aufeinanderfolgende Hineinschieben der Grundplatten 102 erzeugt. Im ersten Abschnitt 6 des Hauptkörpers 4 werden die Werkzeuge 100, 101 und damit die Bauteile 106, 107 nach und nach beim Vorschub erhitzt. Wenn eine Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 in den mittleren Bereich des Hauptkörpers 4 unter der Sinterkammer 10 geschoben ist, muss sie für das An- heben der Werkzeuge 100, 101 in die Sinterkammer 10 positioniert werden. Der Be- reich der Sinterkammer 10 ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Grundplatte 102 wird mit einem Positioniersystem 14 positioniert. Das Positioniersystem 14 umfasst zweck- mäßigerweise eine Positionsmesseinrichtung, welche einen Laser und einen Mess- stift 104 umfasst, sowie den ersten Pneumatikstempel 70 und den zweiten Pneuma- tistempel 72, welcher dem ersten Pneumatikstempel 70 gegenüberliegend angeord- net ist, so dass mit dem ersten Pneumatikstempel 70 und dem zweiten Pneuma- tikstempel 72 die Grundplatte 102 hin und her geschoben werden kann. Der Laser ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass er senkrecht zu einer Vorschubrichtung der Grundplatte 102 einen Strahl aussendet, der durch den Messstift 104 reflektiert wird. Ein Detektor für die reflektierte Laserstrahlung kann neben oder als Ringde- tektor um den Laser angeordnet sein. Der Laser ist zweckmäßigerweise so ausge- wählt, dass er eine von der Wärmestrahlung abweichende Farbe aufweist. Der Messstift 104 ist zweckmäßigerweise auf der Grundplatte 102 angeordnet.

Wenn die Grundplatte 102, wie in Fig. 6 gezeigt, ausgerichtet ist, können die Werk- zeuge 100, 101 mittels Hebeeinrichtungen 18, die Teil des Positioniersystems 14 sind, in die Sinterkammer 10 gehoben werden, indem die Hebeeinrichtungen 18 von unten durch die jeweiligen Durchbrüche in der Grundplatte 102 hindurch nach oben bewegt werden. Die Hebeeinrichtungen 18 ermöglichen eine gemeinsame oder auch eine einzelne, getrennte Anhebung der Werkzeuge 100, 101. Seitlich der Grund- platte 102 sind zwei Schieber 80, 82 angeordnet, die nach der Positionierung der Grundplatte 102 geschlossen werden können, um die Hebeeinrichtungen 18 vor Strahlungswärme aus dem ersten Abschnitt 6 und dem zweiten Abschnitt 8 des Hauptkörpers zu schützen.

Die Werkzeuge 100, 101 werden in die Sinterkammer 10 gehoben und dort mit der Sintertemperatur beaufschlagt, die für eine vorgegebene Sinterzeit gehalten wird. Dabei kann durch Presseinrichtungen 19 in Zusammenwirken mit den Hebeeinrich- tungen 18 Druck auf die Werkzeuge 100, 101 ausgeübt werden. Die Sintertempera- tur beträgt typischerweise zwischen 1800°C und 2400°C, insbesondere 2000°C bis 2200°C. Anschließend werden die Werkzeuge 100, 101 mittels der Hebeeinrichtun- gen 18 wieder abgesenkt und auf der Grundplatte 102 positioniert. Die Schieber 80, 82 werden wieder geöffnet. Die Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 mit den nunmehr gesinterten Bauteilen 106, 107 wird um eine Position weitergescho- ben, in den zweiten Abschnitt 8 des Hauptkörpers 4, so dass die nächste Grund- platte 102 mit Werkzeuge 100, 101 mit zu sinternden Bauteilen 106, 107 entspre- chend unterhalb der Sinterkammer positioniert und die Werkzeuge 100, 101 in die Sinterkammer 10 gehoben werden können.

Wie bereits angesprochen, werden die Werkzeuge 100, 101 nach dem Sintern und Absenken auf der Grundplatte in den zweiten Abschnitt 8 des Hauptkörpers 4 ge- schoben. Um eine vorgegebene langsame Abkühlung der Bauteile 106, 107 zu ge- währleisten, weist der zweite Abschnitt des Hauptkörpers 8 zunächst die Heizzone 23 und darauffolgend die bereits beschriebene Kühlzone 25 auf.

