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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern,
die einer Sinterung unterworfen werden. Derartige gesinterte Formkörper bestehen
z. B. aus Porzellan, ferromagnetischem Ferrit, dielektrischem Titanat oder aus gesintertem
Metallpulver. Diese gesinterten Formkörper werden in den verschiedensten Gebieten
der Technik, z. B. als ferromagnetische Körper, als Isolatoren oder als Hartmetallwerkzeugteile
benutzt.
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Bei der Sinterung der Ausgangssubstanzen für derartige Gegenstände
wird im allgemeinen ein niedriger Schrumpf verlangt, damit die bei der Formgebung
erzielte Form keinen großen Veränderungen unterworfen wird. Zu diesem Zweck ist
es erwünscht, die Partikelchen der Ausgangssubstanzen bereits bei der Formgebung
möglichst innahen Kontakt zu bringen, d. h. die Dichte der Formkörper zu erhöhen.
Bei der Herstellung von ferromagnetischen und dielektrischen Substanzen hat die
gegenüber der Schüttdichte hohe Dichte des zu sinternden Formkörpers auch einen
günstigen Einfluß auf die ferromagnetischen bzw. dielektrischen Eigenschaften. So
findet beispielsweise bei der Herstellung von ferromagnetischem Ferrit eine bessere
Festkörperreaktion der Ausgangssubstanzen, z. B. der ferritbildenden Metalloxide,
statt. Bei der Herstellung von Hartmetallsinterkörpern ist eine erhöhte Dichte insofern
erstrebenswert, als sich beim Sintern leichter ein mechanisch fester und sehr harter
Körper ergibt.
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Es sind bereits Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern bekannt,
bei denen die Ausgangssubstanzen, nämlich ein feingepulvertes keramisches Material,
in einer niedrigviskäsen Flüssigkeit suspendiert, die Suspensionsflüssigkeit in
eine Matrize eingeleitet und dort mittels Preßstempel zusammengepreßt wird. Dabei
entweicht der Überschuß der Suspensionsflüssigkeit, beispielsweise durch Kanälchen
einer im Matrizenboden befindlichen Filterscheibe. Diese Vorrichtungen haben den
wesentlichen Nachteil, daß bei den bewegbaren Stempeln das Problem der Abdichtung
Schwierigkeiten-bereitet und man daher im allgemeinen von einem losen Schüttgut
in Pulverform im Gegensatz zur Suspensionsflüssigkeit ausgeht, dieses Schüttgut
in eine Form füllt und anschließend zusammenpreßt. Die Formkörper werden nach dem
Pressen der Sinterung unterworfen.
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Zur Herstellung von Formkörpern auf Ferritbasis ist es auch bereits
bekannt, das pulverförmige Ausgangsmaterial im aufgeschwemmten Zustand zusammen
mit einer Flüssigkeit in eine Form einzufüllen und durch ein Magnetfeld auszurichten.
Unmittelbar anschließend daran findet der Preßvorgang statt. Die Flüssigkeit tritt
hierbei durch besondere Öffnungen in der Form aus. Ein kleiner Teil verbleibt im
Formkörper. Deshalb muß nach dem nassen Verpressen jeder Formkörper noch getrocknet
werden, wobei es besonders bei größeren Stücken häufig zu Trocknungsrissen kommt,
welche durch das Fertigsintern nicht mehr zu beseitigen sind.
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Bei einem bereits bekannten Verfahren zur Herstellung von anisotropen
dauermagnetischen Ferritkörpern wird zur Verbesserung der Anisotropie das vorgesinterte
magnetische Pulver mit einer Suspensionsflüssigkeit gemischt und in diesem Zustand
in eine Preßmatrize gebracht. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes ist wie im
vorstehenden Fall infolge der leichteren Bewegbarkeit der magnetisierbaren Partikelchen
eine bessere Ausrichtung der Partikelchen im Magnetfeld möglich. Die Suspensionsflüssigkeit
hat hierbei vor allem die Aufgabe, diese verbesserte Ausrichtung zu gewährleisten.
Der Überschuß der Suspensionsflüssigkeit wird nach dem ersten Ausrichtungsvorgang
entfernt, und durch weitere Verdichtungen des magnetisierbaren Gutes wird schließlich
der Formkörper, der später der Sinterung unterworfen wird, fertiggestellt.
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Als Preßmatrize dienen eine Preßform zur Aufnahme des Preßgutes und
mindestens ein Preßstempel, der zur Verdichtung des Preßgutes verwendet wird. Dieser
Preßstempel wird beim Verdichten in die Preßmatrize gedrückt. Bei dieser Vorrichtung
ist derBoden der Preßmatrize mit Kanälchen versehen, durch die Suspensionsflüssigkeit
austritt, wenn der Preßstempel im Sinne einer Druckerhöhung auf das in der Preßform
befindliche Preßgut einwirkt.
