DE1115441B

DE1115441B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von insbesondere poroesen Hohlkoerpern aus Stoffen auf der Basis von Polyhalogen-Kohlenwasserstoffen unter Anwendung des Sinterns

Info

Publication number: DE1115441B
Application number: DEM36579A
Authority: DE
Original assignee: EWALD MERKEL DIPL ING
Current assignee: EWALD MERKEL DIPL ING
Priority date: 1958-02-01
Filing date: 1958-02-01
Publication date: 1961-10-19

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von insbesondere porösen Hohlkörpern aus Stoffen auf der Basis von Polyhalogen-Kohlenwasserstoffen unter Anwendung des Sinterns Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Hohlkörpern aus einem körnigen bis pulverförmigen Stoff, der unter sehr hohem Druck zu festen Körpern verformbar ist. In erster Linie ist die Erfindung bei einem Ausgangsstoff anwendbar, der aus gesintertem und danach zerkleinerten Polymeren von Halogen-Kohlenwasserstoffen, z. B. Perfluorkohlenwasserstoffen, speziell Polytetrafluoräthylen besteht; die erfindungsgemäß aus diesen Stoffen hergestellten Hohlkörper eignen sich infolge ihres gleichmäßigen Porositätsgrades vorzugsweise zu Filterkörpern, z. B. für die Filterung von Flüssigkeiten und Gasen, die die bisher verwendeten Filter angreifen oder zerstören.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht grundsätzlich in folgenden Maßnahmen: Der körnige bis pulverförmige Ausgangsstoff wird in den Hohlraum gefüllt, der zwischen der Außenwand einer druckfesten Form und einem in ihr mittig angeordneten, an eine Druckmittelzufuhr angeschlossenen elastischen Verdrängungskörper entsteht; nach dem druckfesten Verschließen der Form wird ein unter außergewöhnlich hohem Druck stehendes Druckmittel in den Verdrängungskörper eingeführt, dieser unter elastischer Dehnung gegen das den Hohlraum füllende Material gedrückt und letzteres zu einem festen Körper zusammengepreßt; dieser Körper wird danach einem Sintervorgang unterzogen, und zwar vorzugsweise dadurch, daß er in einer zweiten, seiner Gestalt entsprechenden Form auf 200 bis 4000 C erwärmt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung führt zu dem Fortschritt, daß das Werkstück in sämtlichen Teilen und vor allem über seine ganze Länge eine völlig gleichmäßige Porosität erhält, und zwar überdies in einer wesentlich einfacheren Vorrichtung als den bisher gebräuchlichen Preßformen und Kolbenpressen, die für die notwendige Materialpressung einen Kolbenhub z. B. von dem Vierfachen der Länge des fertigen Werkstückes benötigen, ohne einen überall gleichen Porositätsgrad zu gewährleisten.
Als elastischer Verdrängungskörper in der Preßform eignet sich eine in ihrer Gestalt dem Hohlraum des Werkstückes angepaßte Hülle aus elastisch dehnbarem Stoff, vorzugsweise aus Gummi; sie kann bei entsprechender Wandstärke eine genügende Eigensteifigkeit besitzen, um der Innenwandung des Hohlkörpers sowohl beim Einfüllen bzw. Einstopfen des Ausgangswerkstoffes als auch beim anschließenden Preßvorgang eine glatte Fläche und damit dem Hohlkörper selber eine überall gleiche Wandstärke zu geben. Andererenfalls kann man erfindungsgemäß den elastischen Verdrängungskörper dadurch versteifen und ihn unter allen Umständen formbeständig machen, daß die dehnbare Hülle dicht anliegend über einen starren Hohlkern, vorzugsweise aus Stahl von gleicher Gestalt gezogen wird, dessen Wandung Durchtrittsöffnungen für das dem Hohlraum der Preßform zugeführte Druckmittel besitzt, so daß es die Hülle von dem Kern abheben und sie unter elastischer Dehnung gegen die eingefüllte Werkstoffmenge zwecks deren Zusammenpressung drücken kann.