Wenn die Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 am Ende des zweiten Ab- schnitts 8 des Hauptkörpers 4 angelangt ist, kann sie durch ein geöffnetes erstes Ausgangsschleusentor 62 in die Ausgangsschleusenkammer 60 geschoben werden. Aus der Sinteranlage 2 heraus gelangt die Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 dann über ein zweites Ausgangsschleusentor 64. Das Ausschleusen über die Ausgangsschleusenkammer 60 kann analog zum Einschleusen durch die Ein- gangsschleusenkammer 40 erfolgen. Zum Ausschleusen muss sichergestellt werden, dass immer nur entweder das erste Ausgangsschleusentor 62 oder das zweite Aus- gangsschleusentor 64 geöffnet ist, beide dürften nicht gleichzeitig geöffnet sein, so dass kein direkter Gasaustausch zwischen Hauptkörper 4 und umgebender Atmo- sphäre erfolgt. In Ausgestaltung kann die Ausgangsschleusenkammer 60 vor dem Öffnen des ersten Ausgangsschleusentors 62 jeweils evakuiert werden, beispiels- weise indem die Luft über eine Vakuumpumpe abgepumpt wird. Im Anschluss kann vor dem Öffnen des ersten Ausgangsschleusentores 62 ein Druckausgleich mit dem Hauptkörper 4 erfolgen, beispielsweise indem Schutzgas aus dem Hauptkörper 4 über eine Ffluidverbindung (nicht dargestellt) in die Ausgangsschleusenkammer 60 strömt. Die Ausgangsschleusenkammer 60 ist in Fig. 7 zu sehen. Aus der Ausgangsschleusenkammer kann die Grundplatte 102 mit den Werkzeugen 100, 101 mit einem weiteren Ladesystem 16, welches zum Beispiel als mechani- sches Antriebssystem, hydraulisches Antriebssystem oder als Pneumatikstempel ausgeführt sein kann, beispielsweise auf einen weiteren Wagen geschoben werden.

Das zweite Ausgangsschleusentor 64 befindet sich an einer Seite der Ausgangs- schleusenkammer 60, öffnet diese nach außen und ist beispielsweise als Schiebetor ausgestaltet. Einzelne oder alle Schleusentore 42, 44, 62, 64 oder die jeweils korrespondierenden Öffnungen der Eingangsschleusenkammer 40 bzw. Ausgangsschleusenkammer 60 können zweckmäßigerweise mit einer Dichtung versehen sein, die als aufblasbare Dichtung ausgestaltet sein kann.

Bezugszeichen liste

2 Anlage zum Sintern, Sinteranlage 40 Eingangsschleusenkammer 4 Hauptkörper 42 erstes Eingangsschleusentor 6 erster Abschnitt des Hauptkör- 25 44 zweites Eingangsschleusentor pers

8 zweiter Abschnitt des Hauptkör- 60 Ausgangsschleusenkammer pers 62 erstes Ausgangsschleusentor

10 Sinterkammer 64 zweites Ausgangsschleusentor 12 Vorschubsystem 30

14 Positioniersystem 70 erster Pneumatikstempel 16 Ladesystem 72 zweiter Pneumatikstempel

18 Hebeeinrichtung

19 Presseinrichtung 80 Schieber

35 82 Schieber

20 Heizzone

21 Heizzone 100 Werkzeug

22 Heizzone 101 Werkzeug

23 Heizzone 102 Grundplatte

25 Kühlzone 40 104 Messstift

106 Bauteil

30 Umwälzschnellkühlung 107 Bauteil

Claims

Patentansprüche

1. Anlage (2) zum Sintern von Bauteilen (106, 107), umfassend :

einen tunnelförmigen Hauptkörper (4) mit einem Eingang und einem Aus- gang, und

eine Sinterkammer (10), welche in einem mittleren Bereich des Hauptkörpers (4) angeordnet ist,

gekennzeichnet durch

eine am Eingang des Hauptkörpers (4) angeordnete Eingangsschleusenkam- mer (40),

eine am Ausgang des Hauptkörpers (4) angeordnete Ausgangsschleusenkam- mer (60),

zumindest ein Vorschubsystem (12), und

ein Positioniersystem (14),

wobei die Anlage (2) dazu ausgelegt ist, Bauteile (106, 107) aus der Ein- gangsschleusenkammer (40) mittels des zumindest einen Vorschubsystems (12) in den Hauptkörper (4) und durch einen ersten Abschnitt (6) des Haupt- körpers (4) bis zur Sinterkammer (10) vorzuschieben, die Bauteile (106, 107) mit dem Positioniersystem (14) in der Sinterkammer (10) zu positionieren und wieder mit dem zumindest einen Vorschubsystem (12) weiter durch einen zweiten Abschnitt (8) des Hauptkörpers (4) zur Ausgangsschleusenkammer (60) vorzuschieben,

wobei die Eingangsschleusenkammer (40) und die Ausgangsschleusenkammer (60) den Hauptkörper (4) der Anlage (2) von der umgebenden Atmosphäre trennen,

wobei eine Fuidverbindung zwischen der Eingangsschleusenkammer (40) und dem Hauptkörper (4) dazu ausgelegt ist, die Eingangsschleusenkammer (40) mit Gas aus dem Hauptkörper (4) zu fluten und den Druck zwischen Haupt- körper (4) und Eingangsschleusenkammer (40) auszugleichen.