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Ein derartiges Suspensionspreßverfahren weist eine Reihe von Nachteilen
auf. So ist die Anfertigung der Preßmatrize und des exakt formschlüssig in die Preßform
eingreifenden Preßstempels verhältnismäßig teuer. Beim Pressen eines jeden Preßlings
ist mindestens ein bewegbarer Teil, nämlich der Preßstempel, erforderlich. Außerdem
erfolgt ein rascher Verschleiß der Preßmatrizenform bzw. des Preßstempels, eine
Tatsache, die im Zuge der Kostenverminderung bei der Herstellung derartiger Preßlinge
sehr beachtlich ist. Ein weiterer, nicht unbeachtlicher Nachteil ist darin zu sehen,
daß bei Verwendung der herkömmlichen Suspensionspreßvorrichtungen mit Preßstempeln
der Preßling inhomogen verdichtet wird. Dies führt nicht nur bei Magnetika und Dielektrika
zu unerwünschten Nachteilen, sondern bewirkt beispielsweise bei der Herstellung
von Hartmetallsinterkörpern verschiedene Festigkeitsgrade im Sinterkörper, die bei
seiner Verwendung dessen Bruchgefahr erhöhen.
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Darüber hinaus ist bereits eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern
bekannt, bei der keramisches Ausgangsmaterial in eine zweiteilige poröse Form über
mehrere kleine Eintrittskanäle in teigiger Form eingepreßt wird und die Flüssigkeit
der teigigen Substanz durch die poröse Form hindurchtritt. Auf diese Weise werden
Zündkerzensteine hergestellt. Nach der Teilung der Form wird der Rohling aus der
Form entnommen und gesintert. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht vor allem
darin, daß ihre Handhabung bei der Massenproduktion von Preßlingen dieser Art Schwierigkeiten
verursacht und auch eine magnetische und/oder elektrische Ausrichtung der zu verpressenden
Partikelchen Schwierigkeiten bereitet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Herstellung von Formkörpern zu schaffen, der die vorstehend aufgezeigten Nachteile
der bekannten Vorrichtungen nicht anhaften. Es soll insbesondere eine Vorrichtung
zur Durchführung eines derartigen Preßverfahrens geschaffen werden, die sich vor
allem in der Massenproduktion durch einfache Handhabung und geringen Formenverschleiß
auszeichnet und die Ausbildung einer magnetischen und/oder elektrischen Anisotropie
erleichtert.
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Bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, die einer Sinterung
unterworfen werden, bei dem das Ausgangsmaterial für die gesinterten Teile in einer
niedrigviskosen Flüssigkeit suspendiert und in diesem Zustand unter hohem Druck
der Form zugeführt wird, so daß die Suspensionsflüssigkeit unter
Zurücklassung
des Ausgangsmaterials weitgehend wieder aus der Form entweicht, sieht die Erfindung
vor, daß die Form aus einem im wesentlichen entsprechend der Gestalt des Formkörpers
ausgebildeten Formrahmen und Filterscheiben besteht, die den Formrahmen-Hohlraum
abdecken und durch die die Suspensionslüssigkeit aus diesem Hohlraum wieder austritt,
daß der Formrahmen einen Einfüllkanal zum Einfüllen des Ausgangsmaterialschlammes
in den Hohlraum aufweist und daß mehrere Formrahmen derart in einer Reihe hintereinander
bzw. nebeneinander angeordnet sind, daß sich zwischen den mit ihren offenen Seiten
zugewandten Formrahmen jeweils eine Filterscheibe oder jeweils zwei durch eine Druckscheibe
getrennte Filterscheiben befinden und/ oder daß jeweils mehrere Formrahmen beidseitig
ihrer Hohlräume von je einer Filterscheibe abgedeckt sind.
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Nach der Erfindung wird von der Verwendung zweiteiliger poröser Formen
Abstand genommen. Statt dessen sind praktisch unporöse und daher in der Regel mechanisch
weitaus festere Formrahmen verwendet, durch die der Ausgangsmaterialschlamm in den
vom Formrahmen gebildeten Hohlraum eingepreßt wird, und sind zum Durchtritt der
Suspensionsflüssigkeit des Formrahmens Filterscheiben angelegt, die als stirnseitige
Begrenzung des Preßlings dienen. Zusätzlich können sogenannte Druckscheiben an der
vom Formrahmen abgewandten Seite der Filterscheiben angesetzt sein, damit sich die
Filterscheiben beim Anlegen des verhältnismäßig hohen Preßdruckes nicht verbiegen.
