DE2023146A1

DE2023146A1 - Leitung mit Mikro-Querschnitt fuer stroemende Medien und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2023146A1
Application number: DE19702023146
Authority: DE
Inventors: Roberts John A; B Lee Danzey; Roberts Peter R
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1970-12-17
Also published as: FR2049095B1; FR2049095A1; BE750291A; JPS5126649B1; NL7006870A; GB1315544A; US3591915A

Description

te

Dr.-lng. HhNS RUSCHKE
Dipl.-lng. HONZ AGULAR 2023146

8 München 8U, Pienzenawerstr« 2

uns or Zeichen B 916

Brunswick Corporation, Chicago, Illinois 60602 / USA

leitung mit Mikro-Querschnitt für strömende Medien und Verfahren au deren Herstellung

Eine derartige Leitung mit Mikro-Quersehnitt für Flüssigkeiten oder Gase, im folgenden nur "Lochstruktur" genannt, weist einen oder mehrere Durcho'-inge auf, mit welchen die Menge an Flüssigkeit gesteuert werden kann, welche dadurch strömt, wobei der Durchgang einen wirksamen Durchmesser von 5 Mil bis 1 Mikron aufweist ο Die Dicke der lochstruktur lot wenigstens 10-mal größer alo der wirksame Durchmesser des Durchganges, und die Wanddicke der Struktur ist wenigstens 5-mal größer als der v/irksame Durchmesser des Durchganges·

Ein allgemeines Verfahren zum Schaffen einer solchen lochotruktur besteht darin, den Querschnitt von zwei odor mehr Materialteilen mit dazwischen eingesetztem Yorluotelement durch Verjüngen zu reduzieren, welches ebenfalls im Querschnitt reduziert wird» Während der Verjüngung ergänzen πloh die Abschnitte in ein homogenes Material«. Bach dem Verjüngen wird die Struktur in vorgeführte lAr,gon und Formen geschnitten und das Verlu,'r⁽;oleme/ib daraus entfernt. Wenn zwei oder mehrere Vo"luntelemente parallel verwendet werden, können zwei odor mohrero parallele Durchgänge geschaffen werden_e

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Die Erfindung bewegt sich auf dem PeId von Loohstrukturen und insbesondere bezüglich einer Loohstruktur, welche durch Vereinigung von zwei oder mehreren Abschnitten in einen homogenen Abschnitt gebildet ist.

Während der vergangenen Jahrzehnte wurden große Schritte beim Schaffen von Durchgängen in thermoplastischen Materialien wie Glas, Metalle, Kunststoffe uws. unternommen. Diese technologischen Portschritte schließen Verfahren zum Ausbilden von Durchgängen wie Laserstrahlbohren, Diamantbohren, elektrochemisches Bohren usw. eino Jedoch weisen die schmalen Durchgänge, welche mittels dieser Verfahren ausgebildet werden können, keine parallelen Seiten auf, wenn die Materialdicke einige Male größer als der Durchmesser des Durchganges ist« Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der Durchmesser des Durchganges kleiner als 10 Mil ist. Bei Anwendung dieser bekannten Verfahren zum Ausbilden von Durchgängen mit geringem Durchmesser in Materialien, welche eine Dicke aufweisen, die 10-mal größer als der Durchmesser der Durchgänge ist, haben die so ausgebildeten Durchgänge keine parallelen Seiten. Ein Querschnitt eines Durchganges zeigt, daß das Loch abgestumpft ist und daß die Porm und Größe des Durchganges auf einer Oberfläche eines Paares paralleler Oberflächen von der Größe und Porm des Durchganges auf der anderen parallelen Oberfläche abweicht. Um eine gute Lochstruktur geringer Größe zu bekommen, sind die bekannten Verfahren nicht anwendbar, um einen Durchgang mit einem wirksamen Durchmesser von unter 5 Mil in Materialien zu erzeugen, welche über 50 mil dick sind. Mit den bekannten Verfahren ist es auch nicht möglich, Durchgänge gleichmäßiger Größe zu produzieren.

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In der Technik ist es alt, Lochplatten mit Durchgängen herzustellen, welche einen wirksamen Durchmesser grosser als 5 Mil in Materialien aufweist, welche dünner als 50 Mil sind· Durch Verwendung der bekannten Verfahren ist es möglich, Lochplatten mit Durchgängen herzustellen, welche kleiner als 5 Mil sind, solange die Platten viel dünner als 50 Mil sind. Wenn jedoch das Material dicker als 50 Mil ist, ist es nicht möglich, einen Durchgang mit parallelen Seiten darin zu erzeugen, der kleiner als 5 Mil ist.

Wenn die oben erwähnten Verfahren angewendet werden, um Strömungsplatten herzustellen, verursachen die nicht parallelen Seiten, die kegelstumpfartigen Lochausbildungen und die nicht steuerbaren Größenänderungen des Durchganges, daß solche Lochplatten unbeständige Strömungsverhältnisse schaffen·

Die Erfindung betrifft Loohstrukturen und schafft eine neue Struktur, welche Durchgänge aufweist, die kleiner als 5 Mil im Durchmesser sind und ein Aspektverhältnis von größer als 10 aufweist·

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Lochstruktur mit einem oder mehreren genau bemessenen Durchgängen, deren jeder einen wirksamen Durchmesser von unter 5 Mil aufweist, während die Wandstärke der Struktur größer als 5-mal den wirksamen Durchmesser des Durchganges ist. Verschiedene Verfahren können angewendet werden, um diese Lochstruktur

