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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren von insbesondere gesinterten Pressteilen, ein Verfahren zur Herstellung eines kalibrierten Pressteils, eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Kalibrierens von insbesondere gesinterten Pressteilen, eine Kalibrier-Presseneinrichtung sowie ein System zur Herstellung von kalibrierten, insbesondere gesinterten Pressteilen.
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Unter Kalibrieren versteht man das Nachverdichten und Nachformen von insbesondere gesinterten Pressteilen (durch einen weitern Pressvorgang) zur Verbesserung der Maßhaltigkeit und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Erhöhung der Dichte des Pressteils. Bei derzeit bekannten Kalibrierpressen wird üblicherweise ein definierter Kalibrierablauf unverändert gefahren, bis bei Bedarf die Presse gestoppt wird und manuelle Änderungen vorgenommen werden.
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DE 10 2010 009 800 B3 beschreibt eine Hochgenauigkeitskalibrierung eines Bauteils.
DE 10 2015 201 966 A1 beschreibt die Steuerung einer Pulverpresse. In
EP 1 964 664 B1 wird eine automatische Steuerung und Korrektur eines Stempelhubes beschrieben. Hierzu werden die Maße eines hergestellten Formlings erfasst. In
DE 103 01 224 A1 wird ein Verfahren für hydraulische Kalibrier- oder Pulverpressen zur Endpositionsregelung der jeweiligen Presse für maßgenaue Formkörper beschrieben. Während des Pressvorgangs wird ein charakteristischer Presswert (z. B. die Position des Pressstempels) in Abhängigkeit von einem anderen charakteristischen Presswert (z. B. Presskraft) gemessen und die Endposition des bereits vorgerückten, in Pressstellung befindlichen Stempels in Abhängigkeit von der Messung korrigiert. Dadurch kann eine Solldicke eines Pressteils, beispielsweise bei einem Kalibriervorgang, mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Das Verfahren gemäß
DE 103 01 224 A1 wird jedoch insgesamt als vergleichsweise aufwändig angesehen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kalibrieren von insbesondere gesinterten Pressteilen vorzuschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise eine möglichst geringe Fertigungstoleranz des Pressteils nach dem Kalibrieren eingehalten werden kann.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines kalibrierten Pressteils, eine entsprechende Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Kalibrierens von insbesondere gesinterten Pressteilen, eine entsprechende Kalibrier-Presseneinrichtung sowie ein entsprechendes System zur Herstellung von kalibrierten, insbesondere gesinterten, Pressteilen vorzuschlagen.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Kalibrieren von (vorzugsweise gesinterten) Pressteilen gelöst, wobei ein Kalibriervorgang jedes einzelnen Pressteils in Abhängigkeit mindestens eines vor dem Kalibrieren gemessenen, spezifischen Pressteilparameters des jeweiligen Pressteils und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Herstellungsparameters eines vorangehenden Press- und/oder Sinterschrittes des jeweiligen Pressteils gesteuert (ggf. geregelt) wird.
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Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin einen spezifischen Pressteilparameter vor dem Kalibrieren jedes einzelnen Pressteils zu messen und/oder einen Herstellungsparameter eines vorangehenden Press- und/oder Sinterschrittes jedes einzelnen Pressteils zu erfassen und in Abhängigkeit von den gemessenen/erfassten Werten den Kalibriervorgang jedes einzelnen Pressteils zu steuern (insbesondere zu regeln).
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Im Unterschied zum Stand der Technik werden also insbesondere die Parameter der vorangegangenen Prozessschritte (Pressen, insbesondere Pulverpressen bzw. Sintern) sowie (alternativ oder zusätzlich) pressteilspezifische Eigenschaften des individuellen Pressteils vor dem Kalibrieren (z. B. geometrische Maße, Gewicht und/oder Dichte - als solche) beim Kalibrieren berücksichtigt. Dadurch dass (zumindest in einer Alternative) die spezifischen Pressteilparameter des jeweiligen Pressteils als solche herangezogen werden, wird ein vergleichsweise einfaches Verfahren erzielt (insbesondere im Vergleich zu
DE 103 01 224 A1 , wo versucht wird verschiedene Pressteildicken durch Abgleich einer Presskraft und Pressposition beim kalibrierten Pressteil auszugleichen).