In diesen Druckscheiben können zusätzliche Kanäle angeordnet sein, durch die die
Suspensionsflüssigkeit, die durch die Filterscheiben zu diesen Kanälen gelangt,
abgeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur sehr einfach herzustellen,
sondern auch leicht auseinanderzunehmen und zu reinigen, so daß die Preßlinge ohne
Schwierigkeiten aus dem Formrahmen entfernt werden können. In der Massenproduktion
derartiger Rohlinge hat sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bewährt.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht vor allem darin, daß sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung in einfacher Weise zur Ausrichtung der zu verpressenden Partikelchen
in magnetischer oder elektrischer Feldrichtung eignet. Zu diesem Zweck ist es lediglich
erforderlich, die aus den Formrahmen, gegebenenfalls Filterscheiben und Druckscheiben
bestehende Anordnung zwischen die Schenkel eines Elektromagneten einzusetzen. Bei
Anlegen des magnetischen Feldes wird eine zusätzliche Druckkomponente erzeugt, die
die Anordnung praktisch selbsttätig zwischen diesen Schenkeln zusammenhält, so daß
allein durch Abschalten des Magnetfeldes die Anordnung wieder auseinandergenommen
werden kann. Die Anordnung wird in diesem Fall immer mit dem gleichen Druck zusammengehalten,
sofern ein gleiches Magnetfeld aufrechterhalten ist. Das umständliche Anziehen von
Befestigungsschraubvorrichtungen kann dabei in Wegfall kommen.
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Das Ausgangsmaterial kann entsprechend der Pumpleistung, d. h. entsprechend
dem Druck, mit dem das Ausgangsmaterial in den Formrahmen gepumpt wird, gleichmäßig
in dem Formrahmen verdichtet werden. Dabei bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung
den weiteren Vorteil, daß die mit dieser Vorrichtung gefertigten Formkörper ein
außerordentlich homogenes Gefüge aufweisen. Bei den unter Verwendung wenigstens
eines Preßstempels arbeitenden Vorrichtungen sind die dem Preßstempel zugewandten
Teile der Formkörper bedeutend höher verdichtet, als die Innenteile, so daß bei
der nachfolgenden Sinterung ein unterschiedlicher Schrumpf auftritt, der zu Rissen
Anlaß geben kann.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden Dichtungsschwierigkeiten
weitgehend behoben. Da lediglich feststehende Teile benutzt werden, ist die Dichtung
zwischen den Pumpleitungen und den Formrahmen bzw. zwischen den Formrahmen und eventuell
zwischengefügten Druck- und Distanzscheiben sehr leicht zu bewerkstelligen. Die
Anbringung der Filterscheiben als Abdeckung an den Formrahmen bereitet dem Fachmann
keinerlei Schwierigkeiten. Nach dem Entfernen der Filterscheiben von den Formrahmen
werden die Formkörper aus den Formrahmen herausgedrückt und anschließend der Sinterung
unterworfen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung
von anisotropen dauermagnetischen Körpern aus Ferrit. Derartige Körper bestehen
beispielsweise aus sogenannten modifiziertem Strontiumferrit, das ist ein gesinterter
Körper, der neben Eisen- und Strontiumoxiden noch geringe Anteile zusätzlicher,
die magnetischen Eigenschaften verbessernder Elemente enthält. Derartige dauermagnetische
Ferritkörper werden zur Verbesserung der magnetischen Wirkung anisotrop ausgebildet,
d. h., daß derartige Körper in einer oder mehreren Richtungen eine höhere Magnetisierbarkeit
als in den anderen Richtungen aufweisen. Zu diesem Zweck werden derartige Körper
bereits bei der Herstellung der Formkörper einem magnetischen Feld ausgesetzt, in
dem sich die als Ausgangssubstanzen dienenden magnetisierbaren Partikelchen auszurichten
vermögen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Ausbildung derartiger,
die magnetische Anisotropie der Formkörper bewirkender magnetischer Felder sehr
leicht durchzuführen. Dies gilt sowohl für Einzelformrahmen als auch für die oben
angegebenen Mehrfachanordnungen. Die Ausbildung einer Anisotropie kann ebenfalls
beispielsweise bei dielektrisch wirkenden Stoffen erwünscht sein, so daß dort analog
ein elektrisches Feld zur Ausrichtung der elektrisierbaren Partikelchen vorgesehen
ist.
