DE1450437A1 - Hochdruckdichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte
DR.-ING. WALTER ABITZ

München

16. Januar 1964 P-339

UNITED STATES ATOMIC ENERGY COMMISSION Germantown, Maryland VoSt₀A.

Hochdruckdiohtung

Die Erfindung betrifft Dichtungen für Druckbehälter und insbesondere eine Hochdruckdichtung für 'eine Druckerzeugungsanlage, die einen Druckkolben und einen Zylinder aufweist.

Sine der meist verwendeten und brauchbarsten Einrichtungen, um einen hohen Druck zu erreichen, ist eine Anordnung aus Druckkolben und Druckzylinder, in der der Kolben gleitbar in dem Zylinder oder dem Gesenk, das einen Druckraum einachllesst, angeordnet ist« Ein den Druck übertragendes Medium wird gewöhnlich in einem sol-

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chen Druckraum verwendet, so dass der erzeugte Druck annähernd den gewünschten isostatisohen Bedingungen

Es ist bekannt, dass, wenn das den Druck übertragende Medium in dem Druckraum unter Druck gesetzt wird,, das Gesenk sich in radialer Richtung mehr ausdehnt als die radiale Ausdehnung des Kolbens beträgt. Wenn der Druck in der Druckkammer ansteigt, steigt ebenfalls dr.a Spiel zwischen Kolben und Zylinder an. Selbstverständlich hängt der Druck, bei dem dieser unerwünschte Spielraum auftritt, von dem Konstruktionsmaterial und der Konstruk·= tion des Druckbehälters ab. Jedoch hängt die ßrösse des Drucks, der in dem Druckraum erreicht werden kann, letzt·=· lieh von der Fähigkeit der Anordnung ab, den Spielraum, der zwischen dem Kolben und dem Zylinder entsteht, wenn der Druck ansteigt, abzudichten.

Es wurden bisher verschiedene Massnahmen angewandt, um den Zwischenraum, der durch die verschiedene Ausdehnung von Kolben und Gesenk beziehungsweise Zylinder erzeugt wurde, abzudichten. Bei geringeren Drucken (im allgemeinen unter 7 000 at) ist ein öl, zum Beispiel Erdöl, das beste Druckübertragungsmediumο Dieses öl kann in dem

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Druökraum/durch ein Dichtungsmaterial oder einen O-Ring abgedichtet werden)» Isostatische Druckbedingungen können durch diese M#esnahme in einer Anlage, die aus Kolben Zylinder besteht, jedoch nur bis zu etwa 7 000 at

gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden Dichtung erhalten werden* Bei Drucken zwischen etwa 3 500 und 14 000 at werden verschiedene Salze, wie zum Beispiel RaCl oder KCl, teilweise verflüssigt und können dadurch ale Druckübertragungsmittel verwendet werden. Diese zum jeil flüssigen Salze verfestigen, wenn cie aus der Druckkammer in eine Zone geringeren Drucks in dem Druckbehälter auegepresst werden, und dienen dadurch als Dichtung. Salze .sind jedoch keine zufriedenstellenden Druckübertragungemedien_f da Gie in Längsrichtung der An= lage bedeutend grössere Drucke als in radialer Richtung erzeugen, so dass in der Druckkammer oder dem Druckraum kein-i8Q9tatiseher zustand erhalten.wird.

Ee iet deshalb ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Abdichtung in einem einen Kolben und einen Zylinder aufweisenden Druckbehälter zu schaffen.

3Sia ifeitejfee Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine

Einrichtung zum Abdichten eines fliessfähigen_t Druck Übertragenden MediusB in dem zwischen einem

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Kolben und einem Zylinder eingeschlossenen Druckraum eines Druokbehälters zu schaffen«

Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung, tatsächlich isostatische Zustände bei hohen Drucken in einem von einem Kolben und einem Zylinder eingeschlossenen Druckraum zu schaffen. .

Diese und andere Ziele der Erfindung werden erreicht, indem eine Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder geschaffen wird, die erfindungsgemäss aus einer dünnen Goldschicht auf wenigstens einer der Berührungsflächen dieser Teile besteht„

Überraschenderweise wurde gefunden * dass eine dünne Oxidschicht, die auf die Kontaktflächen dee Kolbens oder des Zylinders niedergeschlagen wird, insbesondere wenn diese im Paasitz ineinander angeordnet sind,, eine wirksame Ab· dichtung schafft, um ein Durchtreten eines unter Druck stehenden Druekübertragungsmittels durch die Dichtung aus dem Druckraum heraus zu vermeiden«, Die Golddichtung kompensiert die unterschiedliche radiale Expansion der verschiedenen Teile in dem Druckgefäas und isostatisohe . Drucke von über 21 000 r*t könnten erreicht werden,, Bis-