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herzustellen, wie Kalt- und/oder Warmbearbeitung von zwei oder mehreren Materialabschnitten, welche zusammen befestigt und dann mittels Einschnüren reduziert werden, wobei ein Verlustelement darin angeordnet und später wieder entfernt wird. Wenn die Abschnitte aus Metall sind, weist jede Ausführungsform der Lochstruktur eine homogene kristalline MikroStruktur auf. Ein gebohrter Bolzen mit einem oder mehreren Löchern kann mit einer Zwischenzusammensetzung versehen werden, die in den Löchern angeordnet werden, wobei das Verlustelement noch nicht von der Zusammensetzung entfernt worden ist. Dieser Bolzen kann dann durch Verengen reduziert werden, wobei die Zwischenzusammensetzung einförmig mit dem Bolzen wird, um ein kontinuierlich homogenes Material zu bilden und weiterhin die Größe des Verlustelementes zu reduzieren. Es ist möglich, ein Material mit großer Außengröße mit einem oder mehreren sehr kleinen Durchgängen zu versehen wie beispielsweise eine Scheibe aus nichtrostendem Stahl mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm, 60 mm Dicke, mit einem oder mehreren Durphgängen darin, wobei jeder Durchgang einen wirksamen Durchmesser von 6 Mikron aufweist.

So besteht das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer neuen und verbesserten Lochstruktur. Ein anderes Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer Lochstruktur, welche wenigstens zwei Abschnitte aufweist, die durch Verengen in ein homogenes, einförmiges Material übergehen.

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Erzeugen einer Lochstruktur aus Pulvermetall. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer derartigen Struktur, welche im wesentlichen frei von willkürlicher Porosität ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, eine Lochstruktur zu schaffen, die ein Pulvergefüge einschließt, das durch Verengen integriert, um eine Struktur zu schaffen, welche 0 $ Porosität aufweist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer Lochstruktur mit einem Durchgang, dessen wirksamer Durchmesser von 5 Mil bis 1 Mikron reicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer solchen "Struktur, wobei die Dicke wenigstens 10-mal so groß wie der wirksame Durchmesser des Durchganges ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in dem Vorsehen einer Lochstruktur, welche wenigstens zwei metallische Abschnitte aufweist, die zusammen integrieren und den Durchgang umgeben·

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer L ochst rule tür, welche wenigstens zwei Durchgänge aufweist,

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer Lochstruktur, welche aus thermoplastischem Material hergestellt ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in dem Vorsehen einer Lochstruktur, in welcher dieses thermoplastische Material Glas, Metall, Metallegierungen, Kunststoff usw. sein kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Herstellen einer Lochstruktur, in dem ein Verlustelement durch Partikel aus Pulvermetall eingehülst wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Schaffen einer metallischen Lochstruktur, die aus durch Verengen integriertes Material hergestellt ist, das eine homogene Mikrostruktur aufweist, v/elche die Öffnung umgibt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Loehstruktur, wobei zwei oder mehrere Abschnitte durch Verengen miteinander ergänzt werden, um ein homogenes Material zu bilden.

Die obigen und anderen weiteren Gegenstände und Merkmale der Erfindung sind durch die nachfolgende Erläuterung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen leichter verständliche

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In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Lochstruktur

Pig. 2 eine Ansicht eines Flächenquerschnittes eines Durchganges

3 perspektivisch eine andere Ausführungsform der Struktur

Fig. 4 perspektivisch auseinandergezogen eine Ausführungsform

Fig. 5 einen Querschnitt der zusammengesetzten Ausftihrungsform nach Fig. 4

Fig. 6 perspektivisch einen zusammengebauten Bolzen

Fig. 7 einen Querschnitt der ergänzten Zusammensetzung nach Fig. 5

Fig. 8 eine Mikrofotographie der Fig. ¹J

Fig. 8a eine Ansicht einer Zusammensetzung und davon abgeschnittenen Seilen

Fig. 9 eine Mikrofotographie der Fig. 7 Fig. TO eine Mikrofotographie der Fig. 7

Fig. 11 perspektivisch auseinandergezogen eine andere Aus· führungsfonn der Erfindung

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Fig, 12 einen Querschnitt der Fig. 11 in zusammengebautem Zustand

Fig. 13 einen Querschnitt einer weiteren zusammengefügten Ausführungsform gemäß Erfindung

Fig. 14 einen Querschnitt einer weiteren zusammengefügten Ausführungsform gemäß Erfindung

Fig. 15 einen Querschnitt einer anderen zusammengefügten Ausführungsform der Erfindung

Fig. 16 einen Querschnitt einer anderen zusammengefügten Ausführungsform der Erfindung

Fig. 17 eine Mikrofotographie der Fig. 16 Fig. 18 eine Mikrofotographie der Fig. 16 Fig. 19 eine Mikrofotographie der Fig. 16

Fig. 20 einen Querschnitt einer zusammengefügten Ausführungsform der Erfindung

Fig. 21 perspektivisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung

Fig. 22 perspektivisch eine gebohrte Stange

Fig. 23 perspektivisch eine gebohrte Stange mit einer Vielzahl von Löchern

Fig. 24- perspektivisch die Stange nach Fig. 22 mit darin vorgesehener Zusammensetzung

