DE3222742A1

DE3222742A1 - Vorrichtung zur herstellung von pulver durch zerteilung einer schmelze

Info

Publication number: DE3222742A1
Application number: DE19823222742
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 6450 Hanau Ruthardt
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-12-22
Also published as: US4488859A; JPS596930A

Description

15. Juni 1982 82507

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

" Vorrichtung zur Herstellung von Pulver durch Zerteilung einer Schmelze "

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Pulver durch Zerteilung einer Schmelze in Partikel und nachfolgende Abkühlung der Schmelzenpartikel bis zur Erstarrung, bestehend aus einer Einrichtung für die Zerteilung der Schmelze, einem Behälter für die Abkühlung der Schmelzenpartikel, der als im wesentlichen senkrechter Schacht mit senkrechter Schachtachse ausgebildet ist, sowie aus einer Pulverentnahmeeinrichtung, die mit dem Schacht Über ein etwa trichterförmiges Gehäuseteil verbunden ist, das eine Trichterachse aufweist, deren Verlauf im wesentlichen der Fließrichtung des Pulvers unter Schwerkrafteinf1uß entspricht.

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Die betreffende Vorrichtung dient dabei zur Herstellung von Pulver aus Metallen, Legierungen und Nichtmetallen. An Einrichtungen für die Zerteilung der Schmelze gehören eine Vielzahl zum Stande der Technik. Hierzu gehören mit hoher Drehzahl rotierende Scheiben oder Tiegel, in deren Zentrum die Schmelze eintritt und über deren Rand die Schmelze in Form feinster Partikel durch Zentrifugalkräfte abgeschleudert wird. Gleichfalls bekannt sind mit Ultraschall schwingende Oszillatoren oder Resonatoren, die einen auf sie auftreffenden Schmelzenstrom in feinste Tröpfchen zerlegen und zurückschleudern.

Eine besonders leistungsfäfri ge Vorrichtung für die Zerteilung einer Schmelze besteht aus einer Düse, aus der Gas unter hohem Druck in Richtung auf den Schmelzenstrom austritt und die Schmelze gleichfalls in feinste Tröpfchen zerlegt. Den vorstehend genannten Einrichtungen zur Zerteilung der Schmelze wird die Schmelze in aller Regel in Form eines dosierten Flüssigkeitstrahls zugeführt. Es ist aber auch möglich, den Ausgangswerkstoff in Form eines festen Stabes einzusetzen, diesen Stab an seinem Ende örtlich aufzuschmelzen und Schmelzenpartikel durch Zentrifugalkräfte, Ultraschall und/oder eine Gasströmung hoher Geschwindigkeit zu erzeugen.

Allen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß die Schmelzenpartikel nachfolgend durch Wärmeentzug zur Erstarrung gebracht und ausreichend abgekühlt werden müssen, bevor sie am Boden eines Behälters gesammelt werden können. Die Abkühlung muß dabei derart bemessen sein, daß die in einer Schicht am Behälterboden gesammelten Partikel nicht mehr zusammensintern

können, wodurch der Abzug des ansonsten rieselfähigen Pulvers erschwert bzw. unmöglich gemacht würde.

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Unabhängig davon, ob den Schmelzenpartikeln durch Krafteinwirkung wie Zentrifugalkräfte, Ultraschall oder Gasströmungen eine horizontale Bewegungskomponente überlagert wird, spielt die Fallbewegung bzw. Falldauer der Partikel aufgrund der Schwerkraft eine ausschlaggebende Rolle. Hierbei ist wiederum der Fallweg dominierend, der sich selbst durch eine der Fallbewegung entgegengerichtete Kühl gasströmung nur sehr bedingt verringern läßt.

Für das Abkühlen und Auffangen der Partikel werden daher in der Regel senkrechte Schächte verwendet, an deren oberem Ende sich das zu zerteilende Material befindet und deren unteres Ende in der Regel als mehr oder weniger großer Trichter ausgebildet ist, an dessen Unterseite sich im allgemeinen eine Absperrvorrichtung und ein Pulversammelbehälter befinden (DE-AS 20 58 964 und DE-OS 25 28 999).

