DE3828938A1 - Sintermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sintermaschine mit einer Presse mit einer Form, Preßdruck erzeugenden Mitteln und Heiz­ und Kühlorganen, die zum Verpressen und Beheizen des Materials in der Presse bzw. der Form in vorbestimmtem Ausmaße dienen. Solche Maschinen sind insbesondere für die Herstellung von Bestandteilen von Werkzeugen u.dgl. bestimmt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Sinterverfahren, das, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, vorsieht, daß der Druck und die Hitze dem zu sinternden Material nicht in kontinuierlich ansteigenden Werten, sondern in Inter­ vallen diskontinuierlich gemäß einer vorbestimmten Kurve zugeführt werden. Die verschiedenen Funktionen der Vorrich­ tung werden elektronisch über einen Rechner auf der Grundlage der Daten gesteuert, die von Kontrollinstrumenten festge­ stellt werden, die konstant die Bewegungen der Platten und die Temperatur des Stempels überprüfen und überwachen.

Wie bekannt, wird bei der Herstellung von Werkzeugen zum Sintern das pulverförmige Material, das dazu bestimmt ist, den zu erzeugenden Gegenstand zu bilden, in eine Form einge­ führt und für gewisse Zeit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck unterworfen, welche Werte in Abhängigkeit von den Abmessungen des Gegenstandes, vom verwendeten Material usw. bestimmt werden. Hierbei wird ein Aufschmelzen der Körnchen an der Oberfläche erzeugt, die auf diese Weise eine feste, kompakte Einheit bilden.

Die bekannten Sintermaschinen enthalten im wesentlichen eine ölhydraulische Presse, elektrische Mittel zum Beheizen der Platten, welche die Kompression des Materials in der Form bewirken, und Mittel, die geeignet sind, Wärme abzu­ führen, um auf diese Weise eine teilweise Abkühlung der Form zu ermöglichen, bevor diese entnommen wird.

Die Platten bestehen im allgemeinen aus mehreren Teilen: einer im allgemeinen aus Kupfer bestehenden Partie, die an einem beweglichen Träger oder am Maschinenaufbau befestigt ist, und einer anderen Partie aus Graphit oder aus Stahl, die in Berührung mit der Form steht. Diese Lösung ist not­ wendig insofern, als die in Berührung mit der Form stehende Partie außerordentlich hohe Temperaturen erreicht und in der Lage sein muß, zu widerstehen, ohne sich hierbei zu verformen, während die äußere Partie, die in Berührung steht mit dem Gestell der Maschine oder mit dem beweglichen Träger, eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und gekühlt werden muß, um zu verhindern, daß die im Bereich der Form entwickelte Wärme zu anderen Teilen der Maschine gelangt und diese beschädigt.

Andererseits besitzt auch diese Lösung, obwohl sie notwendig ist, beachtliche Nachteile, insofern, als die Berührungsfläche zwischen der äußeren Platte und der inneren Platte schnell oxidiert, wobei der Durchgang des Stromes behindert wird und dazu zwingt, daß während des Tages die Arbeitszyklen zum Zwecke der Reinigung der Platte häufig unterbrochen werden müssen. Diese Oxidationserscheinungen nutzen im übrigen die Berührungsflächen der beiden Platten ab, die auf diese Weise recht oft ersetzt werden müssen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß die Kühlung der verschiedenen Teile der Maschine nicht immer wirksam ist, insofern, als dieselbe Kühlflüssig­ keit zum Abführen der Wärme von Teilen verwendet wird, z.B. von Platten oder vom Transformator oder Umwandler, die, da sie unter sehr unterschiedlichen Temperaturen arbeiten, einen unterschiedlichen Zufluß von Kühlflüssigkeit verlangen.

Schließlich werden bei den bekannten Maschinen der hier in Frage stehenden Art der Druck und die Temperatur allmäh­ lich und kontinuierlich bis zum Maximalwert erhöht, worauf­ hin die Abkühlungsphase der Form beginnt, und auch dies führt oft zu nicht einwandfreien Ergebnissen.

Im wesentlichen sind die zur Zeit verwendeten Sintermaschinen ungenau und besitzen eine ganze Reihe von Nachteilen, die nicht immer zu einwandfreien, genauen Ergebnissen führen und die Herstellungszeiten länger werden lassen, was sich auch auf die Kosten des endgültigen Erzeugnisses auswirkt.

