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Verfahren zur Herstellung von Drucktypen durch Zusammenpressen von
Metallpulvern Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung
von Drucktypen u. dgl., beispielsweise für Druckereizwecke, für Schreibmaschinen,
Rechenmaschinen usw., aus feinen Pulvern, z. B. aus Schmiedeisen oder Stahl, in
der Weise, daß das Pulver unterhalb der Temperatur, bei welcher es oxydieren würde,
mittels sehr hohen Druckes in einer im wesentlichen die endgültige Form enthaltenden
Matrize zusammengepreßt und das Formstück hinterher durch Glühen bei hoher Temperatur
zum Zusammensintern gebracht wird. Man ist auf diese Weise in der Lage, auch in
den feinsten Konturen saubere Formstücke, sogar solche aus Stahl, zu erzeugen mit
Eigenschaften, welche denjenigen der im Gesenk aus massivem Eisen geschmiedeten
Formstücke nicht nachstehen, diese sogar noch übertreffen.
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Versuche, Metallstücke oder Legierungen durch Pressen und Sintern
von Metallpulvern zu erzeugen, sind bekannt. Jedoch mußte man weiche Ausgangsmetalle
wählen oder deren Erweichung durch hohe Temperaturen herbeiführen. Auch gelangte
man im Preßgang nicht zu fertigen Formstücken.
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Zur Erlangung in Massen herstellbarer, in ihren wesentlichen Begrenzungsflächen
formfertiger Stücke, welche den Anforderungen der Praxis genügen, ist es gemäß der
Erfindung wichtig, mehrere Punkte zu beobachten.
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Pulverkörnchen, welche z. B. die Gestalt einer glatten Kugel besitzen,
oder überhaupt glatte, abgerundete Teilchen, wie man sie durch chemische oder elektrolytische
Ausfällung erhält, erweisen sich als nicht brauchbar. Die Pulver müssen vielmehr
scharfe Zacken, Ecken und Vorsprünge besitzen oder an den Kanten messerartig scharf
sein. Dies ist von Bedeutung, damit sich die Pulverteilchen beim Pressen miteinander
verfilzen und bei nicht zu hoher Glühtemperatur ein durchgehender Sinterungsvorgang
und eine innige gegenseitige Bindung der einzelnen Teile erfolgt. Letztere gerät
um so besser, je zackiger und schärfer die Kanten der Pulverteilchen sind.
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Des weiteren müssen die Pulverteilchen eine beträchtliche Feinheit
besitzen, damit sie sich willig den feinen Ausarbeitungen der Form anpassen und
damit der Sinterungsvorgang, der die gegenseitige Bindung bedingt, gleichmäßig durchgreift.
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Versuche haben gezeigt, daß bei einer unregelmäßig balligen Form des
Kornes Pulver zu verwenden sind, welche im wesentlichen durch ein Sieb von zehntausend
Maschen auf den Quadratzentimeter hindurchgehen. Sind die Teilchen in einer Richtung
sehr dünn, so daß sie gewissermaßen schuppen- oder blattförmige Beschaffenheit und
eine Dicke von ein hundertstel bis ein tausendstel Millimeter besitzen, so können
die Körnchen auch in der Blattfläche etwas größere Abmessungen besitzen.
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Man ist also bei dem neuen Verfahren nicht auf Korngrößen unterhalb
der Kolloidgrenze, wie sie, allerdings für andere Zwecke, von anderer Seite vorgeschlagen
wurden, angewiesen, und die zu verwendenden Pulver lassen sich wohlfeil herstellen.
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Die Erzeugung von der Größe und der
Form nach geeigneten
Pulvern für die Ausführung der Erfindung kann unter Benutzung der in den Patenten
400 307 und 410 5i4 gei schilderten Verfahren erfolgen.
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Eine wesentliche Rolle spielt ferner der zum Pressen angewandte Druck.
Dieser muß so stark sein, daß die einzelnen Pulverteilchen sich -ei gleichzeitiger
Ausquetschung der aufgenommenen Luft gegenseitig entformen, d. h. sich eng ineinanderschieben
und ihre äußere Form so weit verändern, daß ein praktisch lückenloser Körper entsteht,
und gleichzeitig die Konturen der Preßform genau ausgefüllt werden. Nur dann ist
es möglich, Drucktypen zu erzeugen, welche einen sauberen Abdruck liefern und außerdem
eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung besitzen.
