DE3783087T2 - Vorrichtung zur schnellen entfernung eines bindemittels aus einem gruenkoerper. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen eines Bindemittels aus einem Grünkörper, der aus feinen Metall- oder Keramikteilchen und einem Bindemittelsystem zusammengesetzt ist, ohne ein Anschwellen des Bindemittelsystems zu verursachen, während es sich innerhalb der Zwischenräume des Grünkörpers befindet, und um im wesentlichen allen während des Entfernens des Bindemittels aufgrund von Pyrolyse und/oder durch andere Ursachen gebildeten Kohlenstoff zu entfernen.
• Die Technik, Gegenstände aus Metall- oder Keramikteilchenmaterial zu bilden, ist wohlbekannt und Beispiele derartiger Systeme sind in den Patenten aus dem Stand der Technik von Strivens, (US-A-2,939,199), Curry (US-A-4,011,291), Wiech (US-A-4,404,166), der europäischen Patentanmeldung von Wiech (81 100 209.6, veröffentlicht am 22. Juli 1981 als EP-A-0 032 403), der europäischen Patentanmeldung von Wiech, EP-A-0 234 420 und anderen dargestellt. Gemäß den in den Offenbarungen der voranstehend erwähnten Patente und europäischen Patentanmeldungen beschriebenen Verfahren erfolgte die Bindemittelentfernung und Sinterung ohne wesentliches Problem mit veränderlichen Geschwindigkeitsstufen, solange die Last des Mittels zum Entfernen von Bindemittel gegenüber der Lastkapazität der Bindemittelentfernungsvorrichtung gering war. Es wurde jedoch festgestellt, daß sich sowohl auf der Oberfläche als auch in dem geformten Teil bei großen Lasten eine Kohlenstoffbildung entwickelte, wie es in der obengenannten Patentanmeldung EP-A- 0 234 420 beschrieben ist. Dieses Problem wurde in hohem Maße minimalisiert und die Geschwindigkeit der Bindemittelentfernung durch Zugabe von Wasser in das System erhöht, wie es in der genannten EP-A-0 234 420 festgestellt wird, unter Verwendung von Bindemittelentfernungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik.
• Das U.S. Patent US-A-2,524,272 offenbart eine Vorrichtung zum Trocknen und Backen von Kernen, Formen, Formstücken und anderen Arten von Produkten, die aus Sand, Gips, Kunststoff und anderen Werkstoffen geformt sind, umfassend ein Gehäuse, einen kontinuierlich definierten Atmosphärenweg innerhalb des Gehäuses, der entlang dessen eine Atmosphäre aufweist, eine Vorrichtung in diesem Atmosphärenweg zur Zufuhr von Wasser in die Atmosphäre, eine Heizvorrichtung zum Heizen der Atmosphäre, eine Probenhaltevorrichtung in dem Atmosphärenweg, eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die Atmosphäre sich entlang des Atmosphärenweges bewegt.
• Bei Nachprüfung wurde jedoch festgestellt, daß gesinterte Teile, die sich innerhalb der Bindemittelentfernungsvorrichtung befanden und vom direkten Weg der darin zirkulierenden Atmosphäre entfernt waren, nicht im selben Maße von der Kohlenstoffreduktion und Bindemittelentfernungsgeschwindigkeit profitierten wie die Teile, die sich direkt im Weg der sich bewegenden Atmosphäre befanden. Dies stellte ein Ausbeuteproblem dar, welches unerwünscht war.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bindemittelentfernungsvorrichtung bereitzustellen, bei welcher das Entfernen von Bindemittel und die Ausbeute verbessert sind, ohne daß Probleme der Fehlplazierung hinzukommen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bindemittelentfernungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind mit den Gegenständen der abhängigen Ansprüche 2 bis 7 gegeben.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das oben erwähnte Problem minimalisiert und eine Bindemittelentfernungsvorrichtung und ein Atmosphärenflußweg bereitgestellt, worin Bindemittel schnell aus "grünen" Teilen an im wesentlichen allen Stellen innerhalb der Bindemittelentfernungsvorrichtung entfernt wird und worin die pro Volumeneinheit der Bindemittelentfernungsvorrichtung erzielten Ausbeute weitaus höher ist als diejenige, welche mit Bindemittelentfernungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik erzielt wird.