Um die obigen Nachteile zu vermeiden, schlägt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Sintermaschine vor, bei der die Funktion der verschiedenen Organe automatisch mit Hilfe von elektronischen Steuervorrichtungen und -einrichtungen geregelt wird. Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die neue Sintermaschine von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art mit einer elektronischen Regeleinrichtung ausgerüstet ist, die eine Meß- oder Fühlereinrichtung, welche z.B. ständig bzw. kon­ tinuierlich die Temperatur des Preßstempels, den ausgeübten Druck und den Verlauf der Bewegungen des Preßstempelträgers erfühlt, aufweist, die weiterhin eine nach Art eines Reglers wirkende Einrichtung zum Vergleichen der ermittelten Werte mit entsprechenden Sollwerten und schließlich eine als Stell­ einrichtung wirkende Steuereinrichtung enthält, die anhand der ankommenden Stellsignale auf die Steuervorrichtung der Maschine einwirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Maschine gemäß der Erfindung in einer per­ spektivischen Darstellung,

Fig. 2 die Formträgerplatten mit dem entsprechenden Trag­ gestell in einer Vorderansicht,

Fig. 3 eine bei einer erfindungsgemäßen Maschine verwen­ dete Platte in einer perspektivischen Schnitt­ darstellung,

Fig. 4 das Schema des entsprechenden Kühlkreises einer erfindungsgemäßen Maschine und

Fig. 5 das elektrische Schema der Energiezuführungseinheiten in einer Sintermaschine gemäß der Erfindung.

Die Vorrichtungen, welche die Sintermaschine gemäß der Er­ findung bilden, können im wesentlichen wie folgt unterteilt werden:
Eine Presse, in der die Form eingesetzt ist, mit einem ent­ sprechenden ölhydraulischen Kreislauf bei hohem Arbeitsdruck; Mittel zum Beheizen der Presse und zum Zuführen des not­ wendigen elektrischen Stromes;
ein Kühlkreis, um die Temperatur der verschiedenen Bestand­ teile innerhalb vorgesehener Grenzwerte zu halten;
elektronische Mittel zum Steuern und zum Betätigen der ver­ schiedenen Teile.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält die Sintermaschine gemäß der Erfindung ein Grundgestell 1, an dem das Gestell 2 einer Presse angebracht ist, die zwei Gruppen von Platten 3 und 4 enthält, von denen die erste Gruppe an der oberen Traverse des Gestells befestigt ist und die untere Gruppe am Stößel 5 eines ölhydraulischen Stempels angebracht ist, der dessen Verstellbewegungen bewirkt.

Der Motor, die Pumpe und die entsprechenden ölhydraulischen Kreise sind im Inneren des Grundgestells oder Gehäuses untergebracht.

Jede Gruppe von Platten 3 und 4 besteht (Fig. 3) aus einer Tragplatte 6 aus Kupfer, die an der Oberfläche mit einer Silberschicht bekleidet ist, aus einer Platte 7 aus Graphit mit L-förmigem Querschnitt, die sich auf der Platte 6 ab­ stützt, und aus einer zweiten Platte 8, ebenfalls aus Graphit, die sich auf der vorhergehend genannten Platte abstützt.

Im folgenden werden die Ausdrücke "Tragplatte" zum Bezeich­ nen der Platte aus silberbeschichtetem Kupfer, "Zwischen­ platte" zum Bezeichnen der in Berührung mit der vorhergehenden Tragplatte stehenden Platte aus Graphit und "Elektrode" zum Bezeichnen der Platte verwendet, die in Berührung mit der Form kommt, die das zu sinternde Material enthält.

Die Zwischenplatte 7 ist in solcher Weise ausgebildet und angeordnet, daß sie mit der Tragplatte 6 lediglich an den Stellen in Berührung kommt, an denen die Oberfläche vor­ steht, während in dem Zwischenraum eine Tafel 9 aus iso­ lierendem Material eingesetzt ist, z.B. Asbest od.dgl.

Die Elektrode 8 besitzt eine Reihe von eingefrästen Nuten 10 an der Stelle der Wand, die auf der Platte 7 aufliegt, deren Zweck darin besteht, die Berührungsfläche zwischen der Elektrode und der inneren Platte zu verringern.

Die feststehende obere Plattengruppe 3 besitzt eine symme­ trische Anordnung (siehe die in Fig. 1 dargestellten Einzel­ heiten) mit dem einzigen Unterschied, daß die Schicht aus isolierendem Material 9 an der Seite angebracht ist, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, an der sie in der unteren Plattengruppe angebracht ist.

Während der Benutzung wird die Form S zwischen die beiden Gruppen oder Sätze von Platten angeordnet und zusammenge­ drückt, die mit der Sekundärwicklung eines Transformators oder Umformers verbunden sind, derart, daß dann, wenn das Vorhandensein der Form den Stromkreis schließt, sie durch Induktion beheizt werden.

