Verfahren und Vorrichtung zum Innenplattieren von metallischen Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, und Anwendung des Verfahrens zum Herstellen von Gewinden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innen plattieren von metallischen Hohlkörpern, insbesondere von in etwa horizontaler Lage angeordneten, um ihre Achse in rotierende Bewegung versetzbaren Rohren mit einer korrosionsbeständigen inneren metallischen Deck schicht.
Es besteht häufig der Wunsch, die innere Mantel fläche von Metallrohren mit einer Auflage eines beson ders verschlleismsfesten und/oder korrosionsbeständigen Metalls zu versehen. Zu diesem Zwecke sind verschie dene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden. Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung derar tiger Deckschichten wird das die Deckschicht bildende Material, beispielsweise auch Hartmetall, unter Erhit zung der Werkstücke im schmelzflüssigen Zustand auf die zu beschichtende Oberfläche aufgespritzt.
Bei einem bekannten weiteren Verfahren wird verflüssigtes Metall durch in der Achse eines zu beschichtenden Rohres be weglich angeordnete Metallspritzpistolen zur Bildung einer Schutzschicht auf die Rohrinnenfläche aufgespritzt.
Die Auftragung des Metalls zur Ausbildung der in neren Deckschicht von Rohren wurde nicht nur im schmelzflüssigen Zustand vorgenommen. So war es für die Erstellung von Lagerschalen auch bereits bekannt, das Lagermetall in Pulverform in den Mantel des Lager blocks einzubringen, diesen Block von aussen beispiels weise mittels eines Brenners zu erhitzen und die dabei schmelzende Pulvermasse durch Rotation des Teils gleichmässig auf dessen Innenwandungen zu verteilen.
Dabei wird das die spätere Lagerschale bildende Pulver nach gleichmässiger Verteilung auf die Innenwandung aufgesintert. Nach diesem Fixieren der Pulvermasse auf die Manteloberfläche des Lagerblockes soll sich ein wei terer Sintervorgang in einem Bereich zwischen 593 und 924 C anschliessen, worauf die dann am Mantel an haftende Lagerschale gewalztwird, bis sie die gewünschte Härte hat.
Daran schliesst sich ein dritter Sintervor- gang unter reduzierender Atmosphäre an, worauf schliesslich die Lagerschale in einer Endbearbeitung auf das gewünschte Mass gebracht wird. Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden .hochporöse metallische Sinterkörper dadurch hergestellt, dass Pulver in einen rotierenden zylindrischen Mantel eingefüllt und dieses Pulver unter einer inerten Gasat mosphäre elektrisch soweit erhitzt wird, dass es einen zylindrischen Sinterkörper ergibt.
Die bekannten Plattierungsverfahren weisen alle den Nachteil auf, dass bei der Aufbringung des überzugs entweder keine ausreichende feste Bindung zwischen dem Grundgefüge des Metallrohres und dem der Deck schicht erzielt wird, oder zur Erzielung einer festen Bin dung eine :so starke Erhitzung des Grundmetalls notwen- dig ist, dass eine unerwünschte Struktur und damit auch Festigkeitsänderung dieses Gefüges auftritt.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und die Her- stellung von metallischen Hohlkörpern, insbesondere Rohren miteiner Innenplatterung aus einem versehleIss- und'/oder korrosionsfesten Metall gestattet.
Darüber hinaus soll die Innenplattierung fest mit dem me tallischen Grundgefüge des Hohlkörpers verbunden sein und dieses Grundgefüge durch das Plattierungsverfahren selbst keine schädliche Strukturveränderung erleiden.
Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel mit einem Verfahren erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine in, Granulat oder Pulverform in den Hohlkör- perinnenraum eingebrachte Metallmasse infolge der ro tierenden Bewegung des Hohlkörpers auf dessen Innen fläche aufgeschleudert und anschliessend dort durch eine kurzzeitige kräftige Innenerhitzung des Hohlkörpers auf dessen Innenfläche aufgeschmolzen wird, und dass an- schliessend der so behandelte Hohlkörper einer geregel ten Abkühlung unterworfen wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens hat sich gezeigt, dass eine überhitzung des Grundgefüges .des zu plattierenden Hohlkörpers vermie- den werden kann,
und somit eine unerwünschte Gefüge- veränderung nicht eintritt. Das ,erfindungsgemässe Ver fahren kann zur Vermeidung :einer unerwünschten Oxy- dation unter inerter Gasatmosphäre durchgeführt wer den.
