DE4303396A1

DE4303396A1 - Preßformen von perforierten Gegenständen

Info

Publication number: DE4303396A1
Application number: DE4303396A
Authority: DE
Inventors: Terence Corcoran
Original assignee: GTB Components Ltd
Current assignee: GTB Components Ltd
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-04-21
Also published as: WO1994008743A1; ATE154904T1; ITTO930050A0; CZ95195A3; EP0669860B1; ES2062938R; DE69311909T2; IT1260870B; ES2062938A2; EP0669860A1; NL9300942A; HU9501090D0; SK49895A3; ITTO930050A1; DE69311909D1; SK283087B6; HU218087B; CZ291187B6; ES2062938B1; AU5117093A

Description

Die Erfindung betrifft das Formen, insbesondere Preßformen, von mit Öffnungen versehenen Gegenständen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung eines Gegenstandes durch Pressen/ Drücken oder Verdichten von aus Partikeln bestehendem Material in einer Form, die so gestaltet ist, daß der Gegenstand mit einem Loch versehen wird, das rechtwinklig zu der Preßrichtung verläuft.

Beim Herstellen eines Gegenstands aus Metallpulver oder derglei chen durch Pressen bzw. Druckausüben ist man bislang davon aus gegangen, daß Löcher rechtwinklig zu der Preßachse nicht geformt werden können. Siehe hierzu beispielsweise "Iron Powder Hand book, 1957 Bd. 1, Abtlg. D, Kap. 20, S. 45" sowie "Handbook of Powder Metallurgy, 2. Ausg., 1982, S. 144". Es ist deshalb bis lang übliche Praxis gewesen, ein derartiges Loch in einem zwei ten Arbeitsgang durch eine spanabhebende Formgebung auszubilden.

Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum (Preß-)Formen von mit Öff nungen versehenen Gegenständen zu schaffen, das es erlaubt, die jeweilige Öffnung bzw. die Öffnungen gleichzeitig mit dem Formen des Gegenstands in einem gemeinsamen Herstellungsschritt auszu bilden. Außerdem soll ein vorteilhaftes Formwerkzeug zur Her stellung des in Rede stehenden, mit Öffnungen versehenen Gegen stands geschaffen werden. Schließlich soll ein mit Öffnungen versehener Formgegenstand geschaffen werden, der insbesondere im Bereich der Öffnungen hoch belastbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Herstellungsverfah rens durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5, hinsichtlich des Werkzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Formgegenstands durch die Merkmale des Anspruchs 8.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen eines Gegenstands, insbesondere zum Preßformen aus einem aus Partikeln bestehenden Material geschaffen, wobei der Gegenstand in seiner Wandung (Seitenwand) wenigstens ein Loch aufweist, wobei das Verfahren erfindungsgemäß folgende Schritte umfaßt:
Anordnung einer Seitenkernstange zur Ausbildung des Loches in einem (Preß-)Formteil derart, daß sie sich von einer Seite des Formteils zu dessen anderer Seite erstreckt,
Einbringen eines aus Partikeln bestehenden Materials in das Formteil,
Kontaktieren des Formteils mit einem weiteren Formteil und Ver dichten des Materials durch Anlegen von Druck entlang einer zu der Kernachse verlaufenden Achse, um den Gegenstand mit Loch zu formen, und
Entfernen des preßgeformten Gegenstands aus der Form.

Vorzugsweise umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren als speziel len Verfahrensschritt das Anordnen der Innenkernstange in den Formteilen derart, daß die Stange sich in die Richtung des Drucks erstreckt, der an die Formteile angelegt wird, um dadurch einen Durchgang in dem Gegenstand auszubilden, wobei das Loch ausgebildet wird durch die Seitenkernstange, die sich von der Seitenwand des Gegenstands zu dem Durchgang erstreckt. Vorzugs weise ist die Seitenkernstange so bemessen, daß das Loch mit dem Durchgang kommuniziert. Vorzugsweise umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren das Anordnen wenigstens zweier lochausbildender Kern stangen an diametral gegenüberliegenden Seiten des Formteils.