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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie sie in der Zeichnung abgebildet ist, ist in Pig. 1 eine Lochstruktur 10 gezeigt. Diese Struktur TO weist einen Durchgang oder ein loch 12 auf. Der Querschnitt des Durchganges kann im wesentlichen kreisförmig, quadratisch, rechteckig, dreieckig sein oder kann im wesentlichen jede bestimmte oder nicht bestimmte Form aufweisen, wie es gewünscht ist. Beispielsweise ist ein Beispiel eines Durchganges nicht bestimmter Form in Pig. 2 gezeigt, wobei der Querschnitt des Durchganges 12 keine regelmäßige geometrische Form aufweist. Wenn der Durchgang 12 im wesentlichen kreisförmig im Querschnitt ist, dann wird der wirksame Durchmesser des Durchganges 12 der Durchmesser des Kreises sein. Wenn jedoch die Ausbildung des Durchganges 12 irregulär ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wird der wirksame Durchmesser dieses Durchganges 12 durch Ausmessen der Querschnittsfläche des Loches errechnet; beispielsweise durch Verwendung eines Planimeters auf einem vergrößerten Bild des Bereiches und der absolute numerische Wert dieses Bereiches, der aus dem bekannten Vergrößerungsfaktor bestimmt ist, wird einem äquivalenten Kreis gegeben. Der Durchmesser dieses äquivalenten Kreises ist der wirksame Durchmesse der Loches 12.

Die Lochstruktur 10 mit einem Durchgang 12 kann einen wirksamen Durchmesser des Durchganges aufweisen, welcher von 100 Mil bis 1 Mikron reicht, eine Strukturdicke oder' Länge L, welche von 10 Mikron bis 127 cm sein kann und

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eine Wanddicke C, welchawenigstens 5-mal den wirksamen Durchmesser des Durchganges ausmacht. Das Material der Struktur 10 ist ein homogenes Material. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches in Pig. 3 gezeigt ist, sind zwei Durchgänge 12a vorgesehen, die durch einen Abstand C voneinander getrennt sind, der wenigstens 5-mal größer als der wirksame Durchmesser der größeren Durchgänge 12a ist. Die Durchgänge 12a können unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen.

Es sei darauf hingewiesen, daß mehr als ein Durchgang in der Lochstruktur vorgesehen sein kann» Wenn jedoch eine sehr große Anzahl von Durchgängen mit einem dünnen Zwischenraum gewünscht ist, wird auf die US-Patentanmeldung vom 25. November 1968, Serial-Mo. 778 679 verwiesen.

Die Lοohstrukturen 10 und 10a umfassen je ein festes homogenes Material mit dem offenen Durchgang 12 oder Durchgängen 12a.

Die Durchgangastruktur kann aus irgendeinem thermoplastischem Material wie Metall, Glas, Kunststoff usw. hergestellt sein_e Beispielsweise ist in l?ig» 4 ein Querschnitt eines geschlitzten Stangenabsohnittes H mit einem Schlitz 16, einer Sehlitzfläohe 17 und Schlitzseiten gezeigt. Der Stangenabschnitt 14 ist so gezeigt, daß er

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eine im wesentlichen kreisförmige äußere Form 19 hat, jedoch kann jede zweckmäßige äußere Form verwendet werden· Der Stangeneinsatzabschnitt paßt genau in den Schlitz 16 des Stangenabschnittes 14, wobei die Stangeneinsatzseite 24 mit den Schlitzseiten 18 zusammenwirken, wobei die Einsatzfläche 22 neben der Schlitzfläche 17 und die äußere Oberfläche 23 des Einsatzabschnittes 20 im wesentlichen glatt mit der Oberflächenkontur 19 des Stangenabschnittes 14 übereinstimmen. Der Einsatzabschnitt 20 weist eine schmale Ausnehmung 26 in der Einsatzfläche 22 auf, welche einen Durchgang schafft, wenn die zwei Abschnitte zusammen angeordnet sind.· Ein Verlust element 28 wird in dem Durchgang oder der Ausnehmung 26 angeordnet, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Der Einsatzabschnitt 20 ist an der Verbindungsstelle 30 mit dem Stangenabschnitt 14 mit Hilfe eines von verschiedenen Mitteln wie Adhäsion, Kleben, Sehweissen, Verkitten oder dergleichen verbunden, was von der Art des Materials abhängt, das für den Einsatzabschnitt 20 und den Stangenabschnitt 14 verwendet ist. Im allgemeinen sind die Abschnitte 14 und 20 aus im wesentlichen dem gleichen Material. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Nasenkegel 36 mit Hilfe einer ähnlichen Einrichtung an der Verbindung 30 an den zusammengesetztem Abschnitten 14 und 20 verbunden, und eine Endkappe 32 ist in ähnlicher Art an der Verbindung 30 mit dem anderen Ende der zusammengebauten Abschnitte 14 und 20 verbunden. Die Endkappe 32 hat ein daran befestigtes Evakuierrohr 34· Diese Teile bilden in zusammengesetztem Zustand den Bolzen 15·

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In Abhängigkeit von den Materialien, die für den Bolzen 15 verwendet werden, kann ein Vakuum unterschiedlicher Stärke an den Bolzen durch das Rohr 34 angelegt werden, wobei das Rohr 34 anschließend abgedichtet wird, um das Vakuum in dem Bolzen 15 aufrecht zu erhalten. Der Bolzen wird dann verjüngt in einer solchen Weise, daß der Querschnitt des Bolzens 15 sich in der Größe vermindert, während die länge des Bolzens zunimmt· Jede geeignete Verjüngungseinrichtung kann verwendet werden, welche verträglich mit dem verwendeten Material ist, wie Ziehen, Gesenkarbeit, Walzen, Extrudiren und dergleichen.