Der Strom erreicht die Plattengruppen über eine Reihe von Leitungen 11, die mit den Tragplatten verbunden sind, die eine an der Seite, an der sich die Schicht aus isolierendem Material befindet, die andere an der gegenüberliegenden Seite.

Diese besondere Anordnung hat das Ziel, eine gleichmäßige Beheizung der Form zu begünstigen. In der Tat, wenn die isolierende Schicht fehlen würde oder in beiden Platten an derselben Seite angeordnet sein würde, würde der Strom, da er den kürzesten Weg wählt, bestrebt sein, den Teil der Form am stärksten zu beheizen und zu erhitzen, der sich den Leitungen 11 am nächsten befindet, und man würde auf diese Weise ein ungleichmäßige Erwärmung erhalten, was aber mit der beschriebenen Anordnung vermieden wird, bei der der Strom der Bahn folgt, die in Einzelheit in Fig. 1 mit den Pfeilen angedeutet ist.

Das Vorhandensein der Nuten 10 in der Elektrode hat demgegen­ über den Zweck, die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und der Zwischenplatte zu verringern und zu begrenzen, um die Wärmeverluste auf ein Minimum zu bringen.

Da die untere Platte 6, die in Berührung mit den übrigen Teilen der Maschine ist, gekühlt werden muß, ist ein geeig­ neter Kreislauf mit Kühlmedium vorgesehen, der im folgenden beschrieben werden wird.

Die Elektrode 8 muß hingegen bei hoher Temperatur gehalten werden, weshalb es zweckmäßig ist, um die Wärmeverluste zu vermeiden, soweit wie möglich die Berührungsfläche zwischen der Elektrode und den unteren Platten zu verringern.

Die Nuten 10 werden als Folge hiervon so dimensioniert, daß sie eine Berührungsfläche zwischen der Elektrode und der Platte 7 bestehen lassen, die ausreicht, um den Strom­ durchgang zu gestatten, der notwendig für die Beheizung ist, wobei jedoch gleichzeitig der Wärmedurchtritt begrenzt wird.

Fig. 6 enthält das elektrische Schema des zum Speisen der Platten dienenden Transformators oder Umwandlers.

Zum Unterschied von bekannten Sintermaschinen, die einen Ein-Phasen-Transformator benutzen, verwendet die Maschine gemäß vorliegender Erfindung einen Drei-Phasen-Transformator, wodurch zu große Störungen im Netz verhindert werden, wenn die Maschine in Tätigkeit gesetzt wird.

Um am Auslaß unterschiedliche Spannungswerte zu erhalten, besitzt der Primärteil eine Anzahl von Eingängen, die mit 12 bezeichnet sind, während der Sekundärteil in geeigneter Weise unterteilt oder gesplittet ist, wobei die Kreise in par­ alleler Anordnung verbunden sind.

Hierdurch werden Verluste im Luftspalt verringert und be­ grenzt und im übrigen die Konstruktion des Kühlkreises leich­ ter gemacht.

Eine Anzahl von SCR-Dioden ist am Ausgang des Sekundärteils vorgesehen, die geeignet sind, am Auslaß einen Gleichstrom abzugeben.

An der oberen Seite des Gestells 2 ist ein Sauggebläse 14 vorgesehen, während an einer Seite ein optischer Pyrometer 15 vorgesehen ist, der dazu bestimmt ist, die Formtemperatur während des Sinterns zu ermitteln und der mit einem Rechner oder Computer verbunden ist, der die verschiedenen Funktionen der Maschine steuert und kontrolliert.

Der Pyrometer 15 ist an einem Träger 16 angebracht und kann in verschiedenen Höhen angeordnet werden.

Für eine gute Funktion der Maschine ist es notwendig, die Temperatur in jedem Teil der Form so weit wie möglich gleich­ förmig zu erhalten, was bedeutet, daß man dahingehend wirken muß, daß die Temperatur sowohl der Elektroden als auch der entsprechenden Plattengruppe oder -sätze gleich ist. Anderer­ seits, da die Elektroden sehr hohe Temperaturen (800-1000°C) erreichen, ist es notwendig, zu verhindern, daß die abge­ gebene Wärme die anderen Teile der Maschine zu stark erwärmt.

Um das Obige zu vermeiden, ist eine Kühleinrichtung vorge­ sehen, die verschiedene, unabhängig voneinander regelbare Kreisläufe enthält, für das Kühlen der Platten, des Trans­ formators und des Aufbaus und Gestells der Maschine. Diese Kühleinrichtung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt und enthält vier Abschnitte.