Durch den sich an den Schacht koaxial anschliessenden Trichter wird die Bauhöhe der gesamten Vorrichtung beträchtlich vergrößert. Eine Verkürzung des Trichters hätte einen größeren öffnungswinkel zur Folge, der wiederum im Hinblick auf den restlosen Pulveraustrag nachteilig ist. Ein bestimmter Schlankheitsgrad für den Trichter ist also unerläßlich. Damit ist aber wiederum der Nachteil verbunden, daß sich das Pulver im untersten, d.h. engsten Bereich des Trichters sammelt, bis eine erhebliche Schütthöhe erreicht ist. Diese Pulveranhäufung hat nicht nur eine schlechte Wärmeabfuhr zur Folge, sie bgünstigt auch durch den unvermeidbaren statischen Druck in der Pul verschüttung ein Zusammensintern der Pulverpartikel, so daß es gelegentlich zu Betriebsstörungen kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung

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der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Bauhöhe der Vorrichtung merklich verringert und der Neigung des Pulvers zum Zusammensintern weitgehend entgegengewi rkt wi rd.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs besckriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Trichterachse Ay unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Schachtachse Ας ausgerichtet ist und daß der Schacht derart schwenkbar in einer Drehlagerung gelagert ist, daß die Trichter+ achse mittels einer Schachtschwenkung in eine im wesentlichen senkrechte Stellung bringbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist es möglich, bei senkrechter Stellung des Schachtes und im wesentlichen waagrechter Ausrichtung der Trichterachse den Prozeß der Pulverherstellung durchzuführen, bei dem sich das Pulver auf dem Boden des Schachtes sammelt, der zu diesem Zweck äußerst flach, beispielsweise geringfügig nach unten gewölbt ausgeführt sein kann. Hierbei wird der erforderliche Fallweg bis zum Auftreffen der Partikel auf Wandteilen des Schachtes oder auf bereits vorhandenen Partikeln im wesentlichen beibehalten, die Baulänge aber um nahezu die gesamte Trichterlänge (in Richtung der Trichterachse) verkürzt. Weiterhin wird die Flache, auf der sich das Pulver sammelt, wesentlich vergrößert sie entspricht im wesentlichen dem Schachtquerschnitt. Dies hat zur Folge, daß das Pulver nicht nur über eine größere Fläche verteilt, sondern auch intensiver mit dem gekühlten Boden des Schachtes in Berührung gebracht wird. Gleichzeitig ist nur eine wesentlich geringere Schütthöhe vorhanden, so daß ein Zusammensintern der Pulverpartikel restlos vermieden wird.

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Bekanntlich sind Druck und Temperatur die ausschlaggebenden Parameter für ein Zusammensintern von Pulverpartikeln. Beide Parameter können durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung beträchtlich gesenkt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Trichter im Prinzip seitlich am Schacht angebracht, in dessen Mantelfläche durch einen übergang eckig-auf-rund übergehend. Ein Absperrventil wird in herkömmlicher Weise am Ende des Trichters angeordnet.

Nach Beendigung des Zerteilungsprozesses wird der Schacht und mit ihm der Trichter um vorzugsweise 90 Grad um die Drehlagerung geschwenkt, wodurch die Schachtachse in eine waagrechte Lage und die Trichterachse in eine im wesentlichen senkrechte Lage gelangt. Während der Schwenkbewegung fließt das gesammelte und ausreichend abgekühlte Pulver vom Boden des Schachtes allmählich in den Trichter, ohne daß es an dieser Stelle noch zu einem Zusammensintern des Pulvers kommen könnte. Das Pulver läßt sich nunmehr durch öffnen des am Trichterende angebrachten Absperrventils in einen an das Absperrventil angeflanschten Pulverbehälter umfüllen.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Schacht mit einem nach unten gewölbten Boden versehen ist, dessen Krümmungsmittel punkt auf der Schwenkachse des Schachtes liegt und wenn der trichterförmige Gehäuseteil einschließlich seiner Austrittsöffnung und des Absperrventils innerhalb einer gedachten Zylinderfläche liegen, deren geometrische Achse mit der Schwenkachse des Schachtes zusammenfällt und deren Radius R mit dem Krümmungsradius des Bodens identisch ist. Auf die Bedeutung dieser Maßnahme wird im Zusammenhang mit der Detailbeschreibung noch näher eingegangen: Sie ist die Voraussetzung

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dafür, daß bei der Schwenkbewegung von Schacht und Trichter kein Bauteil über die genannte Zylinderfläche hinausragt, so daß auf diese Weise eine minimale Bauhöhe erreicht wird.