Es können eine oder mehrere Verjüngungsstufen angewendet werden, und ist vollständig klar, daß jede Kombination von Verjüngungsschritten verwendet werden kann, um den Bolzen auf die gewünschte Größe zu reduzieren. Ein Querschnitt des Bolzens 15 nach Verjüngung ist in Fig»7 gezeigt, wo die Zusammensetzung 29 nicht länger die ursprünglichen getrennten Abschnitte, Stangenabschnitt und Einlaßabschnitt 20,aufweist, sondern ein homogenes Material mit den beiden Abschnitten, die um das Verlustelement 28 verjüngt sind. Während des Verjüngens haben sich diese beiden Abschnitte in eine gleichförmige Struktur ergänzt.

Das Verjüngen des Bolzens kann bei erhöhten Temperaturen, Raumtemperatur, das heißt annähernd 21⁰C oder Unterraumtemperaturen oder irgendeiner Kombination hiervon durchgeführt werden, was von dem verwendeten Material abhängt.

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Eb ist völlig !dar, daß Wärmebehandlungsstufen vor,'während oder nach dem Schritt oder den Schritten des VVrjüiigens angewandt werden können.

Nach dein Verjüngen wird die Nasenkappe 26 und die Endkappe 32 mit dem Evakuierrohr 34 entfernt, wobei sie den langen Bolzen 29 übriglassen«, Der Bolzen 29 kann in Stücke jeder gewünschten länge geschnitten werden, wie dies in Fig« 8a gezeigt ist, beispielsweise durch Schneiden mit einer geeigneten Vorrichtung wie einem Schneidrad 27 β- Die Stücke 21 können quer zu der Längsachse des Bolzens oder in jedem spitzen oder stumpfen Winkel bezüglich dieser Achse geschnitten werden. Es ist völlig klar, daß die äussere geometrische Ausbildung des Stückes 21 jede gewünschte Form aufweisen kann, um sich jeder gewünschten Haltestruktur oder Stütze anzupassen_β Das Verlustelement 28 kann mit Hilfe jeder geeigneten Einrichtung wie Auslaugung, elektrochemische Lösung, Schmelzen, Schmelzen mit Anwendung von Druck u.dgl. entfernt werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Material, aus welchem das Verlustelement 28 und die integrierte Struktur 29 bestehen«. So ist die Lochstruktur, welche derart erzeugt ist, die Struktur 1o in Figo 1, wobei das Verlustelement 28 entfernt ist, um den im wesentlichen parallele Seiten aufweisenden Durchgang 12 zu sohaffen» Um die Grosse des Durchganges oder der Öffnung genau zu bemessen, muss das Verlustelement - Material verträglich mit dem Material sein, aus welchem die Stange 14 und der Einsatz 2o besteht, so daß während des Verjüngens das Verlustelement 28 im wesentlichen proportional mit der Reduktion der Stange und des Einsatzes reduziert wird.

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Wenn der Stangenabschnitt Η und der Einsatzabschnitt 2o aus einem Metall oder einer Metallegierung wie nichtrostendem Stahl besteht und das Verlustelement 28 aus einem anderen Metall oder einer Metallegierung wie eine Kupfer-Nickel-Iegierung gemacht ist, wurde herausgefunden, daß während des Verjüngens die Oberflächengrenzen zwischen den beiden Abschnitten verschwinden und ein homogenes Material mit einer kontinuierlichen metallischen Mikrostruktur bilden, wo früher die Oberflächengrenzen vorhanden waren«, Beispielsweise zeigt Figo 8 eine Mikrofotografie in 1oofacher Vergrösserung, wobei die Konstruktur der lochstruktur 29 mit einem Durchgang oder Öffnung 12 .gezeigt ist und das Yerlustelement 28 entfernt ist ο Der Fachwelt ist es wohl bekannt, daß eine spezifische Metalllegierung mit einer Gütebezeichnung wie ein 3o4 nichtrostender Stahl oder AISI G I040 eine annehmbare Variation der Bestandteile innerhalb des Gütegrades aufweisen kanne Die MikroStruktur des Stangenabschnittes 14 und des Einsatzabschnittes 2o erscheinen in Figo 8 als zwei Materialien mit Grenzen an ihren entsprechenden Zwischenflachen 18 24 und 17 - 22ο Es ist auf diesem technischen Gebiet ebenfalls bekannt, daß zwei oder mehrere Teile desselben Metalles oder derselben Metallegierung oft Unterschiede in der Reflektion zeigen, wenn sie poliert und für metallografisohe Prüfung geätzt sind₅ wenn die untersuchten Teile von verschiedenen Hitzen der gleichen Güte herrühren» Dieses Phänomen schafft die Illusion, daß die beiden Abschnitte nioht eine Mikrofotografie mit Soofacher Vergrb'sserung derselben metallischen Lochstruktur 29 wie in Figo 8 gezeigt ist ο Figo 1o zeigt eine Mikrofotografie mit looofaoher Yergrösserung derselben lochstruktur 29? wie sie in FIg₀ 8 und 9 gezeigt ist. Bei diesen höheren Yergrosserungen

der Lochstruktur ist der vollständige Übergang der "beiden Abschnitte in eine kontinuierliche homogene Mikrostruktur gezeigt«,

