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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung hoher allseitiger Drücke
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setzten Patrone und der dadurch bedingten Verringerung des Innenvolumens bewirkt wird.
Derartig hohe Drücke sind beispielsweise erforderlich bei der Umwandlung gewisser thermodynamisch stabiler Modifikationen von Stoffen in thermodynamisch instabile Modifikationen. Im Vordergrund des Interesses liegt hier die Herstellung von Diamanten durch Druck-und Temperaturbehandlung von Graphit.
Es wurde nun gefunden, dass eine weitere, beträchtliche Erhöhung des im Innern der plastisch zu ver- formenden Patrone auftretenden Druckes erreicht werden kann, wenn zusätzlich zu der auf die Patrone wirkenden Presskraft eine in gleicher Richtung wirkende Kraft auf die Pressform zur Einwirkung gebracht wird. Dies kann in der Weise geschehen, dass sowohl diejenige Kraft, die zur Deformation der Patrone dient, wie auch die zusätzliche, auf die Pressform wirkende Kraft mittels des gleichen Stempels bzw.
Stempelpaares übertragen werden. In diesem Falle wird so verfahren, dass der Stempel, welcher im Durchmesser grösser ist als die plastisch zu verformende Patrone, zunächst die Patrone deformiert und dann anschliessend auf die Pressform selbst einwirkt. Es ist allerdings auch möglich, die beiden Kräfte mit getrennen, etwa konzentrisch ineinandergesetzten Stempeln zuzuführen und sie gleichzeitig oder getrennt in beliebiger Reihenfolge in Aktion treten zu lassen.
Bei der Einwirkung der zusätzlich auf die Pressform wirkenden Kraft ist es möglich, diese unmittelbar auf die Pressform bzw. die in unmittelbarer Umgebung der plastisch zu verformenden Patrone befindlichen Formteile einwirken zu lassen oder aber zwischen diese Formteile und den Pressstempel eine Lage aus plastisch verformbarem, sich mehr oder weniger verfestigendem Werkstoff zur Druckübertragung zu schalten.
Zur Konzentration des durch die Deformation der Pressform entstehenden Druckes im Innern der Patrone wird vorgeschlagen, eine oder beide Stirnflächen der Pressform so zu gestalten, dass diese wenigstens annähernd kugel-oder paraboloidförmige Gestalt aufweisen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die so gestalteten Stirnflächen der Pressform die genannten Figuren kontinuierlich, d. h. also "stetig" in mathematischem Sinne, beschreiben. Es ist vielmehr auch möglich, die Begrenzung der Stirnflächen "un- stetig", also etwa treppenförmig oder ähnlich auszugestalten. An Stelle der kugelförmigen oder paraboloidförmigen Gestalt der Stirnflächen hat es sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, eine oder beide Stirnflächen der Pressform zum äusseren Umfang hin kegelförmig abfallen zu lassen.
Auch hiebei kann die Oberflächengestaltung der genannten Stirnflächen stetig oder abgestuft erfolgen.
Wie bereits erwähnt, kann die Einwirkung der auf die Pressform wirkenden Kraft entweder unmittelbar auf diese erfolgen oder unter Zwischenschaltung eines plastisch verformbaren, sich mehr oder weniger verfestigenden Werkstoffes zwischen Form und Pressstempel. Die Zwischenschaltung eines derartigen plastisch verformbaren Werkstoffes bewirkt, dass die Presskraft bei gewölbter Pressformoberfläche gleichzeitig auf die gesamte Pressformoberfläche einwirkt. Hiebei tritt jedoch entsprechend der relativen Verformung des zwischengelegten Werkstoffes eine Abnahme des spezifischen Druckes nach aussen hin ein. Infolge der Druckeinwirkung kommt es weiterhin zu einem Fliessen des zwischengelegten Werkstoffes, u. zw. radial zum Rande der Pressform hin.
Die dadurch auftretende Reibungskraft versucht dementsprechend die Pressform
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in radialer Richtung auseinanderzudrücken. Um dies zu verhindern, wird weiter vorgeschlagen, dem zwi- schengelegten Werkstoff nicht die Form einer Scheibe, sondern die Form konzentrischer Ringe oder einer
Spirale zu verleihen. Bei der Verformung solcher Zwischenlagen tritt ein Fliessen des Werkstoffes sowohl zumForminnem als auch zum Formrande hin ein, was bedeutet, dass die beiden einander entgegengerich- teten Reibungskräfte sich aufheben.
Zur besseren Haftung der Zwischenlage, insbesondere dann, wenn diese aus einem spiralförmig aufge- wickelten Draht besteht, hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Stirnflächen der Pressform und gege- benenfalls auch noch die Oberfläche der Stempel leicht aufzurauhen.
Insbesondere bei der Verwendung einer Zwischenlage in Form einer zweigängigen Spirale ist es mög- lich, die hiedurch entstehenden Zwischenräume zwischen den einzelnen Drahtwindungen zur Kühlung der
Vorrichtung während des Pressvorganges auszunutzen. Eine solche Kühlung kann beispielsweise geschehen, indem gasförmige Kohlensäure oder Wasser als Kühlmittel zwischen den Windungen des Drahtes hindurchgeleitet wird.
