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" Vorrichtung zur Herstellung von Pulvern aus ge-
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schmolzenen Stoffen-Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Vorrichtungen sind durch die DE-OS 15 58370 und die DE-OS
23 08 061 bekannt. Bei sämtlichen bekannten Vorrichtungen der angegebenen Gattuna
ist der Schmelzkammer mit der Schmelzvorrichtung stets nur ein einziger Fallschacht
zugeordnet. Die bekannten Vorrichtungen verursachen Schwierigkeiten, wenn mit ihnen
unterschiedliche Pulver, insbesondere Metallpulver aus verschiedenen Metallen und/oder
Legierungen hergestellt werden
sollen, weil hierbei das Problem
einer Verunreinigung nachfolgender Chargen durch vorangegangene Chargen eine erhebliche
Rolle spielt.
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Dabei besteht die Gefahr einer gegenseitigen Verunreinigung weniger
im schmeizflüssigen Zustand, also beispielsweise in der Schmelzvorrichtung, als
vielmehr in demjenigen Vorrichtunasteil, in dem das erstarrte Pulver gebildet wird.
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Als Schmelzvorrtchtung wird im allgemeinen ein induktiv beheizbarer
Tiegel mit Gießschnauze oder Bodenabstichöffnung verwendet, dessen keramische Ausmauerung
ohnehin von Zeit zu Zeit erneuert werden muß. Dies gilt erst recht für die häufig
verwendeten Zwischenbehälter, in die die Schmelzvorrichtung zum Zwecke einer genauen
Dosierung der Schmelze beim Zerstäubungsvorgang abgegossen wird. Es bietet sich
also an, einen Chargenwechsel mit der Erneuerung der Ausmauerung der Schmel zvorri
chtung und/oder mit einem Auswechseln des Zwischenbehälters zu verbinden, so daß
die Gefahr einer Verunreinigung schon aus diesem Grunde ausgeschaltet werden kann.
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Im Gegensatz dazu haben die bekannten Fallschächte eine praktisch
unbegrenzte Standzeit. Es hat sich gezeigt, daß die Reinigung derartiger Fallschächte,
die bei einem Chargenwechsel unerläßlich wäre, ein praktisch unlösbares Problem
ist. Stets bleiben im Fallschacht Pulverreste zurück, die in der nachfolgenden Charge,
ja sogar in mehreren nachfolgenden Chargen zu punktuellen Verunreinigungen führen,
welche die geforderten Werkstoffeigenschaften des aus dem Pulver gebildeten Endproduktes
ernsthaft in Frage stellen. Bei den
bisher unternommenen Reinigungsversuchen
stellte sich als Begleiterscheinung stets eine Verunreinigung durch andere Stoffe
ein, die durch das Reinigungspersonal in die Fallschächte eingeschleppt wurden.
Man hat sich daher in der Vergangenheit so beholfen, daß für jeden Ausgangswerkstoff
bzw. für jede Pulverqual ität eine vollständige Zerstäubungsvorrichtung angeschafft
wurde. In der Regel konnte jede dieser Vorrichtungen jedoch nur zu einem Teil ausgenutzt
werden, so daß die Wirtschaftlichkeit des Zerstäubungsverfahrens in Frage gestellt
war. Die Verhältnisse sind dann besonders ungünstig, wenn eine der Chargen nur einen
Bruchteil der anderen Chargen ausmacht, da dann die betreffende Vorrichtung den
größten Teil der Zeit außer Betrieb ist und dennoch erhebliches Kapital bindet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene
Vorrichtung mit erträglichem Aufwand so abzuwandeln, daß nacheinander unterschiedliche
Aussangsmaterialien ohne gegenseitige Verunreinigung in Pulver umgewandelt werden
können.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen
Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
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Die Erfindung beruht auf der bereits oben beschriebenen Feststellung,
daß das Problem einer Verunreinigung auf der Seite der Schmelzvorrichtung mit geringem
Aufwand lösbar ist, während dieses Problem auf der Vorrichtungsseite, in der
die
Erstarrung des Pulvers durchgeführt wird, praktisch unlösbar ist. Die Anordnung
mindestens eines weiteren Fallschachtes an bzw. unterhalb der Schmelzkammer verteuert
die Vorrichtung nur um einen Betrag, der dem Wert des Fallschachtes gegebenenfalls
zuzüglich Zwischenbehälter und Zerstäubungsvorrichtung entspricht. Schmelzkammer
und Schmelzvorrichtung können dabei für sämtliche Ausgangsstoffe verwendet werden,
und sind infolgedessen optimal auslastbar.
