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Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus Metallspänen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus Metallspänen.
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Wenn keine Rückführung stattfindet, stellen die während
Maschinenbearbeitungsvorgängen
von Werkstücken abgetragenen Metallspäne einen beträchtlichen Metallverlus t dar.
Aus diesem Grunde werden die Metallspäne gewöhnlich gesammelt und als Schrott verkauft,
hauptsächlich in Ballenform. Derartiger Schrott weist jedoch eine für die meisten
Wiederverwendungsfälle ungeeignete Form auf und ist mit ö1, Fett und Schmutz verunreinigt.
Es sind daher bereits Vorschläge gemacht worden, die Späne durch Zerkleinern auf
eine maximale Teilchengröße von 6 mm und durch Entölen dieser Teilchen in eine geeignetere
Form zu bringen. Diese Teilchen können durch Mahlvorgänge zu Pulver zerkleinert
werden, jedoch ergeben sich beim Mahlen infolge der Zähigkeit und Härte des Metalles
Schwierigkeiten. Darüberhinaus befindet sich das erhaltene Pulver in einem vollständig
kalt verfestigten Zustand, und obwohl es durch Verfestigung und Schmieden zu Teilen
verarbeitet werden kann, ist die wirtschaftlich herstellbare Teilchengröße des Pulvers
für herkömmliche Pulververfestigungsvorrichtungen noch zu groß.
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Es ist daher eine nochmalige Bearbeitung erforderlich, aber selbst
dann weisen die aus solchen Partikelchen hergestellten Teile eine verhältnismäßig
geringe Qualität auf.
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Die Erfindung bezweckt daher ein Verfahren, mittels
welchem
aus etallspänen in wirtschaftlicher Weise Metall pulver mit einer Teilchengröße
herstellbar ist, aufgrund welcher das Pulver zur Herstellung von Teilen mit Spitzenqualität
durch Verfestigung und Schmieden geeignet ist.
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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Verfahren gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Späne entölt und entfettet, sodann
auf eine Temperatur von unter - 200C abgekühlt und anschließend gemahlen werden.
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Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Späne" sind alle Arten von etallspänen,
beispielsweise Drehspäne, Meißelspäne oder dgl. zu verstehen, die während Bearbeitungsvorgängen
von einem Werkstück abgetragen werden.
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Die Wiederverwendung von Metallspänen in Form von gemaß dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestelltem Metallpulver weist den Vorteil auf, daß bei der Herstellung
von Teilen aus diesem Pulver keine weiteren Metallspäne anfallen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hauptsächlich für Stahlspäne,
kann aber ebenso zur Verarbeitung anderer Metalle wie beispielsweise Kupfer, die
zur Herstellung
von fikas chinenteilen verwendet werden, angewandt
werden, Gemaß einer bevorzugten Heihenfolge der Verfaurensschritte des erfindungsgemäßen
Verfanrens wird zuerst das meiste Ö1, nämlich vorzugsweise 95%, von den Netallspänen
entfernt, danach werden die metallspäne auf eine Teilcnengröße von etwa 6 mm zerkleinert,
und anschließend wird das restliche Öl und Fett von den Partikelchen entfernt.
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Sodann werden die Teilchen abgekühlt und schließlicn Mahlen. Diese
Verfahrensschritte können auch in anderer Reihenfolge ausgeführt werden, jedoch
können sich dann verfahrensmäßige Schwierigkeiten ergeben. Beispielsweise wird bei
Abkühlung der Späne vor der Reinigung und Zerkleinerung die Belastung der Kühleinrichtung
größer, da es dann notwendig ist, außer dem Metall auch das anhaftende Öl abzukühlen,
und es ergeben sich Schwierigkeiten bei der Entfernung des gekühlten Öls von dem
gekühlten Metall.
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Die Zerkleinerung der Metallspäne auf eine Teilchengröße von 6 mm
erfolgt vorzugsweise durch Grobmahlen der Späne0 In manchen Fällen werden bereits
bei dem die Späne erzeugenden Bearbeitungsvorgang für die weiteren Verfahrensschritte
geeignet kleine Späne abgetragen. Die Entfernung des größten Teils des öls und des
Fettes von den Spänen
kann dadurch erfolgen, daß man das Öl von
den auf ein geeignetes Sieb gebrachten Spänen abfließen läßt, oder indem eine besonders
konstruierte Zentrifuge benützt wird.
