DE3049326A1 - "verfahren zum herstellen von presslingen aus keramischem pulver, z.b. pulverfoermigen kernreaktorbrennstoffen und presseinrichtung, insbesondere fuer dieses verfahren" - Google Patents
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Description
* a
ALKEM GmbH Mein Zeichen
Hanau VPA 80 P 8 5 6 5 DE
Verfahren zum Herstellen von Preßlingen aus keramischem Pulver, z.B. pulverförmigen Kernreaktorbrennstoffen
und Preßeinrichtung, insbesondere für dieses Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Preßlingen aus keramischem Pulver, z.B. pulverförmigen
Kernreaktorbrennstoffen wie UO2, PuO2, ThO2 oder
(U/Pu)02-Mischoxide, in einer zu einer Preßeinrichtung gehörenden Preßform, die eine Matrize mit Bohrung und
in dieser Bohrung einen relativ zu dieser Matrize verschiebbaren Stempel mit einem Kopf aufweist, mit dem die
Wand der Bohrung mit einem Schmiermittel geschmiert wird, und eine Preßeinrichtung insbesondere für dieses Verfahren
.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Preßeinrichtung sind aus der deutschen Patentschrift 1 920 308
„ bekannt. Die Einrichtung nach dieser Patentschrift ist
mit einem Unterstempel mit einem Kopf versehen, der am äußersten Stempelende eine Druckplatte mit einer Druckfläche
für das keramische Pulver aufweist. Dieser Kopf weist ferner ein dem Querschnitt der Bohrung in der
Matrize angepaßtes Führungsteil auf, welches auf der der Druckfläche abgewandten Seite der Druckplatte mit Ab-
17.12.1980 / WL 2 Ant
-/C- VPA 80 P 35 6 5DE
stand von dieser Druckplatte am Unterstempel angeordnet ist. Zwischen Druckplatte und Führungsteil weist der
Kopf ein Zwischenglied auf, das einen kleineren Querschnitt als die Druckplatte und das Führungsteil hat und
das Radialbohrungen aufweist, die an einem axialen Schmiermittelkanal im Unterstempel angeschlossen sind.
In einer solchen Preßeinrichtung ist es nicht erforderlich, keramischem Pulver vor dem Vorpressen zu Preßlingen
ein meist organisches Gleitmittel zuzusetzen, welches im keramischen Pulver besonders gleichmäßig verteilt
sein müßte und außerdem vor dem Sintern der Preßlinge durch ein besonderes Entwachsungsglühen aus diesen Preßlingen
wieder zu entfernen wäre.
In der bekannten Preßeinrichtung wird beim Pressen der Preßlinge die Reibung zwischen dem keramischen Pulver
und dem Preßwerkzeug, insbesondere der Wand der Matrizenbohrung, durch einen dünnen Schmiermittelfilm auf der
Wand der Matrizenbohrung erheblich vermindert. Dieser
Schmiermittelfilm wird- mit einem bei der Betriebstemperatur
der aus der Matrize und dem Stempelkopf gebildeten Preßform flüssigen Öl als Schmiermittel gebildet, indem
dieses Öl durch den axialen Kanal im Unterstempel zu den . Öffnungen der Radialkanäle im Zwischenglied gepumpt
und zugleich eine Relativbewegung zwischen der Matrize und dem Unterstempel, beispielsweise unter Ausstoßung
eines Preßlings, aus der Matrizenbohrung durchgeführt wird. Die Durchmesser der Druckplatte am Unterstempel
sind so gewählt, daß sie eine Ausbildung eines aus flüssigem Öl bestehenden Schmierfilmes von z.B. 10-20 /um
Dicke auf der Wand der Matrizenbohrung gestatten.
