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Die Erfindung betrifft in der Pulvermetallurgie die
Prüfung von Tabletten, hergestellt durch Verdichtung dieser
Pulver. Sie betrifft insbesondere zugleich das Verfahren und die
Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung während der Preßphase
der Pulver zu Rohtabletten.
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Es gibt Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von
Tabletten einer sehr hohen Dichte wie z.B. die in der
Nuklearindustrie verwendeten. Die Tabletten dieser Art können z.B. aus
Uraniumoxid sein und eine hohe Dichte haben, nahe der
theoretischen Maximaldichte. Auf diesem Gebiet stellt die
zerstörungsfreie Prüfung ein Problem dar, das nur teilweise gelöst
ist. Die häufig angewendeten Methoden sind nämlich visuelle und
geometrische Prüfungen der hergestellten Tablette. So stellt man
äußerliche Fehler fest, indem man die austretenden Risse sieht und
die offene Porosität. Man kann ebenfalls nach der Preßphase die
Abmessungen prüfen. Diese verschiedenen Prüfungen werden
durchgeführt an der rohen Tablette. Dies erfordert folglich eine
zusätzliche Prüfzeit, was ungünstig ist im Herstellungszyklus.
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Außerdem ermöglichen diese Methoden nicht, innere
Fehler festzustellen. Gegenwärtig erfolgt die Feststellung dieser
letzteren durch ein Ultraschallverfahren, angewandt am Endprodukt,
d.h. nach den Preß- und Temperschritten der Tabletten. Auch hier
erhöht eine zusätzliche Dauer die Herstellungszeit und -kosten.
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Es ist das Ziel der Erfindungl die vorerwähnten
Nachteile zu beseitigen und die rohen Tabletten zu prüfen, vor dem
Ende der Herstellung und insbesondere während der Preßphase der
Pulver dieser Tabletten.
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Nun, durch das Patent US-A-3 924 456 ist ein
zerstörungsfreies Prüfverfahren bekannt, das darin besteht, einen
Schallwellensensor an einer Unterlage anzubringen, die in
akustischem Kontakt ist mit dem zu untersuchenden Gegenstand,
wobei diese Unterlage als Wellenleiter dient, um das Auftreten und
die Fortpflanzung von Fehlern in diesem Gegenstand festzustellen
und kontinuierlich zu verfolgen. Aber dieses Verfahren wird nicht
angewendet bei Pulvern während des Pressens, was das Vorhandensein
von einer Matrize und von zwei Kolben voraussetzt, um die Pressung
durchzuführen.
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Außerdem sei daran erinnert, daß eine Preßvorrichtung
von solchen Pulvern hauptsächlich eine Matrize umfaßt, ihrerseits
gebildet durch eine zentrale Hülse (canon), in deren Innerem das
Pulver untergebracht wird, wobei diese Hülse umgeben ist von einem
peripheren Verstärkungkranz. Die Kompression wird hergestellt mit
Hilfe von zwei Kolben, die das Pulver im Innern dieser Hülsen
komprimieren.
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Der erste Hauptgegenstand der Erfindung ist also ein
zerstörungsfreies Prüfverfahren während der Pulverpreßphase,
bestehend aus den drei Schritten Kompression, Dekompression und
Ausformung der Rohtablettenherstellung. Es wird durchgeführt
mittels eines Werkzeugs, gebildet durch eine zentrale Hülse, in
die das zu verdichtende Pulver eingeführt wird, und einen
peripheren Verstärkungkranz. Es wird ebenfalls gebildet durch
einen oberen Druckkolben und einen unteren Druckkolben, von denen
jeder im Innern der zentralen Hülse eine Längsbewegung in Richtung
des anderen ausführt, um das Pulver zu verdichten. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren darin besteht,
wenigstens einen Schallwellensensor auf dem peripheren
Verstärkungskranz der festen Matrize anzuordnen, wobei die
zentrale Hülse und der periphere Verstärkungskranz der festen
Matrize aus einem Material mit einer ausreichend großen Härte
sind, um die Funktion des Wellenleiters zu gewährleisten und das
Auftreten und die Fortpflanzung von Fehlern in der Tablett im
Laufe der drei Schritte festzustellen und kontinuierlich zu
verfolgen.
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Ein solches Verfahren ermöglicht, das Auftreten und die
Fortpflanzung von Fehlern, zugleich inneren und äußeren, im Laufe
der Verdichungsphase der Tablette festzustellen und kontinuierlich
zu verfolgen. Man kennt folglich am Ende der Verdichtungsphase mit
einer großen Genauigkeit den Zustand der Tablette. Es kann
nachgewiesen werden, ob Fehler vorhanden sind, ihre Ursache, d.h.
die Kompression, die Dekompression oder die Ausformung, und ihre
Art, insbesondere Risse, Schieferung oder "end caping".
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Eine hauptsächliche Ausführung der Erfindung sieht vor,
daß der Sensor für akustische Wellen durch einen piezoelektrischen
Sensor gebildet wird.
