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Verfahren zur Herstellung eines aus zwei oder mehreren, nicht legierbaren
Metallen bestehenden Baustoffes. Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage
vom z. Juni igi i die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten
von Amerika vom 30. März 1923 beansprucht. Es sind Verfahren zur Herstellung
homogener Stoffgemenge bekannt, die sich wie ein einheitlicher Körper mit bestimmten
mechanischen und elektrischen Eigenschaften verhalten und infolgedessen als Werkstoff
verwendbar sind. Die Herstellung erfolgt in der Regel durch Mischurig eines widerstandsfähigeren
Stoffes als Grundstoff mit einem weicheren, dehnbareren, meist leichter schmelzbaren
Stoff als Füll- oder Bindestoff in der Weise, daß man die Stoffe in fein zerkleinertem
Zustande als Pulver sorgfältig mischt, <las Gemenge preßt und dann auf die Schmelztemperatur
der leichter schmelzbaren Gemengeteile erhitzt, ohne daß das ganze Gemenge in eine
chemische Verbindung oder bei einem Gemenge von Metallen in eine Legierung übergeht.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den gepulverten Grundstoff in einem Behälter
mit dein geschmolzenen Bindestoff bei Schmelztemperatur des letzteren zu tränken.
Der Grundstoff muß in dem Falle in den Behälter hineingepreßt werden, weil sonst
das Enderzeugnis beim Abkühlen schrumpft und reißt. Bei Anwendung dieses Verfahrens
wird aber das Mengenverhältnis zwischen Grund- und Bindestoff j e nach der Entfernung
von der Oberfläche verschieden, das Enderzeugnis also nicht gleichartig sein. Durch
das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird nun ein gleichartiges Stoffgemenge
dadurch erzielt, daß von zwei oder mehreren Stoffen mit verschiedenem Schmelzpunkt
der leichter schmelzbare Teil als Füll- oder Bindestoff über den schwerer schmelzbaren
Teil als Grundstoff niedergeschmolzen wird, nachdem dieser in körnigen Stücken derart
in einem Behälter gelagert ist, daß die einzelnen Stücke kapillare Zwischenräume
zwischen sich lassen. Zur Durchführung des neuen Verfahrens wird ein Behälter aus
dünnem Blech, z. B. Stahl, oder aus einem hitzebeständigen Stoff, wie z. B. Asbest,
oder aus einer Verbindung von beiden mit körnigem Grundstoff ganz oder teilweise
gefüllt und dann auf den letzteren die erforderliche Menge des Füll- oder Bindestoffes
aufgelegt; wobei sowohl der Behälter als auch die Stoffe Raumtemperatur besitzen.
Der Behälter wird hierauf samt Inhalt in einen geschlossenen, mit Wasserstoff oder
einem sonstigen indifferenten Gas gefüllten Ofen gebracht und darin so weit erhitzt,
daß der Füllstoff schmilzt, während der Grundstoff noch in festem Zustande bleibt.
Bei dieser Temperatur fließt der Füllstoff infolge seines Gewichts und kapillaren
Saugwirkung in die Zwischenräume zwischen dem Grundstoff und wird durch deren Kapillarität
darin festgehalten. Ein etwaiger -Oberschuß kann infolgedessen durch den Boden des
Behälters abgelassen werden. Während des Niederschmelzens der Füllmasse findet eine
Verbindung durch oberflächliches Legieren zwischen Grundstoff und Füllstoff statt,
der durch schnelles Herabsetzen der Temperatur abgebrochen werden kann, sobald der
Überschuß des Füllstoffs durch den Boden des Behälters abgeflossen ist. Daran schließt
sich eine allmähliche Abkühlung des ganzen Satzes bis auf Raumtemperatur.
