DE3925844A1 - Verfahren zur herstellung von durchstroembaren formkoerpern und formmatrix - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von durchströmbaren Formkörpern, bei dem körniges Pulver bzw. Granulat in einen Behälter gegeben wird, dessen Boden und innere Seitenflächen den Abmessungen des zu bildenden Grünkörpers ent­ sprechen und bei dem der Grünkörper unter Anwendung eines Preßdruckes geformt und ggf. zur Verfestigung weiterbehandelt wird.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-AS 12 54 520, aber auch aus den DE-PS 33 05 529 und DE-PS 33 05 530 bekannt. Nach der zuletzt genann­ ten Druckschrift wird das vorbereitete Pulver, bei­ spielsweise Elektrographitpulver (Hauptkorngröße 60 µm-80 µm), dessen Körner mit einem Phenolform­ aldehydharzbinder umhüllt worden waren, in einen Formkasten gegeben und ein Stempel aufgesetzt. Der Formkasten wird dann erhitzt und die erwärmte Pul­ vermasse unter Druck zu einem Grünkörper verpreßt, der nach dem Erkalten entformt wird.

Selbstverständlich ist die Anwendung des bekannten Verfahrens unabhängig von der Wahl des Materials. So können durchströmbare Formkörper hergestellt werden aus Kohlenstoff-, Karbid- oder Metallpulvern, beispielsweise mit einer Binderhaut umhüllte Graphit-, Koks-, Karbid- und Oxidpulver. Die weitere Behand­ lung des gebildeten Grünkörpers zum endgültigen Formkörper ist dabei von der Wahl des Materials ab­ hängig.

Durchströmbare Formkörper sind einsetzbar, je nach Wahl des Materials und der Porosität, für unterschied­ liche Medien. Sie sind beispielsweise als Heißgas­ filter, Durchflußelektroden oder Katalysatorträger verwendbar. Dabei kommt es, so insbesondere bei Fil­ terkörpern, auf Homogenität und Planparallelität des Formkörpers an. Einen solchen Formkörper herzu­ stellen ist jedoch nach dem bekannten Verfahren nicht reproduzierbar möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, nach dem eine gleichmäßige Verdichtung des Pulver vor der Verformung des Grünkörpers repro­ duzierbar erreicht wird und gute Homogenität der Formkörper erzielt wird. Das Verfahren soll außerdem in weiterer Ausbildung die Herstellung von Formkör­ pern aus Schichten bzw. Bereichen unterschiedlicher Porosität reproduzierbar ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ver­ fahrensmaßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Anstelle des üblichen Formkastens wird eine aus einem Grund­ gefäß und einem auf das Grundgefäß aufsetzbaren Führungsteil bestehende Formmatrix eingesetzt, die es erlaubt, eine gleichmäßig verdichtete und exakt vorgeformte Menge an Pulver - nämlich die in dem Grundgefäß befindliche - zum Grünkörper zu verpres­ sen. Das Innenvolumen, d.h. Grundform und Höhe des Grundgefäßes ist dabei so bemessen, daß es exakt die zu verpressende Pulvermenge faßt und zugleich ermöglicht - durch Abstreifen der Pulvermenge unter leichtem Druck oberhalb der Oberkante des Grundge­ fäßes -, die Pulvermenge, gleichmäßig verdichtet, auf die gewünschte Menge zu beschränken. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß ein Stab auf der Oberkante des Grundgefäßes abgerollt wird und dabei die überschüssige Pulvermenge unter leichtem Preßdruck abgeschoben wird.

Die weiter ausgestaltete Verfahrensweise gemäß An­ spruch 2 dient der Herstellung eines aus Schichten aus Materialien unterschiedlicher Körnung bestehen­ den Formkörpers. Nachdem das Grundgefäß bis zur Ober­ kante mit der dafür vorgesehenen Pulvermenge aufge­ füllt ist, wird das Zwischenteil, nachdem es auf das Grundgefäß aufgesetzt worden ist, in der glei­ chen Weise bis zur Oberkante aufgefüllt. Im Anschluß daran wird das Führungsteil aufgesetzt, der Stempel eingesetzt und beide Schichten gemeinsam durch Pres­ sen zum Grünkörper verformt.

Selbstverständlich können mehrere Zwischenteile auf­ einandergesetzt und somit ein Formkörper mit mehre­ ren Schichten unterschiedlicher Körnung hergestellt werden.