Bei einem herkömmlichen Gesenk bzw. einem herkömmlichen Preß werkzeug wird loses, aus Partikeln bestehendes Material, bei spielsweise Metallpulver, in der offenen Presse angeordnet. Das Stempelteil wird dann in einer geradlinigen Richtung bewegt, um das aus Partikeln bestehende Material um einen Faktor von 2 : 1 auf eine vorbestimmte Dichte zu komprimieren bzw. verdichten, typischerweise auf eine Dichte von etwa 6,5 g/cm³. Wenn in Über einstimmung mit der Erfindung in der Form eine Seitenkernstange vorhanden ist, ist das Kompressionsverhältnis, insbesondere im Bereich der Kernstange höher, so daß die Dichte in diesen Berei chen Werte bis etwa 7,4 g/cm³ annimmt.

Ohne den Schutzumfang in irgendeiner Weise beschränken zu wol len, soll für die Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Theorie vorgestellt werden, die ihre Stütze in Untersuchun gen der Anmelderin findet, und dergemäß die Materialpartikel dazu neigen, sich seitlich ebenso zu bewegen wie in Richtung der Druckausübung, und zwar mit dem Ergebnis, daß eine Konzentration verdichteten Materials und daher höherer Dichte in den Bereichen erzielt wird, die das Loch festlegen.

Insbesondere zeigen diese Untersuchungen, daß im Gegensatz zu der herkömmlichen Theorie, Pulverpartikel von oberhalb und un terhalb der Seitenkernstangen während des anfänglichen Verdich tens versetzt bzw. verschoben werden, um eine hinreichende mitt lere Dichte zwischen den Löchern mit einer höheren Dichte ober halb und unterhalb der Löcher, an diese angrenzend, zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann deshalb dazu verwendet werden, in einem einzigen Preßvorgang Gegenstände zu formen, die unterschiedliche Dichte in unterschiedlichen, ausge wählten Bereichen aufweisen. Dadurch kann in diesen Bereichen eine erhöhte Härte und Widerstandsfähigkeit erreicht werden. Mit anderen Worten lassen sich auf diese Weise mit einfachen Mitteln Gegenstände herstellen, die in ausgewählten Teilbereichen dich ter und widerstandsfähiger sind, so daß diese Gegenstandsteilbe reiche höheren Belastungen ausgesetzt werden können. Ein Bei spiel für solche Gegenstände stellt ein Abstandsstück bzw. ein Abstandshalter für einen Zentralheizungs-Heißwasserheizkörper dar oder einen anderen Wärmetauscher, der einer Bruchbelastung ausgesetzt ist, wenn er an ein oder mehrere Paneele angeschlos sen, beispielsweise angenietet wird. Der Heizkörper kann dabei eine an sich bekannte Konstruktion aufweisen.

Das Ausmaß, auf das die Dichte in dem Bereich des auszubildenden Lochs eingestellt werden kann, hängt von einer Anzahl von Fakto ren ab, beispielsweise von den Querschnittsabmessungen und der Gestalt der Seitenkernstange.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden zur Preß formerzeugung eines beliebigen Gegenstands, in dessen Wandung wenigstens ein Loch auszubilden ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt schafft die Erfindung ein (Preß-)Formverfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Ge genstands aus verdichtetem partikelförmigen Material, der in einer Wandung (Seitenwand) wenigstens ein Loch aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Anordnen einer Innenkernstange in einem weiblichen (Preß-)Form teil,
Anordnen wenigstens einer Seitenkernstange in dem Formteil, wo bei sich die Seitenkernstange rechtwinklig zur Innenkernstange erstreckt,
Einbringen des Materials in das Formteil,
Einführen eines männlichen (Preß-)Formteils in das weibliche Formteil zum Verdichten des Materials,
Zurückziehen der Stangen, und
Entfernen des ausgeformten rohrförmigen Gegenstands, der wenig stens ein Loch in seiner Wandung aufweist, aus der (Preß-)Form.

Das partikelförmige bzw. aus Partikeln bestehende Material kann jedes geeignete Material sein, typischerweise handelt es sich dabei um Pulver oder um gesintertes Metall oder dergleichen.