Der seitlich angebrachte Trichter kann dabei noch eine Zusatzfunktion erfüllen, dann nämlich, wenn seitlich neben dem Schacht mindestens eine Absaugvorrichtung angeordnet ist, deren Ansaugöffnung bei senkrechter Stellung des Schachtes mit der Austrittsöffnung des trichterförmigen Gehäusefei Is verbindbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt - in ausgezogenen Linien - Schacht und Trichter in einer Position, in der die Pulverherstellung erfolgt, und - in gestrichelten Linien, den um 90 Grad geschwenkten Schacht in einer Stellung, in der das gesammelte Pulver abgezogen wird.

In der Figur ist eine Vorrichtung 1 zur Pulverhe rs te T lung gezeigt, deren wesentliche Teile ein Schacht 2 mit einer Schachtachse Ας und eine Einrichtung 3 für die Zerteilung der Schmelze sind. Der Schacht 2 besteht aus einem zylindrischen Mantel 4, einem spPahrisch gewölbten Boden 5 und einem konischen Zwischenstück 6.

Die Einrichtung 3 für die Zerteilung der Schmelze besteht aus einer Ringschlitzdüse 7, die über eine Leitung 8 an eine Druckgasquelle 9 anschließbar ist. Die Ringschlitzdüse 7 und eine Leiteinrichtung 10 sind in einem Schachtobertei1 11 untergebracht,

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das lösbar mit dem Zwischenstück 6 verbunden ist. Auf dem Schachtoberteil 11 befindet sich eine Schmelzenquelle 12 in Form eines durch eine Induktionsspule 13 beheizten Schmelztiegels 14, dessen nicht näher bezeichnete verschließbare Bodenöffnung oberhalb der Ringschlitzdüse 7 und koaxial zu dieser angeordnet ist. Der Schacht 2 insbesondere aber dessen Boden 5 sowie das Schachtoberteil 11 sind weitgehend doppelwandig ausgebildet und von einem Kühlmittel durchströmt. Aufbau und Wirkungsweise der Einrichtung--3 für die Zerteilung der Schmelze sind ebenso wie die Schmelzenquelle 12 Stand der Technik und werden daher nicht näher erläutert. Beim Betrieb der Einrichtung 3 wird im Schacht 2 ein Partikelregen erzeugt, der sich nach Erstarrung und ausreichender Abkühlung auf dem Boden 5 sammelt.

Der Schacht 2 ist über seitliche und diametrale Zapfen in einer Drehlagerung 15 gelagert, die sich über zwei seitliche Lagerböcke 16, von denen nur der hintere gestrichelt dargestellt ist, auf einem Grundrahmen 17 abstützt. Der Krümmungsmittelpunkt des nach unten gewölbten Bodens 5 liegt auf der Schwenkachse des Schachtes, die durch die Drehlagerung 15 hindurchgeht. Der Boden 5 ist über eine Flanschverbindung 18 mit dem Mantel 4 verbunden.

Mit dem zylindrischen Mantel ist unmittelbar oberhalb der Flanschverbindung 18 ein trichterförmiges Gehäuseteil 19 verbunden, das einen sogenannten übergang "eckig-auf-rund" darstellt. Die Trichterachse zeigt einen im wesentlichen horizontalen Verlauf, und die Seitenwände des trichterförmigen Gehäuseteils gehen etwa tangential in den zylindrischen Mantel 4 über, wie dies in der Figur angedeutet ist.

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An der im Bezug auf die Schachtachse A,- radial am weitesten außenliegenden Stelle ist an dem trichterförmigen Gehäuseteil 19 ein Absperrventil 20 angeordnet, das in der gezeigten Stellung der Vorrichtungsteile (ausgezogene Linienführung) mit einer Ansaugöffnung 21 einer Absaugvorrichtung verbunden ist, die als Vakuumpumpe ausgeführt ist. In der Praxis wird man das Absperrventil 20 doppelt ausführen, so daß bei einer Trennung des trichterförmigen Gehäuseteils 19 von der Absaugvorrichtung 22 die Gasatmosphäre in den.betreffenden Vorrichtungsteilen erhalten bleibt.