'/S- VPA 80 P 35 6 5DE
Ein wesentlicher Vorteil der bekannten Einrichtung ist darin zu sehen, daß mit ihr ein gleichmäßiger Schmiermitteliilm
auf der Wand der Matrizenbohrung erzeugt werden kann. Ein solcher gleichmäßig dicker Schmiermittelfilm
auf der Wand der Matrizenbohrung, der überdies nirgends abreißt, ist sehr wesentlich zum Vermeiden
örtlich unterschiedlicher Dichten im Preßling, die beim Sintern des Preßlings zu Abweichungen von der gewünschten
Form oder in stärkerem Maße zu erheblichem Ausschuß durch Abplatzungen und Risse führen und die bei
Abreißen des Schmiermittelfilmes durch unterschiedlich starke Reibung an der Wand der Matrizenbohrung beim
Pressen hervorgerufen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung eines solchen gleichmäßigen Schmiermittelfilmes ohne
Abrisse auf der Wand der Matrizenbohrung beim Herstellen von Preßlingen noch weiter zu erleichtern und noch
sicherer zu gestalten und damit den Ausschuß noch weiter herabzudrücken.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein.Verfahren der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel eine pasten-und/oder wachsartige
Substanz, vorzugsweise ein Schmierfett verwendet wird.
Dies hat insbesondere den Vorteil, daß bei häufigem und gar längerem Anhalten der Preßeinrichtung, wie es
beispielsweise bei der Fertigung kleinerer Mengen von Preßlingen der Fall ist, der überall gleichmäßig dicke
Schmiermittelfilm auf der Viand der Matrizenbohrung wegen seiner Beständigkeit gegen Abtropfen nicht unter dem
Einfluß der Schwerkraft ab- oder aufreißt, wie dies
häufig "bei einem Film aus flüssigem Öl der Fall ist.
Ferner kann auch während einer längeren Stillstandsphase der Preßeinrichtung kein Schmiermittel durch den Ringspalt
zwischen der Druckplatte am Kopf des Stempels und der Wand der Matrizenbohrung etwa zur Druckfläche
der Druckplatte hin austreten, wie dies häufig bei der Verwendung eines flüssigen Öles als Schmiermittel der
Fall ist. Solches durch den Ringspalt ausgetretenes Öl kann zu sorgfältig wieder zu entferndenden Öllachen
auf dem Matrizentisch oder zu ölgetränkten Stellen in den Preßlingen führen.
Auch dieses wird mit einem aus einer pasten- und/oder wachsartigen Substanz bestehenden Schmiermittel bzw.
Schmierfett vermieden.
Eine Preßeinrichtung, insbesondere für ein erfindungsgemäßes
Verfahren mit einem Stempel, der einer Bohrung einer Preßformmatrize zugeordnet ist und in dem ein
Schmiermittelkanal zu Radialbohrungen an einem in der Bohrung befindlichen Stempelkopf führen, ist günstigerweise
dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelkanal an eine Schmiermittelkammer in einem Preßluftzylinder
angeschlossen ist, die durch einen verschiebbaren Zylinderkolben von einer Preßluftkammer im Preßluftzylinder
abgetrennt ist. Durch Beaufschlagen der Preßluftkammer mit Preßluft wird auf die in der Schmiermittelkammer
des Preßluftzylinders befindliche pasten- und/oder wachsartige Substanz (Schmierfett) ständig ein
gleichmäßiger Druck ausgeübt, durch den die Substanz bzw. das Schmierfett durch den Schmiermittelkanal
und die Radialbohrungen hindurch zur Wand der Matrizenbohrung gleichmäßig gefördert wird.
-/- VPA 80 P 85 6 5DE
Durch Parallelschaltung von mehreren Formen und Preßluftzylindern kann eine Preßeinrichtung mit Mehrfachwerkzeug
ausgerüstet werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt schematisch eine Preßeinrichtung zum Herstellen von Preßlingen aus pulverförmigen Kernreaktorbrennstoffen
wie UOp, PuO2, ThOp und/oder
(U/Pu)O2-Mischoxiden. Diese Preßeinrichtung weist eine
Matrize 2 mit einer Vertikalbohrung 3 auf, der ein langgestreckter vertikal angeordneter Unterstempel 4
zugeordnet ist. Dieser Unterstempel 4 ist auf einem vertikal unterhalb der Matrize 2 befindlichen Stempelträger
5 angeordnet.
