Horizontal von zwei Seiten

Autor: Hendrik Schneider, Daylight PR

Das Sintern gilt als eine der ältesten Kulturtechniken der Welt. Bei der Herstellung von Porzellan beispielsweise findet das Verfahren schon seit Jahrhunderten Anwendung. Die Keramik wird zunächst aus feuchter Pulvermasse geformt, getrocknet und schließlich bei hoher Temperatur gebrannt. Das Resultat dieses so genannten Sintervorganges ist wertvolles Porzellan. Ähnliche Arbeitsschritte sind mit der Herstellung von gesinterten Bauteilen in der Metallurgie, sogenannter pulvermetallurgischer Werkstoffe, verbunden.

Sinterverfahren sind vergleichsweise aufwendig und die Ausgansstoffe bisweilen sehr kostenintensiv. Daher hängt die Qualität und Materialbeschaffenheit eines Werkstückes von zahlreichen wirtschaftlichen und technischen Variablen ab, etwa dem Druck, der Zusammensetzung der speziellen Schutzgasatmosphäre, der Temperatur, der Automatisierbarkeit oder auch dem Fassungsvermögen. Aufgrund der vielen Herausforderungen setzen die Anwender in der industriellen Fertigung und dem Laborbetrieb zunehmend auf voll- und teilautomatisierte Sinteranlagen, denn diese bieten zahlreiche Vorteile: Fehler durch das Bedienpersonal sind nahezu ausgeschlossen, die Prozessparameter werden ständig auf den Prozessablauf ausgerichtet und der Zeit- sowie Personalaufwand wird deutlich reduziert.

Eine technische Innovation im Bereich des Sinterns kommt aus der sächsischen Universitätsstadt Freiberg. Hier hat die Xerion Advanced Heating GmbH gemeinsam mit dem Meß- und Prüftechnikspezialisten Hegewald & Peschke GmbH eine wahlweise teil- oder vollautomatisch arbeitende Sinteranlage zur kombinierten thermisch-mechanischen Sinterung entwickelt.

In rund acht Monaten gemeinsamer Entwicklungs- und Konstruktionszeit entstand eine innovative Heißpresse, die in der Kombination aus Abmessung, Druck, Temperatur, Vakuum und beidseitiger Krafteinwirkung auf den Probenzylinder Maßstäbe setzt. Besonders die beidseitige Krafteinleitung stellt ein Novum für Pressen dieser Dimension dar. Mit der Möglichkeit zum teil- bzw. vollautomatischen Betrieb greifen beide Unternehmen die Anforderungen in der modernen Fertigung auf und setzen sie technologisch um.

Die uniaxiale Großlast-Heißpresse wurde vor allem für das Sintern pulvermetallurgischer Speziallegierungen konzipiert. Sie zeichnet sich unter anderem durch eine sehr große lichte Weite des Pressenrahmens (Breite 1300 mmm, Höhe 5000 mm) aus, wodurch ein nutzbares Ofenvolumen von 260 l entsteht. Im Vergleich zu anderen Pressöfen wird so im Verlauf eines Sintervorganges sehr viel Material aufgenommen und verarbeitet. Die Heißpresse kann wahlweise manuell oder vollautomatisch beladen und betrieben werden.

Die Pulverpressteile haben ein sehr poröses Gefüge und daher eine erhöhte Neigung, mit der umgebenden Atmosphäre zu reagieren. Deshalb erfolgt der Sinterprozess in Vakuumatmosphäre. Je nach Ausgangsmaterial werden verschiedene Schutzgase eingesetzt, um eine Oxidation des Presslings während des Sinterns zu verhindern. Die Presse arbeitet bei Temperaturen von bis zu 1500 °C und eignet sich damit für die Herstellung zahlreicher metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe. Zusätzlich wird das Material horizontal von zwei Seiten mittels Laststempeln und einer Kraft von bis zu 500 kN verpresst.

Das neu entwickelte Temperiersystem von Xerion arbeitet unter Vakuumatmosphäre von bis zu rund 10-5 mbar, bei einer Maximaltemperatur von 1500 °C sowie unter besonders hohem Druck. Der spezielle Sinterprozess erzielt dabei nur dann das gewünschte Resultat, wenn die entsprechenden Parameter permanent und präzise überwacht und eingehalten werden können. Um eine möglichst hohe Materialqualität zu erreichen, wird die Probe zudem von oben und unten gleichmäßig mit einer Kraft von bis zu 500 kN verpresst. Die Hegewald & Peschke GmbH zeitige sich für die Entwicklung der Presse verantwortlich. Diese musste optimal auf die Abmessungen des Ofensystems ausgelegt werden.

Der sächsischen Mess- und Prüftechnikspezialist hat eine Presse entwickelt, die auf die Abmessungen des Ofensystems ausgelegt ist. Die Anlage ist mit zwei Laststempeln ausgestattet, die sich unabhängig voneinander weg- oder lastgeregelt bewegen lassen. Der Verfahrweg der Laststempel beträgt in horizontaler Richtung jeweils 200 mm. Die Probe kann in der Summe mit bis zu 500 kN beaufschlagt werden. Die Presse ist zudem mit Wegüberwachungssensoren und einer Kraftüberlastungssteuerung versehen. Durch eine gleichmäßige, beidseitige Verpressung wird der Sinterprozess insgesamt effizienter gestaltet, denn die Qualität der pulvermetallurgischen Legierung kann so verbessert werden. „Die größte Herausforderung für uns war es, die gegenläufige Presse über zwei Laststempel und bei diesen hohen Kräften präzise zu synchronisieren“, erklärt Volker Peschke, Geschäftsführer der Hegewald und Peschke GmbH.

Durch die hohen Temperaturen und Drücke wurde besonders großen Wert auf die Betriebs- und Funktionssicherheit gelegt. Die Neuentwicklung erfüllt dahingehend alle relevanten Sicherheitsstandards. An besonders kritischen Anlageteilen wie bspw. der Kühlung wurden Sensoren angebracht. Zudem sind entsprechende Warnfunktionen implementiert. Das Bedienpersonal kann so bspw. im Falle einer Störung oder Fehlfunktion der vollständigen Notabschaltung der Anlage entgegen wirken, bei der das in der Regel sehr kostenintensive Rohmaterial oftmals zerstört wird. Ein Wassertank über der Anlage gewährleistet zudem die Notkühlung im Falle eines Stromausfalls.

Xerion Advanced Heating, Tel.: 03731 365505, E-Mail: info@xerion.de

Hegewald & Peschke, Tel.: 035242 44510, E-Mail: info@hegewald-peschke.de