In der letzterwähnten Durchführungsform ist die Erfindung im nachstehenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung näher erläutert, und zwar an Hand der Zeichnung, die in Abb. 1 und 2 die beiden Teile eines ersten Beispieles für die Vorrichtung im mittleren senkrechten Längsschnitt schematisch wiedergibt, während in gleicher Darstellungsweise die Abb. 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung veranschaulichen.
Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 und 2 bezieht sich auf die Herstellung eines hohlzylindrischen Filterkörpers aus Polytetrafluoräthylen.
Die Preßform nach Abb. 1 ist ein hochdruckfestes zylindrisches Druckgefäß, das aus einem Mantel 1 sowie aus einem Verschluß an beiden Stirnseiten besteht, deren jeder aus einem Flanschring 2 und einem diesen übergreifenden Deckel 3 zusammengesetzt ist; die Ringe 2 sind mit einem Satz Schrauben 4 auf je einem Stirnflansch 5 und die Deckel 3 mit je einem Satz Schrauben 6 auf je einem der Ringe 2 befestigt. Ein Stutzen 7 auf der Mitte des einen Deckels 3 dient zum Anschluß einer Druck mittelleitung 8 unter Zwischenschaltung eines Steuerorgans 9. Die Bohrung des Stutzens 7 mündet in ein Rohr 10, das sich in dem Druckgefäß genau in dessen Mittelachse nahezu über dessen ganze Länge erstreckt und in seiner Wandung zahlreiche, möglichst gleichmäßig verteilte Durchtrittsöffnungen 11 besitzt.
Das den Kern der Preßform bildende Rohr 10 ist von einer elastisch dehnbaren Hülle 12 umgeben, die mit ihren beiden Stirnenden in kegeliger Aufweitung zwischen dem Ring 2 und einem Vorsprung 13 des Deckels 3 fest und dicht abgeschlossen eingespannt ist Bei fehlendem Druck liegt die Hülle 8 gleichmäßig auf dem Kernrohr 10 an. - Die Preßform kann auch am einen Ende mit einem festen Boden und dann nur am anderen Ende mit einer Deckelkonstruktion ausgebildet sein.
Der erste Herstellungsabschnitt des Verfahrens (Abb. 1) vollzieht sich wie folgt: In dem an seinem unteren Ende bereits geschlossenen Druckgefäß wird der Hohlraum zwischen seiner Wandung 1 und der eng auf dem Kernrohr 10 anliegenden Hülle 12 vollständig mit feinkörnigem Polytetrafluoräthylen ausgefüllt und danach das Gefäß durch Aufschrauben des oberen Ringes 2 und des Deckels 3 unter Einspannen des oberen Hüllenrandes druckfest geschlossen. Durch Öffnen des Organs 9 wird nunmehr eine unter einem Druck bis zu etwa 500 atü stehende Druckflüssigkeit in das Kernrohr 10 eingelassen, aus dem sie durch die Öffnungen 11 die elastische Hülle 12 beaufsohlagt und sie unter gleichmäßiger Dehnung von dem Kernrohr 10 abhebt; dabei drückt die Flüssigkeit die Hülle 12, wie in strichpunktierten Linien angedeutet, gegen die Füllung, die dadurch eine starke Zusammenpressung gegen die Gefäßwandung 1 erfährt. Durch diesen Vorgang entsteht unter der Wirkung des außenordentlich hohen Druckes ein fester zylindrischer Hohlkörper 14 als Zwischenwerkstück.
Der zweite Herstellungsabsohnitt vollzieht sich in der Form nach Abb. 2. Sie besteht aus einem druckfesten zylindrischen Gefäß 15 mit einem gleichachsigen vollen oder hohlen Dorn 16 und zwei Schraubdeckeln 17, die mit je einem zylindrischen Ansatz 18 zwischen die Teile 15 und 16 greifen.
