DE1752740B2 - Druckgefäß für die Hochdruckformgebung von Metallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung hczieht sich auf ein Druckgefäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Gat tung. Bei einem solchen in F i g. I schematisch dargestellten bekannten Druckgefäß ist der erforderliche Durchlaß /um Stützdruckraum durch die äußere zylindrische Wandung hindurchgeführt und schwächt diese in unerwünschter Weise, weil bei der Hochdruckformgebung der verfügbare Arbeitsdruck vor allem durch die festigkeit der für die Gefäßwandung verfügbaren Werkstoffe bestimmt ist. Die Verlegung des Durchlas ses in eines der an die zylindrischen Wandungen anschließenden Verschlußstücke, wie es aus der US-PS 34 09j bekannt ist. würde /war zur Fntlastung der äußeren Wandung führen, aber wegen der unmittelba- SS ren Finmundung des Durchlasses in den Stüt/druckraum dessen Abdichtung durch die bewahrten Hochdruckdichtlingen nicht mehr zulassen. Deshalb bietet sich als ein/ige Möglichkeit nur noch an. den Durchlaß durch die innere zylindrische Wandung zu führen, wie < >o es im Prin/ip beispielsweise aus der |A-PS 40-2946 an sich bekannt ist. Dieser Weg gestaltet es die Hochdruckdichtungcn beizubehalten. Schwierigkeiten ergeben sich dabei aber insofern, als ein Anschluß einer Dmckmittcllciiung an die innere zylindrische Wandung ⁽'5 wegen der im Wege stehenden Verschlußstücke nicht ohne weiteres möglich ist.

F.s stellt sich daher die Aufgabe, den Durchlaß zum Stützdruckraum so zu gestalten, daß sowohl die Abdichtung der Druckräume gewährleistet als auch eir von außen zugänglicher Anschluß der Druckmittellei tung an den durch 4äe innere zylindrisch Wandung _Λ führenden Durchlaß ermöglicht ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die in Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale

gelöst. . . r-L r

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausfuhrungsfor men der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet

Die Erfindung wird nachfolgend im Vergleich zun Stand der Technik an Hand der in den Zeichnunger veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erlau

tert Es zeigt
F i g. 1 den Längsschnitt eines bekannten Druckgcfa

ßes. , . ...

F i g 2 und 3 Längsschnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckge fäßes,

F ig.4 eine teilweise geschnittene, perspektivisch«. Darstellung einer Ausführungsform für eine lnnenwan dung d-r Druckgeläße nach F 1 g. 2 und 4.

Das bekannte Druckgefäß 20 nach F 1 g. 1 bestehi aus einem als äußere Wandung dienenden Außen/ylm der 22. einem als innere Wandung vorgesehenen Innen zylinder 24 sowie aus einem oberen und unteren, jeweils eine Hochdruckdichtung 29 abstützenden Ver schlußstück 26 bzw. 27. Die beiden Verschlußstücki stehen mit dem Außenzylinder und dem Innenzylindei in Verbindung und bilden einen nutzbaren Innendruck raum 30 sowie einen äußeren Stützdruckraum 32. Ge gensinnig wirkende Kolben 34 und 35 greifen in der Innenzylinder 24 und dienen zur Unterdruckset/un^ einet Flüssigkeitsfüllung 36 des letzteren. Die Flüssig keitsfüllung 38 des Stüt/druckraumes 32 wird über eint Radialbohrung 39 des Außen/ylindcrs eingeführt ur.c unter Druck gesetzt.

Durch das Vorhandensein der Radialbohrung 3^C wird die Druckfestigkeit des Außen/ylinders in Ver gleich zu einem solchen mit ununterbrochener Zylin derwandung weseniiich herabgesetzt. Der Grund hier für liegt in Spannungskon/entrationen in den Berci chen A der inneren Mündung der Radialbohrung.

Das erfindungsgemäße Druckgefäß 120 nach F i g. I weist einen als innere Wandung vorgesehenen Innen zylinder 124. einen als äußere Wandung vorgesehene! Außen/ylinder 122 sowie als festes Bauteil vorgesehen! obere und untere Verschlußstücke 126 b/w. 127 auf. dii einen inneren Arbeitsdruckraum 130 und einen Stütz druckraum 136 begrenzen. Die Verschlußstücke 130 136 sind mit Gewindeansät/en geringeren Durchmes sers in entsprechende Gewindeabschnitte 125 de Außenzylinders eingeschraubt und siiit/cn sich mi Bundflächen 131 bzw. 132 an den Stirnflächen de Außenzylinders ab. An die Gewindeabschnitte 125 de Außenzyiinders schließen sich gemäß F i g. 2 Umfangs nuten 135 zur Aufnahme der in F i g. I mit 29 bezeich neten Hochdruckdichtungen 137 an. die andererseit mit der Außenfläche des Innen/.ylinders 124 in Verbin dung stehen. Diese Hochdruckdichiungen bcstchci z. B. aus Tetrafluoräthylen und sind mit üblichen Stütz ringen versehen, welche der unter Hochdruck auflrc (enden Fließneigung entgegenwirken.