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Insbesondere konnte bei durchgeführten Kalibrierversuchen ein eindeutiger Zusammenhang zwischen einem Pressteilgewicht und Pressteilhöhe nach dem Kalibrieren festgestellt werden, auch wenn die untersuchten Pressteile vor dem Kalibrieren annähernd identische geometrische Eigenschaften hatten. Weiter wurde erkannt, dass durch einen auf die pressteilspezifischen Parameter bzw. vorangegangenen Prozessschritte angepasster Kalibrierablauf (insbesondere eine pressteilspezifische Kraft/Positionsregelung), deutlich engere Pressteiltoleranzen nach dem Kalibrieren eingehalten werden können, wenn für jedes (individuelle) Pressteil ein oder mehrere spezifische Parameter vor dem Kalibrieren bekannt sind (beispielsweise eine Pressteilhöhe, eine Pressteilbreite, eine Segmenthöhe, ein Gewicht, eine Dichte, eine Presskraft beim (Pulver-) Pressen und/oder eine Pressposition beim (Pulver-) Pressen) und im Kalibrierablauf sowie den resultierenden Kalibrierpositionen entsprechend berücksichtigt werden.
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Unter einer Pressteilhöhe ist insbesondere eine Länge des (gesamten) Pressteils in axialer Richtung bzw. Pressrichtung (während eines dem Kalibrieren vorangehenden Pressschrittes) zu verstehen. Unter einer Segmenthöhe ist insbesondere eine Höhe eines Segmentes des Pressteils in axialer Richtung bzw. Pressrichtung (während eines dem Kalibrieren vorangehenden Pressschrittes) zu verstehen. Unter einer Pressteilbreite ist insbesondere eine (maximale) Ausdehnung eines radialen Schnittes eines Pressteils bzw. eines Querschnittes des Pressteils senkrecht auf die Pressrichtung (während eines dem Kalibrieren vorangehenden Pressschrittes) zu verstehen.
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Vorzugsweise erfolgt das Kalibrieren jedes einzelnen Pressteils in Abhängigkeit eines (zuvor gemessenen) dem Pressteil inhärenten Parameters, insbesondere eines Gewichtes und/oder eines geometrischen Maßes, vorzugsweise einer Höhe, insbesondere Pressteilhöhe und/oder Segmenthöhe, und/oder eines Volumens, und/oder einer Dichte des Pressteils (als jeweiliger spezifischer Pressteilparameter bzw. als jeweilige spezifische Pressteilparameter). Insbesondere bei der Steuerung (Regelung) in Abhängigkeit eines Gewichtes und/oder einer Dichte des Pressteils können Pressteilhöhen mit einer geringen Fertigungstoleranzen erzielt werden.
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Im Allgemeinen ist unter einem spezifischen Pressteilparameter des jeweiligen Pressteils ein Parameter zu verstehen, der dem Pressteil inhärent ist, also dessen strukturell-körperliche Ausprägung definiert. Unter einem Herstellungsparameter ist demgegenüber ein Parameter zu verstehen, der dem jeweiligen Pressteil nicht inhärent ist aber mit diesem verknüpft ist, insbesondere durch einen (dem Kalibrierschritt) vorangehenden Herstellungsschritt, vorzugsweise (Pulver-) Pressschritt und/oder Sinterschritt des jeweiligen Pressteils. Insofern kann unter einem Herstellungsparameter ein „Press- und/oder Sinterparameter“ zu verstehen, sofern nichts anderes angegeben ist oder sich nichts anderes aus dem Zusammenhang ergibt.
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In einer bevorzugten, alternativen Ausführungsform wird das Kalibrieren jedes einzelnen Pressteils in Abhängigkeit einer (zuvor ermittelten bzw. übermittelten) Pressposition (eines Pressweges) und/oder einer Presskraft eines vorangehenden (Pulver-) Pressvorgangs (als Herstellungsparameter) gesteuert (bzw. geregelt). Die Pressposition bzw. Presskraft kann innerhalb eines Verfahrens zur Herstellung eines kalibrierten Pressteils bestimmt, insbesondere gemessen werden bzw. innerhalb des Kalibrierverfahrens selbst entsprechend als Input bereitgestellt werden (übermittelt werden).