Es ist dabei von Bedeutung, daß der trichterförmige Gehäuseteil 19 einschließlich seiner Austrittsöffnung und des diese verschliessenden Absperrventils 20 innerhalb einer gedachten Zylinderfläche "Z" liegen, deren geometrische Achse mit der Schwenkachse des Schachtes zusammenfällt und deren Radius "R" mit dem Krümmungsradius des Bodens identisch ist. Die betreffende Zylinderfläche "Z" ist in der Figur in die Zeichenebene projiziert. Es ist jedoch zu erkennen, daß die unterste Kante des Absperrventils 20 bei einer Schwenkung des Schachtes 2 in Richtung des Pfeiles 23 in etwa auf der Zylinderfläche "Z" bewegt wird. Diese Anordnung des Absperrventils verkörpert die optimale Lösung. Eine tiefere Lage des Absperrventils 20 würde die Bauhöhe wieder vergrößern; eine höhere Lage würde den Pulverabzug wegen eines dann notwendig werdenden größeren öffnungswinkels des trichterförmigen Gehäuseteils 19 erschweren. Allerdings sind innerhalb gewisser Grenzen Abweichungen von den optimalen Verhältnissen durchaus zulässig.

Durch Schwenken des Schachtes mittels der Drehlagerung 15 um

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90 Grad gelangt die Vorrichtung - mit Ausnahme der Absaugvorrichtung 22 und gegebenenfalls der Schmelzenquelle 12 — in die strichpunktiert dargestellte Lage, in der die Schachtachse A</ horizontal liegt. Hierbei gelangt der trichterförmige Gehäuseteil 19 mit dem Absperrventil 20 in die Positionen 19' bzw. 20'. An das Absperrventil 20' ist eine Pulverentnahmeeinrichtung 24 angesetzt, in die das gewonnene Pulver nach dem öffnen des Absperrventils 20 übergeführt werden kann. Die gesamte Vorrichtung kann mit Inertgas geflutet bzw. gespült werden. Es ist ersichtlich, daß in der gekippten Stellung der Verlauf der Trichterachse im wesentlichen der Fließrichtung des Pulvers unter Schwerkrafteinfluß entspricht. Es ergibt sich außerdem aus der zeichnerischen Darstellung, daß zwischen dem Mantel 4, dem Boden 5 und dem trichterförmigen Gehäuseteil 19 keinerlei tote Ecken vorhanden sind, in denen sich Pulverreste sammeln könnten. Diese glatten übergänge sind von besonderer Bedeutung für den Fall, daß mit der gleichen Anlage ein Pulver anderer Zusammensetzung hergestellt werden soll.

Mit dem Erfindungsgegenstand sind bevorzugt Pulver aus sogenannten Superlegierungen herstellbar, die für die Herstellung von thermisch und mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen bevorzugt verwendet werden.

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Claims

15. Juni 1982 82507 ANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Pulver durch Zerteilung einer Schmelze in Partikel und nachfolgende Abkühlung der Schmelzenpartikel bis zur Erstarrung» bestehend aus einer Einrichtung für die Zerteilung der Schmelze, einem Behälter für die Abkühlung der Schmelzenpartikel, der als im wesentlichen senkrechter Schacht mit senkrechter Schachtachse ausgebildet ist, sowie aus einer Pulverentnahmeeinrichtung, die mit dem Schacht über ein etwa trichterförmiges Gehäusetei1,verbunden ist, das eine Trichterachse (Aj) aufweist, deren Verlauf im wesentlichen der Fließrichtung des Pulvers unter Schwerkrafteinfluß entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichterachse (A_T) unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Schachtachse (Ag) ausgerichtet ist, . und daß der Schacht (2) derart schwenkbar in einer Drehlagerung (15) gelagert ist, daß die Trichterachse (Ay) mittels einer Schachtschwenkung in eine im wesentlichen senkrechte Stellung bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung der Schmelze eine Schmelzenquelle (12) am oberen Ende des Schachtes (2) angeordnet ist und daß die Schmelzenquelle (12) lösbar auf dem Schacht befestigt ist.

3. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem Schacht (2) mindestens eine Absaugvorrichtung (22) angeordnet ist, deren Absaugöffnung (21) bei senkrechter Stellung des Schachtes (2) mit der Austrittsöffnung des trichterförmigen Gehäuseteils (19) verbindbar ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsöffnung des trichterförmigen Gehäuseteils (19) ein Absperrventil (20) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (2) mit einem nach unten gewölbten Boden (5) versehen ist, daß dessen Krümmungsmittelpunkt auf der Schwenkachse des Schachtes liegt, und daß der trichterförmige Gehäuseteil (19) einschließlich seiner Austrittsöffnung und des Absperrventils (20) innerhalb einer gedachten Zylinderfläche "Z" liegen, deren geometrische Achse mit der Schwenkachse des Schachtes zusammenfällt und deren Radius "R" mit dem Krümmungsradius des Bodens identisch ist.