Das in der Form nach Abb. 1 hergestellte Zwischenwerkstück 14 wird in das Gefäß 15 und sodann in die Höhlung des Werkstückes 14 der Dorn 16 eingesetzt; danach wird die Form durch die Deckel 17 verschlossen. Nunmehr wird das Zwischenwerkstück 14 durch Wärmeeinwirkung auf die Form auf etwa 200 bis 4000 C erhitzt. Der sich dabei abspielende Sintervorgang gibt dem Werkstück seine endgültige Gestalt und Porosität. Hierbei kann man durch Begrenzung der beim Sintern eintretenden Ausdehnung des Werkstückes sein Volumen und damit vor allem seinen Porositätsgrad beliebig bestimmen, und zwar durch die Wahl entsprechender Maße einerseits für die lichte Weite des Gefäßes 15 im Verhältnis zum Außendurchmesser des Zwischenwerkstückes 14 und andererseits fiir den Außendurchmesser des Dornes 16 im Verhältnis zur lichten Weite des Hohlraumes des Zwischenwerkstückes 14. Je mehr Ausdehnungsspielraum a man durch die Wahl dieser Abmessungen dem Werkstoff beim Sintern gibt, um so größer wird seine Porosität. Bemißt man im Grenzfall diesen Spielraum gleich Null, so kann man z. B. einen völlig unporösen Körper aus gesintertem wie auch ungesintertem Material herstellen. Durch Zumischen ungesinterten Materials läßt sich die Bindung und damit die mechanische Festigkeit der Formkörper beeinflussen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens, die im Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 und 4 dargestellt ist, weicht von derjenigen nach Abb. 1 und 2 nur dadurch ab, daß hier Werkstücke von Topfform mit kegeliger Wandung hergestellt werden, und zwar grundsätzlich mit den gleichen Verfahrensmaßnahmen, wie sie oben beschrieben wurden. Die Unterschiede beschränken sich auf die Kegelstumpfgestalt des Druckgefäßes 21 (Abb. 3) und seine Einstückigkeit mit seinem Boden 22 sowie auf die Topfgestait sowohl des hohlen Kernteiles 23 als auch der elastischen Hülle 24, die ihm übergezogen und mit ihrem Randteil zwischen dem Flanschring 25 und dem Deckel 26 des Druckgefäßes eingespannt ist.
Die Form nach Abb. 4 besteht aus einem Gefäß 27 und einem Einsatz 28, die in ihrer Gestalt den Teilen 21 und 24 bzw. 23 der Form nach Abb. 3 entsprechen.
Das in dieser hergestellte Zwischenwerkstück 29 wird in der Form nach Abb. 4 in gleicher Weise einem Sintervorgang unterworfen, wie es oben zu Abb. 2 erläutert wurde.
Abweichend von der Zeichnung können auch die Formen nach Abb. 1 und 2 topfartig gestaltet und demgemäß nur an der oberen Stirnseite mit einem Ring 2 und einem Deckel 3 verschließbar sein.
Man kann den Porositätsgrad des Werkstückes bis zum völligen Dichtwerden auch bereits durch den Zusammenpressungsgrad im ersten Verfahrensabschnitt in der Weise einstellen, daß man den Druck des Druckmittels entsprechend wählt, wozu man sich der Einstellungsmöglichkeiten des Organs 5 (Abb. 1) bedienen kann.
Außerdem kann man den Porositätsgrad durch die Wahl der Korngröße des Ausgangsmaterials regeln.
Der zweite Verfahrens abschnitt, der Sintervorgang, ist nicht unbedingt an eine Form gebunden; vielmehr kann das Werkstück nach dem Preßvorgang auch ohne Anwendung einer Form frei gesintert werden.
Außer in den in den Ausführungsbeispielen erläuterten Gestalten ermöglicht die Verfahrensweise gemäß der Erfindung die Herstellung von Hohlkörpern auch in beliebigen anderen Raumformen, denen sich der elastische Verdrängungskörper in seiner Gestalt ebenso anpassen läßt wie gegebenenfalls der ihn tragende starre Hohlkörper, den man, z. B. im Hinblick auf Hinterschneidungen, auch quer-oder längsgeteilt ausbilden kann.
