DE810223C - Verfahren zur Herstellung metallischer Formkoerper - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper. Das Verfahren soll durchgeführt werden mit Hilfe eines metallischen Sprühstrahls, wie er beispielsweise mit Hilfe der an sich bekannten Spritzpistolen erzeugt wird. Das der Spritzpistole zugeführte Metall wird in einer Flamme oder im elektrischen Lichtbogen aufgeschmolzen und mit einem Treibgas fein verteilt auf eine Unterlage aufgespritzt. Diese Methode ist vornehmlich entwickelt worden zur Herstellung von mehr oder minder festhaftenden Überzügen auf metallischen oder nichtmetallischen Werkstücken. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Sprühstrahl in Vertiefungen einer Unterlage einzuspritzen und auf diese Weise Formkörper herzustellen, ohne daß sich jedoch dieses Verfahren in die Praxis eingeführt hätte. Außer den sogenannten Spritzpistolen sind auch andere Verfahren entwickelt worden, um Sprühstrahlen zu erzeugen, die aber im allgemeinen nur eine beschränkte Anwendung in der Praxis gefunden haben und insonderheit nicht dazu ausgenutzt werden, Formkörper herzustellen. Den bekannten Verfahren ist im allgemeinen eigentümlich, daß den zerstäubten Metallteilchen die für das Aufsprühen erforderliche Beschleunigung durch ein Treibgas vermittelt wird, das auf die Zerstäubungsstelle einwirkt. Nach nicht vorbekannten Vorschlägen ist es ferner möglich, den metallischen Teilchen des Sprühstrahls die erforderliche Beschleunigung zu erteilen durch mechanische Mittel, beispielsweise durch umlaufende Walzen, die als Elektroden ausgebildet sind. Das Metall wird in festem Zustand oder pulverförmig dem Walzenspalt der umlaufenden Walzen zugeführt, in dem sich der Lichtbogen ausbildet. Durch die Umfangsbewegung der Walzen wird das fein zerstäubte Metall auf die Unterlage aufgeschleudert. . Ein weiterer nicht vorbekannter Vorschlag geht dahin," dem Walzenspalt flüssiges Metall zuzuführen, das dann ebenfalls durch die umlaufenden Walzen fein zerstäubt wird. Der Sprühstrahl kann ferner nach .einem ebenfalls nicht vorbekannten Vorschlag in der Weise erzeugt werden, daß der metallische Ausgangswerkstoff an eine rasch umlaufende Schleifscheibe angedrückt wird.
• Die genannten Verfahren sind geeignet für das Versprühen von Eisen und Nichteisenmetallen sowie von Legierungen dieser untereinander. Bei der Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann jede beliebige der erwähnten Methoden der Sprühstrahlerzeugung angewendet werden, wobei jeweils diejenigen Methoden auszuwählen sein werden, die sich im Hinblick auf den zu versprühenden Werkstoff am besten eignen, vorzugsweise solche, die unter vollkommenem Luftabschluß und möglichst in reduzierender Atmosphäre arbeiten.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, den auf geeignete Weise erzeugten Sprühstrahl fein verteilten Metalls durch eine Blende bestimmter Form hindurch auf eine Unterlage zu richten. Die Öffnung in der Blende wird entsprechend der gewünschten Kontur des zu erzeugenden Formkörpers gestaltet und auf diese Weise ohne weitere Hilfsmittel unmittelbar der Formkörper erzeugt. Gegebenenfalls kann die Unterlage mit fofmgebenden Vertiefungen versehen werden, durch die die Gestaltung des Formkörpers unterstützt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung eröffnet die Möglichkeit, durch Zusammensetzen sprüherzeugter Körper zu Endkörpern zu gelangen, die mehr oder minder verwickelte Gestalt aufweisen. Diese Körper stellen sich alsdann als zusammengesetzte Körper dar, die indes infolge der Erzeugung ihrer Textur nach einstückig sind. Zur Herstellung solcher zusammengesetzter Körper kann unter Auswechslung der Blende der Sprühstrahl zunächst von der Spritzunterlage selbst und anschließend von dem durch dieses Sprühen vorgebildeten Körper aufgefangen werden. Außer einem Auswechseln der Blende für den zweiten oder weiteren Sprühvorgang kann auch noch eine Verschiebung der Spritzunterlage vorgenommen werden, so daß eine breite Variationsmöglichkeit für die Erzeugung der Endkörper gegeben ist.