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Außerdem entsteht ein wesentlich geringerer Platzbedarf, da es sogar
möglich ist, mehrere Fallschächte unterhalb der gleichen Schmeizkammer, d.h. in
deren Projektionsfläche auf eine horizontale Ebene, unterzubringen. Schließlich
läßt sich auch der Aufwand für die für solche Vorrichtungen stets benötigten Vakuumpumpen,
Umwälzpumpen etc. erheblich verringern, weil es beispielsweise möglich ist, sämtliche
Fallschächte an die gleichen Vakuumpumpen anzuschliessen, da ohnehin stets nur einer
der Fallschächte betrieben wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann noch dadurch weiter vorteilhaft
ausgestaltet werden, daß die zwischen der Schmelzvorrichtung und der Zerstäubungsvorrichtung
vorgesehenen Zwischenbehälter in eigenen Zwischenkammern untergebracht sind, die
zwischen der Schmelzkammer und jedem Fallschacht angeordnet und außer gegenüber
der Atmosphäre auch gegen die Schmelzkammer gasdicht absperrbar sind. Bei durchgeführter
Absperrung kann jede Zwischenkammer gewartet und beispielsweise mit einem neuen
Zwischenbehälter versehen werden, während in der jeweils anderen Zwischenkammer,
die mit der
Schmelzkammer und dem zugehörigen Fallschacht verbunden
ist, der betreffende Teil eines Pulverherstellprozesses durchgeführt werden kann.
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Es ist dabei besonders vorteilhaft, die einzelnen Zwischenkammern
zusätzlich auch gegenüber der Atmosphäre mit Schleusenkammern für das Auswechseln
der Zwischenbehälter zu versehen. Dabei ist es durch eine spezielle relative Lage
der Zwischenkammern zueinander weiterhin möglich, diesen mindestens eine gemeinsame
Schleusenkammer zuzuordnen. Dies ist mit besonderem Vorteil dann möglich, wenn die
Zwischenkammern an der Peripherie der Schmelzkammer angeordnet sind, wenn die Transportrichtungen
der Zwischenbehälter beider Zwischenkammern beim Auswechseln horizontal und senkrecht
zueinander ausgerichtet sind und wenn sich am Kreuzungspunkt K der beiden Transportrichtungen
die gemeinsame Schleusenkammer befindet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes werden
in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer vollständigen Vorrichtung
anhand eines Vertikalschnittes entlang zweier Ebenen, die im rechten Winkel zueinander
stehen,
und deren Schnittlinie durch die Schmelzvorrichtung verläuft, Figur 2 einen Teilausschnitt
aus Figur 1 in vergrößertem Maßstab, in dem zusätzlich eine Zwischenkammer mit ihren
Hilfseinrichtungen dargestellt ist, Figur 3 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand
nach Figur 2 unmittelbar oberhalb der Schmelzvorrichtung und Figur 4 einen Horizontalschnitt
durch den Gegenstand nach Figur 2 unmittelbar unterhalb der Zerstäubungsvorrichtung.