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Für die Körnung des Grundstoffes hat sich die Form kleiner Kugeln,
etwa wie Schrot sie besitzt, als besonders zweckmäßig erwiesen, weil sich daraus
die kleinsten Zwischenräume für den Füllstoff und somit die größte Dichte und Gleichartigkeit
des Enderzeugnisses gesetzmäßig ergeben. Die Größe des Schrotes kann beliebig gewählt
«erden, solange als die zwischen der Schrotmasse entstehenden Hohlräume kapillarer
Natur
sind. Man kann auch gleichzeitig Schrotkörner verschiedener Größe verwenden, wobei
jedoch zweckmäßig der kleinere Schrot nur so groß gewählt wird, daß er die Zwischenräume
zwischen dem stärkeren Schrot im wesentlichen ausfüllt. Hierbei ist es vorteilhaft,
daß die beiden Schrotsorten vor dem Füllen des Hohlraumes miteinander vermischt
werden. Bei dem Füll- oder Bindestoff ist darauf zu achten, daß er frei von Verunreinigungen
ist, weil diese sein Eindringen in die Zwischenräume des Grundstoffes verhindern
und dadurch die Festigkeit des. Enderzeugnisses ebenfalls empfindlich beeinträchtigen.
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Wird für die Lagerung des Grundstoffes bei der Herstellung eines Gemenges
aus verschiedenen Metallen ein metallener Behälter verwandt, so kann dieser einen
Teil des Enderzeugnisses bilden in der Weise, daß er beim Niederschmelzen des Füllstoffes
seinerseits auch eine Bindung mit diesem durch oberflächliches Legieren eingeht.
Ebenso können im weiteren. Sinne der Erfindung Bauteile, die mit dein Gemenge fest
verbunden -werden sollen, gleich zu Anfang in den Grundstoff mit eingebettet werden,
wenn dieser in dein Behälter gelagert wird, oder es können Teile, die miteinander
verbunden werden sollen, in der beabsichtigten Lage ganz oder teilweise in den Grundstoff
eingebettet -werden. Wird das Verfahren in dieser Weise zur Verbindung von Bauteilen
verwandt, so ist als Grundstoff ein Stoff zu empfehlen, der mit dem Baustoff der
zu verbindenden Teile gleichartig oder zumindest annähernd gleicher Festigkeit ist
und außerdem einen möglichst hohen Schmelzpunkt hat, z. B. für Stahlkonstruktionen
ein kohlenstoffarmer Stahl. Der Füllstoff wird dann so gew iihlt, daß sich eine
glatte Durchführung des Verfahrens und eine gute Bindung zwischen Grundstoff und
Füllstoff ergibt. Zu weichem Stahl als Grundstoff ist Kupfer oder Kupferbronze als
Füllstoff besonders gut geeignet.
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Soll ein Gemenge von guter elektrischer l.eitfähigli:eit gewonnen
werden, so ist Kupfer als Grundstoff mit Silber oder Zink als Bindestoff sehr geeignet.
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In. den beiliegenden Zeichnungen ist in Abb. i und 2 die Durchführung
des neuen Verfahrens zur Gewinnung des Stoffgemenges an sich dargestellt und -weiter
eine Reihe von Beispielen veranschaulicht, wie in der zuletzt angegebenen Weise
das Verfahren zur Verbindung von Metallteilen angewandt werden kann. Die Abb. i
zeigt die Herstellung einer Platte oder eines Stabes nach dem neuen Verfahren. Hierzu
-wird ein Behälter i von geeigneter -Größe und Form mit Schrot 2 gefüllt und geschüttelt,
damit der Schrot sich setzt. Abb.2 zeigt in vergrößertem Maßstabe die endgültige
Lage der Schrotkörner nach dem Schütteln. Hierauf werden kleine Stücke Kupfer 3
in der erforderlichen Menge oben auf den Schrot aufgelegt und das Ganze, wie oben
beschrieben, in dem Ofen so weit erhitzt, bis das Kupfer schmilzt und den Schrot,
wie oben näher ausgeführt, miteinander verbindet. Ein etwaiger Überschuß des Bindestoffs
kann unten durch die engen Rohre 4. abfließen. Auch etwaige Schlitze oder sonstige
Undichtheiten des Behälters können zum Abführen des überschüssigen Bindestoffs dienen,
so daß auf die Herstellung des Behälters keine besondere Sorgfalt verwandt zu -werden
braucht. Das Schmelzen und auch das Abkühlen wird zweckmäßig in einer die Oxydation
verhindernden Wasserstoffatmosphäre vorgenommen.
