DE3225868A1

DE3225868A1 - Vorrichtung zur herstellung von pulver durch zerteilung einer schmelze

Info

Publication number: DE3225868A1
Application number: DE19823225868
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 6450 Hanau Ruthard
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1982-07-10
Filing date: 1982-07-10
Publication date: 1984-01-12
Also published as: JPS5926135A; IN158542B; US4522577A

Description

8. Juli 1982 82509

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 verbunden ist.

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QIt betreffende Vorrichtung dient dabei gyr Herstellung von Ρ«ΐ¥·Γ aus Metallen, legierungen und Nichtmetallen, An Einrichtungen für die Verteilung der Sahmelgg ggh'dren eins Vielzahl siiRt Stande der Teehnik, Hieriu gihörgn mit hoher Drehzahl S rotierende Sehe-iben oder Tiegel· in deren Ztntrum dig Schmelze eintritt und Über deren Rand die Sehmelig in Form feinster Partikel durch Zentrifugalkräfte äbgeiehltudirt wird» (gleichfalls bekannt sind mit Ultraschall schwingende Oszillatoren Resonatoren, die einen auf sie auftreffenden Schmelzen-

in feinste Tröpfchen verlegen und zurUckschleuaern. line besonders leistungsfähige Vorrichtung für die Ztrteilung einer Sehmelie besteht aus einer Düse, aus der ßa§ unter hohem Druck in Richtung auf den Sehmelzenstrom austritt una die Schmelze gleichfalls in feinste Tröpfchen zerlegt. Den vorstehend genannten Einrichtungen zur Zerteilung der Schneise wird die Schmelze in aller Regel in Form eines dosierten Flüssigkeitstrahls zugeführt. Ei ist aber auch möglich, den Ausgangswerkstoff in Form eines festen Stabes einzusetzen» diesen Stab an seinem Ende örtlich aufzuschmelzen und

Zl SchmeUenpartikal durch Zentrifugalkräfte, Ultraschall und/oder eine Gasströmung hoher Geschwindigkeit zu erzeugen,

Allan 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 daoei 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 Beweaungskomponente überlaaert wird, spielt die Fallbewegung bzw. Falldauer der Partikel aufgrund der Schwerkraft eine ausschlaggebende Rolle.

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).

Trichter, Absperrvorrichtung und Pulversammelbehälter bilden dabei hinsichtlich ihres Zusammenwirkens eine Pulverentnahmeeinrichtung.

Durch den sich an den Schacht koaxial anschl iessen-den 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 nachtei1ig 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 Pulveranhäufling hat nicht nur eine schlechte Wärmeabfuhr zur Folge, sie begünstigt auch durch den unvermeidbaren statischen Druck in der Pul verschüttung ein Zusammensintern der Pulverpartikel, so daß es gelegentlich zu Betriebsstörungen kommt.

Eine Vorrichtung für die Herstellung von Metallpulver mit einem Trichter und einem Absperrventil ist auch durch die

US-PS 3 010 819 bekannt. Dabei ist zusätzlich der Trichter innerhalb des Schachtes oder Turmsin der Höhe verstellbar, wobei jedoch die Lage des größten Durchmessers des Trichters auf die Erstarrungsbedingungen der Schmelzenpartikel abge-³^ stimmt sein muß, damit der Trichter unter keinen Umständen von

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noch flüssigen oder sinterfähigen Partikeln getroffen wird. Der Trichter vergrößert also auch hier die minimale Bauhöhe um mindestens die Höhenabmessuncen des Trichters mit Absperrvorrichtung und Rohrstutzen. Für den Fallweg der Partikel ist nämlich die Lage des oberen Randes des Trichters bzw. der Konusfläche die kritische Größe. Sämtliche Bauelemente, die unterhalb dieses Randes liegen, vergrößern notwendigerweise die Höhenabmessungen der gesamten Vorrichtung. .

In diesem Zusammenhang ist auch von Bedeutung, daß der in der US-PS 3 010 819 offenbarte seitlich herausfahrbare Wagen die Bauhöhe der Vorrichtung noch zusätzlich vergrößert, indem er noch unterhalb der Absperrvorrichtung des Trichters sowie unterhalb des unteren Schachtendes angeordnet ist. Weder der Trichter noch der Wagen stellen dabei irgendwie geartete Teilabschnitte des Schachtes dar* sondern sind von diesem völlig unabhängige und mit dem Schacht auch nicht: abgedichtet verbindbare Elemente.