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In Figur 1 ist eine Schmelzkammer 1 dargestellt, die aus einem als
Bezugsplattform dienenden Boden 2, einem auf den Boden aufgesetzten Unterteil 3
und einem Deckel 4 besteht, der mit dem Unterteil durch eine vakuumdichte Flanschverbindung
5 lösbar verbunden ist. Der Deckel 4 ist mittels einer nicht gezeigten Hydraulikvorrichtung
anhebbar und mittels Rollen 6 auf Laufschienen 7 verfahrbar, die sich senkrecht
zur Zeichenebene (Figur 1) erstrecken. Die Schmelzkammer 1 besitzt eine Hauptachse
A, die gleichzeitig die Symmetrieachse der Schmelzkammer ist.
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Koaxial zur Hauptachse A ist auf dem Deckel 4 eine Schleusenkammer
8 mit Schleusenventilen 9 und 10 angeordnet, die von der Seite her durch einen Charaierwagen
11 beschickbar ist. Der
Chargierwagen trägt einen Metallblock 12,
der in Metallpulver umgewandelt werden soll, und ist auf Schienen 13 in horizontaler
Richtung verfahrbar, so daß der Metallblock 12 in die Schleusenkammer 8 eingebracht
werden kann.
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Unterhalb der Schleusenkammer 8, welche die Funktion einer Chargiervorrichtung
hat, befindet sich - gleichfalls koaxial zur Hauptachse A - eine Schmelzvorrichtung
14, die als Kipptiegel 15 ausgebildet ist. Der Kipptiegel 15 ist mit einer Induktionsspule
16 umgeben und besitzt eine Gießschnauze 17.
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An der Obergangsstelle der Giel3schnauze 17 in den zylindrischen Teil
des Kipptiegels 15 ist eine horizontale Schwenkachse angeordnet, mittels welcher
der Kipptiegel in einem nicht näher dargestellten Drehgestell gelagert ist, welches
häufig auch als "Stuhl" bezeichnet wird. Mittels dieses Drehgestells ist der Kipptiegel
15 um die senkrechte Hauptachse A um einen durch die Zuleitungen der Induktionsspule
bedingten begrenzten Betrag drehbar, beispielsweise um einen Winkel von 90 Grad.
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Gasdicht an den Boden 2 angesetzt sind zwei Fallschächte 18 und 19,
von denen der linke Fallschacht 18 zur besseren Unterscheidung als erster Fallschacht
und der rechte Fallschacht 19 als zweiter Fallschacht bezeichnet werden soll. Die
Fallschächte 18 und 19 bestehen aus je einem zylindrischen Mittelteil mit einer
Bauhöhe von mehreren Metern und konischen Endteilen 22 und 23 bzw. 24 und 25. Die
Fallschächte sind identisch in der Ausführung und zum Zwecke einer Wasserkühlung
doppelwandig ausgeführt. Die beiden Fallschächte besitzen senkrechte Hauptachsen
B und C, die gleichzeitig die Symmetrieachsen der Fall-
schächte
sind. Die Anordnung der Hauptachsen A, B und C ist dabei so getroffen, daß die Hauptachsen
B und C der Fallschächte 18 und 19 in zwei zur Hauptachse A der Schmelzkammer 1
radialen Ebenen liegen, die einen Winkel von 90 Grad miteinander einschliessen.
Diese Ebenen sind gleichzeitig die Schnittebenen des Gegenstandes nach Figur 1.
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An den oberen Enden der Fallschächte 18 und 29 und koaxial zu den
Hauptachsen B und C sind Zerstäubungsvorrichtungen 26 und 27 angeordnet, die im
vorliegenden Fall als Ringschlitzdüsen zur Druckgaszerstäubung der Schmelze ausgebildet
sind. Derartige Zerstäubungsvorrichtungen sind in mannigfachen Ausführungsformen
Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.
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Oberhalb der Zerstäubungsvorrichtungen 26 und 27 sind - wiederum koaxial
zu den Hauptachsen B und C - Zwischenbehälter 28 und 29 angeordnet, die von in Figur
1 nicht näher bezeichneten Heiz-und Isoliereinrichtungen umgeben sind und zur vorübergehenden
Aufnahme und dosierten Abgabe der zu zerstäubenden Schmelze aus der Schmelzvorrichtung
14 dienen. Weitere Einzelheiten werden nachfolgend insbesondere anhand von Figur
2 näher erläutern.
