DE2724053A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus metallpulver mit inneren hohlraeumen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus metallpulver mit inneren hohlraeumenInfo
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Description
Patentanv'älte
Dipi.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem
Frank furt/iviain Staufenstmße 36
SKP Industrial Trading &
Development Company B.V.
Plettenburgerweg
Development Company B.V.
Plettenburgerweg
Jutphaas / Holland
Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Metallpulver mit inneren Hohlräumen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Metallpulver mit Kanälen, Kammein oder .anderen
inneren Hohlräumen zur Führung oder Aufnahme von Fluiden oder anderen Materialien, wobei die Hohlräume durch
entsprechende Kerne gebildet verden, die zusammen mit dem Metallpulver in eine Form eingebracht, gepreßt und gesintert,
und dabei vom Metallpulver absorbiert werden.
Derartige Verfahren sind in den US-PS 2 628 166 (Haller) und B_ 318 195 (Toyota) beschrieben. Bei diesen bekannten
Verfahren können die Formen, welche das Metallpulver und die absorbierbaren Kerne aus Kupfer enthalten, nur zweidimensional
zusammengepreßt werden. Die bekannten Verfahren sind deshalb in ihrer Anwendung auf bestimmte Formen von
Gegenständen beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich auch Gegenstände komplizierter Gestalt herstellen lassen, deren
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innere Hohlräume einem hohen Druck, vie er z.B. in hydraulischen Systemen vorkommt, ausgesetzt verden können.
Vorstehende Aufgabe wird nrf indungsgemäß dadurch ,.^o Löst, daß
Kerne verwendet werden, welche ihre Form behalten, während mit einem Druck von 2000 bis 8000 k^f/cm " isostatisch gepreßt
wird, wonach ein Sintervorgang folgt, der zu gleichmäßig hoch verdichteten Gegenständen führt, deren die Hohlräume
begrenzende Wände durch Absorption des Metalls der Kerne druckfluiddicht sind.
Beim Sintervorgang kommen vorzu^nv/eine während eim;r Dauer
von 30 bis 60 Minuten Temperaturen zwischen 1100 und 12000C
zur Anwendung, wobei mit Schutzgas, z.B. gespaltenem Ammoniak oder Wasserstoff, gearbeitet wird.
Die Erfindung erlaubt, Sinterkörper mit inneren Hohlräumen herzustellen, deren Wände das absorbierte Kupfer oder Legierungen
damit in gleichmäßiger Verteilung enthalten, so daß sie tatsächlich flüssigkeits- und/oder gasdicht und
außerdem glatt sind. Diese günstigen Eigenschaften werden
dadurch erzielt, daß das Verhältnis des Gewichts der absor— bierbaren Kerne zum Gewicht des Metallpulvers wenigstens
1 S 10 beträgt. Im Zusammenhang damit wird in weiterer bevorzugter
Ausführung der Erfindung bei der Herstellung bestimmter Sinterteile ein absorbierbarer Formkern verwendet,
der einen zunächst mit einem inkompressiblen Material, z.B. Öl, gefüllten Hohlraum enthält, wobei da3 inkompressible Material
nach der isostatischen Verdichtung aus dem Gegenstand entfernt wird.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
a) Es besteht die Möglichkeit, genau zu bestimmen, wieviel Kernmaterial im Sinterkörper aufgelöst werden muß. Wenn
also ein verhältnismäßig großer Hohlraum erzeugt werden soll, braucht der absorbierbare Kern nicht massiv ausgeführt
zu sein, sondern nur dasjenige Gewicht zu haben, welches ausreicht, um die Poren der den oder die Hohl-
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räume begrenzenden Wände vollständig und gleichmäßig
bis zu einer bestimmten Tiefe auszufüllen (siehe die nachstehenden Erläuterungen zu Fig. 6).
b) Es werden Materialabfälle vermieden und die Herstellungskosten
gesenkt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindun.^sgemäß
hergestellten Gegenstands ist z.B. ein Gleitlager, welches mit Taschen oder Nuten für ein Schmiermittel oder ein anderes
Material versehen ist, wobei durch das erfiniungsge—
mäße Verfahren die Taschen oder Nuten durch geeignet geformte innere Kanäle an ein Schmiersystem angeschlossen werden
können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in transparenter Darstellung einen Gegenstand 1,
bevor dieser durch isostatische Verdichtung seine endgültige Form erhalten hat. Der Gegenstand besteht aus einem Metall—
pulver 2, in welches ein Formkern 3 eingesetzt ist, der im Beispielsfall aus einem haarnadelförmigen Kupferelemont besteht.