Als inerte Gase kommen hauptsächlich Argon oder Helium, jedoch auch Stickstoff und Wasserstoff in Frage.
Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen, eine solche inerte oder neutrale Gasatmosphäre schon vor Eintritt der Schmelzung des Plattierungsmetalls durch Einleiten der Gase in den Innenraum des Hohlkörpers zu schaffen. Auf diese Weise wird die Bildung einer Oxydationsschicht auf dem Plattierungsmetall unter bunden.
Die zweckmässig schlagartige Erhitzung der auf der Innenfläche des Hohlkörpers sich absetzenden Schicht des Plattierungsmetalls kann mit Hilfe einer stationär oder beweglich in dem Hohlkörper angeordneten Er hitzungsvorrichtung durchgeführt werden.
Die schlagartige Erhitzung kann vorzugsweise auf elektrischem Wege bewirkt werden, z. B. mittels einer Heizspule mit hoher Strombelastung oder auch durch eine mit Mittelfrequenz oder Hochfrequenz betriebene Beheizung in Spulenform oder mittels eines thermisch wirksamen Strahlenbündels, das innerhalb oder ausser- halb des Hohlkörpers erzeugt und durch den Hohlraum desselben hindurch entlang seiner Achse gelenkt wird.
Eine weitere abgeänderte Ausbildungsform des vor stehend erläuterten Verfahrens besteht darin, dass die auf der Innenseite des Hohlkörpers erzeugte Plattie- rungsschicht mit dem Metall des Hohlkörpers durch be sondere auf der Innenwandung desselben angeordnete Vorsprünge oder Vertiefungen, z. B. durch beliebig ge staltete Rillen, Nuten oder sonstige Aussparungen des Metalls des Hohlkörpers besonders innig verbunden wird.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Vorsprünge und Vertiefungen des Hohlkörpers eine besondere geo metrische oder unter mechanischen Gesichtspunkten be stimmte Form erhalten, z. B. als Trapezgewinde oder als Gewinde anderer Art ausgebildet sind. Das Plattierungs- material fliesst beim Niederschmelzen auch in die zwi schen solchen Vorsprüngen vorhandenen Vertiefungen ein, so dass der fertige Plattierungsüberzug nicht nur durch Haftung, sondern auch mechanisch durch die er wähnten Vorsprünge und Vertiefungen mit dem me tallischen Material verbunden ist.
Wird in solchem Falle, nach einer Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei späterer Bearbei tung der Hohlkörper mechanisch oder chemisch, z. B. durch Säurebehandlung, abgetragen, so bleibt als Kern der durch den Plattierungsvorgang gebildete Körper z. B. aus Hartmetall, mit Gewinde versehen, bestehen.
Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung des vorstehend erläuterten Verfahrens geeignete Vor richtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hohlkörper mit einer in seinen Innenraum einmünden den Zuleitung für weitgehend zerkleinertes Plattierungs- metall versehen sowie mit einer den Innenraum be heizenden Vorrichtung verbunden ist, die so dimensio niert ist, dass die Temperatur im Innenraum des Hohl körpers schlagartig mindestens bis zur Schmelztempera tur des in den Innenraum des Hohlkörpers eingeführten, weitgehend zerkleinerten Planierungsmetalls gesteigert werden kann.
Der zu plattierend'eHohlkörperwird in derRegel mit einem an dem Gestell oder am Aussengehäuse der Vor richtung angeordneten Antrieb verbunden sein. Ferner kann im Innern des zu plattierenden Hohlkörpers eine feststehende, den ganzen Innenraum gleichmässig be- heizende Heizvorrichtung, die beim Plattieren eines Me tallrohres z. B. als zylindrische Heizspule ausgebildet sein kann, angeordnet sein.
Diese Heizvorrichtung soll so dimensioniert sein, dass die Temperatur im Innen raum des Hohlkörpers plötzlich bis wenigstens zur Schmelztemperatur des in den Innenraum des Hohlkör pers eingeführten, weitgehend zerkleinerten Planierungs- metalls gesteigert werden kann.
In den Innenraum des zu plattierenden Hohlkörpers kann eine Zuleitung für ein inertes Gas einmünden.