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Beobachtet man diese Regeln, so gelingt es, Drucktypen in Massen zu
erzeugen, welche den gebräuchlichen nicht nur gleichwertig, sondern in vielen Beziehungen
überlegen sind. Man kann die Typen aus nur schwer oder gar nicht bearbeitbaren Metallen
und aus Legierungen und Mischungen solcher miteinander oder auch mit anderen schwer
schmelzbaren Metallen, insbesondere aber aus Stahl und Eisen, in wohlfeiler Weisse
herstellen. So ist man beispielsweise in der Lage, Typen aus Eisen zu erzeugen mit
einer Druckfläche aus Stahl. Solche Typen lassen sich an der der Abnutzung unterworfenen
Arbeitsfläche härten, ohne daß die Type im ganzen hart wird.
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Man ist ferner in der Lage, die Arbeitsfläche aus dem gegen Abnutzung
äußerst widerstandsfähigem Manganstahl herzustellen, und zwar auf eine noch besonders
vorteilhafte Art. Die Erzeugung von Pulver aus Manganstahl ist wegen der außerordentlichen
Zähigkeit des Werkstoffes sehr teuer. Mit der Erfindung ist man jedoch in der Lage,
den Manganstahl nach erfolgter Zusammenpressung der Type während der Sinterung synthetisch
entstehen zu lassen, indem man das Pulver aus einem Gemisch von Stahl und Mangan,
welche beide für sich wirtschaftlich zu Pulver vermahlen werden können, bildet.
Diese Stoffe vereinigen sich im Sinterungsvörgang auf Grund der Feinvermahlung.
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In entsprechender Weise kann man auch Typen herstellen, welche ganz
oder teilweise aus Nickel- oder Chromnickelstählen oder nicht rostenden Chromstählen
bestehen. Auf diese Weise gelingt es, die beispielsweise bei Schreibmaschinentypen
häufig erforderliche Vernickelung zu ersparen.
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Weitere Vorteile werden gemäß der Erfindung durch die besondere Ausbildung
des Verfahrens beim Pressen der Formstücke erzielt. In vielen Fällen ist man in
der Lage, trotz scharfer Ausprägung der einzelnen Typen diese reihenweise in einem
Stück zu erzeugen, so daß man also in einem Preßgang eine größere Anzahl von Typen,
die zunächst zu einem Preßling vereinigt sind, herzustellen vermag. Die so erhaltenen
Preßlinge werden nach ihrer Verfestigung im Sinterungsgang nach Bedarf in einzelne
Stücke zerschnitten.
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Auch die Durchführung des Preßvorganges selbst bildet einen weiteren
Teil der Erfindung. Es ist bekannt, daß sich beimPressen voller Metallstücke bei
hoherTemperatur sogenannte Preßlinien ausbilden, welche etwa senkrecht zur Vorschubrichtung
des Preßstempels verlaufen.
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Merkwürdigerweise zeigt sich im allgemeinen auch beim Kaltpressen
feiner Metallpulver unter hohem Druck eine ähnliche Erscheinung, jedoch stellt sich
hierbei eine störende Begleiterscheinung ein, welche sich durch nach bestimmten
Gesetzen verlaufende Risse in dem fertiggesinterten Körper bemerkbar macht. Preßt
man z. B. in einer geschlossenen Form eine Pulvermenge zu einem Körper i (Abb. i)
in Richtung der Pfeile :2 zusammen, so verlaufen die Fließlinien etwa in Richtung
der Pfeile 4. Die auftretenden Risse haben etwa den durch die punktierte Linie 3
angedeuteten Verlauf. Man kann sich das Entstehen dieser Risse etwa in folgender
Weise erklären: Bei der Herstellung eines Eisenbahndammes, der aus Sand aufgeschüttet
wird, müssen die seitlichen Begrenzungsflächen unter einem bestimmten Böschungswinkel
ausgeführt werden. Alsdann rutscht die Oberfläche des Dammes nicht mehr nach, auch
wenn sie noch so stark belastet wird. Ähnliche Verhältnisse mögen hier auftreten,
denn es hat sich gezeigt, daß die Risse auch noch bei Anwendung eines Druckes von
etwa 2o ooo kg j e Quadratzentimeter auftreten. Wie dem aber auch sei, man muß mit
ihrem Vorhandensein 'rechnen. Die Erfindung begegnet diesem Übelstand einerseits
durch besondere Ausgestaltung des Preßganges und der Formen, andererseits durch
besondere Formgebung der Pulverteilchen.
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Wo es nicht anders geht, kann man natürlich die 'teile des Preßlings,
welche der Rissebildung unterworfen sind, durch mechanische Bearbeitung nachträglich
entfernen, indem man einen sogenannten toten Kopf mit anpreßt, der später abgeschnitten
wird. Besser ist es natürlich, wenn man diese Störungserscheinungen von vornherein
ausschalten kann.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine für diesen Zweck ausgebildete Preßform
gibt Abb. 2 in schematischer Darstellung in einem senkrechten Schnitt. Diese Form
ist auch für die Herstellung von Schreibmaschinentypen, die
bekanntlich
eine breite Stirnfläche mit einem zugespitzten Schwanz besitzen, geeignet. In einen
Rahmen 5 sind seitlich die Stempel 6 und 7 eingepaßt, eine Bodenplatte 8 schließt
die Form nach unten, während von oben her der Preßstempel 9 eingesetzt ist. Die
Form der Typen ist in die Stirnwände der Stempel 6 und 7 bei io und ii eingraviert.