• Kurz gesagt, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Bindemittelentfernungsvorrichtung in der Form eines Ofens mit einer Vielzahl von übereinander angeordneten Regalen zum Tragen der "grünen" Teile bereitgestellt. Öffnungen sind an gegenüberliegenden Enden eines jeden Regals vorgesehen, um einen turbulenten Fluß der Atmosphäre entlang eines jeden Regals und über und um die darauf befindlichen "Grünkörper" mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Außenatmosphäre, z. B. Luft, tritt nach Bedarf durch eine verschließbare Öffnung in den Ofen ein, vermischt sich mit der umgewälzten Atmosphäre und zirkuliert über einen wasserenthaltenden Behälter und einem Wasserfall, um die Atmosphäre im wesentlichen mit Wasserdampf zu sättigen. Die gesättigte Atmosphäre wird mit hoher Geschwindigkeit durch ein Gebläse verwirbelt, durch eine Heizvorrichtung geblasen, in der die Atmosphäre erwärmt wird und sich dann durch die Regale bewegt, in einer Richtung parallel zu diesen, um die gesättigte Atmosphäre in engen Kontakt mit den Grünkörpern zu bringen, woraufhin die Atmosphäre das Bindemittel absorbiert, den Regalbereich verläßt, nach Bedarf Außenatmosphäre annimmt und über das System aus wasserenthaltendem Behälter und Wasserfall zurück zirkuliert.
• Das System aus wasserenthaltendem Behälter und Wasserfall umfaßt einen oberen wasserenthaltenden Tank, in den Wasser von einer externen Quelle einfließt, wobei die Temperatur des Wassers im wesentlichen unterhalb des Siedepunktes der Komponenten des Bindemittelsystems und möglicherweise einiger oder aller Bindemittel-Abbauprodukte liegt. Der Behälter hat eine untere Seitenwand, über die das Wasser schließlich fällt und entlang einer Neigung oder schiefen Ebene zu einem unteren Behälter fließt, wobei die umlaufende Atmosphäre über beide Behälter und die schiefe Ebene verläuft, um den Großteil des Wassers zu verdampfen. Das Wasser in den Behältern ist kühl genug, um zu bewirken, daß das verflüchtigte Bindemittel und einige oder alle Bindemittel-Abbauprodukte darin kondensieren und schließlich auf den Grund des unteren Behälters fallen. Diese kondensierten Komponenten verlaufen, in flüssigem oder festem Zustand, vom unteren Behälter zu einem geschlossenen Behälter, der sich außerhalb des Ofens befindet, zusammen mit einem Teil des Wasser und der Atmosphäre unter dem Einfluß eines externen Gebläses, wobei die Gase im unteren Behälter durch ein Gebläse von dort weggeblasen werden. Das externe Gebläse erzeugt ein Teilvakuum im externen Behälter, das das verflüssigte Bindemittel, zusammen mit einem Teil des Wassers und der Ofenatmosphäre, aus dem Ofen abzieht. Der Ofen ist in einem Metallgehäuse mit Kaowool untergebracht, einem Isoliermittel aus Keramikfasern mit hoher Temperaturbeständigkeit bis zu ca. 1260ºC (2300ºF), welches zwischen dem Gehäuse und dem Ofen eingefügt ist, um dort eine Isolierung zu bewirken.
• Die voranstehend beschriebene Anordnung erzeugt eine umlaufende wassergesättigte Atmosphäre, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt und gleichmäßig und im wesentlichen um alle "Grünkörper" in dem Ofen streicht, um eine gleichförmige und hochgradige Entfernung des Bindemittels und eine hochgradige Wasserreaktion mit jedwedem Kohlenstoff, der durch den pyrolytischen Abbau des Bindemittels oder ansonsten in Verbindung mit allen "Grünkörpern" in dem System gebildet wird, zu bewirken.
• Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer Bindemittelentfernungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
• In der Figur ist eine schematische Darstellung einer Bindemittelentfernungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Bindemittelentfernungsvorrichtung besteht aus einem äußeren Stahlgehäuse 1, einem Ofen 5 innerhalb des Gehäuses 1 und einer Isolierung 3 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Ofen 5. Die Isolierung 3 kann jedes beliebige Material sein, welches in der Lage ist, Temperaturen standzuhalten, die im Ofen 5 auftreten. Ein bevorzugtes Isoliermaterial ist ein geschütztes Produkt, das als Kaowool bekannt ist, bei welchem es sich um ein Isoliermaterial aus Keramikfaser mit hoher Temperaturbeständigkeit von bis zu ca. 1260ºC (2300ºF) handelt. Der Ofen 5 weist eine verschließbare Öffnung 7 vom Äußeren des Ofens durch die äußere Oberfläche 9 des Ofens in diesen hinein auf, wobei die Oberfläche 9 aus Stahlblech besteht. Der Ofen 5 und die Bindemittelentfernungsvorrichtung sind vorzugsweise in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds ausgebildet, obgleich die Form nicht wesentlich ist. Zum Beispiel kann auch eine kugelige oder eiförmige Form verwendet werden.