• Es kann weiterhin während des Sprühens die Spritzunterlage ruhen oder es kann die Spritzunterlage sich während des Sprühens kontinuierlich bewegen. Sie kann beispielsweise umlaufen oder sich linear bewegen bzw. beide Bewegungsarten in Kombination durchführen.
• Unter Anwendung dieser Mittel ist es möglich, Formkörper der verschiedensten Gestalt und der verschiedensten Abmessungen, angefangen vom dünnen Film, der praktisch als Überzug wirkt, bis zum kompakten Formkörper unterschiedlicher Gestalt herzustellen. Durch geeignete Mittel ist es möglich, die abschnittsweise formgebend aufeinander aufgespritzten Schichten miteinander zur Haftung zu bringen, und es ist ferner möglich, eine Haftung mit der Spritzunterlage herbeizuführen, so daß an Werkstücken festhaftende Formkörper angesprüht werden können. Selbstverständlich ist es hierbei möglich, auf das Werkstück sowohl den gleichen Werkstoff als auch einen anders zusammengesetzten Werkstoff sprühend aufzuformen. Desgleichen ist es auch möglich, an einem vorgesprühten Körper Teile aus dem gleichen oder aus einem andersgearteten Werkstoff anzusprühen.
• je nachdem, welche mechanischen und gegebenenfalls auch chemischen Eigenschaften von dem erzeugten Endkörper verlangt werden, können diese während oder nach dem Aufsprühen verdichtend behandelt werden, und es ist ferner möglich, sie anschließend kalt oder warm zu verformen, entweder mit dem Ziele, sie nur zu verdichten, oder ihnen beispielsweise durch Schlagen im Gesenk, durch Verformung, eine andere Gestalt aufzuzwingen.
• In den Zeichnungen sind einige Möglichkeiten der Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt.
• An Hand dieser Darstellungen wird die Erfindung näher erläutert, und es werden weitere Merkmale der Erfindung aufgezeigt.
• Abb. i zeigt die Unterlage i, auf der ein Formkörper durch Sprühen mittels des Sprühstrahls 2 erzeugt werden soll. Damit der Formkörper die gewünschte Form 3 erhält, ist eine Blende 4 vorgesehen, die aus Blechen oder keramischem Werkstoff besteht. In dieser Blende 4 ist eine Öffnung 5 vorgesehen, deren Umrisse der Form des zu erzeugenden Körpers 3 entsprechen. Auf diese Weise gelingt es, vollkommen scharfkantig einen Körper zu erzeugen, dessen äußere Konturen in jeder Einzelheit der Gestalt der Öffnung 5 entsprechen.
• In Abb. 2 ist das Verfahren veranschaulicht, mit welchem auch verwickelte Formen hergestellt werden können. Im ersten Verfahrensschritt wird auf der Unterlage i mit Hilfe der Blende 4 ein Formkörper 3 erzeugt, der im gewählten Beispiel verhältnismäßig flach ausgebildet sein soll. Im nächsten Verfahrensschritt wird der Sprühstrahl durch eine Blende 4 mit einer kleineren Öffnung als beim ersten Verfahrensschritt auf den bereits erzeugten Körper 3 gerichtet. Entsprechend den Umrissen der Öffnung 5 bildet sich auf dem Körper 3 ein weiterer Körper 6 aus, so daß schließlich im gewählten Beispiel ein treppenförmig abgesetzter Gesamtkörper entsteht. Es ist selbstverständlich möglich, weitere Verfahrensschritte anzuschließen, bei welchen sinngemäß weitere Körper an den Grundkörper 3 oder an den im zweiten Schritt aufgesprühten Körper 6 angesprüht werden.
• Um die einzelnen Teile in die richtige Lage zueinander zu bringen, ist es entweder möglich, nur die Blende auszuwechseln, oder auch unter Auswechslung der Blende eine relative Verschiebung der Spritzunterlage i bzw. des jeweils vorgesprühten Körpers 3 vorzunehmen.