Durch Schaffen eines einförmigen Materiales ist es möglich, einen Durchgang mit im wesentlichen parallelen Seiten in der Struktur auszubilden, wobei der wirksame Durchmesser des Durchganges von 5o Mil bis 1 Mikron reicht. Zur gleichen Zeit kann das Aspektverhältnis —. das Verhältnis der Länge des Durchganges zu dem wirksamen Durchmesser des Durchganges - in einem Bereich von 1ooo Malen sein, und zwar in Abhängigkeit von dem Material, welches für die Struktur und daß Verlustelemeiit verwendet worden ist ο In manchen Fällen verbleiben Spuren des Verluatmateriales an den im wesentlichen parallelen Wänden des Durchganges oder der Öffnungο

In Pigο 11 und 12 ist eine andere Ausführungsform gemäss Erfindung gezeigt, wo zwei im wesentlichen halbkreisförmige Abschnitte 38 und 4o an den Aussenkanten 38a und 31a ihrer aufeinanderliegeiiden Zwischenfläche befestigt sind. Jedes geeignete Befestigungsmittel wie eine Schweißung, Klebemittel, Kitt uswo kann an dem Punkt 3o verwendet werden« Ein Verlustelement 42 ist in der Ausdehnung 4I angeordnet. Die beiden Abschnitte 3Ö und 40, welche das Element 42 umgeben, können in einem Bolzen ähnlich dem Bolzen 1.5 nach Pig. 6 geformt werdeno Eine absehlies sende Lochstruktur ähnlich derjenigen, welche in Figo 1 gezeigt ist, kann durch Verjüngung dieses Bolzens geschaffen werden. Andere geometrische Ausbildungen können verwendet werden, um die gleichen Endergebnisse wie dem

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Zusammensetzungsaufbau von vier im wesentlichen viertelkreisförmigen Abschnitten 7o, 72, 74 und 76 mit einer Ausnehmimg 78, wie in Figo 13 gezeigt ist, oder der Aufbau, welcher in Figo 14 gezeigt ist, mit Abschnitten 8o, 82, 84 und 86 mit darin vorgesehener Ausnehmung 88 zu erzielen ο

Eine andere Ausführungsform der Ei-fxndung ist in Figo 15 gezeigt, wo zwei Rohre 44 und 46 aus im wesentlichen gleichen Materialien konzentrisch in einer Zusammensetzung 5o mit einem Verlustelement 48 darin angeordnet sind ο Eine andere Zusammensetzung 51 ist in Figo 16 gezeigt, wo die Rohre 44 und 46 weiter konzentrisch von den Rohren 52 und 54 umgeben sind» Das ursprüngliche Verlustelement 48 verbleibt umgeben von dem Rohr 46ο Die Zusammensetzungen 5o und 51 können je mit einem lasenkegel und einer Endkappe versehen sein, welche ein Evakuierrohr aufweist, um einen Bolzen, älinlich dem Bolzen 15 nach Figo 6 zu schaffeno Beide Bolzen, wenn sie gebildet sind, können in der gleichen Weise wie der Bolzen 15 behandelt werden, wobei eine längliche kontinuierliche Zusammensetzung eines homogenen intregierten Materials zusammen mit einem Verlustelement erhalten wird» Die längliche Zusammensetzung kann dann in Stücke jeder gewünschten G-rösse oder Form älinlich den Stücken 21 in Figo 8a geschnitten werden, wobei danach das Verlustelement entfernt wird.- Beispielsweise zeigt Fig» 17 eine Mikrofotografie der Rohre 44? 46, 52 und 54, aus nichtrostendem Stahl, welche zusammen durch Verjüngen verbunden sind, wobei von der Anordnung der Zusammensetzung 51 mit dem entfernten Verlustelement ausgegangen wird. Diese Mikrofotografie ist mit einer 2oofachen Vergrösserung aufgenommen« Diese Mikrofotografie scheint

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lediglich eine minimale Hange von Zusammenfügung zwischen den ßohrgrenzen anzuzeigen. Pi.;·« 13 lot eine Mikrofotografie, welche mit 5oofacher Vergrösserung aufgenommen ist, und Figo 19 ist eine Mikrofotografie mit looofaciier Vergrösserung der gleichen geätzten metallografischen Probe, wie sie in Pig« 17 gezeigt ist. Diese Mikrofotografien zeigen deutlich eine vollständige Diffussion der Rohre in ein homogenes Materialο Obwohl ein Unterschied zwischen den ursprünglichen Bohren ge— zei,;t ist, ist die kriatalline Struktur des Materials iior.io.geri, was durch die kontinuierlichen Körner in der liikrostruktur angedeutet ist«

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in-j?¹!£· 2o gezeigt ist, umgeben zwei Abschnitte 14a und 23a zwei Ausnehmungen 26a, welche darin Verlustelemente 28a:aufweisenο Diese Zusammensetzung 29a kann in ähnlicher !/eise wie die anderen Zusammensetzungen behandelt werden, wo^ei eine Löchstruktur wie die Strukxur 1o a nach Pigβ 3 erhalten wird. In ähnlicher Weise kann diese Zusammensetzung 29a durch Verjüngen zu einem homogenen I.Iaterial ergänzt werden, welches zwei Durchgänge aufweist. Es 3ei darauf hingewiesen, daß jede andere gewünschte Anzahl von Durchgängen vorgesehen sein kann<,

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Pig. gezeigt, wo ein Querschnitt eines Bolzens 64 ein Teil einer wetailumhüllung umfaßt, welche mit Pulvermetallteilchen oder Abschnitten 68 gepackt ist, die ein Verlustolement 66 umgeben₀

Jeder Pulvermetallabschnitt ist durch die Bezugszahl gekennzeichnet« Hachdem die Umhüllung 62 hydrostatisch

