DE1806608A1 - Verfahren und Anordnung zwecks Herstellung von Pulverkoerpern im isostatischen Druckverfahren - Google Patents

Verfahren und Anordnung zwecks Herstellung von Pulverkoerpern im isostatischen Druckverfahren

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Description

Verfahren und Anordnung zwecks Herstellung von Pulverkörpern im Isostatischen Druckverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pulverkörpern im isostatischen Druckverfahren, beispielsweise zur Herstellung von Hartmetallprodukten oder elektrischen Heizelementen mit einem elektrischen leiter, der von einem Körper aus gepreßtem Pulvermaterial und gegebenenfalls einer rohrförmigen Hülle umschlossen ist, oder von Schweiß- oder Ofenelektroden u.a.m.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Körper, z.B. von Heizelementen für Waschmaschinen usw., wird ein zentraler Leiter in ein ihn umgebendes Pulver, in diesem FaIl von elektrisch isolierender und wärmeleitender Art, eingepackt, das eventuell von einem Rohr oder einer anderen Hülle umgeben ist. Der Körper wird dann in einem entsprechend ausgebildeten Formwerkzeug oder zwischen Walzen mit einer gewissen Nutenform gepreßt, wobei das Pulver oder die Hülle um den zentralen Leite'r komprimiert wird. Diese Methode hat gewisse Nachteile. Man ist an eine bestimmte Form des Werkzeuges gebunden, und es
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ist schwer, Rißbildungen, Ungleichmäßigkeiten und Lufteinschlüsse im fertigen Körper zu vermeiden, besonders wenn er nachher gebogen oder in anderer Weise verformt wird, wie z.B. in Zick-Zack- oder Spiralenform, was bei Heizelementen üblich ist. Die Schwierigkeit, an eine gewisse Form gebunden zu sein, besteht auch bei Hartmetallkörpern, die gewöhnlich aus einem Pulver von Hartstoffkörne rn wie Wolframkarbid und einem Bindemittel, wie Nickel oder Kobalt, bestehen, bei Schweißelektroden usw. Man hat deshalb ein Interesse daran, solche Körper mittels anderer Verfahren herzustellen.
Ein bekanntes Verfahren besteht darin, daß man einen oder mehrere Pulverkörper, z.B. der oben angegebenen Art, in eine Hochdruckkammer für ein gasförmiges oder hydraulisches Druckmittel einbringt und einen hohen Druck in der Kammer erzeugt, so daß die Körper allseitig gedrückt werden und das Pulver gleichmäßig und verhältnismäßig frei von lufteinschlüssen wird. Durch ein solches isostatisches Drücken können auch Körper von komplizierterer Form hergestellt werden, z.B. gekrümmte Hartmetallschneidekörper, Heizelemente in Spiralenform oder mit einer anderen nicht-linearen Form usw., wobei die Krümmung vorzugsweise vor der Kompaktierung der Körper ausgeführt wird. Eine Vor- oder Nachsinterung kann stattfinden. Dieses Verfahren ergibt die Möglichkeit, eine hohe Qualität der Produkte, eine hohe Produktionsgeschwindigkeit und gute Dimensionsgenauigkeit auch ohne Nachkalibrierung zu erhalten. Die Herstellungskosten der Körper werden dabei niedrig.
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Ein Nachteil, der jedoch zuweilen bei diesem isostatischen Drücken vorkommt ist, daß man gezwungen ist, in der Druckkammer oder Druckbehälter ein Druckmittel zu verwenden, das für die Druckkammer geeignet, z.B. nicht korrodierend ist, das jedoch den gedrückten Körper ungünstig beeinflussen kann. Ein für den gedrückten Körper geeignetes Druckmittel kann andererseits ungeeignet für den Druckbehälter sein. Als Beispiel kann angeführt werden, daß Hydraulöl in einem fertigen Hartmetallkörper diesen weniger verwendbar machen kann. Hydraulöl in einem Heizelement bewirkt, daß das Element wegen des nicht leitenden Charakters des Öls nur schwer Isolationsproben unterworfen werden kann, weiter gibt im Körper verbleibendes Öl, das nur schwer zu entfernen ist, einen schlechten Geruch bei späterer Anwendung des Heizelements. Auch bei der Elektrodenherstellung können Nachteile nachgewiesen werden.