In der DE-OS 32 22 742 wird der Vorschlag gemacht, die Bauhöhe einer vergleichbaren Vorrichtung dadurch zu verringern, daß man den Trichter seitlich an den Schacht ansetzt und den Schacht zum Zwecke einer Entleerung kippbar lagert. Eine derartige Lösung bedingt jedoch einen größeren Aufwand hinsichtlich Fertigung und Antriebsmitteln und ist infolgedessen bevorzugt für mittlere und größere Anlagen geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Bauhöhe der Vorrichtung bei einem nicht

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kippbaren Schacht merklich verringert und der Neigung des Pulvers zum Zusammensintern weitgehend entgegengewirkt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Pulverentnahmeeinrichtung aus einem unteren Teilabschnitt des Schachtes besteht und im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der darüber!iegende Teilabschnitt aufweist, und daß die beiden Teilabschnitte über ein lösbares Verbindungselement miteinander verbunden und mittels einer quer zur Schachtachse A-A gerichteten Relativbewegung voneinander trennbar sind.

Beim Erfindungsgegengstand ist die zusammengesetzte Länge beider Teilabschnitte des Schachtes die kritische Größe für den Fallweg der Partikel. Mit anderen Worten: Der Abstand der unteren Umlaufkante des unteren Teilabschnitts von der Einrichtung zur Zerteilung der Schmelze muß auf die Erstarrungsbedingungen der Partikel in der Weise abgestimmt sein, daß die Partikel an dieser Stelle weder flüssig sind, noch eine Neigung zum Zusammensintern haben.

Mit wiederum anderen Worten: Die untere Umlaufkante des unteren Teilabschnitts beim Erfindungsgegenstand entspricht infolgedessen der Oberkante des Trichters beim Gegenstand der US-PS 3 010 819. Während beim Erfindungsgegenstand in seiner bevorzugten Ausführungsform mit einem kugelförmigen Boden unterhalb der genannten Umlaufkante jedoch nur ein zusätzliches Maß vorhanden ist,das der Höhe des Kugelabschnitts entspricht, befindet sich an der gleichen Stelle

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beim Gegenstand der US-PS 3 010 819 die Bauhöhe des Trichters zuzüglich der Bauhöhe der Absperrvorrichtung, zuzüglich der Höhe des Wagens und - gegebenenfalls - zusätzlich des senkrechten Abstandes zwischen Absperrvorrichtunq und Wagen. Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich infolgedessen durch eine minimale Bauhöhe aus.

Es ist dabei gemäß der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das Verbindungselement aus zwei Flanschen besteht, die über Hubspindeln miteinander in Berührung bring-1.0 bar sind. Durch Lösen der Hubspindeln, die in besonders einfacher Weise als schwenkbare Schrauben mit Flügelmuttern ausgeführt sind, läßt sich der untere Flansch um ein geringes Maß absenken oder anheben, damit die beiden Flanschen relativ zueinander seitlich bewegt werden können.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, den unteren Teilabschnitt mit FahrroTten zu versehertj auf die der untere Teilabschnitt durch das Lösen der Hubspindeln aufgesetzt werden kann. Hierdurch wird ein gewisser Höhenabstand der Flanschen gewißermaßen zwangsläufig erreicht.

Es ist hingegen nicht notwendig, den unteren Teilabschnitt mit Fahrrollen zu versehen, sondern es ist auch möglich, den unteren Teilabschnitt an einem senkrechten Schwenklager anzubringen, so daß er in horizontaler Richtung ausgeschwenkt werden kann. Umgekehrt ist es auch möglich, den wesentlich größeren oberen Teilabschnitt des Schachtes gegenüber dem unteren Teilabschnitt verfahrbar oder schwenkbar aufzustellen, jedoch ist diese Möglichkeit wegen der größeren zu bewegenden Massen nur in Sonderfällen vorzuziehen.

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Die Idealform des Bodens ist dann erreicht, wenn dieser die Form einer Kugelschale besitzt, deren Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen in der Nähe der Einrichtung für die Zerteilung der Schmelze liegt. Bei Befolgung dieser Lehre haben sämtliche Partikel praktisch den gleichen Weg zurückzulegen, bevor sie auf dem Boden auftreffen.

Der Erfindungsgegenstand hat den weiteren Vorteil, daß die Fläche wesentlich vergrößert wird, auf der sich das Pulver sammelt. Diese Fläche 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. 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.

Die beiden Teilabschnitte des Schachtes sind während der Pulverherstellung fest miteinander verbunden. Nach Beendigung des Zertei1ungsprozesses wird der untere Teilabschnitt beispielsweise in waagrechter Richtung unter dem oberen "Teilabschnitt herausgefahren und kann nunmehr aus der nach oben freigelegten öffnung, die dem Gesamtquerschnitt des Schachtes entspricht, entnommen werden. Die Entnahme kann bevorzugt durch eine Absaugvorrichtung nach Art eines Staubsaugers durchgeführt werden. Die Betriebsweise ist also diskontinuierlich, was insbesondere bei kleineren Anlagen und Laboreinrichtungen durchaus tolerierbar ist.