Die Erfindung schafft ferner ein vorteilhaftes (Preß-)Werkzeug zur Herstellung eines rohrförmigen Gegenstands aus verdichtetem partikelförmigen Material, wobei der Gegenstand einen Durchgang und wenigstens ein seitliches Loch aufweist. Das erfindungsgemä ße Werkzeug umfaßt ein weibliches Formteil, das eine Formhöhlung festlegt, ein erstes Stempelteil an einem Ende der Höhlung, eine Innenkernstange, die sich in die Höhlung, ausgehend von dem ersten Stempelteil erstreckt, wenigstens eine herausziehbare Seitenkernstange, die sich in die Höhlung rechtwinklig zu der Innenkernstange erstreckt, und ein zweites Stempelteil am ande ren Ende der Höhlung, wobei während des Formvorgangs, nachdem der erste Stempelteil vorgeschoben worden ist, um die Innenkern stange dazu zu veranlassen, in die Höhlung hineinzustehen, und der Seitenkern derart bewegt worden ist, daß er zu der Innen kernstange vorsteht, partikelförmiges Material in die Höhlung eingeführt wird und die Stempelteile aufeinander zu bewegt wer den, um das partikelförmige Material in der Höhlung zur Ausbil dung des Gegenstands zu verdichten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gegenstand geschaffen, der aus verdichtetem partikelförmigen Material be steht und einen axialen Durchgang sowie wenigstens ein seitli ches Loch aufweist, das sich zu dem Durchgang erstreckt, wobei Gegenstand und Loch in einem einzigen Preßvorgang hergestellt werden.

Die Erfindung schafft demnach ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von mit Löchern versehenen Gegenständen, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik ein Bohren der seitlichen Löcher nach der Verdichtung des Gegenstands entfällt, da die Löcher zusammen mit dem (Preß-)Formvorgang der Gegenstände erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Menge des erforderlichen Rohmaterials im Vergleich zum Stand der Technik vermindert ist. Schließlich erlaubt das erfindungs gemäße Herstellungsverfahren eine gezielte Steuerung der Dichte des Gegenstands, um in den Bereichen eine höhere Widerstands fähigkeit zu schaffen, die beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Gegenstands am stärksten belastet werden, relativ zu den Berei chen, die einer geringeren Belastung ausgesetzt sind.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläu tert werden. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Preßform werkzeugs zur Herstellung eines Abstandsstücks für einen Zentralheizungsheizkörper während des Füllvor gangs;

Fig. 2 dieselbe Ansicht wie in Fig. 1 während des Injektions vorgangs;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des preßgeformten Gegen stands; und

Fig. 4 eine Seitenaufrißansicht des Gegenstands von Fig. 3.

Die Gießform umfaßt eine Platte 1, die eine vertikal sich er streckende Höhlung bzw. Bohrung 2 aufweist. Eine Innenkernstange 3 ist in der Höhlung angeordnet und an ihrem unteren Ende von einem zylinderförmigen Bodenstempelteil 4 umgeben. Die Innen kernstange 3 schließt bündig ab mit der oberen Außenfläche des Formwerkzeugs. Durchgänge 5 sind in den Seiten der Platte 1 vorhanden und münden seitlich in die Höhlung 2. Die einander gegenüberliegenden Durchgänge 5 sind axial in horizontaler Rich tung miteinander ausgerichtet. Die Durchgänge nehmen Seitenkern stangen 6 auf, die mittels nicht dargestellter Antriebsmittel vorgeschoben werden können, um in Kontakt zu gelangen mit der Innenkernstange 3. Ein Kopfstempelteil 7 ist über der Höhlung 2, außer Eingriff mit dieser, angeordnet.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Preßformverfahrens wird die Höhlung mit einem verdichtbaren Material, wie beispielsweise Eisenpulver, das gegebenenfalls Additive enthält, befüllt. Der Kopfstempel 7 wird abgesenkt und der Bodenstempel 4 wird relativ zu dem Kopfstempel 7 vorgeschoben, um das Material zur Ausbil dung des Abstandsstücks zu verdichten. Das Verdichtungsverhält nis beträgt 2 : 1. Nach der Anlegung des Drucks für eine bestimmte Zeit wird der Kopfstempel 7 angehoben, die Seitenkernstangen 6 werden zurückgezogen und der Bodenstempel 4 wird angehoben bzw. weiter in die Höhlung 2 vorgeschoben, um das ausgeformte Ab standsstück auf die Oberseite der Platte 1 vorzuschieben. Das Abstandsstück 10 (das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist) wird entnommen und der vorstehend beschriebene Herstellungszyklus wird wiederholt.