• Während nach den Ausführungsformen gemäß Abb. i und 2 die Spritzunterlage ruht oder jeweils nur dann verschoben wird, wenn der eine Schritt des Sprühens beendet ist, kann die Spritzunterlage sich während des Sprühens auch kontinuierlich bewegen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei kontinuierlicher linearer Bewegung der Spritzunterlage i unter sonstiger Wahrung der Verhältnisse nach Abb. i Platten, Bänder, Tafeln, Bleche o. dgl. erzeugt werden können, wobei die Dicke dieser Erzeugnisse durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit variiert werden könnte. Es ist aber auch möglich, das Aufsprühen auf einer Unterlage erfolgen zu lassen, die umläuft. Ein solcher Fall ist in Abb. 3 dargestellt. Eine Walze 7 läuft kontinuierlich um ihre Achse um. Der Sprühstrahl 2 wird durch eine Blende 4 hindurch auf die Oberfläche der Walze gerichtet, so daß ein ringförmiger Körper 8 entsteht. Dieser ringförmige Körper kann nach beendetem Sprühen von der Walze abgezogen werden und so als freier Ringkörper erhalten werden. Es ist aber auch möglich, das Sprühen so zu führen, daß der Ring 8 an der Walze 7 festhaftet, so daß an dem bis dahin glatten Körper ein Bund durch Aufsprühen erzeugt wird. Zur Erzeugung eines Ringes oder eines Hohlzylinders kann auch so verfahren werden, wie sich dies aus Abb. 4 ergibt. Unter der Blende 4, durch die der Sprühstrahl 2 hindurchtritt, wird schräg axial ein umlaufender Ring 9 vorgesehen. Außer dem Umlauf um die Achse io kann dieser Ring auch axial in Richtung des Pfeils i i verschoben werden. Der Ring 9 ist außerdem mit einer Schrägfläche 12 versehen. Diese Schrägfläche 12 wird unter die Blendenöffnung 5 gebracht, der Ring in Umlauf gesetzt und mit dem Sprühen begonnen, während sich gleichzeitig der Ring in Richtung des Pfeils ii axial bewegt. Auf diese Weise baut sich zunächst auf der Schrägfläche 12 ein zylindrischer Formkörper auf, der infolge der Bewegungen, die der Ring 9 durchführt, langsam sich aufbauend anwächst, bis schließlich ein Hohlzylinder 13 entsteht. Die Dicke der Zylinderwandung hängt ab von der Umlaufgeschwindigkeit und der Wanderungsgeschwindigkeit in axialer Richtung, und die Länge des Zylinders ist lediglich durch die Größe in der Apparatur begrenzt. Es kann zweckmäßig sein, zur Unterstützung des Aufbaues des Formkörpers im ersten Stadium der Erzeugung einen Führungszylinder 14 vorzusehen, gegenüber dem sich der Ring 9 bzw. der sich aufbauende Formkörper 13 relativ verschiebt.
• Die erzeugten Formkörper können nach beendetem Sprühen unmittelbar ihrem Verwendungszweck zugeführt werden. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, sie anschließend einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, durch die sowohl die mechanischen als auch die chemischen Eigenschaften in gewünschter Richtung beeinflußt werden können, wie dies an sich in der Metallurgie allgemein bekannt und üblich ist. Die Formkörper können ferner anschließend an dasSprühen einer Formgebung unterworfen werden, wobei entweder die im Körper vom Sprühen her vorhandene Wärme ausgenutzt oder eine Zwischenerwärmung vorgenommen wird. Es ist aber auch möglich, den Körper kalt zu pressen. Das Kalt- oder Warmpressen kann einem Verdichten dienen. Es ist aber auch möglich, mit dieser Verdichtung eine zusätzliche Formgestaltung bzw. ein Kalibrieren zu verbinden, beispielsweise indem der Körper in einem Gesenk geschlagen wird o. dgl.
• Besonders zweckmäßig ist es, das Verdichten oder zusätzliche Formgeben nicht im Anschluß an das Sprühen oder bereits während des Sprühvorgangs durchzuführen. Die Durchführung dieser Methode ist veranschaulicht in Abb. 5. Der Sprühstrahl 2 wird durch die Blende 4 hindurch auf eine umlaufende Walze 15 aufgesprüht, so daß etwa im Sinne der Durchführung gemäß Abb. 3 ein Ring 16 entsteht. Bereits während des Sprühens legen sich gegen diesen Ring 16 Walzen 17 an, die ihn während der Erzeugung schon verdichten und gegebenenfalls auch formgebend gestalten, was in einfacher Weise dadurch zu erreichen ist, daß die Walzen 17 mit einer Profilierung versehen werden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können grundsätzlich zwei besondere Arten unterschieden werden, nämlich diejenigen, bei denen die durch Sprühen erzeugten Formkörper von der Unterlage abgehoben werden, also an der Unterlage nicht haften sollen, und solche, bei denen eine Haftung entweder auf der ursprünglichen Spritzunterlage oder auf einem Formkörper, der zuvor durch das Spritzen erzeugt wurde, Bedingung ist.