Die ersten beiden Abschnitte, die mit 17 und 18 bezeichnet sind, führen die Kühlflüssigkeit zu den Plattengruppen oder -sätzen 3 bzw. 4 zu. Ein dritter Kreis 19 führt das Wasser zunächst zu einem Radiator 20, von hier an dient es dann zum Kühlen des Gestells der Maschine. Der vierte Kreis 21 ist hingegen zum Kühlen des Transformators bestimmt und vorgesehen, der in Fig. 5 mit 22 bezeichnet ist, und einer Reihe von Dioden SCR, die mit 23 bezeichnet und die mit dem Primärteil verbunden sind, wobei die Funktion anschließend beschrieben werden wird.

Alle Kreise sind mit einer Regel- und Steuer- bzw. Kontroll­ vorrichtung 24 verbunden, die für jeden Kreis einen Flußregler bekannter Art enthält, auf den man mit einem Betätigungs­ oder Drehknopf bzw. Griff 25 einwirken kann, um den Auslaß zu verengen bzw. zu drosseln und auf diese Weise den Durch­ gang des Kühlmediums und demzufolge der abgeführten Wärme­ menge zu regulieren.

Mit 26 ist ein Strömungsschalter bezeichnet, der in einem Kreis 26 zum Zuführen und Abführen des Wassers angeordnet ist.

Die Gruppe von beweglichen Platten 4 betätigt während ihrer Verstellbewegungen eine Verschlüsselungs- oder Codiereinrich­ tung, die ihrerseits mit dem Rechner oder Computer verbunden ist, der steuernd zur Kontrolle der Maschine dient.

Alle obigen Vorrichtungen sind nicht in der Zeichnung darge­ stellt, weil sie bekannter Art sind.

Der Rechner oder Computer ist seinerseits über geeignete Interface-Vorrichtungen oder Koppelungsvorrichtungen mit dem Pyrometer 15 und mit den Dioden SCR 23 verbunden, die im Primärteil des Transformators zum Speisen der Platten eingeschaltet sind.

Auf der Basis der von der Verschlüsselungs- oder Codier­ einrichtung (En coder) erzeugten Impulse, welche den Rechner über die von Augenblick zu Augenblick durch die bewegliche Platte erreichte Stellung informieren, und auf der Grundlage der vom Pyrometer 15 festgestellten Temperatur der Form wirkt der Rechner auf die Dioden SCR ein, um die den Platten zugeführte Strommenge und demzufolge die Temperatur der Form zu regulieren.

In Abhängigkeit von dem zu sinternden Material muß die maxi­ male Temperatur innerhalb einer bestimmten Zeitspanne er­ reicht werden, um eine Beschädigung des Erzeugnisses zu verhindern.

Ein zu schnelles Ansteigen der Temperatur kann das Verbrennen des Pulvers wegen des Durchtritts von zu hohem Strom bewirken, während eine zu lange Zeitspanne Oxidationserscheinungen bewirken kann.

Es ist demzufolge notwendig, daß die obige Temperatur inner­ halb einer Zeit erreicht wird, die innerhalb eines verhält­ nismäßig begrenzten Zeitraumes variieren kann.

Wie bereits erwähnt, werden bei den bekannten Vorrichtungen die Temperatur und der Druck graduell, d. h. allmählich, aber kontinuierlich erhöht.

Demgegenüber sieht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vor, daß die Erhöhung der Temperatur und des Druckes in einer Folge von Intervallen erfolgt, deren Länge und Dauer in Abhängigkeit von dem verwendeten Material veränder­ lich ist, die jedoch leicht von einem Fachmann auf diesem Gebiet bestimmt werden kann in Abhängigkeit von dem Resultat, das man von Fall zu Fall erreichen will.

Während dieser Operationen vergleicht der Computer oder Rechner, der zu jedem Augenblick von der in der Form er­ reichten Temperatur und von dem Druck im Inneren der Form informiert wird, diese Werte mit einer vorbestimmten Bezugs­ kurve und wirkt infolge dessen auf die SCR-Dioden 23 ein, um den Durchtritt des Stromes zu regulieren.

Im Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten­ bewegungen können die Materialpartikelchen sich ablagern und einbetten, während das Sauggebläse 14 die Dämpfe ent­ fernt und abführt, die während des Sinterns erzeugt werden.

Die Maschine gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise: Sobald das zu sinternde Material in die Form eingeführt worden ist, wird diese auf dem unteren Plattensatz oder der -gruppe aufgelegt, woraufhin der Rechner bzw. Computer entsprechend der Art des eingefüllten Materials und des gewünsch­ ten zu erzielenden Ergebnisses programmiert wird, und die Maschine wird dann eingeschaltet.