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her waren solche Drucke in einer Art Anordnung mit Kolben und Zylinder unerreichbar, wenn nicht mit einem äusseren Druckbehälter gearbeitet wurde, um die unerwünschte Ausdehnung des Zylinders zu verhindernο

Anhand der Zeiohnung wird die Erfindung näher erläutert«

Der Ausdruck "Sitz mit Passung oder Passitz (interference fit)*¹ wird im üblichen Sinn verwendet, um einen Sitz zu kennzeichnen, bei dem (im Gegensatz zum Spiel) der Kol·» ben und der Zylinder der Druckanordnung miteinander im Eingriff stehen, wenn der Kolben eingesetzt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung iet in einem kolbenartigcn Druckbehälter₉der ein Gesenk 10 aus mehreren aufeinander aufgeschrumpften ₄ ineinander geschachtelten Verstärkungszylindern besteht» ein abgestufter Kolben 19 gleitbar in dem Zylinder 16 angeordnet„ um einen Druckraum 25 zu bilden. Der Teil 20 des abgestuften Kolbens 19i der den kleineren Durchmesser aufweist» ist mit einer dünnen Goldschicht 23 überzogen. Dieser Teil passt in den ebenfalls mit einer dünnen Goldschicht 22 überzogenen Zylinder 16 des Gesenks 10» so dass eine hochdruckdichte Abdichtung des Druckraums 25 dadurch gebildet ist.

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Das Gesenk 10 besitzt eine, in Längsrichtung gesehen zylindrische öffnung, in die im Pressitz mehrere von in vertikaler Richtung übsreinandergestapelte Ringe 11 ange-

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ordnet sind,, Ein erster hohler Zylinder 12 mit einem Druckbegrenzungsventil 13 und einer Bohrung 14 iet im Pressitz in dem zylindrischen Hohlraum, der durch die inneren Oberflächen der Ringe 11 bestimmt ist₈ angeordnet. In dem ersten Zylinder 12 ist ein zweiter hohler Zylinder 15 im Presaitz eingepasst,, Die Bohrung 14 führt ebenfalls durch den zweiten Zylinder 15» um eine Kommunikation des Ventils 13 und des Ringraums 24 zu bewirken. Die hohlen Zylinder 12 und 15 besitzen vorzugsweise dieselbe Länge wie das Gesenk 10. In dem zweiten hohlen Zylinder 15 sitzt im Pressitz ein Druckzylinder 16, der mit einer Goldschicht 22 überzogen ist, die etwa 0,0254 mm stark ist* Der Druckzylinder 16 ist etvm halb so lang wie der zweite Zylinder 15 und erstreckt sich fast bis zum Boden des zweiten Zylinders 15» wo er mit einem Verschluss«= teil 17 aus Saphir in Verbindung steht. Dieser Verschluss*= teil ist in den Boden des zweiten Zylinders 15 einge«= passt und besitzt einen Teil 18 mit reduziertem Durchmes« ser, der sich in das Innere des Druckzylinders₍16 erstreckt, um einen Verschluss des unteren Teils der Druckkammer 25 zu bilden«,

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Ein abgestufter KojLben 19 besitzt einen Teil 20 mit kielnei^ÜD und einen Teil 21 mit grösserem Durchmesser. Die Kontaktoberfläche des Teils 20 des Kolbens 19 mit dem kleineren Äirehmeseer ist mit einer Goldechicht 23 von •twi£iiiiÖi5'4. am Stärke Überzogen und der Durchmesser dieses Teile ist so gewählt, dass er in den Druckzylinder 16 mit •inen Oienaase von etwa 0,0254 mm passt, nachdem die Icmtaktoberfläohen mit Gold Überzogen wurden. Der Teil alt dem grösseren Durchmesser des Kolbens 19 ist so aus» gelegt, dasβ er sich in dem oberen Teil des zweiten Zylinders 15 dicht an diesen anschmiegt., jedoch noch in dieeen Zylinder gleiten kann»

Xn der herausgezogenen Stellung, die in der Zeichnung dargestellt 1st, bildet der Teil 20 mit dem kleineren Burohmesser des Kolbens 19 und der Zylinder 15 einen Ringrauo 24. Der Druckraum 25ι Ser als Probenraum und als Behälter für das den Druck Übertragende Medium dient _t wird von dem Verschlucn 17, dem Teil 20 mit den kleineren Durchmesser des Kolbens 19 und der Innenfläche de3 Druclaylinders 16 bestimmt.