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Am unteren Ende der Fallschächte 18 und 19 befindet sich je eine Austragsschleuse
30 und 31, an die - hier nicht gezeigt - je ein Pulversammelbehälter ansetzbar ist.
Die Fallschächte dienen zur Abkühlung der Schmelzenpartikel zu erstarrtem Pulver
während eines freien oder erzwungenen Falles,
wobei die Fallschächte
eine solche Bauhöhe haben, daß ein unbeabsichtigtes Zusammensintern der Pulverteilchen
vermieden wird. Der Abkühlungseffekt kann dadurch verbessert und die Bauhöhe der
Fallschächte vermindert werden, daß ein vorzugsweise gekühltes Schutzgas im Innern
der Fallschächte umgewälzt wird, bevorzugt in Gegenstromrichtung zu den Schmelzenpartikeln.
Es ist jedoch ohne weiteres möglich, den Schmelzenpartikeln durch gezielte Strömungsführung
eine seitliche Komponente aufzuzwingen, so daß sich die Schmelzenpartikel entlang
beispielsweise einer Wurfparabel bewegen. Der Ausdruck "Fallschacht" ist also keineswegs
ausschlieDlich im Sinne einer überwiegend senkrechten Fallrichtung zu verstehen;
vielmehr ist die Vorrichtung auch im Zusammenhang mit einer überwiegend horizontalen
Flugbahn der Metallpartikel mit gleichem Vorteil anwendbar, wobei dann die horizontalen
Abmessungen der Vorrichtung zugunsten der vertikalen Abmessungen vergrößer werden,
In den Figuren 2 und 3 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Zusätzlich ist folgendes dargestellt: Zwischen der Schmelzkammer 1 und
dem Fallschacht 19 (sinngemäß auch dem Fallschacht 18) sind Zwischenkammern 32 und
33 angeordnet, von denen in Figur 2 jeweils nur die hintere (33) zu sehen ist. Wie
insbesondere aus Figur 3 zu ersehen ist, haben die Zwischenkammern 32 und 33 eine
langgestreckte Form, wobei die senkrechten Begrenzungswände im wesentlichen durch
eine Tangente und eine Sehne bzw. Sekante verlaufen.
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Figur 3 ist diesbezUglich etwa maßstäblich zu werten. Parallel zu
diesen Tangenten bzw. Sehnen verlaufen auch die Tran&portrichtungen der Zwischenbehälter
28 und 29 bei deren Aus--wechseln. Die Transportrichtungen sind durch Pfeile 34
und 35 dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Transportrichtungen senkrecht zueinander
verlaufen und sich in einem Kreuzungspunkt "K" schneiden.
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Gemäß Figur 3 ist am Eingang einer jeden Zwischenkammer 32 bzw.
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33 eine Schleusenkammer 36 bzw. 37 vorgesehen, die als Eintragsschleuse
dient. Die Ausgänge der beiden Zwischenkammern 32 und 33 stehen hingegen mit einer
gemeinsamen Schleusenkammer 38 in Verbindung, in deren Mitte auch der Kreuzung punkt
K der beiden Transportwege liegt. Diese Anordnung ist- deswegen möglich, weil sich
die beiden Transportwege schneiden. Zu den einzelnen Schleusenkammern gehören Schleusenventile
39. Da deren Funktion jedoch bekannt ist, werden sie nicht voneinander unterschieden.
Es sei nur soviel gesagt, daß für einen Teil der Schleusenventile 39 sogenannte
Ventilgehäuse 40 vorgesehen sind.