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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt die Vorrichtung in der linken Hälfte während der Pulverherstellung, d.h. bei fester Verbindung der beiden Teilabschnitte, und in der rechten Hälfte bei abgesenktem unteren Teilabschnitt zum Zwecke des Herausfahrens und der Pulverentnahme.

In der Figur ist eine Vorrichtung 1 zur Pulverherstellung 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 und einem sphärisch gewölbten Boden sowie 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 Schachtoberteil 11 untergebracht, das lösbar mit dem Zwischenstück 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 Schrnel zenquel Te 12 Stand der Technik und werden daher nicht naher erläutert. Beim Betrieb der Ein-

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richtung 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 Pratzen 25 auf mehreren Stützen 26 gelagert, von denen nur die hinteren dargestellt sind. Ein Gasauslaß ist nicht dargestellt.

Der Schacht 2 besitzt einen oberen Teilabschnitt 27 und einen unteren Teilabschnitt 28, die an einer gemeinsamen Trennfuge kongruent aneinander-stossen. Die beiden Teilabschnitte sind im Bereich der Trennfuge 29 gasdicht durch ein Verbindungselement 30 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 30 besteht aus einem oberen Flansch 31, einem unteren Flansch 32 und mehreren auf den Umfang verteilten Hubspindeln 33, die auf tangentialen Gelenkbolzen schwenkbar im unteren Flansch 32 gelagert sind. An der darüber!iegenden Stelle des oberen Flansches 31 befindet sich jeweils eine, gabelförmige Ausnehmung 34, in die die Hubspindel 33 einlegbar ist. Durch Betätigen je einer Flügelmutter 35 läßt sich der untere Teilabschnitt 28 gegenüber de,m oberen Teilabschnitt heben oder senken.

Der Boden 5 ist noch mit Fahrrollen 36 versehen, mit dem der untere Teilabschnitt 28 auf der Grundplatte 37 verfahrbar ist, und zwar senkrecht zu der gewählten Zeichenebene.

Im linken Teil der Abbildung ist die Hubspindel 33 angezogen und das Verbindungselement 30 abgedichtet. Hierbei befinden sich die Fahrrollen 36 in einem Abstand über der Grundplatte In dieser Stellung ist die Vorrichtung betriebsbereit.

Durch Lösen der Hubspindel 33 wird der untere Teilabschnitt

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zunächst abgesenkt, bis die Fahrrollen 37 auf der Grundplatte aufsetzen. Alsdann lassen sich die Hubspindeln 33 seitlich aus den Ausnehmungen 34 herausklappen, und der untere Teilabschnitt 28 läßt sich in der angegebenen Richtung zum ' Zwecke eines Entleerens verfahren. Der Hub des unteren Teilabschnitts 28 wurde übertrieben dargestellt; ausreichend ist natürlich eine Trennung der Flanschen 31 und 32 um wenige Millimeter.

Der untere Teilabschnitt 28 mit dem Boden 5 übernimmt dadurch die zusätzliche Funktion einer Pulverentnahmeeinrichtung, ohne daß hierdurch die Bauhöhe der gesamten Vorrichtung vergrößert würde. Die Umlaufkante 38, an der sich der untere Teilabschnitt 28 und der Boden 5 schneiden, hat dabei den weiter oben angegebenen kritischen Abstand von der Einrichtung 3 für die Zerteilung der Schmelze.

Mit dem Erfindungsgegenstand sind bevorzugt Pulver aus sogenannten Superlegierungen herstellbar, die für die Herstellung von thermisch und mechanisch hochbeanspruchten Bauteilen bevorzugt verwendet werden, sowie Pulver aus Edel- und Haibedelmetallen, beispielsweise für die Kontaktherstellung (Silber und Silberlegierungen) sowie für Dental zwecke.

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Claims

8. Ju1, 19823275868 82509 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 verbunden ist, dadurch oekennzei chnet, daß die Pulverentnahmeeinrichtung aus einem unteren Teilabschnitt (28) des Schachtes (2) besteht und im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der darüberliegende Teilabschnitt (27) aufweist, und daß die beiden Teilabschnitte (27, 28) über ein lösbares Verbindungselement (30) miteinander verbunden und mittels einer auer zur Schachtachse A~ gerichteten Relativbewegung voneinander trennbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, da3 der untere Teilabschnitt (23) mit ..Fahrroi len (36) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (30) aus zwei Flanschen (31, 32) besteht, die über Hubspindeln (33) miteinander in Berührung bringbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teilabschnitt (28) mit einem Boden (5) in Form einer Kugelschale versehen ist, deren Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen in der Nähe der Einrichtung (3) für die Zerteilung der Schmelze liegt.