Sowohl der Kolben ala auch das Gesenk sind vcr:.y_-weise aus Stählen, die die grösste zur Verfugung stehende Fe=

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stigkeit besitzen, konstruiert, so dass sie den gewünschten Drucken widerstehen können. Die aneinanderllegenden Goldschichten sind vorzugsweise aus reinem Weichgold hergestellt, wie es durch Aufgalvanisieren erhalten werden kann und dieee Weichgoldschichten können auf dem Kolben- und/oder dem Zylinder durch irgendein bekanntes Galvanisierverfahren niedergeschlagen werden, mit dem ein reiner Weichgoldüberzug von ganz bestimmter Stärke erhalten v/erden kann. Die Bezeichnung "Weichgold", wie sie in dieser Beschreibung gebraucht wird, bezeichnet ein Gold mit einer 25 Gramm Knoop-Härte von weniger als 100 auf der Oberfläche des Goldüberzugs. Überzüge aus unreinem und härterem Gold neigen dazu, von der überzogenen Oberfläche abzublättern. Es wurde.gefunden, dass die Stärke des Weichgoldüberzugs in dem Bereich von 0,00254 bis 0,0254 mm sein soll und dass Stärken des Überzugs, die über 0,0254 mm hinausgehen* vermieden werden, sollen, da durch die Kolbenbewegung das über diese Schichtstärke hinausgehende Gold dazu neigt, von den überzogenen Oberflächen abzublättern. .

Im Betrieb wird bei Verwendung des Druckbehälters,der oben beschrieben wurde, und bei herausgezogenem Kolben 19 eine Probe in den Druckraum 25 eingebracht und der

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Rest dieses Baumes mit einem Druck übertragenden Medium, wie «um Beispiel öl oder Wasser, gefüllt. Der Teil 20 mit dem geringeren Durchmesser des Kolbens 19 wird zum Teil in den Zylinder 16 eingesetzt und dann der Hingraum 24 mit dem den Druck übertragenden Medium angefüllt, sowie der Teil 21 mit dem grösseren Durchmesser des Kolbens 19 in den Zylinder 15 eingesetzt. Das Druckbegrenzungsventil 13 wird auf einen gewünschten Druck eingestellt und der Druckbehälter wird dann in eine Presse, wie zum Beispiel eine Presse mit einem hydraulischen Kolben, eingesetzt, um den Druckkolben in dem Gesenk unter axialen Druck zu setzen.

Unter Verwendung der aus Kolben und Zylinder bestehenden Druckanlage mit der Golddichtung und einem flüssigen, den Druck übertragenden Medium, wie sie -oben beschrieben wurden, konnten regelmässig isostatische Drucke von über 21 000 'at und gelegentlich über 24 500 at erreicht werden ohne Leckverlust durch die Dichtung, was durch die unterschiedliche radiale Ausdehnung des Kolbens und des Gesenks bedingt ist»

Zusätzlich zu der Fähigkeit der Golddichtung, die unterschiedliche radiale Ausdehnung in dem Druckbehälter zu

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kompensieren» wurde gefunden, dass sogar bei wiederhol- _. tem Gebrauch die Überzogenen Oberflächen ·» der Stell· dee feessaitzes mit übermaee nirgöndö vertratit oder beschädigt wurden und dass eine spiegelnde Oberflä che beibehalten wird aowie die Abnutzung der Überzogenen Oberflächen relativ gering ist, selbet wenn der Kolben bei anfänglichen seitlichen Belastungen von über 7 000 at eingetrieben wird. .

Die vorstehenden Ausführungen erläutern lediglich ein " Beispiel der Erfindung« Es ist klar, dass einfachere Aus« führungen, die aus Kolben und Zylinder bestehen, und Gold als Druckdichtung verwenden, bei kleineren Drucken angewandt werden können. . '

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Claims (1)

1. PattntanBcrttohe

   1· Htfohdruokenlage, dia ein Gesenk, dee einen Druokraum einsohlieest_#und einen Kolben, der gleit bar in dem angeordnet ist« aufweist, wobei der Druck«

   geeignet ist, um eine Probe, die unter Brück gewerden soJJL, und ein den Druck Übertragendes Mediua aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aiad£niv$ung ewisohen dem Gesenk und dem Kolben eine

   GoiÖBChioht iet, nit der wenigstens einer el· ? Kontakt«

   oberflächen dieser Seile Überzogen ist, und dass die Goldschicht hinreichend stark ist, um einen Paesitz nit e zwischen den Geßenk\:und dem Kolben zu bewirken·

   2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Goldschicht zwischen 0,00254 und 0,0254 mm stärk ist,

   3· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Zylinderraum des Gesenks als auch der Kolben mit einer Gpldschicht überzogen sind.

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