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Zur Verminderung der Temperatur der Späne auf den erforderlichen
ert eignet sich eine Vielfalt von Mühle mitteln. Dazu gehören beispielsweise festes
Kohlendioxyd, flüssiger Stickstoff, flüssige Luft, flüssiges Argon und flüssiges
Erdgas. Die Kühlung kann durch unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlmittel oder indirekt
durch Verwendung des nühlmittels oder einer mechanischen Kälteerzeugung zur Abküiilun
eines Flüssigkeitsbades erfolgen, in welches die Späne eingetaucht werden. Die bevorzugte
Temperatur, auf welche die Späne abgekühlt werden, ist entsprecnend dem jeweiligen
Metall veränderlich, liegt aber gewöhnlich im Bereich von - 200C bis - 1000C. Das
Abkü7llen auf diese Temperaturen verringert die Schlagfestigkeit des Xerkstoffes
beträchtlich und erleichtert daher das nachfolgende Mahlen0 Zum Mahlen kann jede
geeignete Mühlenbauart Anwendung finden. Im allgemeinen sind nammermühlen, Kugelmühlen
oder Stabmünlen am besten geeignet. Das Kühlmittel wird vorzugsweise während des
Mahlvorganges in die Mühle eingeleitet,
so daß die Teilchen auf
der gewünschten niedrigen Temperatur gehalten werden0 Eine unmittelbare Kühlung
der Späne kann dadurch bewirkt werden, daß die Späne beispielsweise mittels eines
Förderbandes oder eines Schneckenförderers durch einen Bereich hindurchtransportiert
werden, in welchen das Kühlmittel eingeleitet wird. Im Falle der Verwendung eines
flüssigen Kühlmittels wie beispielsweise flüssigem Stickstoff kann dieser entweder
in Form eines Flüssigkeitsnebels oder als Flüssigkeitsbad zur Anwendung gebracht
werden, durch welchen bzw. welches die Metallspäne hindurchpassieren. Alternativ
dazu kann flüssiger Stickstoff als Kühlmittel in einem herkömmlichen Gefriertunnel
zur Anwendung gebracht werden. Bei Benützung eines flüssigen Kühlmittels sind vorzugsweise
Mittel vorgesehen, welche Kälte aus der Flüssigkeit als solcher und aus den die
Flüssigkeit verlassenden kalten Dämpfen entziehen. Dies wird gewöhnlich am besten
dadurch erreicht, daß die kalten Dämpfe zur Vorkühlung des sich dem Flüssigkeitskühlbereich
nähernden Metalles verwendet werden.
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Das Pulver kann bei dem Mahlvorgang leicht mit
der
für die tJiederverwendung des Werkstoffes mittels eines Verfestigungs- oder Schmiedevorgangs
erforderlichen Teilchengrößenbereich hergestellt werden. Die erforderlicne Teilchengröße
liegt normalerweise im bereich von 45 (m bis 150 @m oder im bereich von 75 Ccm m
bis 400 llm.
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Die Erfindung umfaßt nicht nur das Verfahren zur Herstellung des
pulverisierten Metalles, sondern auch das mittels dieses Verfahrens hergestellte
Pulver.
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Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend
mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren
Aus führungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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In beiden Zeichnungsfiguren sind zum leichteren
Verständnis
manche Einzelheiten vergrößert dargestellt und verschiedene andere Einzelheiten,
beispielsweise Antriebsmotoren, weggelassen.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden Metallspäne mittels
eines Zuführförderbandes 10 auf ein geneigtes vibrierendes Sieb 12 zugeführt. Die
Späne, von welchen dann der größte Teil des anhaftenden Öls abgetropft ist, gelangen
dann in eine umlaufende Grobmühle 16, in welcher sie auf eine Teilchengröße von
etwa 6 mm zerkleinert werden. Die aus der Grobmühle 16 kommenden Teilchen, an denen
noch restliches Öl und Fett anhaftet, fallen in eine Zentrifuge 18. Das restliche
Öl fließt durch einen Auslaß 20 ab und die gereinigten Teilchen fallen in einen
Aufgabetrichter 22o Aus diesem Aufgabetrichter 22 gelangen die Teilchen in einen
geneigten Schneckenförderer, in welchen aus einem Vorratsbehälter 26 durch eine
Leitung 28 flüssiger Stickstoff zugeführt wird.