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Ist der Behälter aus einem geeigneten Metall, so nimmt er an der Bindung
teil, und seine Außenfläche ist zugleich diejenige des Enderzeugnisses; ist der
Behälter aus einem nichtmetallischen Stoff, so kann er nach dem 'Abkühlen entfernt
werden, und das verbleibende Enderzeugnis besteht nur aus dem erfindungsgemäß hergestellten
Stoffgemenge. Nötigenfalls kann auch ein Metallbehälter nach dem Abkühlen ganz oder
teilweise abgehobelt oder abgedreht werden, wie spätere Beispiele -zeigen.
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Die Abb.3 zeigt die Herstellung eines Stabes oder einer Platte, in
welche ein Körper beliebiger Form, wie z. B. eine Stange oder Stift 5 von beliebigem
Querschnitt, eingebettet ist. Dieser Körper kann ganz oder teilweise, je nach Bedarf,
in die Schrotmasse eingebettet werden. Wie die Abb.3 zeigt, ragen seine beiden Enden
aus dem Behälter, der an der Bindung teilnehmen soll, heraus, und die Wände des
letzteren dienen als Träger für den Einsatzkörper. Selbstverständlich kann der Ersatzkörper
dann nur teilweise in den n Behälter i bzw. seiner Füllung liegen. Der Verbindungsvorgang
geht in der gleichen Weise, -wie oben beschrieben, in einer Wasserstoffatmosphäre
vor sich, und es erfolgt eine innige Verbindung des Füllstoffs einmal mit der Schrotmasse,
zweitens mit dein Behälter und endlich finit dem Einsatzkörper. Auf diese Weise
können Stangen, Stifte o. dgl. gut und leicht verankert werden. Der zusammengesetzte
Körper kann auch als Halter für den Einsatzkörper 5 verwendet werden.
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Die Abb. 4 zeigt, -wie zwei oder mehr Metallteile gemäß der Erfindung
miteinander verbunden werden können. Die Verbindung zweier beliebiger Teile kann
auf einer Seite bzw. an einem Ende oder auch an beiden Seiten bzw. Enden erfolgen.
Mit dem verhältnismäßig
großen Gußstahlring 6 soll ein schwächerer
Stahlteil ? verbunden werden, welcher vorher eine genau bestimmte Form erhalten
hat und welcher mit dem Ringkörper 6 ohne jegliche Verdrehung und in bestimmter
Stellung zu diesem verbunden werden muß. In diesem Fall erhält der Körper G eine
der Zahl der Stahlteile 7 entsprechende Anzahl Aussparungen 8 zwecks Aufnahme eines
Endes dieser Teile. Diese Aussparungen sind wesentlich breiter als die eingesetzten
Teile;, so daß sie eine Kammer bilden. Diese Kammer dient als Behälter für die Einlagerung
des Schrotes. Die genaue Lage des eingesetzten Teiles wird durch die untere Wand
des Schlitzes bestimmt, es können aber auch besondere Vorrichtungen hierzu verwendet
werden. In dem dargestellten Beispiel wird die Kammer für die Aufnahme des Schrotes
durch die Teile g und io aus hitzebeständiger Masse, wie z. B. Asbest, vervollständigt,
die in irgendeiner beliebigen Weise festgehalten und nach erfolgter Bindung und
Abkühlung entfernt werden. Die entgegengesetzten Enden der Stahlteile 7 können in
gleicher Weise finit einem anderen Körper verbunden werden, dessen äußere Kante
durch die gestrichelte Linie i i angedeutet ist. Hierbei werden diese beiden Körper
getrennt gegossen, so daß irgendwelche Schrumpfungen oder Verziehungen vor der Vereinigung
mit den Stahlteilen 7 beseitigt werden können. Die Stahlteile io können nun an einem
oder an beiden Enden durch die mit ihnen zu verbindenden Teile getragen werden,
und ebenso können auch diese letzteren ganz aus dem gemäß der Erfindung zusammengesetzten
Stoff bestehen.