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Ein zweiter Hauptgegenstand der Erfindung ist eine
Prüfvorrichtung für die Durchführung des soeben beschriebenen
Verfahrens. Sie umfaßt hauptsächlich einen Sensor, der ein
elektrisches Signal liefert, und eine Verarbeitungskette dieses
Signals hinsichtlich seiner Auswertung.
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Die Erfindung und ihre Charakteristika werden besser
verständlich durch die Lektür der nachfolgenden Beschreibung, die
ein nichteinschränkendes Beispiel einer Presse ist, bezogen auf
die beigefügten Figuren:
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- die Figur 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße
Ausführungsart, ohne die Verarbeitungskette des gemessenen
Signals;
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- die Figur 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße
Ausführungsart, ohne die Verarbeitungskette des gemessenen
Signals;
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- die Figur 3 zeigt ein Schema der Verarbeitungskette
des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessenen Signals.
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Das Verfahren und die Vorrichtung der erfindungsgemäßen
Prüfung werden in der Beschreibung simultan beschrieben.
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Die Herstellung von Tabletten, vor allem von sehr hoher
Dichte und hergestellt mittels Pulverpressung, erfordert die in
den Figuren 2 und 3 dargestellte Werkzeugausstattung. Sie umfaßt
drei wesentliche Elemente, nämlich eine feste Matrize 2 und zwei
Kolben 8 und 10 zum Pressen des Pulvers. Die Matrize 2 wird
gebildet durch eine zentrale Hülse 4, deren Innendurchmesser dem
Durchmesser der herzustellenden Tabletten entspricht und in die
man eine bestimmte, einer Tablette entsprechende Menge Pulver
einfüllt. Die Matrize 2 wird ebenfalls gebildet durch einen
peripheren Verstärkungskranz 6, der die zentrale Hülse 4 umgibt
und hält. Die Matrize 2 wird auf einem Tisch l4 festgehalten durch
ein Befestigungssystem, das ein erster Ringflansch 15 sein kann,
der die Matrize 2 gegen eine Schulter 17 des festen Tisches 14
preßt.
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Der obere Kolben 8 ist mittels eines zweiten
Ringflansches 24 an einem oberen Tisch 16 befestigt. Dieser letztere ist
parallelverschiebbar angebracht bezüglich des festen Tisches 14.
Diese Translationsbewegung ist ein Gleiten des oberen Tisches 16
auf mehreren Führungssäulen 26, befestigt am festen Tisch 14. Die
Translationsbewegung wird bewirkt durch einen Zylinder, dessen
Kolbenstangenfuß 18 befestigt ist an der Oberseite des oberen
Tisches 16.
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Auf analoge Weise ist ein unterer Tisch 20 beweglich in
bezug auf den festen Tisch 14 mittels derselben Führungssäulen 26.
Dieser untere Tisch 20 trägt einen unteren Kolben 10, befestigt
mittels eines dritten Ringflansches 26. Derselbe
Translationsbewegungstyp wird bewirkt durch einen zweiten Zylinder, dessen
Kolbenstangenfuß 22 befestigt ist an der Unterseite des unteren
Tisches 20.
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Die beiden Kolben 8 und 10 sind so positioniert, daß
sie eindringen können ins Innere der zentralen Hülse 4, wenn der
obere Tisch 16 sich nach unten bewegt und wenn der untere Tisch 20
sich nach oben bewegt.
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Um die Kompression des Pulvers zu bewirken, das sich im
Innern der Hülse 4 befindet, muß die Abwärtsbewegung des oberen
Kolbens 8 der Aufwärtsbewegung des unteren Kolbens 10 entsprechen.
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Diese beiden Bewegungen setzen sich fort, bis der Abstand, der
diese beiden Kolben trennt, gleich der Dicke der herzustellenden
Tablette ist. Die beiden Kolben 8 und 10 haben jeder einen aktiven
Teil 9 bzw. 11, deren Durchmesser gleich den Innendurchmessern der
Hülse 4 sind.
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Das erfindungsgemäße Prüfverfahren wendet die
akustische Messung an, während der Tablettenherstellung. Zu diesem
Zweck ist wenigstens ein Sensor 12 sehr starr an der Matrize 2
befestigt. Diese ist aus einem Material, dessen Härte ausreichend
groß ist, um die Funktion des Schallwellenleiters zu erfüllen. Auf
diese Weise, während der drei Verdichtungsoperationen, werden die
durch diese drei Operationen hervorgerufenen Schallwellen durch
den Aufbau der Matrize 2 übertragen aufgrund der sehr großen Härte
des Materials, aus dem sie besteht. Das kann im vorliegenden Fall
hitzebeständiger Stahl, Wolframkarbid oder jedes andere in puncto
Härte gleichwertige Material sein. Der Sensor 12, angeordnet auf
der festen Matrize 2, empfängt folglich diese Schallwellen.
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Der Senor 12 überträgt sein Signal mittels eines Kabels
30 an eine Verarbeitungskette dieses gemessenen Signals.
Vorzugsweise ist dieser Sensor 12 ein piezoelektrischer Sensor.
Die Verarbeitungskette wird später beschrieben.