Eine weitere Verfahrensweise, besteht darin, daß zur Herstellung eines Formkörpers mit innerhalb einer senkrecht zur Durchströmrichtung verlaufenden Schicht liegenden Bereichen unterschiedlicher Kör­ nung vor dem Verfüllvorgang in die Formmatrix an die Stelle der zu unterteilenden Schicht eine seit­ liche Begrenzung bildende Trennfolie eingefügt wird, die ggf. vor dem Preßvorgang herausgenommen wird. Die Trennfolien können in unterschiedlicher Form und Höhe in Grundgefäß und Zwischenteil bzw. Zwischenteile eingelegt und damit Bereiche unter­ schiedlicher Form, beispielsweise von ringförmiger oder segmentförmiger Struktur, gebildet werden.

Eine einfache Formmatrix zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß der Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 4 auf. Eine Formmatrix mit Zwischenteile entspricht der Ausführungsform gemäß Anspruch 5.

In der Zeichnung sind die Einzelelemente einer Form­ matrix mit Zwischenteil im Schnitt dargestellt. Sie wird im folgenden näher erläutert:

Die Einzelelemente G, Z, F und S sind nur im Längs­ schnitt dargestellt. Sie können, was in der Zeich­ nung nicht wiedergegeben ist, im Querschnitt unter­ schiedliche Formen aufweisen, beispielsweise kreis­ förmig, quadratisch oder rechteckig sein.

Der Grundbehälter G dient zur Aufnahme des zu ver­ formenden Pulvermaterials. Das Zwischenteil Z dient der Aufnahme des Materials für die darüberliegende Schicht des Formkörpers.

Das Führungsteil F wird nach Verfüllen von Grundge­ fäß und Zwischenteilen auf das Zwischenteil bzw. das oberste Zwischenteil aufgesetzt und der mit Ent­ lüftungslöchern L versehene Stempel S, dessen Außen­ durchmesser dem Innendurchmesser der Elemente pas­ send entspricht, in das Führungsteil eingeführt.

Zur Herstellung eines Formkörpers, der - senkrecht zur Durchströmungsrichtung - in Bereiche mit unter­ schiedlicher Körnung aufgeteilt ist, wird vor dem Verfüllen des Grundbehälters G in diesen eine Trennfolie (beispielsweise ein Papierstreifen) ein­ gelegt, um die Räume für die späteren Bereiche zu bilden. Diese Räume werden sodann mit den unterschied­ lichen Materialien verfüllt, die Trennfolie ggf. herausgezogen. Die übrigen Verfahrensschritte werden, wie oben beschrieben, durchgeführt.

Wird beispielsweise eine ringförmige Trennfolie in das Grundgefäß eingelegt, so kann ein aus einer in­ neren Scheibe und einem daran anschließenden äußeren Ring (mit anderer Körnung) bestehender Formkörper hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel 1

Die Matritzenteile wurden zunächst mit einem Trenn­ mittel besprüht. Sodann wurde das Grundgefäß mit einem Pulver aus mit Binder umhüllten Kohlenstoff­ körnern leicht überfüllt. Die überstehende Pulver­ menge wurde durch Hin- und Herrollen eines zylindri­ schen Stabes (teilweise) in das Grundgefäß hinein­ gedrückt und der Überschuß über den Rand des Grund­ gefäßes hinweggeschoben, so daß die Oberfläche der Pulverfüllung mit der Oberkante des Grundgefäßes eine Ebene bildete.

Ein Zwischenteil Z wurde auf das Grundgefäß G auf­ gesetzt und in gleicher Weise mit einem Pulver, jedoch anderer Körnung, aufgefüllt.

Nach Aufsetzen des Führungsteils F und Einführen des Stempels S wurde die Matrix unter einem Preß­ druck von 300 mbar auf dem Stempel S bis zur Er­ weichungstemperatur des Binders im Trockenschrank aufgeheizt. Nach dem Erkalten wurde der nunmehr formstabile Grünkörper entformt, verkokt bzw. einer weiteren Behandlung unterzogen.

Ausführungsbeispiel 2

Die Matritzenteile wurden zunächst mit einem Trenn­ mittel besprüht. Das Grundgefäß G wurde mit einem mit Binder umhüllten Elektrographitpulver der Haupt­ kornfraktion 60 µm in der gleichen Weise, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, gefüllt.

Danach wurde ein erstes Zwischenteil Z aufgesetzt und dieses mit einem mit Binder umhüllten Kupfer­ pulver der Kornfraktion < 100 µm aufgefüllt.

Ein zweites Zwischenteil Z wurde aufgesetzt und mit einem Granulat der Kornfraktion 0,25 bis 0,5 mm aufgefüllt, das aus mit Binder umhülltem Elektro­ graphitpulver hergestellt worden war.