Der innerhalb der Bohrung 3 der Matrize 2 befindliche Kopf des Stempels 4 weist am äußersten Stempelende eine
Druckplatte 6 und zwischen der Druckplatte 6 und den
Stempelträger 5 einen ebenfalls in der Bohrung 3 befindlichen Führungskörper 7 auf. Der Führungskörper 7
ist in seinem Querschnitt dem Querschnitt der Bohrung angepaßt. Er weist auf seiner Mantelfläche einen zu den
Mantellinien senkrechten Dichtungsring S auf. Der Querschnitt der Druckplatte 6 ist hingegen so gewählt, daß
diese mit der ¥and der Bohrung 3 einen engen Ringspalt 9 bildet, der die Ausbildung eines Schmiermittelfilmes
beispielsweise von 10-20 /um Dicke auf der Wand der Bohrung 3 gestattet. Zwischen dem Führungsteil 8
und der Druckplatte 6 befindet sich ein Zwischenteil mit deutlich kleinerem Querschnitt als der Querschnitt
- VPA 80 P 3 5 6 5 DE
der Bohrung 3 und mit offenen Radialbohrungen 11, die
mit einem axialen Schmiermittelkanal 12 im Unterstempel 4 in Verbindung stehen. Dieser axial gerichtete
Schmiermittelkanal-12 ist gestrichelt angedeutet und
auch durch den Stempelträger 5 geführt.
Über der vertikal oberen Öffnung der Bohrung 3 ist auf dem Matrizentisch 13 ein Matrizenfüller 14 und über diesem
Matrizenfüller 14 ein Oberstempel 15 schematisch angedeutet. Der Querschnitt des Oberstempeis 15 ist dem
Querschnitt der Bohrung 3 angepaßt.
Durch nichtdargestellte Hebel systeme sind die Matrize 2 und der Oberstempel 15 in Längsrichtung des Unter-"15
stempeis 4 d.h. in Vertikalrichtung und der Matrizenfüller 14 senkrecht zur Längsrichtung des Unterstempels 4,
d.h. in horizontaler Richtung hin und her verschiebbar.
Am Schmiermittelkanal 12, der im Unterstempel 4 und im
Stempelträger 5 verläuft, ist eine Rohrleitung 16 angeschlossen, die in eine Schmiermittelkammer 17 in einem
Preßluftzylinder 18 mündet. Dieser Zylinder 18 ist an beiden Enden gasdicht verschlossen. Er weist innen einen
in Zylinderlängsrichtung beweglichen Kolben 19 auf, der mit einer nach außen reichenden, zur Anzeige des Füllstandes
der Schmiermittelkammer 17 dienenden Kolbenstange 19a versehen ist und der die Schmiermittelkammer
17 auf seiner einen Seite von der Preßluftkammer 20 auf seiner anderen Seite abtrennt. Die Preßluftkammer
20 ist über ein Leitungsrohr 21, in das eine Preßluftwartungseinheit 22 mit einem Preßlufthann
und Manometern geschaltet ist, an einen nichtdargestellten
Preßlufttank angeschlossen.
"/- VPA 80 PS565DE
Die Schmiermittelkammer 17 des Preßluftzylinders 18 ist
mit einem Schmiermittel bzw. Schmierfett gefüllt, das bei der Betriebstemperatur der aus der Matrize 2 und
dem in der Matrizenbohrung 3 befindlichen Stempelkopf (Druckplatte 6, Führungsteil 7 und Zwischenglied 10)
gebildeten Preßform eine pasten- und/oder wachsartige Substanz ist. Durch Beaufschlagen der Preßluftkammer
des Preßluftzylinders 18 mit Preßluft wird diese pasten- und/oder wachsartige Substanz (Schmierfett) durch das
Leitungsrohr 16, den Schmiermittelkanal 12 und die Radialbohrungen 11 hindurch in den ringförmigen Zwischenraum
zwischen der Druckplatte 6 und dem Führungsteil 7 gepreßt.
Bei Inbetriebnahme der Einrichtung wird zunächst der Matrizenfüller 14 von der Bohrung 3 weg zur Seite geschoben
und die Matrize 2 ein oder mehrmals in Längsrichtung des Unterstempels 4, d.h. in Vertikalrichtung
hin und her bewegt, so daß sich überall an der Wand der Bohrung 3 bis hin zur vertikal oberen Öffnung der
Bohrung 3 ein dünner, zusammenhängender und gleichmäßig dicker Schmiermittelfilm ausbildet, der aus pasten-
und/oder wachsartiger Substanz bzw. Schmierfett besteht, entsprechend der Füllung der Schmiermittelkammer 17 des
Preßluftzylinders 18. Hierbei verhindert der Führungskörper 7 aufgrund eines gewissen axialen und seitlichen,
radialen Spieles, mit dem der Unterstempel 4 am Stempelträger 5 gehaltert ist, daß der Schmiermittelfilm durch
die Druckplatte 6 aufgerissen wird.