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Figur 2 ist noch zu entnehmen, daß der Zwischenbehälter 29 eine Bodenöffnung
41 besitzt und von einer Heizeinrichtung 42 umgeben ist, durch die eine für die
Zerstäubung optimale Schmelzentemperatur erreichbar ist. Die Zwischenkammer 33 ist
außer (wie in Figur 3 dargestellt) gegenüber der Atmosphäre auch gegenüber der Schmelzkammer
1 gasdicht absperrbar. Dies geschieht mittels einer Ventilplatte 43, die eine in
der
oberen Begrenzungswand 44 der Zwischenkammer 33 liegende Uffnung
verschließt. Beim Betrieb des Zwischenbehälters 29 wird die Ventilplatte 43 mittels
eines nicht näher dargestellten Antriebs in ein Ventilgehäuse 45 geschwenkt, welches
die Form eines flachen Zylinders aufweist, der am oberen Ende seitlich an die Zwischenkammer
33 angesetzt ist. Die Anordnung der Ventilgehäuse 45 ist insbesondere auch in Figur
3 gut erkennbar.
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In den Figuren 2 bzw. 3 ist ein Saugstutzen 46 für den Anschluß der
Schmelzkammer 1 an einen Vakuumpumpsatz dargestellt. Für die Stromversorgung der
Schmelzvorrichtung 14 dient eine Vakuumdurchführung 47, die über ein flexibles Kabel
48 zu der nicht besonders hervorgehobenen Induktionsspule des Kipptiegels 15 führt.
Der Kipptiegel 15 ist um eine horizontale Schwenkachse 49 in die in Figur 2 gestrichelt
dargestellte Position kippbar, in der sich die Gießschnauze 17 in einer Gießposition
oberhalb des Zwischenbehälters 29 befindet.
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Figur 3 ist wiederum zu entnehmen, daß der Kipptiegel 15 um die senkrechte
Hauptachse A in der Weise drehbar ist, daß sich die Symmetrieebene der Gießschnauze
17 von der ausgezogen dargestellten Position in die strichpunktiert dargestellte
Position um einen Winkel von 90 Grad schwenken läßt. Die Symmetrieebene der Gießschnauze
ist dabei in beiden Endstellungen in eine Lage bringbar, in der sie mit denjenigen
Ebenen zusammenfällt, die durch die Hauptachse A einerseits und die beiden Hauptachsen
B und C andererseits verlaufen.
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Das Kabel 48 nimmt nach einer entsprechenden Drehung des Kipptiegels
15 gleichfalls die strichpunktierte Lage 48a ein.
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Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Figur 2 unterhalb
der Schmelzkammer 1 und unmittelb-ar unterhalb der Zerstäubungsvorrichtung 26 und
27. Die Schnittebene liegt in der Trennfuge von Flanschverbindungen 50 und 51, mit
denen die konischen Endteile 22 und 23 der Fallschächte 18 und 19 mit der Unterseite
der Zwischenkammern 32 und 33 verbunden sind. Die oberhalb dieser Schnittebene liegende
Schmelzkammer 1 ist nur durch eine strichpunktierte Umrißlinie la angedeutet. Es
ist erkennbar, daß auch die Flanschverbindungen 50 und 51 an der Peripherie der
Schmelzkammer 1 angeordnet sind. Von den Fallschächten 18 und 19 führen Rohrleitungen
52 und 53 zu Zyklonabscheidern 54 und 55, und zwar ist - in Fortsetzung des Erfindungsgedankens
- jedem Fallschacht ein eigener Zyklonabscheider zugeordnet. Das aus den Zyklonabscheidern
austretende, nunmehr von Pulver restlos befreite Inertgas wird über Rohrleitunnen
56 und 57 und gegebenenfalls weitere Gasaufbereitungseinrichtungen wieder in den
Gaskreislauf zurückgeführt.
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Die Fallschächte 18 und 19 führen weiterhin über Saugstutzen 58 und
59 sowie Saugleitungen 60 und 61 zu einer gemeinsamen Anschlußstelle 62, die mit
einem Vakuumpumpsatz verbunden ist.
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Das Vakuumsystem dient jedoch im wesentlichen nur zur anfänglichen
Evakuierung. Nachfolgend wird das gesamte System mit einem Inertgas gefüllt und
im wesentlichen unter atmosphärischem Druck betrieben.