Der Gegenstand erhält seine endgültige Form durch isostatisches Zusammenpressen, d.h. es findet eine dreidimensionale
Verdichtung unter hohem Druck statt, bei welcher der Kupferkern 3 seine ursprüngliche Gestalt behält.
Danach wird der vorgepreßte Gegenstand gesintert, und bei diesem Vorgang schmilzt der metallische Kern und löst sich
vollständig auf. Sein Material dringt in die Poren des gepreßten Metallpulverkörpers 2 ein und wird von diesen absorbiert. Auf diese Weise entsteht ein haarnadelförraiger Hohlraum
oder Kanal im Gegenstand 1.
Es sollte beachtet werden, daß da3 Zusammenpressen des Metallpulvers
isostatisch erfolgt, so daß ein verdichteter Gegenstand gleichförmiger Dichte erhalten wird. Der angewandte
Druck beträgt vorzugsweise 2000 bis 8000 kgf/cm" und führt
zunächst zu einer Dichte von ungefähr 80 %. Nach dem Sinter—
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Vorgang wird eine Dichte von ungefähr 90 "/a erreicht. Infolge
der gleichmäßigen Absorption den me tallischeii Kerun in tion
Wänden der inneren Hohlräume den gleichmäßig verdichteten Sinterkörpers werden die Hohlräume für Flüssigkeiten oder
Gase vollständig undurchlässig.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer, aufgeschnittener Darstellung
eine Lagerbüchse, und zwar eine sogenannte Kugelbüchse 4, die ebenfalls durch isostatisches Zusammenpressen von
Metallpulver hergestellt wird, während in der mit 6 bezeichneten Wand der Büchse zunächst einzelne eliptischo Kerne 'j
eingesetzt sind, die beim Sintervorgang von den Poren der Wand 6 aufgenommen werden. Auch bei diesem Ausführungcbeispiel
bestehen die Kerne 5 aus einem Nichteisenmetall, vorzugsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Kerne haben
zwei Endstücke 7 und 8, die sich in Längsrichtung der Büchse
4 erstrecken, so daß nach der Abi3orption Öffnungen 9 und 10
gebildet werden. Außerdem ist der mit 11 bezeichnete Teil
der durch die Kerne gebildeten Kanäle zur Bohrun;'j::-.'/and 1?
der Büchse hin offen. Diese letztere Öffnung wird dadurch erhalten, daß die eliptischen Kerne 5 während der inοstatischen
Verdichtung nicht völlig vom Material der Wand 6 umschlossen werden. Nach der Herstellung der Büchse kann
eine Anzahl Kugeln 13 über die Öffnungen 9 und 10 in ti ic
durch die eliptischen Kerne 5 hergestellten Kanäle eingeführt werden, wonach die Öffnungen 9 und 10 dicht verschlossen
werden. Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß sehr
einfach ein Kugelgehäuse, eine Kugelmutter oder eine Kugelbüchse herstellen, die dann als Lager für ein darin mittels
der Kugeln im Kanal 11 beweglich geführtes Teil dienen kann.
Die in Pig. 3 im Längsschnitt dargestellte Kugelmutter 14 wird im Prinzip ebenso hergestellt wie die Kugelbüchse 5 gemäß
Fig. 2, mit der Ausnahme, daß in diesem Fall nicht einzelne Kerne für voneinander getrennte Kugelkanäle , sondern
ein sich geschlossener , schraubenförmiger Kern für einen
entsprechend geformten Kugelkanal 15 eingesetzt wird. Ebenfalls in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen
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BAd '
Ausführungsbeispiel ist der Kugelkanal nach innen offen, so daß die durch eine Öffnung 16 eingeführten Kugeln 17
in Wälzkontakt mit einer passenden, geführten Spindel treten können.