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mit den Abschnitten 6b gepackt ist_s die das Verlustelement 66 umgeben, wird ein Bolzen mit einem Hasenkegel und einer Endkappe mit einem Evakuierrolir, ähnlich dem. Bolzen 15 in Figo 6 angeordnet ο Der Bolzen wird in ähnlicher V/eise wie der Bolzen 15 mit ausreichendem Druck und ausreichender Temperatur während des Verjüngungsprozesses behandelt, um ein im wesentlichen 1oo$ig dichtes Metallmatrixglied aus den komprimierten Pulvermetallab-■ schnitten 68 zu schaffen. Die Zusammensetzung des so geformten Metallmatrixgliedes weist im wesentlichen vollständig übergegangene homogene, kontinuierliche Mikrostruktur auf und-kann in jede vorgewählte Form ähnlich der Zusammensetzung 29 in Fig» 8a geschnitten werden* Das Verlustelement 66 kann mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens ähnlich den oben beschriebenen entfernt werden* Gewünsentenfalls kann die Umhüllung 62 mit Mitteln ent-'fernt werden, ähnlich denjenigen» die für die Entfernung des Verlustelementes verwendet wurden, oder mit Hilfe jeder mechanischen J^etallentfernungseinrichtung, oder die Umhüllung 62 kann weiter das Metallmatrixglied umgeben» Yfenn das Umhüllungsteil 62 aus im wesentlichen dem gleichen Metall oder Metallegierung wie die Abschnitte 68 hergestellt ist, kann die Umhüllung 62 durch Verjüngen mit den Pulverabschnitten 68 sich ergänzen^ wobei ein gleichformiges homogenes Metallzusammensetzungsglied gebildet wird. Die verjüngte Zusammensetzung kann in Stücke ähnlich den Stücken 21 des Bolzens 15 nach Fig» 8a geschnitten werdeiit

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung} wie sie in Fig. 22 gezeigt ist, iat die Oberfläche 57 ein Querschnitt der Stange 56 mit darin angeordnetem Loch 58*

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Eb ist völlig klar, daß die Stange 56 jede Zahl von im wesentlichen parallelen Löchern 58a aufweisen kann, wie dies in Pig«, 23 gezeigt ist. \7ie in Figo 13 gezeigt ist, weist-die Stange 56 eine darin integrierte, verjüngte Zusammensetzung 6o auf, und sie kann die gleiche wie die durch Verjüngen integrierte Zusammensetzung 29 (oder wie jeder der Zusammensetzungen innerhalb) des Kerns der Erfindung) oder ähnlich dazu seine Die Stange 56".und die ergänzten Abschnitte 62 der Zusammensetzung 6o sind aus im wesentlichen dem gleichen Material hergestellte

Nachdem die Zusammensetzung 16 in die Stange 56 eingesetzt ist, kann die Stange 56 in einen Bolzen ähnlich den Bolzen 15 nach Pi ge 6. mit einem Ilasenkegel und einer Endkappe mit einem Evakuierrohr ausgebildet werdeiie Der so ausgebildete Bolzen wird in ähnlicher Y/eise wie der Bolzen 15 behandelt, wobei eine Zusammensetzung 59 ausgebildet wird. Während die Reduktion■durch Verjüngen erfolgt, wix'd die Querschnittsflache des Bolzens 59 reduziert und der Querschnitt der Zusammensetzung 6o mit dem Verlustelement 61 darin wird ebenfalls im wesentlichen proportional reduziert« Auch während der Verjüngung werden die zusammengefügten Abschnitte 62 der Zusammensetzung 6o und die Stange 56 durch Verjüngen in eine homogene MikroStruktur überführte Der Bolzen 59 kann in Stücke ähnlich den Stücken 21 der Zusammensetzung 29 nach Fig. 8a geschnitten werden* Das Verlusteiernent kann von den Stücken in ähnlicher Weise mit den oben beschriebenen Mitteln entfernt werden. Das Entbündeln der Zusammensetzung 6o in eine gebohrte Bolzenstange 56 und

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deren Behandlung, während das Verlustelement 61 darin verbleibt, schafft ein Mittel zum Erzeugen von Lochst ruktur en ähnlich der Struktur 1o, wie sie in Figo 1 gezeigt ist. So kann ein solches Verfahren eine Struktur mit einer grossen äusseren Grosse, beispielsweise von 25,4 mm Durchmesser schaffen, wobei eine öffnung oder ein Durchgang darin mit einem geringen wirksamen Durchmesser, beispielsweise 6 Mikron ausgebildet ist» Es sei darauf hingewiesen, daß im Rahmen dieser Erfindung ein oder mehrere Löcher oder Durchgänge in der Struktur durch Beginnen mit der Stange 56 nach Figo 23 vorgesehen sein können, und daß der wirksame Durchmesser dieser Öffnungen gewünsentenfalls variieren kanne

Es ist ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung, daß die Zusammensetzung 6o Zwischenbolzen wie solche umfassen kann, wie sie in Fig. 5» 12, 13, 14» 15, 16, 21 gezeigt sindο Wenn eine solche Anordnung mit der Zusammensetzung 6o verwendet wird, werden die Abschnitte durch Verjüngen miteinander und ebenfalls mit dein Stangenabschnitt 56 ergänzt, um eine homogene MikroStruktur zu bildenο

Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß eine Gußzusammenset zungs struktur ebenfalls als Zusammensetzung 6o in dem Bolzen 59 verwendet werden kann.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Verlustelement jede gewünschte Grosse und Form aufweisen und kann aus einem Material hergestellt sein, welches mit dem Material der Abschnitte verträglich ist. Einige der bevorzugten Ausführungsformen, die für das Verlust-