Die einander zugekehrten Seiten des Stempels 9 und der Bodenplatte 8 besitzen dachförmige
Erhöhungen 12 und 13, deren Begrenzungsflächen den Rißlinien 3 in Abb, i entsprechend
ausgebildet sind. Beim Zusammenpressen des in die Form eingeschütteten Pulvers durch
Senken des Stempels 9 in Pfeilrichtung entstehen in dem Preßling Fließlinien, wie
durch Pfeile angedeutet ist. Das Pulver wird unter deren Einwirkung fest in die
Eingravierungen io und i i hineingepreßt, und es entsteht ein Körper von doppeltrapezförmigem
Querschnitt rd. und 15 und von guter Bindung an allen Stellen, welcher auch beim
Sintern keine Risse zeigt. Diejenigen Teile des Preßlings der Abb. i, welche infolge
von Rissen zur Ablösung von dem Körper neigen, sind durch die dachförmigen Vorsprünge
12 und 13 von vornherein ausgeschaltet. Die auf diese Weise erzeugten Preßlinge
besitzen außerdem die Eigenschaft, daß sie gerade an den Flächen, wo sich die Gravierungen
io und i i befinden, die höchste Dichte besitzen, also gerade da, wo sie gebraucht
wird, nämlich an der Arbeitsfläche.
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Nach dem Zurückziehen der Stempel 6 und 7, die sonst fest verankert
sind, nach den Außenseiten hin und nach der Entfernung der Bodenplatte 8 kann der
Preßling aus der Form herausgenommen werden.
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Zweckmäßig erhält der Preßling eine gestreckte stabförmige Gestalt.
Man kann auf diese Weise beispielsweise einen ganzen Satz Typen für eine Schreibmaschine
in einem einzigen Preßgang herstellen. Der Preßling kommt dann in den Sinterungsofen
und wird bis auf eine zur hinreichenden Sinterung ausreichende Temperatur erhitzt.
Es empfiehlt sich, die Sinterung in einer indifferenten Atmosphäre vorzunehmen.
Die Sinterungstemperatur ist natürlich je nach den verarbeiteten Metallen verschieden
- und wird am besten durch Versuche festgestellt.
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Bei Verarbeitung von Eisen- oder Stahlpulver genügt im allgemeinen
bereits einPreßdruck von 12 ooo bis 15 ooo kgiqcm und eine Sintertemperatur von
goo bis iooo°.
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Die fertiggesinterten Stäbe werden dann in die einzelnen Typen zerschnitten.
Je weniger mechanische Arbeit aufzuwenden ist, um so vorteilhafter ist dies natürlich.
Die oben beschriebene Preßform eignet sich daher besonders für die Herstellung von
Schreibmaschinentypen, welche sowieso eine verjüngte Form besitzen.
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Das Pulver zur Herstellung eines Preßlings wird zweckmäßig in einer
durch Versuche bestimmten Menge abgewogen und in die Form geschüttet. Man drückt
dann den Stempel 9 bis an seinen Anschlag in die Form hinein. Will man einen höheren
Preßdruck zur Auswirkung bringen, so gibt man etwas mehr Pulver hinein, und umgekehrt.
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Zur Herstellung beispielsweise der Arbeitsflächen aus Stahl und des
übrigen Teiles der Typen aus Eisen stellt man die Form auf den Stempel 6 und entfernt
den Stempel?, während der Stempel 9 um einen angemessenen Betrag zurückgezogen wird.
Man schüttet dann zunächst eine angemessene Menge Stahlpulver oder das Pulvergemenge,
aus welchem der Stahl synthetisch entstehen soll, durch die obere Öffnung auf den
Stempel 6. Alsdann wird das Eisenpulver in festgelegter Menge eingeschüttet
und von oben her etwas festgestampft und eingeebnet. Dann wird wieder eine entsprechende
Schicht Stahlpulver aufgeschüttet und der Stempel ? eingesetzt und bis an seinen
Anschlag eingedrückt. Hierauf wird die Form wieder auf den Boden 8 gestellt und
der eigentliche Preßvorgang durch Niederdrücken des Stempels 9 bewirkt, nachdem
zuvor die Stempel 6 und 7 fest verankert worden sind.