Ein v-'eiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemilß hergestellten Sinterkörpers ist in i''ig. 4 geschnitten perrjpektivisch
dargestellt. Diesmal handelt es sich um ein Gleitlager 18 mit Ölnuten bzw. -taschen 19 und 20 in der inneren
Gleitfläche. Vor der isostatischen Verdichtung den r.ctall—
pulverkörpers werden bei dienern Anvondungsbeispiel zwei
stangenförmige Kerne 22 und 23, vorzugsweise aus Kupfer,
in die mit 21 bezeichnete Wand der Lagerbüchse derart eingesetzt,
daß ihre Enden 22A und 23Λ zu den Öltaschen 19 bzw.
weisen. Die entgegengesetzten Enden 22B und Γ>3Β der stangen—
förmigen Kerne sind mit einem Außengewinde ?4 versehen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dringen
während des Sintervorgangs die Kupferkerne 22 und 23 in
die Poren der Wand 21 ein und werden darin absorbiert, so daß über die dadurch gebildeten Kanäle Verbindungsrege zwischen
den Öltaschen 19 bzw. 20 und der mit 25 bezeichneten Seite der Lagerbüchse gebildet werden. Da am Anschlußende
bei 22B und 23B während des Formvorgangs Innengewinde entstanden sind, können äußere Ölleitungen angeschraubt bzw.
angeschlossen werden.
Fig. 4A zeigt die Gleitlagerbüchse 18 während ihrer Herstellung in derjenigen Phase, in welcher die absorbierbaren
Kerne 19B, 2OB, 22B und 23B in das Metallpulver 18Λ eingesetzt
sind, bevor noch isostatisch verdichtet und gesintert wird. Um große Genauigkeit bei der Anordnung der Öl taschen
und 20 gemäß Fig. 4 zu erzielen, werden die Kerne 19B und 2OB durch eine Stange S, an welcher sie angebracht sein können,
unterstützt. Diese Stange wird nach der dreidimensionalen
oder isostatischen Verdichtung entfernt. Sie hat vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Innenbohrung der Gleitlagerbüchse 18. Der genauen Anordnung der öltaschen 19 und
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dient weiterhin ein ringförmiger Kern R, welcher :;vir;ehrn
die Kerne 19B und 2OB auf die Stange 3 gesetzt wir-J. Der
Ring R besteht vorzugsweise aus demselben zusammengepreßten
Metallpulver wie die Gleitlagerbüchse 18.
Pig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein Zwei-Wege-Rückschlagventil 26 mit einem isostatisch verdichteten Gehäuse 27, welches drei Kanäle ?8,
und 30 enthält, die in eine zentrale Kammer 31 münden. Der Querschnitt der Kanäle ist kleiner als der Querschnitt
der Kammer 31, welche eine Kugel 32 aufnimmt, deren Durchmesser
fast gleich dem Querschnitt der Kammer 31 ist. In der gezeichneten Stellung unterbricht die Kugel 32 die
gegenseitige Verbindung zwischen den Kanälen. Wenn die Kugel zur einen oder anderen Seite verschoben wird, sind
jeweils zwei Kanäle miteinander verbunden. Im Hinblick auf die Erfindung ist wichtig, daß der zur Formung der
inneren Kanäle und der Kammer 31 benutzte Kern aus einem Nichteisenmetall bereits die Kugel 32 enthält, bevor das
Material des Ventilgehäuses verdichtet wird. Die Kunjel 32
besteht im Gegensatz zum Kern aus einem Material, welches beim Sintern nicht schmilzt und demzufolge auch nicht in
das Metallpulver eindringt und absorbiert wird. Ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern mit einem Einsatz,
z.B. einem kugelförmigen Teil, welches darin lose eingesetzt
ist, wird z.B. auch schon in der UU-PS 2 628 166 beschrieben. Dieses bekannte Verfahren kann jedoch nur in Pressen ausgeführt
werden, deren Kolben in einer einzigen Richtung wirken, so daß nur eine sogenannte zweidimensionale Verdichtung statt
findet, die zu weniger gleichmäßig verdichteten Gegenständen führt, und wobei die Absorption des Kupferkerns ungleichmäßig
ist, so daß es sehr große Schwierigkeiten bereibet, mit Zuverlässigkeit druckfluiddichte Wände zu erzeugen.