Erwünscht wäre z.B. bei isostatischem Drücken von Hartmetallkörpern statt Öl ein Druckmittel wasserlöslicher Art zu verwenden, z.B. eine Mischung von Glyzerin und Äthylenglykol, und bei der Herstellung von Heizelementen Wasser. Solche Druckmittel können jedoch Korrosion u.dgl. in der Wand eines Druckbehälters verursachen, was wiederum einen Bruch oder andere Schaden in der Hochdruckapparatur zur folge haben kann. Man kann also sagen, daß es oft schwer ist, ein Druckmittel zu finden, das sowohl für den Hochdruckbehälter als auch für die Körper geeignet ist.
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Die Erfindung behebt diese Schwierigkeiten und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Körper in einem mit einem Druckmittel gefüllten und verschlossenen Behälter mit mindestens einem elastischen oder verschiebbaren Wandteil angeordnet werden, der Behälter in eine mit einem hydraulischen oder pneumatischen Druckmittel gefüllte Druckkammer eingesetzt und danach der Druck in der Kammer erhöht und der Behälter komprimiert wird. Man nutzt hier vollständig die Vorteile des isostatischen Drückens aus und kann zugleich eine Produktion in großem Maßstab erreichen. Das auf die Körper wirkende Druckmittel kann mit Rücksicht auf den Körper und das auf die äussere Druckkammer wirkende Druckmittel mit Rücksicht auf die gewünschten Bedingungen der Kammer gewählt werden. Man braucht also auch hier keine kostspieligen Werkzeuge und ist unabhängig von der Form und Erstreckung des Objekts.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem mit einem Druckmittel gefüllten Behälter mit mindestens einem elastischen oder verschiebbaren Wandteil zur Aufnahme des zu verformenden Körpers besteht.
Eine solche Anordnung funktioniert wirksam als inneres Druckgefäß. Die elastische Wand verändert bei Druck in der Außenkammer schnell ihre Form und djer innere Behälter wird komprimiert, bis ein Gleichgewicht des Drucks im Behälter und der
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Kammer erreicht ist. Me Körper im Behälter werden mit demselben Druck, der in der Kammer besteht, isostatisch gedruckt, ohne daß sie dabei in Kontakt mit dem äußeren Druckmittel zu kommen brauchen. Zweckmäßig wird der. Behälter mit einem Boden in der Form einer perforierten Wand, eines Gitters oder Netzes ausgeführt, das von der elastischen Wand umschlossen ist. Anstelle der elastischen Wand (Boden) in der Form einer elastischen Membran kann man die Wand verschiebbar in der Form eines Kolbens anordnen, der in einem zylindrischen Raum beweglich ist.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in dieser zeigen :
Fig. 1 einen Behälter in einer Hochdruckkammer, der mit einer Wand (Boden) in der Form einer elastischen Membran versehen ist und Fig. 2 und 3 alternative Ausführungsformen.
In Fig. 1 bezeichnen 11 eine schematisch dargestellte Druck-
kammer und 12 einen Behälter aus dünnen Metallwänden, z.B. aus Stahl. In manchen Fällen können auch mehrere Behälter 12 in
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derselben Druckkammer/angeordnet werden. Das Einbringen der Behälter kann in die leere oder die gefüllte Druckkammer geschehen. Der Behälter 12 nimmt einen oder mehrere Pulverkörper auf, hier z.B. ein spiralenförmig gebogenes Heizelement 13» und ist mit einem Druckmittel, z.B. Wasser, gefüllt und mit einem Deckel 14 verschlossen.
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Der oder die Pulverkörper können Hartmetallkörper sein,.die aus Hartstoffkörnern1(WC etc) und Bindemittel (Co oder Ni) bestehen, die eventuell in einer dünnen Hülle aus Plastik od. dgl. eingeschlossen sind, die nach dem Drücken und vor der darauf folgenden Behandlung, z.B. Drehen, entfernt wird. Das Pulver in den Hartmetallkörpern soll komprimiert werden, um eine genügende Dichtigkeit und Festigkeit zu erhalten, um danach bearbeitet werden zu können, z.B. in einer Drehbank vor der nachfolgenden Sinterung, nach der eine weitere Bearbeitung sehr schwierig ist. Man will verhindern, daß in das Pulver Stoffe eindringen, die später seine Qualität verschlechtern können. Dies geschieht dadurch, daß man dem direkt wirkenden Druckmittel eine ungefährliche Zusammensetzung gibt und den Körper während des Drückens in eine Hülle einschließt. Es besteht jedoch das Risiko, daß eine kleinere Menge des Druckmittels nach Entfernen der Hülle in den Pulverkörper eindringt, weshalb - wie erwähntauch die Zusammensetzung des Druckmittels wichtig ist. Ein zweckmäßiges Druckmittel ist Glyzerin, eventuell mit einem Zusatz von Äthylenglykol.