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Bildet man eine Form, welche derjenigen in Abb.2 im wesentlichen entspricht,
mit kreisförmigem Querschnitt aus, so kann man Typenrädchen, auch mehrere übereinander,
mit sämtlichen Buchstaben daran in einem Arbeitsgang pressen. Dabei kann man natürlich
entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen die Stirnflächen der Rädchen durch entsprechende
Ausgestaltung des Preßstempels ausführen. Man kann auch an den Stirnflächen einen
toten Kopf mitanpressen, welcher die unter Umständen entstehenden Rißlinien aufnimmt
und nachträglich abgedreht wird. Gerade bei Typenrädchen, welche sonst besonders
schwer und deshalb teuer herzustellen sind, fällt eine derartige nachträgliche Bearbeitung
nicht sonderlich ins Gewicht.
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Einen weiteren Fortschritt in der Beseitigung der Rißlinien erzielt
man ferner gemäß der Erfindung durch die Verwendung eines Metallpulvers als Ausgangswerkstoff,
das eine Blatt- oder schuppenförmige Beschaffenheit besitzt. Solche Blättchen haben
eine Stärke von etwa ein hundertstel bis ein tausendstel Millimeter. Naturgemäß
sind diese an den Kanten scharf und sintern an diesen daher ohne weiteres zusammen.
Aber auch an den flachen Flächen findet wegen der großen Dünnheit der Blättchen
ein inniges Zusammensintern
statt. Derartige Pulver haben die Eigenschaft,
daß ihre einzelnen Teilchen sich verhältnismäßig flach und daher wenig sperrig legen.
Trotz eines hohen Schüttgewichtes lassen sie sich willig zu sehr dichten Körpern
zusammenpressen. Die besondere Dünnheit der Schuppen ist jedoch wichtig. -Sieht
man ferner die Pressung senkrecht zu den Flächen der Schuppen vor, so erhalten die
Körper eine besondere Struktur in Richtung der Preßlinien. Die einzelnen Teilchen
verschieben sich verhältnismäßig willig in Richtung der Preßlinien,, so daß von
der Bildung sozusagen einer Böschung im Pulver wie in Abb. i praktisch nicht mehr
die Rede ist und die Rißlinien infolgedessen zum Fortfall kommen. Ordnet man daher
die Arbeitsflächen wiederum senkrecht zu den Fließlinien an, so erhält man eine
außerordentlich scharfe Ausprägung der ersteren.
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Man kann jedoch bei dieser Art Pulver die scharf auszuprägenden Arbeitsflächen
auch parallel zu den Fließlinien vorsehen, wenn man den Preßdruck genügend hoch
wählt, und hat 'dann den erheblichen Vorteil, daß eine Lostrennung von Teilen infolge
auftretender Risse nicht mehr zu erwarten ist.
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Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Preßform, schematisch dargestellt
in senkrechtem Schnitt, bei welcher in der letzt beschriebenen Weise gearbeitet
.wird. Die Form 5 enthält hier wiederum eine Bodenplatte B. Auf diese wird das Pulver
aufgeschüttet und mit dem Stempel 9 zusammengepreßt. In diesem Falle sind die erforderlichen
Gravierungen io an der Stirnseite des Stempels 9 angebracht. Man erhält hier wieder
einen Preßling für die Herstellung von Schreibmaschinentype, der nach der Fertigstellung
durch Zerschneiden in einzelne Typen zerlegt wird. Nach Entfernung des Stempels
9 kann der Preßling durch Anheben der Bodenplatte 8 aus der Form herausgezogen werden.
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Noch bessereAusprägung erhält man, wenn man die Gravierung in der
Bodenplatte 8 vorsieht.
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Abb. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung
an einer Preßform für die Herstellung vonBuchdrucktypen. In diesem Falle sind wieder
seitliche Stempel 6 und 7 angeordnet und ein senkrecht geführter Stempel 9. Die
Gravierungen io und i i befinden sich in den Seitenstempeln io und i i. Ferner sind
aber auch Gravierungen 16, 17 in der Unterseite des Stempels 9 vorgesehen,
so daß die später durch Zerteilung in der punktierten Mittellinie entstehenden Typen
14 und 15 auch dort mit dem Gebrauchszweck entsprechenden Einkerbungen oder Aussparungen
16, 17 hergestellt werden können. Nach Anhebung des Stempels 9 und Entfernung des
Stempels 6 kann die Doppeltype 14, 15 mit Hilfe des Stempels 7 seitlich aus der
Form geschoben werden.
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Die Erfindung kann, wie, beschrieben, für die Erzeugung der verschiedenartigsten
Typen, Typenräder usw. Anwendung finden. Man kann diese letzteren mit den zugehörigen
Antriebsgliedern (z. B. den Schalträdern, Zahnrädern o. dgl.) auch aus einem Stück
herstellen oder diese Antriebsglieder auch für sich gemäß der Erfindung erzeugen.