• Die Herstellung nicht haftender Überzüge oder von Formkörpern, die leicht von der Unterlage abgehoben werden sollen, bietet keine Schwierigkeiten. Sollte im einzelnen Falle die Neigung des aufgesprühten Werkstoffs bestehen, trotzdem an der Unterlage zu haften, so kann dem dadurch begegnet werden, daß die Unterlage mehr oder minder stark geglättet oder poliert wird.
• Um die Haftung zu erzielen, ist die Oberfläche des Tragekörpers von Fett und Oxydhäuten u. dgl. zu reinigen und gegebenenfalls aufzurauhen. In manchen Fällen reicht diese Vorbereitung der Oberfläche nicht aus, um die Haftung zu gewährleisten, und zwar unabhängig davon, ob es sich um einen beliebigen Metallkörper handelt, der beispielsweise durch Gießen oder Warmformgeben, Zerspanen o. dgl. erzeugt ist, oder ob es sich um einen Körper handelt, der zuvor durch das Sprühverfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. In diesen Fällen muß die Unterlage auf höhere Temperatur gebracht werden, damit beim Auftreffen ein Verschweißen eintreten kann. Durch Heranrücken der Spritzunterlage an die Erzeugungsstelle des Sprühstrahls kann dem in etwa Rechnung getragen werden. Ferner kann dies erreicht werden, indem die Unterlage durch ein hochfrequentes elektrisches Fell oberflächlich erhitzt wird, wobei es möglich ist, den Sprühstrahl durch die Spule hindurchzuleiten. Vorrichtungsmäßig kann so verfahren werden, wie in Abb. 6 angedeutet. Der Sprühstrahl 2 wird, nachdem er durch die Blende 4 hindurchgetreten ist, durch eine Induktionsspule 18 hindurchgespritzt. Die Spule 18 selbst kann einen Teil einer Transformatorspule i9 darstellen und wird so nahe wie möglich an die Auftreffstelle herangerückt.
• Auf diese Weise wird an der kritischen Stelle eine hinreichende Erhöhung der Temperatur gewährleistet und eine Haftung der auftreffenden Teilchen an der Unterlage und untereinander sichergestellt. Es ist auch möglich, die Auftreffstelle beispielsweise mittels Gasflammen und gegebenenfalls auch durch elektrische Widerstandserhitzung zu erwärmen.
• Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die beschriebenen und dargestellten Methoden nur als Beispiele gewertet werden können, denn grundsätzlich ist das Verfahren auch in abgewandelten Formen durchführbar, ohne daß hierdurch von der Erfindung abgewichen würde.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung metallischer Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf geeignete Weise erzeugter Sprühstrahl fein verteilten Metalls durch eine Blende bestimmter Form hindurch auf eine Unterlage gerichtet wird, die gegebenenfalls mit formgebenden Vertiefungen versehen ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung zusammengesetzter Körper unter Auswechslung der Blende und/oder Verschiebung der Spritzunterlage der Sprühstrahl zunächst von der Spritzunterlage und anschließend von dem durch Sprühen vorgebildeten Körper aufgefangen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzunterlage während des Sprühens ruht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzunterlage sich während des Sprühens kontinuierlich bewegt, beispielsweise umläuft und/oder sich linear bewegt.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper während des Formsprühens mechanisch verdichtet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühstrahl auf die Oberfläche einer umlaufenden Walze aufgesprüht wird, während auf den entstehenden Formkörper ein oder mehrere Walzen verdichtend einwirken.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fertigen Formkörper wärmebehandelt und gegebenenfalls verdichtend und/oder formgebend gepreßt oder im Gesenk geschlagen werden. B. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Haftung des aufgesprühten Werkstoffs auf der Hilfsspritzunterlage, auf einem Werkstoff oder auf einem durch Sprühen vorgebildeten Körper die Unterlage, vorzugsweise induktiv durch ein hochfrequentes elektrisches Feld, erhitzt wird.