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Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können z. B. anisotrope
Ferritmagneten hergestellt werden, die eine Remanenzinduktion von B, = 3,8
kG, eine Koerzitivkraft von BH, = 2,5 kOe sowie ein maximales Energieprodukt
(B * H)mar = 3,6 MGOe aufweisen. Der noch ungesinterte, erfindungsgemäß hergestellte
Preßling weist eine Dichte von 9 3 g/cm3 auf. Dieser Wert liegt nur etwa 5 unter
der Dichte von mittels Preßstempel in Matrizen gepreßt-n Formkörpern. Die magnetischen
Werte entsprechen den nach den seither bekannten Preßverfahren hergestellten derartigen
anisotropen Ferritmagneten. Erfindungsgemäß werden jedoch die Herstellung wesentlich
vereinfacht und die Herstellungskosten wesentlich gesenkt. Die Vorrichtung eignet
sich auch zur Herstellung von ringförmigen Kernen oder anderen Formen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen
dargestellt.
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Die F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine schematisch
dargestellte
Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern. Dabei sind drei Formrahmen :1 derart
hintereinander angeordnet, daß sich zwischen diesen Formrahmen 1 Distanz- oder Druckscheiben
2 befinden, wobei zwischen den beidseitig offenen Formrahmen und den Druckscheiben
jeweils eine Filterscheibe 3 eingesetzt ist. In den Formrahmen :t sind Kanäle 4
angeordnet, desgleichen in den Druck- oder Distanzscheiben 2, so daß die Suspensionsflüssigkeit
5 über eine Leitung 6 zu dem Kanalsystem innerhalb der Formrahmen und Druckscheiben
und von dort in die Hohlräume 7 der Formrahmen gepumpt werden kann. Durch die Filterscheiben
3 tritt die überschüssige Flüssigkeit, z. B. Wasser, hindurch. Sie sammelt sich
in den Kanälen 8 der unterhalb der Formrahmen und Druckscheiben angeordneten Schienen
9. Die Druckscheiben 2, Filterscheiben 3 und Formrahmen 1 werden von einem U-förmigen
ferromagnetischen Element 10 sowie einem ferromagnetischen Druckbolzen 11 zusammengehalten.
Um den unteren Schenkel des Rahmens 10 ist eine Spulenwicklung 12 angelegt, so daß
bei Durchströmen eines Gleichstromes oder eines Wechselstromes durch die Spulenwicklung
ein magnetisches Feld erzeugt wird, das durch die Hohlräume der Formrahmen in Pfeilrichtung
S5 hindurchtritt. Beim Einpumpen von in der Flüssigkeit suspendierten magnetisierbaren
Partikelchen in die Hohlräume 7 werden die Partikeln in der Richtung des magnetischen
Feldes S5 ausgerichtet. Während des Einpumpens ist es in manchen Fällen notwendig,
daß der Druckbolzen 11 mit dem für die Abdichtung notwendigen Druck P auf die äußere
Druckscheibe 2 gedrückt wird. Für die Herstellung dünner Preßscheiben führt die
magnetisch anisotrope Ausrichtung der Scheibenstruktur zu einem weiteren Vorteil.
Das magnetische Feld macht infolge seiner Kraftwirkung die sonst erforderlichen
Klammern und Druckmittel zum Zusammenhalten der Formrahmen und Druckscheiben überflüssig.
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Die F i g. 2 zeigt in teilweise gebrochener, perspektiYischer sowie
schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Hierbei sind die Formrahmen 1 derart nebeneinander angeordnet, daß
ihre offenen Seiten der Hohlräume 7 jeweils von einer Filterscheibe 3 sowie von
Druckscheiben 2 abgedeckt sind. Die Druckscheiben 2 sind jeweils an der inneren,
der Filterscheibe 3 zugewandten Seite mit kleinen Aussparungen versehen, durch die
die austretende Flüssigkeit leichter abgeführt werden kann. Durch die Formrahmen
1 führen ebenfalls Kanäle 4. Die Formrahmen 1 sind derart zusammengefügt, daß die
über eine Pumpleitung 6 und ein Rückschlagventil 13 eingeführte Suspensionsflüssigkeit
in sämtliche Hohlräume gelangt, so daß praktisch überall eine gleiche Verdichtung
und gute Homogenität der Formkörper erreicht werden kann. Zur Ausrichtung von magnetisierbaren
Partikelchen werden beidseitig der Formrahmen 1 die Schenkel 14 eines Elektromagneten,
von dem nur ein Schenkel dargestellt ist, angesetzt, so daß das magnetische Feld
S- in Pf...lrichtung entlang der Schenkel und durch die Formrahmen 1 hindurchtreten
kann. Der Schenkel 14 des Elektromagneten ist an einem Ende ebenfalls mit einem
Kanal versehen, an dem die Pumpleitung 6 flüssigkeitsdicht angeschlossen ist.