Der Pulverkörper 13 kann auch ein Heizelement oder ein Thermoelement mit gerader oder gebogener Form sein, das aus einem oder mehreren zentralen Leitern besteht, die von einem Pulver elektrisch isolierender-, aber wärmeleitender Art, z.B. Aluminium oder Quarz, umgeben sind. Um den Körper kann entweder eine dünne, plastische und später entfernbare Hülle angebracht werden oder auch ein zusammenhaltendes Hüllenrohr, das vor der Komprimierung an den Enden verschlossen wird.
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Das Pulver in diesen Körpern muß, um eine genügende Festigkeit und auch wärmeleitende oder andere gewünschte Eigenschaften zu erhalten, stark komprimiert werden. Dies muß erfolgen, nachdem der Körper in seine endgültige Form gebogen worden'ist. Wie ersichtlich, ist das Heizelement 13 im gezeigten Fall vor der Komprimierung mäanderförmig gebogen. Die Methode kann auch bei Schweiß- und Ofenelektroden, Maschinenteilen in Pulverform, Kochplatten, aus mehreren Schichten zusammengesetzten Pulverkörpern usw. verwendet werden. Bin zweckmäßiges Druckmittel bei der Heizelementherstellung mit oder ohne Hülle ist Wasser, das elektrisch leitend ist und dabei im fertig gepreßten Produkt eine Isolationsprüfung ermöglicht, das aber bei der Anwendung des Elements verdampft und verschwindet.
Im Boden des Behälters 12 ist eine perforierte Platte 15, ein Hetz oder Gitter für den Durchtritt des Druckmittels und unter diesem ist eine elastische oder flexible Membran oder ein Sack 16 angeordnet. Die Membran schließt einen Kompressionsraum ein, der mindestens gleich groß sein soll wie die Verminderung des Gesamtraums des Behälters 12, die stattfindet, nachdem ein voller Druck in der äusseren Kammer erreicht worden ist, d.h. der Raum bei 16 (Sackraum) soll wenigstens der Komprimierung des Gesamtraums im Behälter 12 entsprechen. Die Wand kann aus einem verhältnismäßig dünnwandigen zylindrischen Rohr bestehen. TJm die Membran oder den Sack 16 ist ein Stützraum 17 angeordnet, der seitlich von einer Wand oder Stütze zum Tragen des Behälters und zum Schutz des Sacks 16 begrenzt ist. Der Stützraum 17 kann
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nach unten zu offen oder von einer perforierten Platte 18, einem Netz oder einem Gitter begrenzt sein, um den Durchgang des Druckmittels von der äusseren Druckkammer 19 zum Stützraum 17 zuzulassen.
Der Behälter 12 mit dem Stützraum 17 und Sack 16 wird in eine äußere Druckkammer für ein Gas- oder hydraulisches Druckmittel, z.B. Hydraulöl, gesenkt, das wasserabstoßend und nicht korrosiv ist. Der Behälter 12 kann in der Kammer 11 aufgestellt oder aufgehängt werden. Die Kammer wird bis zu 500 bis 40.000 Atm., z.B. W mit 6000 Atm. mittels üblicher Pump- und/oder Preßorgane 20 unter Druck gesetzt.
Anstelle eines Sackes oder einer Membran im Boden können andere Wände des Behälters oder alle Wände nachgiebig sein, um komprimiert werden zu können, bis Druckgleichgewicht zwischen dem äußeren und inneren Raum erhalten wird. Man kann auch, wie in Pig. 2 gezeigt ist, die Membran, durch einen in einem zylindrischen Raum beweglichen Kolben ersetzen, der den Behälter t 12 nach unten zu abdichtet. Die Form des Behälters kann im Prinzip beliebig gewählt werden.
Nachdem der Behälter 12-mit einem Körper und einem Druckmittel, hier mit einem Heizelement und mit Wasser, gefüllt und nach Entlüftung bei 14 verschlossen worden ist, wird er in die Druckkammer 11 gesetzt, der Druck in der äußeren Kammer wird dann auf z.B. 6000 Atm. erhöht, welcher Druck auch auf den Behälter ' 12 und seinen Sack 16 einwirkt. Der Behälter 12 wird komprimiert
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und der Sackraum so vermindert, daß Druokgleichgewicht des inneren und äußeren Druckraumes erhalten wird. Eventuell kann im Behälter gleichzeitig eine gewisse Erwärmung des Körpers stattfinden. Die Körper 13 werden vom inneren Druckmittel isostatisch gedrückt, und nach aufgehobenem Druck in der· Kammer 11 "breitet sich der Sackraum wieder aus.· Als ein Beispiel des Kompres s ions grades kann "bei einem Druck von 6000 Atm. eine Kompression des Behälters (Raum + Sackraum) "bis auf 84$ des ursprünglichen Volumens genannt werden. Der Sackraum muß dabei mindestens 169ε des inneren Gesamtraumes betragen.