Die im Innern des drehbar gelagerten, zu plattieren den Hohlkörpers vorgesehene Heizvorrichtung kann z. B. in Form eines mit Durchlassöffnungen versehenen Roh res ausgebildet sein. Dieses Rohr, innerhalb desselben eine mit Stromzuführungen von aussen versehene Heiz- spule angeordnet ist, ragt dabei in den Innenraum des drehbar gelagerten Hohlkörpers hinein, indem es durch eine Lagerstelle desselben hindurchtritt. Das erwähnte zur Beheizung dienende Rohr kann an seinem in dem Hohlkörper liegenden Ende verschlossen sein, während sein äusseres Ende als Zuleitung für ein inertes Gas aus gebildet ist.
Das inerte Gas tritt durch die erwähnten Durchlassöffnungen des Rohres hindurch in den Innen raum des zu plattierenden Hohlkörpers.
Die Heizspule des Rohrs kann zweckmässig aus hochhitzebeständigem metallischem Werkstoff bestehen. Der zu plattierende, drehbar gelagerte Hohlkörper, z. B. ein Metallrohr, kann z. B. zwischen Klemmbacken angeordnet sein, auf denen von aussen angetriebene Drehbacken angeordnet sind, durch welche der Hohl körper während des Plattierungsvorgangs in Rotation versetzt wird.
Zweckmässig kann ferner der zu plattierende Hohl körper mit einem wärmeisolierenden Gehäuse umgeben sein, welches ihn im geringen Abstand umschliesst.
Die Einbringung des Plattierungsmaterials in das Innere des Hohlkörpers, z. B. eines Metallrohres, kann vorteilhaft durch ein in der Achsenrichtung des Hohl körpers verschiebliches Rohr erfolgen, dessen in rotie rende Bewegung versetzter Kopf ein pulverförmig zer kleinertes Plattierungsmetall zentrifugal gegen die In nenfläche des Hohlkörpers, z. B. eines Metallrohres, schleudert oder streut.
Dabei sollen ferner, wie vorste hend erläutert, im Innern des Metallrohrs oder derglei chen Mittel zur plötzlichen Steigerung der Temperatur vorgesehen sein, durch welche die an der Innenwand des Hohlkörpers gebildete, aus Plattierungsmetall beste hende, Schicht derart zum Erweichen und zum Schmel zen gebracht wird, dass sie sich mit der Innenwand des Rohr verbindet.
Ein wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Ver fahrens besteht abgesehen von der Einfachheit und den verhältnismässig geringen Kosten seiner Durchführung in der Vermeidung aller ungünstigen metallurgischen Veränderungen des Grundwerkstoffs des plattierten Hohlkörpers, ferner in der Gleichmässigkeit der Schmel zung und Legierung des Plattierungsmaterials unter der Einwirkung der unmittelbaren Erhitzung des Plattie- rungsmetalls sowie in der gleichmässigen und glatten Ausbildung seiner Oberfläche. In der beiliegenden Zeichnung sind verschiedene Vorrichtungen zur Aus führung des erfindungsgemässen Plattierungsverfahrens beispielsweise und schematisch veranschaulicht.
Figur 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Vorrichtung im Axialschnitt.
Figur 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform. Figuren 3, 4 und 5 zeigen weitere abgeänderte Aus führungsformen von Vorrichtungen, die zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen.
In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein z. B. aus keramischem Material bestehendes Gehäuse, das gleichzeitig als Isoliermantel dienen kann oder mit einem besonderen Isoliermantel 2, z. B. bestehend aus Glas wolle, versehen sein kann.
Diese Vorrichtung beein- flusst je nach der Dicke und dem Material des Gehäuses oder des besonders angeordneten Isoliermantels den Abkühlungsvorgang. Dieser Abkühlungsvorgang kann also z. B. mittels eines auswechselbaren Isoliermantels oder einer besonderen Kühlvorrichtung dieses Isolier- mantels regelbar gesteuert werden.
Der innere Teil 3 des Gehäuses 1 kann gegebenenfalls durch Heizdrähte, Heizkanäle und dergleichen als Hilfsheizvorrichtung aus gebildet sein. Im Innern des Gehäuses 1 ist der Werk- stoffkörper 4, der im vorliegenden Beispiel der Zeich- nung als zylindrisches Rohr gestaltet ist, zwischen Klemmbacken 5, 6 angeordnet, auf denen Drehbacken 7, 8 angeordnet sind, die in beliebiger Weise von aussen angetrieben werden. Durch diese Drehbacken wird das Rohr 4 in rotierende Bewegung versetzt.
