DE1450437C3 - Preßkolben und Zylinder einer Hochdruckanlage für das Unterdrucksetzen einer Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Preßkolben und Zylinder einer Hochdruckanlage für das Unterdrucksetzen einer Probe, der mit Übermaßsitz unter ao Druck im Zylinder verschiebbar ist.

Eine der meist verwendeten und brauchbarsten Einrichtungen, um einen hohen Druck zu erreichen, ist ein Zylinder, in dem ein Preßkolben verschiebbar ist, wobei gewöhnlich ein den Druck übertragendes Medium verwendet wird, so daß der erzeugte Druck annähernd den gewünschten isostatischen Bedingungen genügt.

Es ist bekannt, daß, wenn das den Druck übertragende Medium im Zylinder unter Druck gesetzt wird, der Zylinder sich in radialer Richtung stärker ausdehnt als der Preßkolben. Steigt der Druck im Zylinder an, so erhöht sich ebenfalls das Spiel zwischen Preßkolben und Zylinder.

Es wurden bisher verschiedene Maßnahmen angewandt, um den Zwischenraum, der durch die verschiedene Ausdehnung von Preßkolben und Zylinder erzeugt wurde, abzudichten. Bei geringeren Drucken (im allgemeinen unter 7000 at) ist ein öl, z. B. Erdöl, das beste Druckübertragungsmedium. Dieses öl kann im Zylinder durch ein Dichtungsmaterial oder einen O-Ring abgedichtet werden. Isostatische Druckbedingungen können durch diese Maßnahme im Zylinder jedoch nur bis zu etwa 7000 at unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden Dichtung erhalten werden. Bei Drücken zwischen etwa 3500 und 14 000 at werden verschiedene Salze, wie z. B. NaCl oder KCl, teilweise verflüssigt und können dadurch als Druckübertragungsmittel verwendet werden. Diese zum Teil flüssigen Salze verfestigen, wenn sie aus dem Zylinder in eine Zone geringeren Drucks gepreßt werden, und dienen dadurch als Dichtung. Salze sind jedoch keine zufriedenstellenden Druckübertragungsmedien, da sie in Längsrichtung des Zylinders bedeutend größere Drucke als in radialer Richtung erzeugen, so daß im Zylinder kein isostatischer Zustand erhalten wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Preßkolben und dem Zylinder zu schaffen.

Man hat in Motoren bereits Kolben oder Zylinder mit einem harten aufgeschweißten Bronzeüberzug versehen (deutsches Gebrauchsmuster 1255 186 und britische Patentschrift 556 394) und ferner den Zylinder mit Metallen ausgekleidet, die mit Quecksilber ein Amalgan bilden, wie Kupfer und Silber, um eine bessere Abdichtung zwischen Zylinder und Kolben zu erzielen (USA.-Patentschrift 2 449 771). Derartige Schichten waren dazu bestimmt, ein Anfressen der Laufflächen, das zu Undichtigkeiten führt, zu verhindern.

Ferner ist es bekannt, in Höchstvakuumflanschdichtungen, welche auf hohe Temperaturen bis etwa 400° C angeheizt werden, eine Dichtungslippe mit einem weicheren korrosionsfesten Metall, vorzugsweise Gold, zu belegen (deutsches Gebrauchsmuster 1817 325).

Bei einer Hochdruckanlage, in welcher ein Preßkolben mit Übermaß im Zylinder verschiebbar ist, liegen Verhältnisse vor, die nicht mit den bekannten Zylinder-Kolben-Abdichtungen vergleichbar sind, der es dort in erster Linie darum geht, den durch die ständige Kolbenbewegung auftretenden Verschleiß gering zu halten, während dieses Problem bei einem Preßkolben von untergeordneter Bedeutung ist. In ähnlicher Weise treten in einer Flanschdichtung keine Probleme auf, die durch unter Preßsitz bewegte Teile hervorgerufen werden.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche von Kolben und/oder Zylinder zwecks Abdichtung mit einer Goldschicht versehen ist, deren Reinheit im wesentlichen dem Reinheitsgrad von Elektrolytgold entspricht und deren Dicke zwischen 0,00254 und 0,0254 mm liegt.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß eine Goldschicht dieser Reinheit und Dicke ungeachtet der auftretenden hohen mechanischen Beanspruchung eine zufriedenstellende Abdichtung gewährleistet und erstmals das Erreichen von Drücken bis 21 000 at in einer Kolben-Zylinderanordnung ermöglichte, ohne daß ein äußerer Druckbehälter die unerwünschte Ausdehnung des Zylinders begrenzte.

Dabei hat sich ferner gezeigt, daß andere weiche Metalle wie Kupfer oder Indium wider Erwarten nicht an Stelle der erfindungsgemäß vorgesehenen Goldschicht verwendet werden können.