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ach der Zusammensetzung der einzelnen Teile wird jede Kammer mit Stahlschrot
gefüllt, der mit der erforderlichen Menge von Kupfer bedeckt wird, worauf die Bindung
der einzelnen Teile, wie bereits beschrieben, in dem mit Wasserstoff gefüllten Ofen
erfolgt.
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Die Abb. 5 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei
der Herstellung von Turbinenrädern. Hierbei kommt es auf eine völlig genaue Lage
der Schaufeln bzw. Düsen an, denn diese müssen wegen der hohenBeanspruchung frei
von jeglichenSpannungen sein, was beim Gießen der Räder gar nicht oder nur unvollkommen
erreicht werden kann. Das gußstählerne Mittelstück 12 eines Turbinenrades, welches
stets hohen Drücken und großenDruck- undTeinperaturschwankungen ausgesetzt ist,
wird, wie üblich, mit einer zentralen Nabenbohrung 13 versehen. Der äußere, ebenfalls
gußstählerne Ring ist mit 14 bezeichnet. Zwischen den beiden sind die den Dampf
leitenden Düsen 15 angeordnet, die jede aus vier Wänden bestehen. Der Ring 16 ist
ein Hilfsring zur Herstellung des Rades; er hat zwei konzentrische Schultern, auf
welche der innere und äußere Teil des Rades aufgelegt und zueinander festgestellt
«-erden. In dem Ring sind zwei konzentrische Aussparungen 17, in welche die tangentialenWände
18 eingesetzt werden, deren andere Enden durch Halter i9 in der richtigen Stellung
festgehalten werden, die ihrerseits mittels I'unktschweißung o. dgl. an den Radteilen
i- und 1q. befestigt sind. In den zwei zusammenhängende Ringe bildenden tangent:alen
Wänden 18 sind Aussparungen vorgesehen, in welche die kurzen Radialwände 2o eingesetzt
werden. Die Enden 2o' dieser Radialwände ragen über die Tangentialwände zwecks Verankerung
hinaus. Wie aus der Abbildung ersichtlich, liegen die Düsenwände in einer oben offenen
Kammer, deren Boden durch den Ring 16 und deren Seitenwände durch die Radscheibe
12 und den Ring 1d. gebildet werden.
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Gemäß der Erfindung wird nun die Kammer zwecks inniger Verbindung
der Einzelteile miteinander mit einem weichen Stahlschrot o. dgl. gefüllt und dieser
mit Kupfer oder Kupferbronze in kleinen Stücken becleckt. Das Ganze wird dann in
einem wasserstoffgefüllten Ofen erwärmt, bis das Kupfer schmilzt und den Schrot
unter sich sowie mit den einzelnen Teilen des Rades bindet.
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ach erfolgter Abkühlung werden der Ring 16 und die Halter i9
z. B. durch Abdrehen des Rades entfernt. Da alle Einzelteile im fertig bearbeiteten
Zustande zusamnnengesetzt wurden, ist nunmehr eine weitere Bearbeitung des Turbinenrades
nicht notwendig. Da die unten gleichmäßig unterstützten 'feile nur einer verhältnismäßig
geringen Erhitzung ausgesetzt wurden, so ist auch ein Verziehen derselben o. dgl.
durch die Verschmelzung ausgeschlossen.
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Die Abb. 7 zeigt, auf welche Weise das Turbinenrad ganz aus dein Metallgemisch
gemäß der Erfindung hergestellt werden kann. In dem zweckmäßig aus Stahlblech hergestellten
Behälter 23, welcher die Abmessung des herzustellenden Rades besitzt, sind im Boden
Führungsschlitze für die am Umfang einzusetzenden Wände der Düsen vorgesehen, deren
obere Enden durch Halter festgehalten sind. Der ganze Behälter mit Ausnahme der
Düsen wird mit dem obenerwähnten Stahlschrot gefüllt, die erforderliche Menge von
Kupferbronzestücken aufgelegt und dann, wie bereits beschrieben, im Ofen behandelt.