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eleuent verwendet werden können, sind Drähte, Fasern, Pulvermetall, Stangen, Glas Uodglo wie es gewünscht ist ο

Ein besonderes Beispiel eines Verfahrens geinäsa der Erfindung, zum Ausbilden einer Iochstruktur ist folgendermasseni

Beispiel

Ein Stangenabsohnitt von einem 3o4 nichtrostenden Stahl mit einem Durchmesser von 4,3 cm wurde zu einem Stangenabschnitt ähnlich demjenigen in Figo 4 mit einem Durchmesser von 3,578 cm gearbeitet« Ein Schlitz mit parallelen Seiten wurde in die Stange geschnitten, wobei die Mittellinie des Schlitzes den Kreisabschnitt halbiert. Ein rechteckiger Einsatzabschnitt wurde aus einem nichtrostenden Stahl 3o4 gearbeitet, so daß er glatt in den Schlitz passte. Eine rechteckige Ausnehmung von ungefähr o,o3ö cm χ o,o3 cm wurde in eine Fläche des rechteckigen Einsatzabsohnittes geschnittene Wenn der Extru« dierbolzen zusammengesetzt ist, ist die Ausnehmung längs der Achse des Bolzens₀ Vor dem Anordnen wurden alle Teile gereinigt. Der rechteckige Einsatz wurde an der Stange mit Hilfe einer Schweissraupe befestigt« Der Nasenkegel wurde an die Vorderseite der Stangenanordnung gesohweisst, wobei kein Abschnitt der Sohweissung 3,57 cm des Durch« menoers der zusammengesetzten Stange überschritt. Ein Verlustelement mit einem Durchmesser von o,o22 om und aus einem I.lonell 4oo Metall hergestellt wurde in den

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o,o3o χ o,o38 om grossen Kanal eingesetzt, der "beim Zusammenbau der Stange mit dem Einsatz ausgebildet ist. G-egenüber dem Ende mit dem Ifasenkegel wurde eine Endkappe mit einem Evakuierrohr an dem Bolzen angeschweisst» Der geschweißste zusammengebaute Bolzen vmrde dann auf Dichtigkeit überprüft. Der Bolzen wurde dann auf eine Temperatur von ungefähr 399°G bis 427°0 erhitzt, · darm evakuiert und abgedichtet» Der evakuierte Bolzen wurde während ungefähr 9o Minuten auf 1149°ö erhitzt und dann durch eine Düse mit einem Durchmesser von o,77 cm extrudiert'o Dei' extrudierte Nasenkegel und die Endkappe wurden von dem extrudierten Bolzen gekröpft. Der Bolzen wurde dann auf einen Durchmesser von ο»325 cm mittels fortlaufender Drahtziehstufen reduziert, wobei die Ziehdüsen Durchmesser von o,734o6 cm, o,65278 cm, o,58166 cm, o,46228 cm, ο,41148 cm_s o_?36576 cm, 0,32512 cm aufwies en β Der Bolzen wurde dann einem Glühen bei einer Temperatur von 982 ö während 400 sek· vor einem der zwischenliegenden Drahtziehstufen unterworfene Die abschliessende Stufe, welche den Bolzen mit einem Durchmesser von o,32512 cm erzeugte, war ebenfalls eine Riohtstufe. Die Stange wurde dann in Stücke mit einer Diok© von o,1346 om geschnitten» Das Verlustmaterial wurde von den Stücken entfernt, indem das Monell 4oo Material in .einem. Bad von 5o VoI 96 IiO, während zwei Stunden bei 66°$ ausgelaugt vmrde. Die Öffnung oder der Durchgang, welcher so erzeugt wurde, wies einen wirksamen Durchmesser von annähernd 19 Mikron auf..

Es sei darauf hingewiesen, daß jeder längliche Abschnitt aus thermoplastischem Material mit einem anderen durch Verjüngen zusammengefügt werden kann© Der Zusammensetzungs-

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abschnitt kann jede Grosse eines Durchganges oder Durchgänge darin aufweisen, vorausgesetzt, daß in der Ausnehmung oder den Ausnehmungen, die von den Abschnitten begrenzt sind, Verlustelemente vorgewählter Grosse angeordnet sind ο Demzufolge wird ein durch Verjüngen vorgenommenes Reduzieren des Querschnittes beider Abschnitte und dem Element, während die Abschnitte in ein homogenes Material übergehen, die gewünschte Struktur erzeugen« So schafft die Struktur, welche mittels Zusammenfügen des Materials durch Verjüngen in eine homogene Struktur erhalten wird, eine Struktur, worin die ursprünglichen Abschnittgrenzen im wesentlichen die gleiche Festigkeit nach dem Zusammenfügen wie die Festigkeit des Grundmaterial s aufweisenο

Obwohl viele besondere Ausführungsformen und Variationen der Erfindung beschrieben worden sind, können viele Iiodifikationen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Patentanspruohe

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Claims

Patentansprüche

1 ο leitung rait Mikro-Querschnitt für strömende Medien, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus wenigstens zwei durch einen Streckvorgang zu einem homogenen gleichförmigen Material umgebildeten Abschnitten besteht, wobei das Material frei Von ungleichförmig verteilter Porosität ist und im wesentlichen einen Leitungsduroligang mit parallelen Seiten aufweist, wobei der Durchgang einen wirksamen Durchmesser unter 10 Mil (250 Mikron) aufweist und von wenigstens einem der Abschnitte umgeben isto"

2o Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Streckungsverhältnis großer als 10 aufweist» ' "

3ο Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte thermoplastische Materialien sind»

4 ο Leitung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Materialien elementaro Metalle sind ο

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5o Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Materilkion im wesentlichen dieselben Metallegierungen sind«,

6c Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke von wenigstens dem 10-fachen des v/irksamen Durchmessers des Durchganges aufweist,,

7ο Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ergänzten Abschnitte eine homogene Ilikrostruktur aufweisen·

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, rl." ' sie eine Vielzahl von Durchgängen aufweist ο

9. Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet* fln.n der Abstand zwischen den Durchgängen wenigstens 5-i?ial so groß wie der v/irksame Durchmesser des größt'jii Durchganges ist·

Go Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, f.ii die Durchgänge unterschiedliche wirksame Durch«* oaner aufweisen.