• Eine Vielzahl gestapelter Regale 11 sind in einem Regalhalter 13 angeordnet und befestigt, welcher an seinen gegenüberliegenden Enden Luftdurchlässe 15 hat, um den Verlauf der zirkulierten Atmosphäre innerhalb des Ofens 5 von einem Ende des Regalhalters 13 zu seinem anderen Ende in einer im wesentlichen parallel zu den Regalen 11 verlaufenden Richtung zu führen, um somit Bindemittel von den auf den Regalen 11 befindlichen "Grünkörpern" zu umgeben und zu entfernen. Ein Heizelement 17 befindet sich im Ofen 5, vorzugsweise im Weg des Atmosphärenflusses und kurz bevor der Atmosphärenstrom in den Regalhalter 13 eintritt. Ein Gebläse 19 befindet sich im Ofen 5 und richtet wassergesättigte Atmosphäre auf das Heizelement 17 und erzeugt auch den Atmosphärenstrom innerhalb des Ofens 5 mit einer erhöhten Flußgeschwindigkeit, um einen turbulenten atmosphärischen Strom zu erzeugen, wenn der Strom über die "Grünkörper" auf den Regalen 11 verläuft.
• Eine Wasserquelle 21 ist außerhalb des Gehäuses 1 vorgesehen, um Wasser durch ein Ventil 23 an einen oberen Behälter 25 zu leiten, der im unteren Teil des Ofens 5 an dessen Boden angeordnet ist und sich direkt im Atmosphärenstrom befindet. Das Wasser ist kühl genug, um eine Kondensation von Bindemittel und Bindemittelreaktionsprodukten darin zu bewirken, wie es nachstehend erörtert ist.
• Der Behälter 25 hat eine untere Seitenwand 37 an seiner stromaufwärts gerichteten Seite mit einer schiefen Ebene 27, die von der Wand 37 zu einem unteren Behälter 29 verläuft, wobei Überflußwasser von dem Behälter 25 über die schiefe Ebene 27 zu dem Behälter 29 läuft. Der untere Behälter 29 und die schiefe Ebene 27 sind ebenfalls unmittelbar im Weg des Atmosphärenflusses angeordnet, um die Atmosphäre bei ihren Verlauf darüber zu sättigen oder zumindest anzufeuchten. Da Atmosphäre, die mit dem Wasser in Behälter 25 oder 29 oder auf der schiefen Ebene 27 in Berührung kommt, normalerweise verflüchtigtes Bindemittel oder Reaktionsprodukte des pyrolytischen Abbaus des Bindemittels mit sich führt, werden derartige verflüchtigte Produkte im geeigneten Fall im Wasser kondensieren und allmählich, entweder im flüssigen oder im festen Zustand, in den unteren Teil des Behälters 29 fließen.
• Ein Durchlaß 31 ist am Grund des Behälters 29 vorgesehen, welcher sich in einen geschlossenen Behälter 33 entleert, um flüssiges und festes Bindemittel und dessen Reaktionsprodukte von dem Boden des Behälters 29 in den Behälter 33 zu leiten. Außerdem kann ein Teil der Atmosphäre von Ofen 5 und Wasser entlang dem Durchlaß 31 zu Behälter 33 fließen. Ein Gebläse 35 kommuniziert mit dem Inneren von Behälter 33, um darin ein Teilvakuum zu erzeugen, wodurch bewirkt wird, daß die oben erwähnten Stoffe, die im Durchlaß 31 fließen, in den Behälter 33 gezogen werden. Der Behälter 33 ist somit ein Sammelpunkt für verbrauchtes Bindemittel und alle nicht-gasförmigen Reaktionsprodukte des Bindemittelabbaus. Jegliche flüchtigen Stoffe, die über den Durchlaß 31 in den Behälter 33 gelangen, werden durch oder unter Einwirkung des Gebläses 35 an die äußere Atmosphäre abgeblasen. Der Hauptanteil ausströmender Teilchen wird im Wasser des Behälters 33 zurückbehalten.
• Im eigentlichen Betrieb werden "Grünkörper" der im Stand der Technik, wie er obenstehend und an anderer Stelle erwähnt ist, offenbarten Art auf die Regale 11 plaziert, das Heizelement 17 gemäß eines vorbestimmten Temperaturprofils betrieben und das Gebläse 19 so betrieben, daß es einen Atmosphärenstrom von dem Gebläse 19 über das Heizelement 17 und dann entlang den Regalen 11 in einem wirbeligen Fluß mit hoher Geschwindigkeit die "Grünkörper" umströmen läßt, um alles flüssige Bindemittel auf seiner Oberfläche sowie Produkte des Bindemittelabbaus zu entfernen. Die Atmosphäre tritt dann aus dem Regalbereich heraus und an der Öffnung oder dem Lufteinlaß 7 vorbei, wo sie Luft in ausreichender Menge als Kompensation für einen Luftverlust am Durchlaß 31 aufnimmt. Der Atmosphärenstrom verläuft dann über dem Wasser in Behälter 29, die schiefe Ebene 27 und den Behälter 25, um Feuchtigkeit aufzunehmen und zu ermöglichen, daß jegliche flüchtige Stoffe, die bei der Temperatur des Wassers kondensieren, an einer der Wasserstellen in das Wasser hinein kondensieren. Die befeuchtete Luft verläuft weiter entlang einem in etwa kreisförmigen, kontinuierlichen Weg und wird allmählich mit jedem Durchlauf des Wassers mehr gesättigt, bis zu im wesentlichen dem Sättigungspunkt. Die kondensierten flüchtigen Stoffe sowie die Teilchen, Wasser und Luft bewegen sich ebenfalls über den Durchlaß 31 zu dem Behälter 33, um Bindemittel und Bindemittelreaktionsprodukte aus dem Ofen 5 ständig zu entfernen. Wie voranstehend erwähnt, werden jegliche Teilchen im Wasser im Behälter 33 zurückgehalten.