80 P δ 5 6 5 DE
Sodann wird die Matrize 2 in einer vorgegebenen Höhe bezüglich
des Unterstempels 4 arretiert, so daß die Druckplatte 6 einen vorgegebenen Abstand von der vertikal
oberen Öffnung der Bohrung 3 und damit vom Matrizentisch 13 unter Ausbildung eines vorgegebenen Volumens
in der Bohrung 3 an der vertikal oberen Öffnung der Bohrung 3 hat. Sodann wird der Matrizenfüller 14 über
die obere Öffnung der Bohrung 3 geschoben und das dort durch die Druckplatte 6 und die Wand der Bohrung 3 gebildete
Volumen mit pulverförmigen Kernreaktorbrennstoff bis hin zum Matrizentisch 13 gefüllt. Sodann wird der
Matrizenfüller 14 wieder horizontal von der vertikal oberen Öffnung der Bohrung 3 weggeschoben und der
Oberstempel 15 mit einem vorgegebenen Druck auf den pulverförmigen Kernreaktorbrennstoff in der Bohrung 3
gepreßt. Anschließend wird der Oberstempel 15 wieder vertikal nach oben gefahren und der Preßling aus der
Bohrung 3 durch eine Vertikalbewegung der Matrize 2 auf den Stempelträger 5 zu aus der Bohrung 3 auf den
Matrizentisch 13 ausgestoßen. Hierbei wird zugleich die ¥and in der Bohrung 3 mit der pasten- und/oder wachsartigen
Substanz (Schmierfett) durch Ausbildung eines Schmiermittelfilmes nachgeschmiert.
Der Oberstempel 15, Matrizenfüller 14, Matrize 2 und
Unterstempel 4 mit dem Stempelträger 5 können sich innerhalb eines abgeschlossenen Handschuhkastens befinden,
wenn z.B. Preßlinge hergestellt werden, die Plutonium- oder Thoriumdioxid enthalten. Die Handschuhkastenwand
24 ist in der Zeichnung nur an der Stelle
VPA 80 P 3 5 6 5 DE
angedeutet, an der durch sie das Leitungsrohr 16 geführt ist. Dort ist in das Leitungsrohr 16 auch ein
Rückschlagventil 25 eingebaut, das ein Zurücktreten von pasten- und/oder wachsartiger Substanz (Schmierfett),
die möglicherweise kontaminiert sein kann, durch den Schmiermittelkanal 16 aus dem Handschuhkasten
heraus auf jeden Fall verhindert.
Die Konsistenz bzw. Beständigkeit gegen Abtropfen der pasten- und/oder wachsartigen Substanz (Schmierfett),
die in der Preßeinrichtung nach der Zeichnung als Schmiermittel verwendet wird, verhindert generell ein
Rückströmen des Schmiermittels, wenn der Druck im Leitungs rohr 16 zusammenbricht. Dadurch wird auch verhindert,
daß die Radialbohrungen 11 im Zwischenteil 10 und auch der Schmiermittelkanal 12 im Unterstempel 4 durch
pulverförmigen Kernreaktorbrennstoff verstopft werden, wie das bei der Verwendung von flüssigem Öl als Schmiermittel
häufig der Fall ist, das beim Zurückströmen pulverförmigen Kernreaktorbrennstoff mitreißt. Ferner
ist kein besonderes Einjustieren des Druckes in der Schmiermittelkammer 17 des Preßluftzylinders erforderlich,
während bei Verwendung von flüssigem Öl als Schmiermittel das Einjustieren der Ölpumpe ganz erhebliehen
Aufwand verursacht.