-Nach Abkühlen des Ganzen wird das Rad durch Bearbeitung, z. B. auf der Drehbank,
fertiggestellt, wobei überschüssige Teile des Behälters usw. entfernt werden. Gemäß
der
Abb. 7 wird der Behälter 23 nicht nur mit Stahlschrot gefüllt,
sondern zwischen diesen «-erden größere Stahlstücke 24 eingebettet, die in geeigneter
Form und Größe die Festigkeit des Ganzen noch vergrößern helfen.
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Die Abb.8 zeigt die Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens gemäß der
Erfindung bei der Herstellung von elektrisch beheizten Körpern. Zweckmäßig werden
hierbei die neuerdings üblichen Heizwiderstände der sogenannten Manteldrahttype
verwendet, d. h. Heizwiderstände, bei welchem der stromdurchflossene Leiter hohen
Widerstandes von einem Metallrohr, zweckmäßig Stahlrohr, umgeben und der Zwischenraum
durch ein hitzebeständiges Pulver, z. B. Magnesia, (licht ausgefüllt ist, so daß
der Leiter allseitig isoliert ist. Die Befestigung solcher Heizwiderstände bzw.
ihre Ausbildung zu Heizplatten o. dgl. erfolgte bisher derart, daß der passend gewickelte,
gebogene oder in anderer Weise seinem Aufnahmebehälter angepaßte Widerstand in diesem
mit flüssigem Metall, wie z. B. Eisen oder Aluminium, vergossen wurde. Hierbei konnte
jedoch eine Blasenbildung in der Ver gußmasse nicht vermieden werden, und diese
bedingt eine stete Gefahr des Durchbrennens der Widerstände, da an der Blasenstelle
keine genügende Wärmeableitung erfolgte. Legt man dagegen den Manteldrahtwiderstand
in seinen die endgültige Form bestimmenden Aufnahmebehälter ein und vereinigt ihn
mit diesem nach dem oben beschriebenen Verfahren, so ist die erwähnte Gefahr vermieden,
und man erhält eine Heizplatte oder Heizpatrone von völlig gleichmäßiger Wärmeleitfähigkeit
und Bearbeitbarkeit.
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Gemäß der Abb. 8 und 9, welche in Draufsicht und Schnitt eine runde
Heizplatte zeigen, ist in dem aus Stahlblech gepreßten oder gestanzten Behälter
32 der Widerstandsmanteldraht 33 in passende Form gebogen eingelegt. Der Widerstandsdraht
kann unmittelbar auf dem Boden aufliegen oder durch eine Zwischenschicht im gewünschten
Abstand vom Boden gehalten werden. Der Behälter wird nach dem oben beschriebenen
Verfahren mit Schrot gefüllt, zweckmäßig geschüttelt, um das Setzen des Schrotes
zu erleichtern, und im Ofen weiterbehandelt, wobei die nach aufwärts gebogenen Enden
34 des Widerstandes, der aus dem isolierten Leiter 35 und dem Mittelrohr 36 besteht,
aus der Schrotmasse herausragen und die Anschlußpole bilden.
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Die Abb. io und i i zeigen als Beispiel für die Anwendung des Verfahrens
zur Herstellung von Werkzeugen o. dgl. die Herstellung einer Matrize nach dem neuen
Verfahren. In der Mitte ist das aus hochwertigem Stahl bestehende Matrizenrohr 45
angeordnet, das konzentrisch in den Behälter 46 eingesetzt und in ihm mittels des
eingelegten Füllstoffes 43 und des aufgelegten Bindestoffes 44 befestigt wird. Die
Schneidkante 47 der Matrize kann durch Abschleifen der zugehörigen Fläche jederzeit
erneuert werden. Die Abb. ii ist eine Draufsicht auf die Matrize nach Abb. io.