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Dieser flüssige Stickstoff bildet ein Kältebad im unteren Teil des
Schneckenförderers 24 und im unteren Teil des Aufgabetrichters 22, Alternativ dazu
kann im Aufgabetrichter ein Sprührohr angeordnet sein, welches kalten Dampf über
das Material sprüht. Kalter Stickstoffdampf vom flüssigen Stickstoff steigt durch
die Teilchen im Aufgabetrichter 22 hindurch nach oben und bewirkt in
gewissem
Maße eine Vorkühlung. Es ist wünsenenswert, die Zuführges chwindi gkei t des zerkleinerten
Materials so zu wählen, daß stets eine verhältnismäßig große Menge von letallteilchen
im Aufgabetrichter 22 vorhanden ist, damit eine möglichst kleine Wärmemenge durch
die Vorrichtung zur Zentrifuge zurückgelangt. Ein Betrieb der Zentrifuge 18 bei
niedriger Temperatur beeinflußt die Wirksamkeit der Zentrifuge nachteilig.
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Die gekühlten Metallteilchen werden in dem geneigten Schneckenförderer
24 zum Einlaß 30 einer umlaufenden Hammermühle 32 befördert. Pulverisiertes Metall
verläßt die Hammermühle 32 durch ein in deren Unterteil angeordnetes Sieb 34 und
gelangt in einen Speicherbehälter 36, aus welchem es nach Bedarf durch ein Rohr
38 entnommen werden kann. Eine niedrige Arbeitstemperatur wird in der Hammermühle
32 durch eine Zuführleitung 40 sichergestellt, welche flüssigen Stickstoff unmittelbar
in die Hammermühle einleitet. Obwohl dies in der Zeichnung nicht besonders dargestellt
ist, sind die flüssigen Stickstoff oder kalten Stickstoffdampf führenden Vorrichtungsteile
von Isoliermaterial umgeben. Dazu gehören die Vorrichtungsteile 22, 24, 26, 28,
32 und 40.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung werden Metallspäne von
einem Zuführförderband 50 auf ein vibrierendes geneigtes Sieb 52 befördert. Die
Späne, von denen das meiste Öl abgetropft ist, gelangen über eine Führungsplatte
55 in eine Zentrifuge 58, in welcher restliches Öl und Fett entfernt werden. Ein
Auslaß 60 dient zum Ab führen des Öles und des Fettes. Die gereinigten Späne fallen
aus der Zentrifuge auf ein Förderband 62, welches durch einen Gefriertunnel 64 hindurchführt,
In der Nähe des Einlaßendes des Gefriertunnels 64 werden die Späne durch kalte Stickstoffdämpfe
vorgekühlt, welche den Tunnel in bezüglich der Späne entgegengesetzter Richtung
durchströmen0 Der flüssige Stickstoff selbst wird nahe dem Auslaßende des Tunnels
durch ein Einlaßrohr 60 zugeführt, welches mit einem nichtdargestellten Stickstoffbehälter
verbunden ist. Die gekühlten Späne fallen vom Ende des Förderbandes 62 in eine umlaufende
Hammermühle 68 hinein, in welcher sie pulverisiert werden0 Das Pulver fällt durch
ein Sieb 70 in einen Speicherbehälter 72, von welchem es nach Bedarf durch ein Auslaßrohr
74 entnommen werden kann. Durch eine Leitung 76 wird flüssiger Stickstoff in die
Hammermühle eingeleitet, um die Späne während des gesamten Manlvorganges auf der
gewünschten niedrigen Temperatur zu halten.
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Da in einem Gefriertunnel Späne eines großen Größenbereiches gekühlt
werden können, kann die Vorrichtung gemäß Fig. 2 auf die bei der Vorrichtung nach
Fig. 1 vorgesehene umlaufende Grob mühe 16 verzichten. Andererseits bedingt die
Zufuhr von Material mit größerer Teilchengröße zur Hammermühle eine größere Belastung
der Hammermühle. Bei beiden dargestellten Vorrichtungen ist das von den Auffangwannen
14 bzw. 54 aufgefangene Öl und manchmal auch das in den Zentrifugen 18 bzw. 58 abgeschiedene
Öl für eine Wiederverwendung ausreichend sauber.