Das obere Verschlußstück 126 weist eine Zentral bohrung 140 mil einer Auskleidung 141 a■ 1 f. die /usam inen mit einem hülsenförmigcn Ansät/ 142 über die In nenfläche des Verschlußstiickcs 126 vorsteht und siel

mit einem verstärkten inneren Endabschnitt 143 in Richtung nach außen gegen eine Schulter der Bohrung 140 abstützt Die Auskleidung ist in dieser Bohrung mit Schrumpfsitz befestigt. Ober den durch die Auskleidung 141 gebildeten Zuführkanal wird der Arbeitsdruckraum 130 mit einer Druckflüssigkeit gefüllt, die z. B. einen Druck von 22 000 atü aufweist. An der gegenüberliegenden Innenfläche des unteren Verschlußstückes 127 ist ebenfalls ein Ansatz 145 vorgesehen, jedoch ohne Zentralbohrung. Zwischen den Ansätzen 142 und 145 einerseits und der Innenfläche des Innenzylinders 124 andererseits sind ringförmige Nuten gebildet, in denen Dichtringe 144 für den Abschluß des A rbeitsdruckrauns 130 sitzen. Werkstoff und Aufbau dieser Dichtringe entspricht dem der Hochdruckdichtungen 137 zwischen Innen- und Außenwandung.

An die untere Stirnfläche des Innenzylinders 124 ist ein Rohrabschnitt 150 mit einem zentralen Durchlaß 152 einstückig angeformt. Dieser Durchlaß erstreckt sich in Axialrichiung bis in die Wandung des Innenzylinders und mündet dann mit einem radialen Abschnitt an der Außenfläche des Innenzylinders in den Stütz druckraum 136. Infolge der einstückigen Ausbildung mit dem Innenzylinder werden Spannungskonzcrnrationen bei der Zufuhr von Hochdruckflüssigkeit in die Stützkammer vermieden. Der Rohrabschnitt 150 erstreckt sich durch eine Axialbohrung 151 des unteren Verschlußstückes 127 und ist über eine Druckleitung 15 J mit einer nicht dargestellten, von der Einstellung des Druckes in den Arbeitsdruckraum 130 unaHhängigen Druckquelle verbunden.

Zum Betrieb für Zwecke der Hochdruckverformung von Metallen kann der Arbeitsdruckraum 130 durch Herausschrauben des oberen Verschlußstückes 126 leicht geöffnet und nach Einsetzen eines Rohlings in eine nicht dargestellte Bearbeitungsvorrichtung sowie zweckmäßig auch nach Einfüllen der Arbeitsflüssigkeit wieder verschlossen werden. Auch der Stützdruckraum 136 wird zweckmäßig bei geöffnetem Gefäß mit seiner Flüssigkeitsfüllung versehen. Bei verschlossenem Gefaß werden die Drücke in dem Arbeitsdruckraum 130 sowie in der Stützkammer 136 über die entsprechenden Zuführorgane voneinander getrennt, jedoch in vorgegebenem Verhältnis erhöht, bis der Arheitsdruckraum den vorgesehenen Arbeitsdruck erreicht, /.B. einen solchen in dem erwähnten Höchstdruckbereich. Der entsprechend anwachsende Stützdruck in der Stützkammer bewirkt, daß der Innenzylinder nur vergleichsweise geringen radialen Differenzdrücken unterliegt, so daß insbesondere auch im Bereich des Durchlasses 152 und des angeformten Rohrabschnittes 150 keine unzulässig hohen Spannungskonzentrationen entstehen. Der höher belastete Außenzylinder unterliegt dagegen infolge Fehlens jeglicher Zuführbohrungen keiner wesentlichen Inhomogenität des Spannungsverlaufs und ist somit im wesentlichen frei von Spannungsanhaufungen.

Das in F i g. 3 dargestellte Druckgefäß 330 weist ebenfalls einen Innen/.ylinder 324, einen Außen/ylinder 322 sowie ein oberes und unteres Verschlußstück 326 bzw. 327 mit Arbeitüdruekraum 330 und Stützdruckraum 336 auf. Für die F.inschraubbcfestigungen 328 und 329 der Verschlußstüeke im Außenzylinder mit Abstützung an den Stirnflächen 331 und 332 sowie für die Abdichtung des Stützdruckraums 336 mit Hochdruck- &5 dichtringen 337 gilt Entsprechendes wie für die ausführlich erläuterte Ausführung nach F i g. 2.