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11 β Loitung naoh Anspruch 8, dadurch " gekennzei-olmet, daß die Durchgänge im v/esentlichen gleiche wirksame Durchmesser aufweisen»

12o Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte aus Pulvermetall hergestellt sind»

13ο leitung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei metallische Abschnitte vorgesehen sind, die durch Verengen in ein homogenes Material übergegangen sind, und daß wenigstens ein Durchgang von den Abschnitten umgeben ist, wobei der Durdgang einen wirksamenDurchmesser von weniger als 5 Mil aufweist_o

14» Leitung nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnet, da£ sie ein Streckungsverhältnis größer als 10 aufweist O

15o Leitung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Abschnitte elementare Metalle sind,

16o Leitung nach Anspruch 13 > dadurch gekennzeichnet daß die metallischen Abschnitte im wesentlichen dieselbe Metallegierung aufweisen»

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17"β Leitung naoh Anspruch 13, d'aduroh gekennzeichnet, daß der Durchgang im wesentlichen parallele Seiten aufweist.

18 ο leitung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke aufweist, welche wenigstens 10-inal so groß wie der wirksame Durchmesser des Durchgangs iste

19» Leitung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte- Pulvermetall einschließ en ο

20c Leitung nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, daß die ergänzten Abschnitte eine homogene Mikrostruktur aufweicem

21 ο Leitung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Durchgängen vorgesehen ist ο

22ο Leitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Durchgängen wenigstens 5-nal größer als der wirksame Durchmesser des größten Durchganges ist.

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- PF-5 -

23o Leitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge unterschiedlich wirksame Durchmesser aufweisen»

2/| ο Leitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge im wesentlichen gleiche wirksame Durchmesner aufweisen»

25ο Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Pulvermatrixglied einschließt, welches wenigstens einen Durchgang mit in wesentlichen parallelen Seiten aufweist, und daß diese Matrix im wesentlichen in eine homogene Micro struktur übergegangen ist und im wesentlichen Hull </o Erosität auf v/eis to

26ο Leitung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Aspektverhältnis von größer als 10 aufweist.

27o Leitung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Abschnitte elementare Metalle sind.

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28o Leitung nach Anspruch 25> dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Abschnitte im wesentlichen die gleiche Metallegierung sindβ

29» Leitung nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke aufweist, die wenigstens 10-mal den wirksamen Durchmesser des Durchganges ist ο

30„ Leitung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Durchgängen aufweist·

31 ο Leitung nach Anspruch 30» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Durchgängen wenigstens 5-mal größer als der--wirksame .Durchmesser, des größten Durchganges ist_e

32· Leitung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge unterschiedliche v/irksame Durchmesser aufweisen*

33o Verfahren zum Herstellen einer Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 32| dadurch gekennzeichnet, daß

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a) wenigstens zwei Abschnitte aus einem Material füu einem Knüppel zusammengesetzt, werden ι zwischen welchen ein Verlustelement angeordnet' ist,

b) daß die Abschnitte zu einer homogenen Materialmass e umgebildet werden, und

c) daß das Verlustelement von dem langgestreckten Knüppel entfernt wird«.

34· Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel gestreckt wird, wobei, die Abschnitte sich verbinden»

35» Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel vor dem Strecken erhitzt wird ο

36 ο Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß der Knüppel wärhknd Streckstufen erhitzt wird ο

37» Verfahren nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur unterhalb des Schmelzpunkte α der Abschnitte des Knüppels liegt«,

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38· Verfahren nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur unterhalb des Schmelzpunkt es der eutektische!! Zusammensetzungen liest, welche innerhalb des Knüppels verformbar sind. - ■

39ο Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet", daß der gestreckte Knüppel in vorgewählte Stücke geschnitten wird, bevor das Verlustelement entfernt wird. ' ■

40'. · Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte Partikel aus Pulvermaterial einschließen»

41 ο Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß das Verlustelement mit einem chemischen Mittel entfer^at wird*

42c Verfahren nach Anspruch 43» dadurch gekennzeichnet, "daß das Verlust element d.urch Wärme einwirkvm/: entfernt wird«

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43· Verfahren zur Herstellung einer leitung naoh einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Abschnitte aus gepulvertem Metall, welche ein Verlustelement umgeben, in einem umhüllten Knüppel zusammengedrückt werden, daß

b) die Abschnitte aus gepulvertem Metall in einer Matrix ergänzt werden, welche eine homogene MikroStruktur mit im wesentlichen Hull tfo Porosität aufweist, und daß

c) das Verlustelement von dieser Matrix entfernt wird.

44· Verfahren nach Anspruch 43» dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Knüppel in vorgewählte Stücke geschnitten wird, bevor das Verlustelement entfernt wird.

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