2. Anlage nach Anspruch 1, wobei die Eingangsschleusenkammer (40) evakuier- bar ist und/oder mit einer Vakuumpumpe verbunden oder verbindbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eingangsschleusenkammer (40) ein erstes Eingangsschleusentor (42), das die Eingangsschleusenkammer (40) zum Einbringen der Bauteile (106, 107) nach außen öffnet, und ein zweites Eingangsschleusentor (44), das zwischen Hauptkörper (4) und Eingangs- schleusenkammer (40) angeordnet ist, aufweist.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangs- schleusenkammer (40) mit einem Ladesystem (16) zum Einbringen der Bau- teile in die Anlage (2) ausgestattet ist.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptkörper der Anlage (2) eine sauerstoffreduzierte Atmosphäre und/oder eine Schutz- gasatmosphäre aufweist und/oder mit einem inerten Gas gefüllt ist.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hauptkörper (4) einen Boden aufweist, welcher zumindest abschnittsweise mit Graphit- Platten und/oder BN-Platten als Gleitfläche für den Vorschub der Bauteile (106, 107) ausgelegt ist.

7. Anlage einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteile (106, 107) in zumindest einem Werkzeug (100, 101) aufgenommen sind, das auf einer Grundplatte (102), die zum Vorschub durch den Hauptkörper ausgebildet ist, gelagert ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, wobei der Hauptkörper (4) eine seitliche Führung für die Grundplatte (102) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie ein An- heben der Grundplatte (102) beim Vorschub verhindert.

9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage Heiz- mittel und/oder Kühlmittel umfasst und/oder in dem ersten Abschnitt des Hauptkörpers (6) Heizmittel in zumindest einer oder in zumindest zwei Heiz- zonen (20, 21, 22) angeordnet sind und/oder wobei in dem zweiten Abschnitt des Hauptkörpers (8) zumindest eine Heizzone (23) mit Heizmitteln und zu- mindest eine Kühlzone (25) mit Kühlmitteln angeordnet sind.

10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sinterkammer (10) mittels zumindest eines Schiebers (80, 82) und/oder zumindest einer Tür und/oder zumindest oder Klappe von dem ersten Abschnitt (6) des Hauptkör- pers (4) und/oder dem zweiten Abschnitt (8) des Hauptkörpers (4) zumindest teilweise getrennt werden kann.

11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage (2) eine Heißpresse umfasst, welche so in einem mittleren Bereich des Hauptkörpers (4) angeordnet ist, dass die Bauteile (106, 107) mittels zumindest einer He- beeinrichtung (18) in die Sinterkammer (10) gehoben werden.

12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Positioniersys- tem (14) eine Positionsmesseinrichtung zum Messen der Position der Bauteile (106, 107) umfasst.

13. Verfahren zum Sintern von Bauteilen (106, 107) in einer Anlage (2) zum Sin- tern, umfassend die folgenden Schritte:

a) Einbringen des Bauteils (106, 107) in eine Eingangsschleusenkammer (40) der Anlage (2),

b) Erzeugen von Unterdrück in der Eingangsschleusenkammer (40) und nachfol- gendes Fluten der Eingangsschleusenkammer (40) mit Schutzgas,

c) Vorschieben des Bauteils (106, 107) in einen ersten Abschnitt (6) eines

Hauptkörpers (4) der Anlage (2) zu einer Sinterkammer (10),

d) Positionieren des Bauteils (106, 107) in der Sinterkammer (10),

e) Sintern des Bauteils (106, 107),

f) Vorschieben des Bauteils (106, 107) durch einen zweiten Abschnitt (8) des Hauptkörpers (4) der Anlage (2) zu einem Ausgang des Hauptkörpers (4), g) Vorschieben des Bauteils (106, 107) in eine Ausgangsschleusenkammer (60), h) Ausschleusen des Bauteils (106, 107).

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt d) die Schritte umfasst:

dl) Messen der Position des Bauteils (106, 107) mittels einer Positionsmessein- richtung,

d2) Positionieren des Bauteils (106, 107) mittels eines Vorschubsystems (12) um- fassend eine Vorschub- und eine Gegenschubeinrichtung.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zwei Bauteile (106, 107) gleich- zeitig gesintert werden, wobei der Schritt d) umfasst:

dla) Messen der Position des ersten Bauteils (106) mittels einer Positionsmessein- richtung,

dlb) Positionieren des ersten Bauteils (106),

die) Messen der Position des zweiten Bauteils (107) mittels der Positionsmessein- richtung,

dld) Positionieren des zweiten Bauteils (107) unabhängig von der Positionierung des ersten Bauteils (106).