Nach Einfüllen des Druckmittels in den Behälter 12 nimmt das Gesamtvolumen seinen größten Wert an, während des isostatischen Drückens hat es seinen niedrigsten Wert. Die Körper im Behälter werden isostatisch gedrückt und allseitig und homogen komprimiert.
In Fig. 3 ist ein Behälter 12 mit einem geschlossenen Boden 22 gezeigt, durch den ein oder mehrere Rohre 23 zur Verbindung des Sackraumes mit dem Behälterraum geführt sind. Der Sack 16 kann wie ersichtlich auch an einem anderen Teil des Stützraumes 17 befestigt werden, z.B. an der perforierten Platte 18. Der Boden 22 kann auch mit Kanälen an seiner Peripherie versehen sein.
Das oben angegebene Verfahren kann auch bei der Herstellung von Plastikkörpern verwendet werden, wobei ein Stoff, bestehend aus einem Grundmaterial und einem Härter isostatischen Drücken, eventuell unter Erwärmung, ausgesetzt und dabei gehärtet wird.
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Auch Flüssigkeiten können isostatischen Drücken ausgesetzt werden, um gewisse Veränderungen zu erfahren. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Zweck des Verfahrens ist, zwei verschiedene Druckmittel aus einleitend angegebenen Gründen voneinander zu trennen.
Das Verfahren und die Anordnung können auf vielerlei Arten im Rahmen der Patentansprüche variiert werden.
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Claims (10)

Patentansprüche t
1. Verfahren zur Herstellung von Pulverkörpern im isostatischen Druckverfahren, beispielsweise zur-Herstellung von Hartmetallprodukten oder elektrischen Heizelementen mit einem elektrischen Leiter, der von einem Körper aus gepreßtem Pulvermaterial und gegebenenfalls einer rohrförmigen Hülle umschlossen ist, oder von Schweiß- oder Ofenelektroden u.a.m., dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (13) in einem mit einem Druckmittel gefüllten und verschlossenen Behälter (12) mit mindestens einem elastischen oder verschiebbaren Wandteil (16, 21) angeordnet werden, der Behälter in eine mit einem hydraulischen oder pneumatischen Druckmittel gefüllten Druckkammer (11) eingesetzt und danach der Druck in der Kammer (11) erhöht und der Behälter (12) komprimiert wird. ,
2. Verfahren zum Herstellen'von Pulverkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverkörper vor dem Drücken in einer dünnen Hülle aus Plastik, Metallfolie od.dgl. eingeschlossen wird, um das Pulvermaterial vor dem Drücken zusammenzuhalt en.
3. Verfahren zum Herstellen elektrischer Heizelemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hülle ein den Pulverkörper umschließendes, an den Enden verschlossenes und den Körper versteifendes Rohr verwendet wird.
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4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder einigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem mit einem Druckmittel gefüllten Behälter (12) mit mindestens einem elastischen oder verschiebbaren Wandteil (16, 21) zur Aufnahme des zu verformenden Körpers besteht.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) aus einem elastischen Boden, etwas steiferen Seitenwänden und einem Deckel (14) zum Verschließen des Behälters besteht. ' . .
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter eine Stütze (15) für die zu verformenden Körper angeordnet ist und daß die Stütze aus einer perforierten Platte, einem Gitter, einem Netz od.dgl. besteht.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (15) innerhalb der elastischen Wand des Behälters (.12) angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem oder einigen der Ansprüche 4 bis T3 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) einen Fuß (17) hat, der nach unten zu von einer perforierten Endfläche, einem Gitter, einem Netz od.dgl. abgeschlossen oder nach unten zu offen ist.
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9. Anordnung nach einem oder einigen der Ansprüche 4 bis 8f dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wand aus einer elastischen Membran (16) besteht, die in nicht druckbelastetem Zustand einen Raum umschließt, der mindestens gleich der Verminderung des Gesamtvolumens des mit Körpern und innerem Druckmittel gefüllten Behälters ist, die bei Hochdruck in der Kammer (11) entsteht.
10. Anordnung nach einem oder einigen der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wand ein Kolben (21) ist, der in einem zylindrischen Raum beweglich ist, dessen Volumen wenigstens gleich der Verminderung des Gesamtvolumens des mit Körpern und innerem Druckmittel gefüllten Behälters ist, die bei Hochdruck in der Kammer (11) entsteht.
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