Bei dem Druckgefäß nach F i g. 3 sind für die Unterdrucksetzung des Arbeitsdruckraums in Axialbohrungen 340 der beiden Verschlußstüeke 326,327 verschiebbar gelagerte, gegenläufig arbeitende Kolben 343 bzw. 344 vorgesehen, die mit entsprechenden Hochdruckdichtringen 345 bzw. 346 sowie der Fließneigung entgegenwirkenden Stützringen 347 versehen sind. Die Dichtringe können beispielsweise als einfache O-Ringe aus geeignetem Werkstoff ausgeführt sein. Abweichend von der Ausführungsform nach F i g. 2 ist bei dem Druckgefäß nach F i g. 3 der achsparallele Abschnitt des Durchlasses 352 bis in den mittleren Bereich des Innenzylinders verlängert und mündet hier über eine Radialbohrung in den Stützdruckraum. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schwächung bzw. Spannungsanhäufung im Innenzylinder infolge dieser Radialbohrung jedenfalls in einen Bereich mit gleichmäßiger lnnendruckverteilung, d. h. einen von Biegespannungen freien Zylinderabschnitt, fällt. Bei entsprechender Einstellung des Stützdruckes kann die Beanspruchung des Innenzylinders im übrigen auch bei der insgesamt ungleichmäßigen Spannungsverteilung infolge der zusam menrückenden Kolben in den praktisch wichtigen Anwendungsfäilen unterhalb der zulässigen Grenzen ge halten werden. Im übrigen entspricht die Arbeitsweise dieser Ausführung den an Hand von F 1 g. 1 gegebenen Erläuterungen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß alle Ausführungen des erfindungsgemäßen Druckgefäßes durch die Freihaltung des hochbelasieten Außenzylinders von Durchbrüchen gegenüber bekannten Druckgefäßen eine wesentliche höhere Festigkeit besitzen. Darüber hinaus bietet die Ausführung nach F i g. 3 noch den Vorteil einer gleichmäßigen Arbeitsdruckverteilung über die Zylinderlänge.

Die innere Wandung des Druckgefäßes kann aus einem segmentförmig aufgeteilten Innenzylinder bestehen mit dem Vorteil einer von tangentialen Zugspannungen freien Radialkraftübertragung bei hohem Arbeitsdruck und Stützdruck. Ein solcher Segmentzylinder mit einer Vielzal von im Querschnitt komplementär ausgebildeten Segment- bzw. Keilstücken 410 und 412 ist in Fig.4 dargestellt. Innen und außen sind diese Segment- und Keilstücke in vergleichsweise dünnwandige, dehnfähige Zylindermäntel 414 und 416 eingefaßt, die infolge ihrer Dehnfähigkeit keine wesentliche tangentiale Zugspannung aufnehmen und lediglich der Abdichtung dienen, ihrerseits aber durch die Segment- und Keilstücke mit ihrer lückenlos zylindrischen Außen- und Innenfläche abgestützt werden. Die erfindungsgemäße Druckzuführung für den Stützdruckraum ist, wie aus F i g. 4 ersichtlich, in Form eines an ein Keilstück 418 angeformten Rohrabschnittes mit Durchlaß 452 vorgesehen.

Abschließend ist hervorzuheben, daß die erfindungsgemäßen Druckgefäßkonstruktionen im allgemeinen keine speziellen, komplizierten Bearbeitungsgänge bei der Formgebung der verschiedenen Bauelememe, insbesondere der Innen- und Außenzyltnder sowie der Verschlußstüeke und der Kolben erforderlich machen. Entsprechendes gilt innerhalb eines weiten Druckbereiches auch für die zu verwendenden Werkstoffe, wofür z. B. in vielen Füllen ein IBprozentiger Nickelstahl ausreichend ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckgefäß für die Hochdruckformgebung von Metallen mit einer inneren, einen Arbeits- bzw. Druckraum umschließenden zylindrischen Wandung, einer mit dieser einen ringförmigen Stützdruckraum bildenden äußeren zylindrischen Wandung und mit zwei die beiden Wandungen zentrierenden, den Druckraum stirnseitig begrenzenden sowie mit der äußeren Wandung verbundenen Verschlußstücken, die den Stüt/druckraum siirnseitig mittels Hochdruckdichtungcn abschließen, ferner mit einem von außen /um Stülzdruckraum führenden und quer zur Achse der zylindrischen Wandungen einmündenden Druckmitteldurchlaß, dadurch gekennzeichne», daß der Druckmitteldurchlaö (152,352) in Form einer Bohrung paral IeI zur Achse der inneren zylindrischen Wandung (124. 324) zunächst in einem an diese einstückig angeformten, eines der Verschlußstücke (127, 327) durchsetzenden Rohrabschnitt (150. 350). dann weiter in der inneren Wandung (124. 324) und vom F.nde der Bohrung durch eine zum Stützdruckraum (136. 336) abzweigende Bohrung verlauft.

2. Druckgefäß nach Anspruch !,dadurch gekenn zeichnet, daß der Rohrabschnitt (150. 350) das Ver schlulistück(l27, 327) in einer Aussparung (J51. 351) nut Spiel durchsetzt.

} Druckgefäß nach \nspruch 2. dadurch gekenn zeichnet, daß die innere Wandung (124. 324) als .Segmentzylinder aus einer Vielzahl von sich in Zylindcrlangsachse erstreckenden, komplementären Teilstucken (410. 412. 418) besteht und der Rohrab schnitt sowie die Axial- und Abzweigbohrungen des Durchlasses (152) an einem der Keilstücke (418) vorgesehen sind.