Nach Aufsetzen des Führungsteils F wurde das Gra­ nulat mittels des Stempels S bei einem Preßdruck von 250 mbar bis zur Erweichungstemperatur des Binders zu einem Formkörper (Grünkörper) verarbei­ tet.

Ausführungsbeispiel 3

Die Matritzenteile wurden zunächst wieder mit einem Trennmittel besprüht. Das Grundgefäß G wurde in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 be­ schrieben mit einem Granulat der Kornfraktion 0,25 bis 0,5 mm gefüllt. Das Granulat war aus einer mit Binder umhüllten Mischung aus Silicium-, Silicium­ carbid- und Kohlenstoff-Pulver hergestellt worden.

Nach dem Auffüllen des Grundgefäßes wurde das Zwischenteil Z aufgesetzt und dieses sodann mit einem Granulat der gleichen Zusammensetzung, je­ doch der Kornfraktion 1,0 bis 1,5 mm gefüllt.

Nach dem Auffüllen des Zwischenteils wurde des Führungsteil aufgesetzt und die Granulatschüttung mittels des Stempels S mit einem Preßdruck von 180 mbar bei einer Temperatur von 140°C zu einem Form­ körper (Grünkörper) verarbeitet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von durchströmbaren Form­ körpern, bei dem körniges Pulver bzw. Granulat in einen Behälter gegeben wird, dessen Boden und innere Seitenflächen den Abmessungen des zu bildenden Grün­ körpers entsprechen und bei dem der Grünkörper unter Anwendung eines Preßdruckes geformt und ggf. zur Verfestigung weiterbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formmatrix verwendet wird, die ein Grund­ gefäß (G), dessen Höhe den Abmessungen des zu bil­ denden Grünkörpers unter Berücksichtigung des Preß­ vorganges entspricht, und einen auf das Grundgefäß passend aufsetzbaren Führungskörper (F) aufweist, dessen innere Seitenflächen an die inneren Seiten­ flächen des Grundgefäßes anschließen, und daß das Grundgefäß bis Oberkante unter Anwendung leichten Preßdruckes mit Pulver gefüllt wird, wonach der Führungskörper aufgesetzt wird und in diesen der passende, mit Entlüftungslöchern versehene Stempel (S) eingesetzt und der Grünkörper geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines aus Schichten aus Ma­ terialien unterschiedlicher Körnung bestehenden Form­ körpers zusätzlich wenigstens ein zwischen Grund­ gefäß (G) und Führungskörper (F) passend einsetzba­ res Zwischenteil (Z) verwendet wird, dessen innere Seitenflächen an die Seitenflächen des Grundbehäl­ ters und des Führungsteils anschließen und dessen Höhe an die Abmessungen der vorgesehenen Zwischen­ schicht unter Berücksichtigung des Preßvorganges angepaßt ist und daß zunächst das Grundgefäß bis Oberkante unter leichtem Preßdruck mit Pulver ge­ füllt wird, nach Aufsetzen des Zwischenteils dieses mit dem Pulver mit der unterschiedlichen Körnung unter leichtem Preßdruck bis Oberkante gefüllt wird und danach nach Aufsetzen des Führungskörpers und Einsetzen des Stempels der aus wenigstens zwei Schich­ ten bestehende Grünkörper verformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Formkörpers, der Bereiche unterschiedlicher Körnung innerhalb einer quer zur Längsachse des Formkörpers liegenden Schicht auf­ weist, vor dem Verfüllvorgang in die Formmatrix an die Stelle der zu unterteilenden Filterschicht eine eine seitliche Begrenzung bildende Trennfolie ein­ gefügt wird, die ggf. vor dem Preßvorgang heraus­ genommen wird.

4. Formmatrix zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Grundbehälter (G), dessen Boden, Seitenflächen und Höhe den Abmessungen des zu bildenden Grünkör­ pers unter Berücksichtigung des Preßvorganges ent­ sprechen, und ein Führungsteil (F), das auf den Grund­ körper passend aufsetzbar ist und dessen innere Sei­ tenflächen an die inneren Seitenflächen des Grund­ körpers anschließen und in welches der mit Entlüf­ tungslöchern (L) versehene Stempel (S) passend ein­ führbar ist.

5. Formmatrix nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens ein zwischen Grundbehälter (G) und Füh­ rungsteil (F) passend einsetzbares Zwischenteil (Z), dessen innere Seitenflächen an die Seitenflächen von Grundbehälter und Führungsteil anschließen und dessen Höhe an die Abmessungen der vorgesehenen Zwischenschicht des Formkörpers unter Berücksichti­ gung des Preßvorganges angepaßt ist.