Nach der Erfindung lassen sich Hohlkörper sowohl aus gesintertem und ungesintertem Material als auch aus einem Gemisch beider Stoffe auf Basis von Polyhalogen-Kohlenwasserstoffen herstellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von insbesondere porösen Hohlkörpern aus Stoffen auf der Basis von Polyhalogen-Kohlenwasserstoffen unter Anwendung des Sinterns, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: Der Ausgangsstoff, sinterfähig oder gesintert und danach auf Körner- oder bis auf Pulverform zerkleinert, wird in den Hohlraum gefüllt, der zwischen der Außenwand einer druckfesten Form und einem in ihr mittig angeordneten, an eine Druckmittelzufuhr angeschlossenen elastischen Verdrängungskörper entsteht; nach druckfestem Verschluß der Form wird ein unter hohem Druck stehendes Druckmittel in den Verdrängungskörper eingeführt, dieser unter elastischer Dehnung gegen das den Hohlraum füllende Material gedrückt und letzteres zu einem festen Körper zusammengepreßt; dieser Körper wird - vorzugsweise in einer zweiten, seiner Gestalt entsprechenden Form - einem Sintervorgang unter Erwärmung unterworfen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Zusammenpreßdruckes der Porositätsgrad des Hohlkörpers variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Porositätsgrad des Hohlkörpers dadurch variiert wird, daß man durch entsprechende Bemessung des Hohlraumes der Form eine unterschiedliche Wärmedehnung des Hohlkörpers beim Sintern ermöglicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl der Korngröße des Ausgangsstoffes der Porositätsgrad des Hohlkörpers variiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von ungesintertem Material und zerkleinertem, schon gesintertem Material Verwendung findet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur gesinterter Ausgangsstoff verwendet und durch Erhöhung des Druckes beim Pressen sowie durch Verringerung des Ausdehnungsspielraumes beim Sintern die Porosität des Werkstückes bis zur Erzielung eines dichten Körpers verringert wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in seiner Form der Gestalt des Hohlkörpers entsprechendes druckfestes, verschließbares Gefäß (1, 15, 21, 27), das einen an eine Druckmittelleitung (8) anschließbaren, elastisch dehnbaren Verdrängungskörper (12, 24) enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper aus einer dem Hohlraum des Werkstückes angepaßten Hülle (12, 24) aus elastisch dehnbarem Stoff, vorzugsweise aus Gummi, besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dehnbare Hülle (12, 24) dicht anliegend einen starren Hohlkern (10, 23) vorzugsweise aus Stahl von gleicher Gestalt umschließt, dessen Wandung mit Durchtrittsöffnungen (11) für das Druckmittel versehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß rohrförmig oder topfartig ausgebildet und an beiden Stirnseiten bzw. an der Oberseite mit einem lösbaren Verschluß versehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Verschluß aus einem Flanschring (2, 25) und einem Deckel (3, 26) besteht, zwischen denen der elastisch dehnbare Verdrängungskörper (12, 24) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach AnspruchlO oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (3,26) zur Halterung des starren Hohlkörpers (10, 23) dient.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein zur Wärmebehandlung des gepreßten Zwischenwerkstückes dienendes Gefäß (15,27) mit einem in ihn eingesetzten Dorn (16, 28), der ebenso wie das Gefäß in seiner Gestalt dem Werkstück entspricht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zur Wärmebehandlung des Werkstückes dienenden Gefäß zwischen einem Mantel (15, 27) und einem Einsatz (16, 28) ein in seiner Gestalt dem Werkstück entsprechender Hohlraum vorgesehen ist, dessen Weite vorzugsweise derart bemessen ist, daß sich das Werkstück bei der Erwärmung ausdehnen kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 835061.