Das Abstandsstück 10 besteht im dargestellten Ausführungsbei spiel aus einem zylindrischen Ring verdichteten Eisenpulvers, der zwei Paare diametral einander gegenüberliegender, zylindri scher Löcher 11 aufweist, die mit zwei der in Fig. 1 dargestell ten, lotrecht zueinander ausgerichteten Seitenkernstangen-Paare erzeugt worden sind. Eine Untersuchung der die Löcher 11 festle genden Ringwandungsabschnitte zeigt, daß dort eine erhöhte Mate rialdichte und -härte oberhalb und unterhalb der Löcher vor liegt, und daß die Lochwandungen nicht so scharf (begrenzt) bzw. scharfkantig ausgebildet sind, wie dies der Fall wäre, wenn die Löcher gebohrt worden wären.

Aufgrund der Art und Weise, in der die Verdichtung stattfindet, ist es möglich, das partikelförmige Material so zu verdichten, daß der daraus hergestellte Gegenstand Bereiche oder Zonen un terschiedlicher Dichte aufweist. So weist das Material über dem durch die Seitenstangen ausgebildeten Loch eine erhöhte Dichte auf, was zur Folge hat, daß das Abstandsstück (Fig. 3, 4) in demjenigen Bereich widerstandsfähiger ist, der bei den herkömm lichen Herstellungsverfahren eine Schwachstelle darstellt. Au ßerdem ist die erfindungsgemäße Herstellung des Abstandsstücks kostengünstiger, weil der Gegenstand in einem einzigen Form schritt, einschließlich der Löcher, hergestellt wird.

Bei den meisten herkömmlichen Zentralheizungsheizkörpern aus Gußstahl gehen die Einlaß- und Auslaßanschlüsse in das hintere Paneel an den Ecken über. Es gibt Heizkörper, die lediglich Bodenanschlüsse aufweisen, solche, die sowohl Boden- wie Ober seitenanschlüsse aufweisen, das heißt in jeder Ecke am hinteren Paneel. Die meisten Hersteller schweißen die Verbindungsstücke bzw. Anschlüsse an das hintere Paneel mittels Punktschweißen an. Da der Heizkörper an dieser Stelle hohl ist, wird zwischen den vorderen und hinteren Paneelen zur Abstützung des hinteren Pa neels während des Schweißvorgangs ein Abstandsstück eingesetzt. Die Abstandsstücke sind allgemein ringförmig ausgebildet, wobei Wasser durch die Verbindung in das Zentrum des Rings eintritt sowie über Löcher oder Schlitze austritt, die seitlich in dem Abstandsstück vorgesehen sind. Das Abstandsstück muß während der Herstellung entweder exakt über einer Bohrung angeordnet werden, die bereits in das rückwärtige Paneel eingebracht bzw. einge stanzt ist oder es muß an einer definierten Stelle unter einem diamantförmigen bzw. Diamant-Stanzteil angeordnet werden. Das Abstandsstück wird dann an dem Paneel durch ein Stanzstück befe stigt, das das Material in das zentrale Loch bzw. die zentrale Bohrung des Abstandsstücks stanzt oder es befestigt mittels des diamantenförmigen Stanzteils, das schneidend und eintauchend geführt wird, um das Abstandsstück positionsgenau zu haltern. Es ist außerdem bekannt, ein Loch in das Paneel zu schneiden, in das ein Abstandsstück mit einem Kragen eingepaßt wird, das dann geringfügig geklopft bzw. gehämmert wird, um in der erwünschten Weise gehaltert zu werden. Da das erfindungsgemäße Abstandsstück um das Loch herum eine erhöhte Stärke oder Widerstandsfähigkeit aufweist, ist es wesentlich besser geeignet als herkömmliche Abstandsstücke, den Kräften zu widerstehen, die auf das Ab standsstück einwirken, wenn es an den Paneelen befestigt wird, die einen Teil des Heizkörpers bilden, der mit einem, zwei oder drei Paneelen aufgebaut sein kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß dem zu verdichtenden Pulver Additive zugesetzt sind, wie beispielsweise solche Additive, die den Fluß losen teilchenförmigen Materials unterstützen. Ferner kann die Anzahl und Anordnung der Seitenkernstangen variiert werden. Schließlich können Maßnahmen ergriffen werden, um eine Beschädigung der Sei tenkernstangen während der Verdichtung zu verhindern. So kann es zu diesem Zweck beispielsweise vorgesehen sein, den Druck ober halb und unterhalb zu vergleichmäßigen, wodurch das Formteil während des Verdichtungsvorgangs nach unten zu gleiten bzw. zu rutschen vermag.