Diese Bewe gung dient dazu, um eine vorher ins Innere des Metall rohrs 4 eingebrachte, gleichmässig zerkleinerte, z. B. pulverartige oder granulatartige Menge des Plattierungs- werkstoffs gleichmässig zu verteilen und durch Zentri- fugalwirkung in Form einer das Rohr in seiner ganzen Länge auskleidenden Plattierungsschicht 9 an der In nenwandung des Rohrs 4 einzulagern.
Im Innern des Rohrs 4, zweckmässig in seiner gan zen Länge, verläuft ein Rohr 10, das aus einem hoch schmelzbaren und nicht oxydierenden Material, z. B. einem Metall wie Nickel, besteht und das beiderseits in festen Klemmbacken 11, 12 gelagert ist. In dem darge stellten Ausführungsbeispiel ist das Rohr 10 an einem Ende 13 geschlossen. In seinem Innern ist eine mit einer Frequenz geeigneter Höhe, z. B. Mittelfrequenz oder Hochfrequenz, betriebene Heizspule 14 angeordnet, durch die beim Einschalten des Stroms schlagartig eine hohe Temperatur, z. B. mindestens 1100 bis 1200 C, erzeugt wird.
Diese Temperatursteigerung wird in erster Linie durch Strahlung auf die an der Innenwandung des Rohrs 4 angelagerte Platterungsschicht 9 übertragen, so dass diese schlagartig geschmolzen wird und sich mit dem Grundwerkstoff des Rohrs 4 legiert, ehe die Rohr wandung selbst eine nennenswerte Temperaturerhöhung erfahren hat.
Dieser Vorgang wird insbesondere durch entspre chende Bemessung der Induktionsspule 14 sowie Rege lung der Frequenz und Energie der Frequenz derartig eingestellt, dass die Schmelzung des Plattierungsüber- zugs 9 stossartig oder schlagartig augenblicklich erfolgt, ohne dass die darunter liegende Schicht des zu plattie renden Hohlkörpers bereits in nennenswertem Masse er- fasst wird.
Eine weitere wesentliche Verbesserung der Wirkung der vorstehend erläuterten, plötzlich hoch gesteigerten Innenerhitzung unter schlagartiger Überführung des Plattierungsstoffs in geschmolzenen, legierungsfähigen Zustand wird dadurch erzielt, dass man den Innenraum des Rohrs 4 mit einer inerten, neutralen Atmosphäre versieht,
durch welche eine unerwünschte Oxydation der geschmolzenen Plattierungsschicht verhindert wird. Die inerten, neutralen Gase können von vornherein den In nenraum .des Rohrs 4 füllen und in demselben, z. B. mit Hilfe von Dichtungen 15, die unter dem Druck einer Fe- der 16 stehen, beiderseits am Entweichen gehindert wer den.
Vorteilhafter noch ist eine Arbeitsweise, bei wel cher die inerten oder neutralen Gase durch ein inneres Rohr 10 zugeführt werden und aus in diesem Rohr an geordneten Schlitzen 17 austreten. Zweckmässig können die erwähnten inerten, neutralen Gase vorerhitzt wer den, so dass ihre Temperatur bereits nahe an der Schmelztemperatur des Plattierungsstoffes liegt. In diesem Fall wirken die inerten, neutralen Gase nicht nur oxy dationshemmend auf der inneren Oberfläche des ge schmolzenen Plattierungsmetalls,
sondern sie egalisie ren, insbesondere wenn sie unter einem gewissen Druck ausströmen, die Verteilung des geschmolzenen Plattie- rungsmetalls und erzeugen eine glatte Oberfläche des selben. Dadurch wird auch die Notwendigkeit späterer mechanischer Bearbeitungen, z. B. eines Schleifens der Oberfläche der Plattierung, auf ein Minimum herabge setzt.
Figur 2 zeigt eine Variante einer Vorrichtung ge- mäss Figur 1.
Hier ist ein an dem Rohr 18 sitzender Induktions- heizkopf 19 angeordnet. Das Rohr 18 dient gleichzeitig zur Zuführung eines inerten, neutralen Gases, das durch Schlitze 20 des Rohrs 18 oder .durch vor dem Ind'uk- tionsheizkopf 19 angeordnete Schlitze austreten kann.