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Unter Pressposition (Pressweg) ist vorzugsweise die Position (Weg), z. B. Endposition, eines jeweiligen Pressstempels zu verstehen (der zum Kalibrieren bzw. vorangehendem (Pulver-)Pressen verwendet wird). Unter Presskraft ist vorzugsweise die durch den jeweiligen Pressstempels (der zum Kalibrieren bzw. vorangehendem (Pulver-)Pressen verwendet wird) beim Pressen aufgewendete Kraft zu verstehen.
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Die Steuerung (Regelung) des Kalibrierablaufs umfasst vorzugsweise eine Steuerung (Regelung) einer Kraft und/oder einer Position (eines Weges bzw. Stempelweges) beim Kalibrieren. Ausführungsgemäß ist die Presskraft beim Kalibrieren nicht (unmittelbar) abhängig von der Pressposition (bzw. umgekehrt), sondern wird in Abhängigkeit von dem zuvor ermittelten Pressteilparameter und/oder Herstellungsparameter eingestellt. Es ist jedoch auch ggf. möglich zusätzlich die Presskraft während des Kalibrierens in Abhängigkeit von der Pressposition während des Kalibrierens zu steuern (regeln).
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Eine Kalibrierpresse wird vorzugsweise während des Kalibrierens der Pressteile nicht gestoppt (es handelt sich also insbesondere um einen kontinuierlichen Prozess, bei dem kontinuierlich bzw. sukzessive einzelne, insbesondere gesinterte Pressteile, in der Kalibrierpresse angeordnet werden und dann gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kalibriert werden). Unter einem Stoppen ist insbesondere ein Anhalten der Kalibrierpresse nach Beendigung eines einzelnen Kalibriervorgangs (eines einzelnen Pressteils) zu verstehen (was beispielsweise im Stand der Technik erfolgt, um die Kalibriereinstellungen manuell ändern zu können).
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Eine/die Kalibrier-Presseneinrichtung wird vorzugsweise während des Kalibrierens eines einzelnen Pressteils nicht angehalten (eines Stempel-Geschwindigkeit beim Kalibrier-Pressen ist also - bis zum Erreichen eine Stempelendposition - immer größer Null währen des Pressens des einzelnen Pressteils). Dadurch kann ein einfaches und dennoch genaues Kalibrieren erreicht werden.
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Das Verfahren zum Kalibrieren kann ein Kalibrieren einer Vielzahl von (gesinterten) Pressteilen umfassen, beispielsweise mindestens 10 oder mindestens 100 oder mindestens 1000 Pressteile, wobei ein einzelner Kalibriervorgang eines einzelnen der Vielzahl von Pressteilen eine Zeit von vorzugweise weniger als 30 Sekunden, weiter vorzugsweise weniger als 10 Sekunden beträgt.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch ein Verfahren zur Herstellung eines kalibrierten Pressteils gelöst, umfassend die Schritte:
- - Pressen eines Ausgangsmaterials, insbesondere Pulvers, zu einem Pressteil,
- - vorzugsweise Sintern des Pressteils,
- - Kalibrieren des (gesinterten) Pressteils nach dem oben beschriebenen Verfahren.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung (insbesondere Regelung) eines Kalibrierens von (vorzugsweise gesinterten) Pressteilen gelöst, vorzugsweise gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, einen Kalibriervorgang jedes einzelnen Pressteils in Abhängigkeit mindestens eines vor dem Kalibrieren gemessenen, spezifischen Pressteilparameters des jeweiligen Pressteils und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Herstellungsparameters eines vorangehenden Press- und/oder Sinterschrittes des jeweiligen Pressteils zu steuern (insbesondere zu regeln).
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Die Steuerungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Einrichtung (insbesondere umfassend einen oder mehrere Sensoren) zur Bestimmung eines Gewichtes und/oder einer Dichte und/oder eines geometrischen Maßes, insbesondere einer Höhe, vorzugsweise Pressteilhöhe und/oder Pressteilbreite und/oder Segmenthöhe und/oder eines Volumens und/oder einer Dichte des Pressteils (als spezifischen Pressteilparameter bzw. spezifische Pressteilparameter).