Zur Veranschaulichung des Erfindungsgegenstandes wird auf die Zeichnung verwiesen, welche die oben beschriebenen Vorrichtungen in schematischer Weise wiedergibt. Fig. 1 zeigt bei 1 den oberen Teil einer Pressform, welche ihrerseits aus Ringen verschieden fester und gegebenenfalls auch verschieden zusammengesetzter Werkstoffe aufgebaut ist. Es ist zu erkennen, dass die Ringe leicht konisch ausgeführt sind. Diese Konizität ist erforderlich, wenn die Ringe ineinandergepresst werden. Sollten sie ineinandergeschrumpft werden, so können sie zylindrische Form haben. Bei 2 ist die plastisch verformbare Patrone angedeutet, in deren Innern sich z. B. Graphit befindet. Diese plastisch verformbare Patrone ragt bei 3 um ein gewisses Stück über die Stirnfläche der Pressform 1 hinaus.
Bei 4 ist der Pressstempel angedeutet, welcher in diesem Fall sowohl die zur plastischen Deformation der Patrone 2 erforderliche Druckkraft zuführt wie auch die in Richtung der Pfeile 5 auf die Pressform einwirkende Kraft. Der Pressstempel 4 selbst ist ebenfalls mit Ringen umgeben, welche zur Abstützung des Pressstempels dienen und zur Erhöhung der Belastbarkeit desselben in Richtung senkrecht zur Presskraft.
Bei 6 ist angedeutet, dass die Pressform eine stetigparaboloidförmige (oder gegebenenfalls auch kugelförmige) Stirnflächenausgestaltung aufweist. Bei 7 ist eine ähnliche Ausgestaltung der Formstirnfläche angedeutet, welche jedoch nicht den gesamten Durchmesser der Pressform umfasst, sondern nur etwa deren Hälfte. Wie bei 8 zu erkennen ist, können auch die die Pressstempel umgebenden Ringe in der angedeuteten Weise ausgestaltet sein, was einerseits zu einer weiteren Erhöhung der seitlichen Belastbarkeit des Pressstempels führt, anderseits auch einen grösseren Zwischenraum schafft, um die bereits erwähnten plastisch verformbaren Zwischenlagen zwischen Pressstempel und Pressform aufzunehmen.
In Fig. 2 ist eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 1 gegeben, lediglich mit dem Unterschied, dass in der rechten Hälfte der Figur bei 9 die Stirnfläche der Pressform kegelförmig abnimmt. In der linken Hälfte ist bei 10 eine stufenförmige Ausbildung der Pressformstirnfläche angedeutet.
In Fig. 3 ist auf der rechten Seite der Darstellung eine Zwischenlegscheibe 11 zu erkennen, welche sich zwischen der Pressform 12 und dem Pressstempel 13 bzw. dessen Abstützung 14 befindet und welche die Gestalt einer Ringscheibe hat. Die Oberflächen dieser Ringscheibe sind der Form der Stirnflächen sowohl der Pressform wie auch des Pressstempels bzw. dessen Abstützung angepasst.
An Stelle einer Zwischenlage aus plastisch verformbarem und sich verfestigenden Werkstoff in Form einer Ringscheibe ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, solche Zwischenlagen in Form von Drähten vorzusehen, wie dies bei 15,16 oder 17 angedeutet ist. Aus der schematischen Darstellung ist zu erkennen, dass solche Zwischenlagen nicht nur die verschiedensten Querschnittformen aufweisen, sondern auch unterschiedliche Abmessungen haben können.
Um den Effekt, der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt wird, zu demonstrieren, sei folgendes Beispiel angeführt :
Eine rohrförmige Patrone aus nicht stabil-austenitischem Stahl, welcher 17. Olo Chrom, 7, 00/0 Nickel, Rest Eisen enthielt, wurde in die Innenbohrung einer Pressform eingesetzt. Die Patrone hatte einen Aussendurchmesser von 15 mm und eine Höhe von 13 mm. Der Innendurchmesser der Patrone betrug 10 mm. Die Höhe der Pressform wurde mit 10 mm gewählt, so dass die Patrone um insgesamt 3 mm überstand, d. h., dass auf jeder Seite der Pressform I, 5 mm der Patrone herausragte.
Um im Innern der Patrone einen Druck von 800 kg/mm2 zu erzeugen, wurden die überstehenden Pa- tronenteile mittels einer 300 t-Presse in die Pressform hineingestaucht. Die Belastung der Patrone an ihren Stirnflächen betrug somit 800-1000 kg/mm2. Um zu erreichen, dass die Pressform in ihrem Innern eine Zone erhöhter Druckbelastbarkeit aufwies, u. zw. genau an der Stelle, an der sich die Patrone befand, wurde auf die Pressform ein zusätzlicher Pressdruck zur Einwirkung gebracht, der in unmittelbarer Nähe der
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Patrone 500 kg/mm2 betrug und der sich langsam zum Aussenrand der Pressform hin abbaute. Dies konnte bei den ausgeführten Versuchen auf verschiedene Weise erreicht werden, ganz in Übereinstimmung mit dem, was oben beschrieben worden ist.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung hoher allseitiger Drücke im Innern einer Patrone, bei welchem diese Pa- trone in eine sie seitlich umschliessende Pressform eingesetzt und durch Ausübung einer Presskraft auf ihre
Stirnflächen plastisch verformt wird, nach Patent Nr. 217435, dadurch gekennzeichnet, dass eine In glei- cher Richtung wie die Presskraft wirkende Kraft gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge auch auf die
Pressform zur Einwirkung gebracht wird.