Günstigerweise wird als Schmiermittel eine pasten- und/oder wachsartige Substanz (Schmierfett) verwendet,
deren nach deutsche Normen DIN 51 801, Blatt 1, vom Mai 1972, bestimmbarer Tropfpunkt höher ist als die
Betriebstemperatur der aus der Matrize 2 und dem Kopf des Unterstempels 4 gebildeten Preßform. Als pasten-
ψ m
- VPA 80 P 8 5 6 5 GE
und/oder wachsartige Substanz kann mit Vorteil ein mit einer organischen Trägersubstanz eingedicktes Öl verwendet
werden. Günstig kann auch die Verwendung eines polymeren Kohlenwasserstoffes, z.B. eines Polyglykols,
als pasten- und/oder wachsartiges Schmiermittel sein. Geeignet als pasten- und/oder wachsartiges Schmiermittel
sind auch aliphatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Paraffin, und/oder Derivate von aliphatischen Kohlenwasserstoffen.
Geeignet als pasten- und/oder wachsartiges Schmiermittel sind auch mit Harnstoff eingedickte Öle.
Mit Vorteil wird eine pasten- und/oder wachsartige Substanz (Schmierfett) als Schmiermittel verwendet,
deren Verdampfungstemperatur unterhalb einer Temperatur, vorzugsweise von 10000C liegt, auf die die Preßlinge
bei einer Veiterbehandlung erhitzt werden. Dies stellt sicher, daß in den Preßlingen enthaltene Schmiermittelrückstände,
z.B. beim Sintern der Preßlinge,aus diesen restlos entweichen.
Als gut geeignete Schmiermittel haben sich beispielsweise die unter den Warenbezeichnungen Aral Mehrzweckfett und Klüver Amblygon TA 15/2 im Handel befindlichen
Schmierfette erwiesen.
10 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen von Preßlingen aus keramischem
Pulver, z.B. pulverförmigen Kernreaktorbrennstoffen wie UO2, PuO2, ThO2 oder (U/Pu)02-Mischoxide in
einer zu einer Preßeinrichtung gehörenden Preßform, die eine Matrize mit Bohrung und in dieser Bohrung einen
relativ zu dieser Matrize verschiebbaren Stempel mit einem Kopf aufweist, mit dem die Wand der Bohrung mit
einem Schmiermittel geschmiert wird, dadurch
gekennzeichnet , daß als Schmiermittel eine pasten- und/oder wachsartige Substanz, vorzugsweise
ein Schmierfett, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß eine pasten- und/oder wachsartige Substanz, vorzugsweise ein Schmierfett, verwendet
wird mit einem Tropfpunkt, der höher ist als die Betriebstemperatur der Preßform.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet,
daß eine pasten- und/oder wachsartige Substanz verwendet wird, die ein mit einer
organischen Trägersubstanz eingedicktes Öl ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Harnstoff eingedicktes
öl als pasten- und/oder wachsartige Substanz verwendet wird.
"" "" ·:··:- '-'"-"30Α9326
- VPA 80 P 8 5 δ 5 DE
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß eine pasten- und/oder wachsartige Substanz verwendet wird, die ein polymerer
Kohlenwasserstoff ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet
, daß eine pasten- und/oder wachsartige Substanz verwendet wird, die ein Polyglykol
ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß eine pasten- und/oder wachsartige Substanz verv/endet wird, die ein aliphatischer Kohlenwasserstoff und/oder ein Derivat
eines aliphatischen Kohlenwasserstoffes ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß Paraffin als pasten-
und/oder wachsartige Substanz verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine pasten- und/oder
wachsartige Substanz verwendet wird mit einer Verdampf ungs temperatur, die unterhalb einer Temperatur
liegt, auf die die Preßlinge bei einer Weiterbehandlung erhitzt werden.
10. Preßeinrichtung, insbesondere für ein Verfahren nach
einem der Ansprüche 1-9, mit einem Stempel, der einer Bohrung einer Preßformmatrize zugeordnet ist und in dem
ein Schmiermittelkanal zu Radialbohrungen an einem in der Bohrung befindlichen Stempelkopf führt, dadurch
VPA 80 P 8 5 6 5 DE
gekennze ichnet , daß der Schmiermittelkanal
(12) an einer Schmiermittelkammer (17) in einem Preßluftzylinder (18) angeschlossen ist, die
durch einen verschiebbaren Zylinderkolben (19) von einer Preßluftkammer (20) im Preßluftzylinder (18) abgetrennt
ist.
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| 8131 | Rejection |