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Die Steuerungseinrichtung kann mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Pressposition und/oder einer Presskraft eines vorangehenden (Pulver-) Pressvorgangs (als Herstellungsparameter) umfassen.
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Weiterhin kann die Steuerungseinrichtung konfiguriert sein, eine Presskraft und/oder eine Pressposition (eines Stempels) beim Kalibrieren zu steuern (zu regeln).
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch eine Kalibrier-Presseneinrichtung, umfassend die obige Steuerungseinrichtung gelöst.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch ein System zur Herstellung von kalibrierten (gesinterten) Pressteilen gelöst, umfassend:
- - eine Presseneinrichtung zum Pressen eines Ausgangsmaterials, insbesondere Pulvers, zu einem Pressteil,
- - vorzugsweise eine Sintereinrichtung zum Sintern des Pressteils und
- - eine Kalibrier-Presseneinrichtung der oben erwähnten Art.
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Vorzugsweise umfasst das System mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung (Messung) einer Presskraft und/oder Pressposition beim Pressen des Ausgangsmaterials (Pulvers).
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In Ausführungsformen können nach dem Kalibrieren (eines jeweiligen Pressteils) mindestens ein Kalibrier-Pressteilparameter erfasst werden, beispielsweise ein Gewicht und/oder eine Dichte und/oder ein geometrischen Maß, insbesondere eine Höhe, vorzugsweise Pressteilhöhe und/oder Segmenthöhe, und/oder ein Volumen, und/oder eine Dichte des Pressteils. Dieser mindestens eine Kalibrier-Pressteilparameter kann (insbesondere in Kombination mit mindestens einem vor dem Kalibrieren gemessenen Pressteilparameter eines nachfolgenden Pressteils und/oder mindestens einem Herstellungsparameter eines/des nachfolgenden Pressteils) zur kontinuierlichen Optimierung (Nachregelung) des Kalibrierens eines/des nachfolgenden Pressteils verwendet werden.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung von kalibrierten, gesinterten Pressteilen;
- 2 ein Schema zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Herstellung von kalibrierten gesinterten Pressteilen.
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Das System umfasst eine Pulverpresseneinrichtung 10, eine Sintereinrichtung 11, eine Kalibrier-Presseneinrichtung 12 sowie eine Steuerungseinrichtung 13.
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In der Pulverpresseneinrichtung 10 wird aus einem Ausgangsmaterial (Pulver) ein Pressteil hergestellt.
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In der Pulverpresseneinrichtung 10 kann insbesondere eine Einrichtung 14 zur Bestimmung (Messung) einer Pressposition (eines Stempelweges) und/oder einer Presskraft vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein (Gesamt-) Stempelweg und/oder eine Anfangsposition des Stempels (vor dem Pressen) und/oder eine Endposition des Stempels bestimmt werden. Gegebenenfalls kann die Stempelposition auch in Abhängigkeit von der Zeit (insbesondere kontinuierlich) gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Stempelkraft, beispielsweise in zeitlicher Abhängigkeit während des Pressens, gemessen werden. Dabei kann auch insbesondere eine Abhängigkeit der Pressposition von der Presskraft (und/oder umgekehrt) bestimmt werden.
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Entsprechende Herstellungsparameter (insbesondere Pressposition und/oder Presskraft) können dann an die Steuerungseinrichtung 13 übermittelt werden. Dazu hat die Steuerungseinrichtung 13 insbesondere eine Einrichtung 15 zur Aufnahme (Erfassung) des einen oder der mehreren Herstellungsparameter(s) von der Einrichtung 14 zur Bestimmung einer Pressposition und/oder Presskraft der Pulverpresseneinrichtung 10.