Bei Verwendung einer Kupferschicht trat bei wiederholter Druckanwendung eine zu starke Erhärtung auf, und bei Indium hat sich ergeben, daß Indium in die Gitterzwischenräume des Metalls der Zylinder-Kolben-Anordnung eindringt, und dabei eine bedenkliche Schwächung des Metalls hervorruft.

Bei der dargestellten Ausführungsform (s. Zeichnung) der Hochdruckanlage 19 nach der Erfindung ist in einem Druckbehälter 10, der mehrere Verstärkungszylinder 11 aufnimmt, ein Zylinder 15 vorgesehen, in dem ein Preßkolben 21 verschiebbar ist. Der vordere, im Durchmesser verringerte Teil 20 des Preßkolbens 21, ist mit einer dürmen Goldschicht 23 überzogen. Dieser Teil ist mit Übermaßsitz von etwa 0,0254 mm in einem ebenfalls mit einer dünnen Goldschicht 22 überzogenen Zylinder 16 verschiebbar, welcher eine Druckkammer 25 begrenzt. Der Preßkolben ist mit seinem hinteren Teil im Ringraum 24 gleitbar.

Im Druckbehälter 10 sind mit Preßsitz mehrere von in vertikaler Richtung. übereinandergestapelte Ringe 11 angeordnet. Ein Zylinder 12 mit einem Druckbegrenzungsventil 13 und einer Bohrung 14 ist mit Preßsitz in dem zylindrischen Hohlraum, der durch die Ringe 11 bestimmt ist, angeordnet. Im Zylinder 12 ist ein Zylinder 15 mit Preßsitz angeordnet. Eine Bohrung 14 führt durch den Zylinder 15, um eine Kommunikation des Ventils 13 und des Ringraums 24 zu bewirken. Die Zylinder 12 und 15 besit-

zen vorzugsweise dieselbe Länge wie der Druckbehälter 10. Der Zylinder 16, der mit Preßsitz im Zylinder 15 angeordnet ist, ist mit einer Goldschicht 22 überzogen, die etwa 0,0254 mm stark ist. Der Zylinder 16 ist etwa halb so lang wie der Hohlzylinder 15 und erstreckt sich fast bis zum Boden des Hohlzylinders 15, wo er mit einem Verschlußteil 17 aus Saphir in Verbindung steht. Dieser Verschlußteil ist in den Boden des Zylinders 15 eingepaßt und besitzt einen Teil 18 mit reduziertem Durchmesser, der sich in das Innere des Zylinders 16 erstreckt, um einen Verschluß des unteren Teils der Druckkammer 25 zu bilden.

Sowohl der Preßkolben als auch der Zylinder bestehen aus Stählen, die die größte zur Verfügung stehende Festigkeit haben, so daß sie den gewünschten Drücken widerstehen können. Die aneinanderliegenden Goldschichten sind aus reinem Weichgold hergestellt, wie es durch Aufgalvanisieren erhalten werden kann, und diese Weichgoldschichten können auf dem Preßkolben und/oder dem Zylinder durch bekannte Galvanisierverfahren niedergeschlagen werden, mit denen ein reiner Weichgoldüberzug von ganz bestimmter Stärke erhalten werden kann. Die Bezeichnung »Weichgold«, wie sie in dieser Beschreibung gebraucht wird, bezeichnet ein Gold mit einer 25 g 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 der Goldschicht in dem Bereich von 0,0025 bis 0,025 mm sein soll und daß Goldschichten, 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 eine Probe in die Druckkammer 25 eingebracht und der Rest dieses Raumes mit einem Druck übertragenden Medium, wie z. B. öl oder Wasser, gefüllt. Der Teil 20 mit dem geringeren Durchmesser des Preßkolbens 21 wird zum Teil in den Zylinder 16 eingesetzt und dann der Ringraum 24 mit dem den Druck übertragenden Medium angefüllt. Das Druckbegrenzungsventil 13 wird auf einen gewünschten Druck eingestellt, und der Druckbehälter wird dann in eine Presse, wie z. B. eine Presse mit einem hydraulischen Kolben, eingesetzt, um den Preßkolben 21 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 ohne Leckverlust erreicht werden.

Es hat sich gezeigt, daß sogar bei wiederholtem Gebrauch die überzogenen Oberflächen an der Stelle des Übermaßsitzes nirgends verkratzt oder beschädigt wurden und daß eine spiegelnde Oberfläche beibehalten wird sowie die Abnutzung der überzogenen Oberfläche relativ gering ist, selbst wenn der Preßkolben bei anfänglichen seitlichen Belastungen von über 7000 at eingetrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Preßkolben und Zylinder einer Hochdruckanlage für das Unterdrucksetzen einer Probe, der mit Übermaßsitz unter Druck im Zylinder verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche von Kolben und/oder Zylinder zwecks Abdichtung mit einer Goldschicht versehen ist, deren Reinheit im wesentlichen dem Reinheitsgrad von Elektrolytgold entspricht und deren Dicke zwischen 0,00254 und 0,0254 mm liegt.