• Falls erwünscht, kann für den Fall, daß eine andere Atmosphäre als Luft in dem Ofen 5 erforderlich ist, die Öffnung 7 geschlossen und durch ein Einlaßsystem für eine geeignete Atmosphäre ersetzt werden. Wird zum Beispiel eine inerte Atmosphäre gewünscht, dann kann ein äußerer Tank mit Argon mit einem Ventil anstelle des Lufteinlasses 7 vorgesehen werden. Für den Fall, daß eine reduzierende Atmosphäre erforderlich ist, können der Argontank und Ventil durch einen Wasserstofftank und Ventil ersetzt werden.
• Es ist zu sehen, daß eine Bindemittelentfernungsvorrichtung und Verfahren bereitgestellt werden, in der die Atmosphäre mit hoher Geschwindigkeit und in turbulentem Strom über die Oberflächen von "Grünkörpern" getrieben wird, wobei alle "Grünkörper" im wesentlichen denselben Zugang zu dem Atmosphärenstrom haben, wodurch eine Gleichförmigkeit und eine hohe Endausbeute von Teilen gegenüber Systemen aus dem Stand der Technik erzielt werden.
• Obgleich die Erfindung hinsichtlich einer ihrer spezifischen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sind für den Fachmann auf dem Gebiet viele Variationen und Modifikationen sofort offensichtlich.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Bindemittel-Entfernung, umfassend

- ein Gehäuse (1),

- einen Atmosphärenweg, der kontinuierlich innerhalb des Gehäuses (1) verläuft und daran entlang eine Atmosphäre aufweist,

- eine Wasserzufuhrvorrichtung (25, 27, 29) in dem Atmosphärenweg, umfassend einen ersten wasserführenden Behälter (25), einen zweiten wasserführenden Behälter (29) stromaufwärts und unterhalb von dem ersten wasserführenden Behälter (25), eine Neigung (27) zwischen den ersten und zweiten Behältern (25, 29), die zum Atmosphärenweg hin offen ist und Überlaufwasser von dem ersten Behälter (25) in den zweiten Behälter (29) leitet, und Mittel (21, 23) zur Zufuhr von Wasser an den ersten Behälter (25),

- eine Atmosphärenheizvorrichtung (17),

- eine Probenhaltevorrichtung (11, 13) in dem Atmosphärenweg, und

- eine Atmosphärenbewegungsvorrichtung (19), die bewirkt, daß die Atmosphäre sich mit ausreichender Geschwindigkeit entlang des Atmosphärenwegs bewegt, um eine turbulente Strömung an der Probenhaltevorrichtung (11, 13) zu verursachen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhaltevorrichtung (11) eine Einrichtung (13) zur Durchflußleitung der Atmosphäre entlang definierter Unterbahnen umfaßt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhaltevorrichtung eine Vielzahl übereinander angeordneter paralleler Regale (11) und eine Vorrichtung (15) umfaßt, die die Atmosphäre in gleicher Richtung über jedes der Regale (11) leitet.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Entfernvorrichtung (31, 33, 35) umfaßt, die mit der Wasserzufuhrvorrichtung (25, 27, 29) gekoppelt ist und kondensierte Stoffe in der Wasserzufuhrvorrichtung (25, 27, 29) an eine Stelle außerhalb des Gehäuses (1) entfernt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernvorrichtung einen dritten Behälter (33) aufweist, der sich außerhalb des Gehäuses (1) befindet, sowie ein Verbindungsstück (31) zwischen dem dritten Behälter (33) und der Wasserzufuhrvorrichtung (25, 27, 29) und eine Einrichtung (35) enthält, die ein Teilvakuum entlang des Verbindungsstückes (31) von dem dritten Behälter anlegt.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine schließbare Öffnung (7) zum Anlegen einer externen Atmosphäre an den Atmosphärenweg.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der erste Behälter (25) eine erniedrigte Seitenwand (37) an seiner stromaufwärts befindlichen Seite aufweist die mit der Neigung (27) verbunden ist.