Pig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Block 33 aus isostatisch
zusammengepreßtem Metallpulver, der einen verhältnis mäßig großen inneren Hohlraum 34 aufweisen soll. Entsprechend
groß ist der äußere !Anfang eines als Hohlkörper ausgebildeten
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Kerns 36, der während des Preßvorgangs mit einem inkompres—
siblen Fluid wie z.B. Öl gefüllt ict. Die Wanne dni', Korns 36
ist so gewählt, daß sie ausreicht, um die Begrenzungswind
des inneren Hohlraums nach der Absorption de3 Kern;-· riUnuifj—
keitsdicht zu machen. Auf dier.e '.Vcine v'ird eine v/ir(,schriftliche
Dauer der Absorption erzielt, und außer dom 1<
r m nun der Menge der über einen Anschlußkan.il 37 auafl icßr-riden
Flüssigkeit auf eventuelle Leckntellen in der Wand des Hohlraums 34 geschlossen v/erden. Zusätzlich wird bei dj csem Aus-
führungsbeiepiel auch noch Kernmaterial gespart.
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Leerseite
Claims (15)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Metallpulver, insbesondere Eisenpulver, mit Kanälen, Kammern oder anderen inneren Hohlräumen zur Führung oder Aufnahme von Fluiden oder anderen Materialien, wobei die Hohlräume durch entsprechende Kerne gebildet worden, die zusammen mit dem Metallpulver in eine Form eingebracht, gepreßt und gesintert; und dabei vom Metallpulver absorbiert werden, dadurch gekennzeichnet , daß Kerne verwendet werden, welche ihre Form behalten, während mit einem Druck von 2000 - 8000 kgf/cm? isostatisch gepreßt wird, wonach ein Sintervorgang folgt, der zu gleichmäßig hoch verdichteten Gegenständen führt, deren die Hohlräume begrenzenden Wände durch Absorption des Metalls der Kerne druckfluiddicht sind.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen dem Gewicht der Kerne und dem Gewicht des Metall pulvers wenigstens 1 : 10 beträgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein oder mehrere Kerne während des isostatischen Preßvorgangs durch Stützglieder (S) gehalten werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützglied eine Stange odgl. benutzt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß als Form für den isostatischen Preßvorgang eine Form aus Gummi oder einem gummiartigen Material benutzt wird.SKP 8830 Hg / 26.5.197709850/092 7BAD ORIGINAL
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d υ r c h gekennzeichnet, daß Gtützglieder für Kerne und/oder diese selbst an der Form abger;t.ützt v/erden.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein inkompressibles Material in Form einer Flüosip;keit oder eines festen Körpers enthaltender Hohlkern benutzt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß dan inkompreoruble Material nach der Verdichtung den Metallpulver:; entfernt wird.
- 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kerne aus Kupfer oder Kupferlegierungen benutzt werden.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände bis auf eine Dichte von etva 9<> 7' gepreßt und gesintert werden.
- 11. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis hergestellter büchsenf örmiger Gegenstand, d r d xx r ο h gekennzeichnet , daß einer oder mehre ro der Kanäle oder Hohlräume (11, 15, 19, 20) zur Bohrung hin offen sind.
- 12. Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß er mehrere elintir.ch ringförmig ausgebildete Kanäle (5, 11) aufweint, die sich teilweise in axialer Richtung längs der Bohrungi.-wand erstrecken und in diesem Bereich (11) zur Bohrung hin offen sind.709850/0927SKF 8830 Hg / 26.5.1977BAD ORIGINAL
- 13. Gegenstand nach Anspruch 11, ,gekennzeichnet durch einen nach Art einer; Innengewindes ausgebildeten Kanal (15), welcher an den axialen linden
Öffnungen aufweist. - 14. Gegenstand nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen nach Art eines Innengewindes ausgebildeten Kanal (15), der durch einen radial v/eiter
außen in der Wand der Büchse angeordneten axialen
Kanalabschnitt in sich geschlossen ist. - 15. Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form einer Gleitlagerbüchse (18) ausgebildet ist, wobei einer oder
mehrere der zur Bohrung hin offenen Hohlräume (19,20) Schiniermitteltaschen bilden, in die in der Wand der
Büchse geformte Anschlußkanäle (22, 23) münden.709850/0927
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