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Weiterhin kann optional durch die Steuereinrichtung 13 bzw. deren Einrichtung 15 zur Aufnahme eines Herstellungsparameters ein Parameter der Sintereinrichtung 11 (beispielsweise eine Sintertemperatur bzw. Sintertemperaturverlauf) aufgenommen (erfasst) werden. Die Steuerungseinrichtung 13 umfasst weiterhin eine Einrichtung 16 zur Bestimmung mindestens eines Pressteilparameters (beispielsweise Gewicht und/oder Dichte und/oder ein geometrisches Maß, insbesondere Höhe, vorzugsweise Pressteilhöhe und/oder Pressteilbreite und/oder Segmenthöhe und/oder eines Volumens). Die Einrichtung 16 zur Bestimmung eines Pressteilparameters kann integraler Bestandteil der Steuerungseinrichtung 13 sein oder mit dieser verbunden sein (so dass zwischen Einrichtung 16 und Steuerungseinrichtung 13 kommuniziert werden kann).
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In Abhängigkeit von Herstellungsparametern, die von der Pulverpresseinrichtung 10 (bzw. deren Einrichtung 14 zur Bestimmung mindestens eines Herstellungsparameters) und/oder der Sintereinrichtung 11 übermittelt werden und/oder Daten die von der Einrichtung 16 zur Bestimmung mindestens eines Pressteilparameters bereitgestellt (und ggf. an die Steuereinrichtung 13 übermittelt) werden, steuert die Steuerungseinrichtung 13 nun die Kalibrier-Presseneinrichtung 12, insbesondere hinsichtlich einer Pressposition und/oder einer Presskraft.
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Die Steuerungseinrichtung 13 kann integraler Bestandteil der Kalibrier-Presseneinrichtung 12 sein oder als separates Bauteil ausgebildet sein (und mit der Kalibrier-Presseneinrichtung 12 drahtlos oder drahtgebunden kommunizieren). Auch die Einrichtung 16 zur Bestimmung mindestens eines Pressteilparameters kann integraler Bestandteil der Kalibrier-Presseneinrichtung sein oder als separates Bauteil ausgebildet sein.
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In 2 ist ein schematischer Ablauf zur Herstellung eines einzelnen kalibrierten, gesinterten Pressteils gezeigt. In einem Schritt 1 wird zunächst aus einem Pulver (Ausgangsmaterial) ein Pressteil gepresst. Dieses wird dann in einem Schritt 2 gesintert. Danach werden in einem Schritt 3 mindestens ein Herstellungsparameter (der ggf. während des Schrittes 1 und/oder 2 gemessen worden ist) aufgenommen (erfasst) und/oder mindestens ein Pressteilparameter bestimmt (erfasst), insbesondere gemessen. Daraufhin erfolgt dann das eigentliche Kalibrieren im Schritt 4 (also Pressen des gesinterten Pressteils zu dem Endprodukt, nämlich dem kalibrierten, gesinterten Pressteil) unter Berücksichtigung des Herstellungsparameters und/oder Pressteilparameters.
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Soweit sich aus dem jeweiligen Zusammenhang nichts anderes ergibt ist unter einem „Pressteil“ ein Teil (Produkt) zu verstehen, das sich durch Pressen in einer (Pulver-) Presseneinrichtung ergibt; unter „gesintertem Pressteil“ ein Teil (Produkt), das gepresst und gesintert ist; und unter einem „kalibrierten, gesinterten Pressteil“ ein Teil (Endprodukt), das den Verfahrensschritt des Kalibrierens durchlaufen hat und (ggf. mit geringfügigen Nachbearbeitungsschritten) fertig zur Verwendung ist.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verfahrensschritt „Pressen“
- 2
- Verfahrensschritt „Sintern“
- 3
- Verfahrensschritt „Bestimmung Parameter“
- 4
- Verfahrensschritt „Kalibrieren“
- 10
- (Pulver-) Presseneinrichtung
- 11
- Sintereinrichtung
- 12
- Kalibrier-Presseneinrichtung
- 13
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Einrichtung zur Bestimmung mindestens eines Herstellungsparameters
- 15
- Einrichtung zur Aufnahme mindestens eines Herstellungsparameters
- 16
- Einrichtung zur Bestimmung mindestens eines Pressteilparameters
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010009800 B3 [0003]
- DE 102015201966 A1 [0003]
- EP 1964664 B1 [0003]
- DE 10301224 A1 [0003, 0008]