Der Induktionsheizkopf 19 wird mit Hilfe einer beliebi gen Leit- und Antriebsvorrichtung 21 vorgeschoben und zurückgezogen, so dass während des Vorschubs die ganze Länge des Rohrs 4 bestrichen wird und dabei die in oben erläuterter Weise an die Innenwandung des zu plattierenden Hohlkörpers angelagerte Plattierungs- schicht 9 geschmolzen und mit dem Grundmaterial ver bunden wird.
Gemäss der dritten in Figur 3 dargestellten Ausfüh rungsform einer zur Plattierung der Innenwandung von Hohlkörpern dienenden Vorrichtung wird die Schmel zung der auf der Innenseite des Rohrs 4 angelagerten Plattierungsschicht 9 zunächst durch die Strahlung des mit grösserem Durchmesser ausgeführten Gaszufüh- rungsrohrs 10 bewirkt, dessen Abstand von der Plattie- rungsschicht nur ,geringfügig ist, z. B. nur Bruchteile eines Millimeters oder wenige Millimeter beträgt.
In dem schmalen Zwischenraum zwischen dem Heizrohr 10 und dem Werkstoffrohr 4 können inerte, neutrale Gase eingeführt werden, deren Wärmeinhalt, wenn sie vorer- hitzt sind, die Strahlung des Heizrohrs 10 unterstützt.
Eine weitere Variante der erfindungsgemässen Vor richtung besteht darin, dass man das Plattierungsmate- rial selbst gemäss Abbildungen 4, mittels eines rotieren den Zerstäubungskopfes 22 in, das Innere des Rohrs 4 einbringt, wobei der Zerstäubungskopf in ähnlicher Weise vorgeschoben und zurückgezogen wird, wie der Induktionskopf 19 gemäss Figur 2.
Aus diesem Zer- stäubungskopf 22 wird das Plattierungsmaterial in fein dispergiertem, gegebenenfalls gaskolloidalem, Vertei lungszustand durch die unter Druck aus dem Zerstäu- bungskopf ausströmenden inerten, neutralen Gase aus getragen und an die Innenwand des zu plattierenden Rohrs 4 angeschleudert. Die ;
sofortige Schmelzung des Plattierungsmaterials wird hier durch einen Induktions kopf 23 bewirkt, der hinter den Zerstäubungskopf 22 geschaltet ist, so dass in jedem Fall die Plattierungs- schicht anschliessend, sofort nach dem Aufschleudern derselben auf die Innenwand des Rohrs 4, geschmolzen wird und sich mit dem Grundmaterial des Rohrs ver bindet.
Eine noch vorteilhaftere Arbeitsweise ergibt sich, wenn der Induktionskopf 23 vor dem rotierenden Zer- stäubungskopf 22 angeordnet wird. Alsdann ergibt sich bei sorgfältiger Einregelung der Induktionsheizung eine Aufwärmung der Oberfläche des Grundmaterials des Rohrs 4, die indes nur die oberste Schicht ergreift und das Grundmaterial derart vorbereitet, dass das bei der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung in feinster Vertei lung aufgeschleuderte Plattierungsmaterial sofort ver- sintert und sich mit dem Grundmaterial verbindet.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht bei Hohlkörpern beliebiger Querschnittsgestaltung darin, dass die Plattierungsschicht mit dem Material des Werk stoffs selbst durch beliebig gestaltete Rillen, Nuten oder Aussparungen des Werkstoffs verbunden wird. Eine solche Möglichkeit ist z. B. in Figur 5 schematisch dar gestellt. Hier bezeichnet das Bezugszeichen 24 das Ma terial des Grundwerkstoffs des Hohlkörpers. Derselbe ist an der Innenwandung mit Vorsprüngen 25 versehen, die in beliebiger Form, z. B. als Trapezgewinde, ausgebildet sein können.
Das Plattierungsmaterial schmilzt und fliesst auch in die zwischen diesen Vorsprüngen vor handenen Hohlräume ein, so dass der fertige Plattie- rungsüberzug 26 nunmehr nicht nur durch Haftung und Sinterung, sondern auch mechanisch durch die Vor sprünge 27 mit dem Grundmaterial des Hohlkörpers verbunden ist.
Wird in solchem Falle bei späterer Bearbeitung der durch den Grundwerkstoff 24 gebildeten Aussenmantel mechanisch oder chemisch, z. B. durch Säurebehand lung, abgetragen, so bleibt als Kern der z. B. aus Hart metall bestehende durch den Plattierungsvorgang gebil dete Körper 26, 27 zurück.