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Mit Bezug auf die Figur 2 werden andere Möglichkeiten
der Anordnung des Sensors oder der Sensoren 12 vorgesehen. Es kann
sich als effizienter erweisen, den Sensor 12 in direktem Kontakt
mit der zentralen Hülse 4 anzuordnen. Zu diesem Zweck kann man
Löcher 32 anbringen, die den Verstärkungskranz 6 durchgueren, um
den Kabeln 30 zu ermöglichen, die Sensoren 12 mit der
Signalverarbeitungskette zu verbinden.
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Es ist ebenfalls vorgesehen, den oder die Sensoren 12
sehr starr an einem der Kolben 8 oder 10 anzubringen oder an
Teilen, die mit diesen Kolben sehr starr verbunden sind. In diesem
Fall sind im Innern des oberen 16 und des unteren 20 Tisches
Öffnungen 34 vorgesehen.
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Mehrere Anordnungskombinationen dieser Sensoren sind
also möglich, je nach dem, wieviel Sensoren man zu installieren
wünscht.
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Halteeinrichtungen 28 sind vorgesehen, um einen
permanenten Kontakt der Sensoren mit dem Werkzeug herzustellen.
Sie können aus einer Blattfeder 29 bestehen, deren freies Ende den
Sensor 12 auf das Werkzeug drückt.
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Mit Bezug auf die Figur 3 kann die Verarbeitungskette
der gemessenen Signale die nachfolgenden Elemente umfassen.
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Eine Verstärkervorstufe 40 kann verwendet werden für
den Empfang des gemessenen Signals über das Kabel 30. Sie kann
einem Filter 42 zugeordnet sein, dessen Durchlaßband dem des
Sensors 12 entspricht, im vorliegenden Fall ein piezoelektrischer
Sensor. Ein Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor 44 kann
anschließend verwendet werden, zusammen mit einem Filter 46, um
hohe Frequenzen zu eliminieren, die das elektronische Rauschen
thermischen Ursprungs bilden. Die Auswertung der gelieferten
Resultate erfolgt mit Hilfe eines Diskriminators 48, der diese
Kette vervollständigt, und eines Bogen- bzw. Impulse- oder
Ereigniszählers 50. Die Kette schließt ab mit einem
Erfassungssystem 52 des Typs Papierschreibgerät und/oder Datenverarbeitung,
im vorliegenden Fall ein Mikrocomputer. Mit Hilfe eines
Erfassungssystems 52 des Datenverarbeitungstyps ist es möglich, im
Echtzeitbetrieb zu arbeiten, was ermöglicht, während des Pressens
den Verdichtungszyklus zu verfolgen, der die Qualität der
hergestellten Rohtablette liefert. Es ermöglicht ebenfalls, mit
Zeitverschiebung zu arbeiten, wobei die Gesamtheit der empfangenen
Informationen analysiert wird, um die verschiedenen, die Fehler
verursachenden Mechanismen zu identifizieren, während jedes
Schritts der Verdichtungsphase der Pulver. Die verschiedenen mit
Hilfe dieser Signalverarbeitungskette meßbaren Parameter des
gemessenen Signals sind die Anzahl der Ereignisse, die Gesamtzahl
der Impulse im Laufe eines Ereignisses, die Dauer des Ereignisses,
der Verdichtungsgrad pro Zeiteinheit, die Amplitude der Ereignisse
und der Effektivwert der Amplitude.
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Diese Prüfung ermöglicht die unmittelbare Klassierung
der Rohtabletten in konforme Tabletten und nichtkonforme
Tabletten; sie ermöglicht ebenfalls, sofort die eventuellen
Modifikationen der Preß- oder Pulver-Parameter vorzunehmen, um die
geforderte Qualität zu erhalten.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ermöglichen, das Auftreten und die Fortpflanzung von Fehlern bei
Rohtabletten festzustellen und kontinuierlich zu verfolgen. Diese
festgestellten Fehler können zugleich äußere und innere sein und
sich während der drei Verdichtungsschritte, nämlich der
Kompression, der Dekompression und der Ausformung ereignen. Den
Zustand der so hergestellten Rohtablette kann man infolgedessen
nach der Pressung mit einer großen Genauigkeit kennen. Die Fehler
können somit analysiert werden, und insbesondere ihr Ursprung und
ihre Art. Man denkt vor allem an das Auftreten von
Schieferungsrissen und das in angelsächsischer Terminologie "end
caping" genannte Phänomen, das der Bildung einer Kruste an der
Oberfläche der Tablette entspricht. Während der Versuche hat man
ebenfalls festgestellt, daß die Aufbereitung der Pulver auf
feuchtem oder trockenem Wege durch die Schallemission
identifiziert wird.
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Anzumerken ist, daß die Erfindung nicht auf die
Nuklearindustrie beschränkt ist, sondern auch auf anderen Gebieten
als der Nuklearindustrie verwendet werden kann, wie z.B. der
Herstellung von Tabletten auf dem Gebiet der Pharmazie.
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Anzumerken ist, daß dieses Verfahren einheitlich auf
alle Rohtabletten einer Fabrikation angewendet werden kann oder
statistisch auf bestimmte Tabletten eines Loses.