Die ölhydraulischen Vorrichtungen schieben die beweglichen Platten nach oben, wobei sie die Form in Berührung mit der oberen Elektrode bringen: An dieser Stelle beginnt der Durch­ gang des Stroms durch die Platten, die durch Induktion er­ wärmt werden und diese Wärme der Form mitteilen.

Die Spannung des Stromes ist vorher bestimmt worden, indem man den geeigneten Input am Primärteil des Transformators auswählt, während der Rechner über die SCR-Dioden die Strom­ menge reguliert, die im Primärteil fließen kann,und demzu­ folge die Beheizungszeit der Form.

Wenn die Temperatur ansteigt, erzeugt der Pyrometer eine Reihe von Signalen, die zum Rechner geschickt werden, der Impulse auch von einem Signal-Umformer oder Meßwandler (Trans­ ducer) erhält, der den auf die Form ausgeübten Druck fest­ stellt.

Die obigen Werte werden ständig und von Augenblick zu Augen­ blick mit der angewendeten Bezugskurve verglichen, und der Rechner wirkt auf der Grundlage von eventuellen festgestell­ ten Unterschieden auf die Dioden SCR ein, um die Temperatur zu verändern, und auf andere Kontrolleinrichtungen, um das Vorlaufen der beweglichen Platten zu unterbrechen oder wieder einzuschalten.

Diese Bewegungen werden mit Hilfe der Verschlüsselungsein­ richtung (Encoder) festgestellt und dem Rechner mitgeteilt, der am Ende der Behandlungsphase auf die Anordnung einwirkt, um einen neuen Arbeitszyklus einzuleiten.

Ein Fachmann auf dem obigen Gebiet kann sodann zahlreiche Änderungen und Varianten vorsehen, die jedoch im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen müssen.

Claims (9)

1. Sintermaschine mit einer Presse mit einer Form, Preß­ druck erzeugenden Mitteln und Heiz- und Kühlorganen, die zum Verpressen und Beheizen des Materials in der Presse bzw. der Form in vorbestimmtem Ausmaße dienen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einer elektronischen Regeleinrichtung ausgerüstet ist, die eine Meß- oder Fühlereinrichtung, welche z.B. ständig bzw. kontinuierlich die Temperatur des Preß­ stempels, den ausgeübten Druck und den Verlauf der Bewegungen des Preßstempelträgers erfühlt, die weiterhin eine nach Art eines Reglers wirkende Einrichtung zum Vergleichen der ermittelten Werte mit entsprechenden Sollwerten und schließlich eine als Stelleinrichtung wirkende Steuereinrich­ tung enthält, welche anhand der ankommenden Stellsignale auf die Steuervorrichtungen der Maschine einwirkt.

2. Sintermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag- und Heizplatten für die Form aus einer mit Silber verkleideten oder beschichteten Tragplatte aus Kupfer und aus mindestens einer mit dieser verbundenen Zusatzplatte oder Zwischenplatte aus einem anderen Material bestehen.

3. Sintermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzplatte oder Zwischenplatte aus zwei mitein­ ander verbundenen Teilen besteht, von denen mindestens eines so geformt ist, daß es eine Mehrzahl von Nuten oder Rillen aufweist, die dazu dienen, die Fläche, entlang der die beiden Teile miteinander in Kontakt stehen, zu verringern.

4. Sintermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzplatte oder Zwischenplatte aus Graphit besteht.

5. Sintermaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den silberverkleideten Tragplatten aus Kupfer und den zugehörigen Zusatzplatten oder Zwischen­ platten eine Schicht aus isolierendem Material zwischen­ gelegt ist, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie den Strom lediglich im Bereich eines Randes der Platten durchläßt, der an einander entgegengesetzten Seiten der Gruppen der oberen und unteren Platten angeordnet ist.

6. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie unabhängig voneinander regelbare Kühlkreise enthält, die zum Kühlen der Platten, der Energie­ zufuhrvorrichtungen und des Aufbaus der Maschine dienen.

7. Sintermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführen des Heizstromes über einen Drei-Phasen­ Transformator oder Umformer erfolgt.

8. Sintermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil des Transformators bzw. Umformers ge­ spalten oder geteilt ist und die Kreise in paralleler Anord­ nung miteinander verbunden sind und am Primärteil mehrere Eingänge mit Kontroll- oder Steuerdioden vorgesehen sind.

9. Sinterverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der aus­ geübte Druck und die zugehörige Temperatur in Intervallen diskontinuierliche Erhöhungen erfahren.