Claims

1. Verfahren zum Formen, insbesondere Preßformen, eines Ge genstands aus partikelförmigem Material, wobei der Gegen stand in einer Seitenwand wenigstens ein Loch aufweist, mit den Schritten:
Anordnung einer Seitenkernstange zur Ausbildung des Loches in einem Formteil derart, daß sie sich von einer Seite des Formteils zur anderen Seite desselben erstreckt,
Einbringen eines aus Partikeln bestehenden Materials in das Formteil,
Kontaktieren des Formteils mit einem weiteren Formteil und Verdichten des Materials durch Anlegen von Druck entlang einer Achse rechtwinklig zur Kernachse, um den Gegenstand mit dem Loch zu formen, und
Entfernen des geformten Gegenstands aus der Form.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenkernstange in den Formteilen so angeordnet wird, daß sie sich in der Richtung des Drucks erstreckt, der an die Formteile angelegt wird, wodurch ein Durchgang in dem Gegenstand gebildet wird, wobei das Loch sich von der Seitenwand des Gegenstands zu dem Durchgang erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Seitenkernstange so bemessen ist, daß das dadurch ausgebildete Loch mit dem Durchgang kommuniziert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei lochausbildende Kernstangen an diame tral gegenüberliegenden Seiten des Formteils angeordnet werden.

5. Verfahren zum Formen eines rohrförmigen Teils aus verdich tetem partikelförmigen Material, wobei der Gegenstand in einer Seitenwand wenigstens ein Loch aufweist, mit den Schritten:
Anordnen einer Innenkernstange in einem weiblichen Form teil,
Anordnen wenigstens einer Seitenkernstange in dem Form teil, wobei sich die Seitenkernstange rechtwinklig zu dem Innenkern erstreckt,
Einbringen des Materials in das Formteil,
Einführen eines männlichen Formteils in das weibliche Formteil zum Verdichten des Materials,
Zurückziehen der Stangen, und
Entfernen des ausgeformten rohrförmigen Gegenstands, der wenigstens ein Loch in seiner Seitenwand aufweist, aus der Form.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Gegenstand ein Abstandsstück für einen Heißwasser-Zentralheizungsheizkörper, Wärmetauscher oder dergleichen ist.

7. Formwerkzeug zur Verwendung bei der Herstellung eines rohrförmigen Gegenstands aus verdichtetem teilchenförmigen Material, wobei der Gegenstand ein seitliches Loch auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein weibliches Formteil (1) umfaßt, das eine Formhöhlung (2) festlegt, einen ersten Stempel (4), der in ein Ende der Höhlung (2) hineinragt, eine Innen kernstange (3), die in einer axialen Bohrung des ersten Stempels (4) geführt ist und sich in die Höhlung (2) hin ein erstreckt, wobei wenigstens eine Seitenkernstange (6) sich in die Höhlung rechtwinklig zu der Innenkernstange hinein erstreckt, und wobei ein zweiter Stempel (7) an dem anderen Ende der Höhlung vorgesehen ist.

8. Gegenstand, der aus einem verdichteten partikelförmigen Material besteht und einen axialen Durchgang aufweist sowie wenigstens ein seitliches Loch (11), das sich in dem Durchgang erstreckt, wobei der Gegenstand zusammen mit dem Loch (11) in einem einzigen Preßschritt hergestellt ist.

9. Gegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Materials, der die Seitenlöcher (11) festlegt, mit einer höheren Dichte verdichtet ist als der Rest des Gegenstands.

10. Gegenstand nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand Ringform aufweist.

11. Gegenstand nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (11) zylindrische Kontur aufweist.

12. Gegenstand nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Löchern (11) vorgesehen ist.

13. Gegenstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß vier, einander paarweise gegenüberliegende Löcher (11) vorgesehen sind, wobei sich die Mittenlängsachsen der Lochpaare vor allem unter einem Winkel von 90° schneiden.