DE1767561C2

DE1767561C2 - Vorrichtung zur Erzeugung sehr hoher Drücke

Info

Publication number: DE1767561C2
Application number: DE19681767561
Authority: DE
Inventors: James Prouais Par Broue Eure-Et-Loir Basset (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-05-24
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE1767561B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung sehr hoher Drücke mit Hilfe von mindestens drei horizontal angeordneten Druckzylindern, die jeweils in Richtung ihrer in einer gemeinsamen Ebene liegenden zusammenlaufenden Längsachse wirken, derart, daß sie eine Zentripetalkraft auf die je einen dazugehörigen Amboß tragenden Druckkolben ausüben, dessen vertikale ebene Stirnfläche auf der ebenen Seitenfläche des jeweils benachbarten Ambosses gleitet und die zusammen mit Ambossen mit horizontalen Endflächen eine Innenkammer begrenzen.

Mit bekannten Mitteln, wie etwa mit Vierflächner-Pressen oder mit Kegelstempeln, siehe auch die Presse nach der deutschen Patentschrift 1 179 189, läßt sich ein unbegrenzt verkleinerbarer Raum, in dem ein Material unter sehr hohem Druck gesetzt werden kann und das Wegfließen dieses Werkstoffs verhindert werden kann, nicht erreichen, denn bei derartigen Einrichtungen müssen zwischen den benachbarten Druckamboßflächen um so größere Zwischenräume belassen werden, je stärker komprimierbar das zu pressende Material ist, wobei das Material in diese Zwischenräume zu fließen vermag, die Kompressionsfläche vergrößert und die Anlage schnell blockiert; der erforderliche Druck muß in diesem Augenblick erreicht sein, weil keine Möglichkeit besteht, das komprimierte Volumen ncch weiter zu verkleinern. Diese Vorrichtungen erfordern außerdem eine genaue und schwierige Bearbeitung. Es sind zwar auch schon verschiedene Typen von Vorrichtungen der eingangs genannten Art mit Räumen bekanntgeworden, die durch gegeneinander gleitend bewegbare Amboßteile verkleinert werden, aber die Verwirklichung dieser Konstruktionen scheiterte an der Schwierigkeit, eine gleichzeitige seitliche Verschiebung der Druckkolben zu erzielen, wie sie nötig ist, um die Berührung und die Parallelität der Gleitbewegungen der Ambosse zugleich mit ihrem Vorschub zu erreichen. Diese gleichzeitige seitliche Bewegung soll nach der USA.-Patentschrift 3 271502 durch Hilfsdruckpressen oder einen ringförmigen Druckraum erzeugt werden. Alle bekanntgewordenen Konstruktionen sind mechanisch ziemlich kompliziert, wobei dann der zentral liegende Nutzraum schwer zugänglich wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Erzeugung hoher Drücke mit Hilfe von mehreren auf bewegliche Ambosse wirkenden Druckzylindern sicherzustellen, daß gleichzeitig mit der axialen Bewegung des beweglichen Ambosses die tangentiale Bewegung desselben erfolgt, wobei der Amboß auf den Gleitflächen des benachbarten Ambosses gleitet und seine Winkellage nicht ändert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, dadurch, daß erfindungsgemäß eine vertikale Stirnfläche und Seitenfläche eines jeden Ambosses jeweils gleiche Winkel einschließen, die für alle in einer Ebene zusammenwirkenden Ambosse gelten und die gleich 360° dividiert durch die Zahl der in einer Ebene liegenden Druckzylinder sind, und die Ambosse mit horizontalen Endflächen, mit hydraulischem, vertikal gerichtetem Druck beaufschlagt sind und ferner die Druckzylinder um je eine Haltesäule schwenkbar sind und die Achsen der Haltesäulen in der Druckrichtungsebene des entsprechenden Druckzylinders und senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Druckzylinder angeordnet sind, derart, daß die Druckzylinder die Gleitbewegung der Oberflächen der Ambosse aufeinander ihrer Geometrie folgend begleiten und die Parallelität der einander berührenden Amboßflächen dauernd aufrechterhalten.

Die Herstellung dieser Elemente und der ganzen Konstruktion ist sehr einfach und erfordert keine über die übliche Herstellungsgenauigkeit hinausgehende Genauigkeit. Das Konstruktionsprinzip gestattet die freie Drehung der Druckzylinder um ihre Haltesäulen und einen ziemlich leichten Zugang zu den Ambossen oder zu dem innenliegenden Kompressionsraum für Reparatur- und Wartungsarbeiten.

Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und an Hand von Zeichnungen erläutert, die folgendes darstellen:

F i g. 1 einen horizontalen Schnitt durch eine Vorrichtung mit drei waagerechten Druckzylindern 1, Γ, 1", deren Ambosse 3, 3 ,3" einen Kompressionsraum in

Form eines dreiseitigen vertikal stehenden Prismas abgrenzen, dessen Volumen hier, am Ende der Bewegung der Vorrichtung, auf Null zusammengeschrumpft ist,

F i g. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Vorrichtung zu Beginn eines Arbeitsspiels, wobei der zentrale Raum 13 sein maximales Anfangsvolumen einnimmt,

F i g. 3 einen teilweise ausgeführten Vertikalschnitt längs der Linie HI-HI (Fig. 2), der den einen radialen Druckzylinder 1 zeigt und die beiden Vertikalkräfte ausübenden Zylinder 5 und 5', die auf die beiden Enden des Raums 13 wirken.

F i g. 4 und 5 stellen mit mehr Einzelheiten die der Anordnung der Zusammenhaltambosse 7 und T der Druckzylinder 5 und 5' nach zwei Ausführungsvarianten dar,

F i g. 6 einen horizontalen Schnitt einer Ausführungsform der Erfindung mit vier horizontale.i Druckzylindern in 90° Winkelabstand, deren Ambosse ein zentrales Prisma mit Quadratquerschnitt definieren,

F i g. 7 eine Schemazeichnung, die die Verteilung der Spannungen in der Masse der Ambosse und das schnelle Abnehmen der Spannungen zeigt,

F i g. 8 eine Schemazeichnung für die eventuell erforderliche Anordnung von Rinnen, die das Herausdrükken von Material verhindern, in den Winkeln des Kompressionsraums,

F i g. 9 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit für die Ausführung einer Konstruktion, die iiü unbelasteten Zustand die Winkelversetzung der radialen Druckzylinder auszuführen gestattet, um die Anlage in ihre Ruhelage zurückzuführen.

Bei dem in den Fi g. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der zentrale Raum 13 durch Endflächen der Ambosse 3, 3', 3" aus Material großer Härte begrenzt, in die die Kolben 2, 2', 2" der waagerechten Druckzylinder 1, Γ, 1" auslaufen.

Der Druck der gleichmäßig verteilten Druckzylinder wird auf die feststehenden Säulen 4,4', 4" ausgeübt, um die die Druckzylinder verschwenkt werden können.

Die Säulen werden zwischen dem oberen und dem unteren Querbalken 8 und 10 gehalten.

Die ganze Anordnung ist symmetrisch zu dem Zentralpunkt 0 und kann leicht montiert werden.

Die schematisch als einfach wirkende Arbeitszylinder gezeichneten Druckzylinder werden vorzugsweise doppeltwirkend ausgeführt, um jeweils den Kolben leicht zurückführen zu können.

Der Abstand zwischen Zentralpunkt und Achse der Säulen 4,4', 4" kann so gewählt werden, daß eine vollständige Schwenkbewegung der Druckzylinder möglich ist, damit man ihre Ambosse leicht zum Überprüfen und zum Auswechseln erreichen kann und um auch den zentralen Kompressionsraum zum Einführen der zu komprimierenden Elemente erreichen zu können.

In den F i g. 2 und 7 ist zu erkennen, daß auf die Endfläche 14 jedes Ambosses, die die Polygonalumrandung des Zentralraums 13 bilden, eine Nachbarfläche 14' folgt, die mit der Fläche 14 einen Winkel der Größe 360° dividiert durch drei, also 120° einschließt, und daß diese Nachbarfläche sich auf die Endfläche des nachfolgenden Ambosses abstützt.

Wird durch die Druckzylinder eine Kraft ausgeübt, so erfolgt mit dem Vorrücken der Ambosse 3, 3', 3" gleichzeitig folgendes: 6«;

1. eine Gleitbewegung der Nachbarfiächen,

2. außerdem eine Winkelverlagerung (F i g. 2) der Achse der Druckzylinder, die nötig ist, damit die Gleitflächen parallel zueinander und in einwandfreiem Kontakt bleiben, wodurch der zentrale polygonale Umriß gleichsinnig (homothetisch) verkleinert wird, notfalls bis zu Null, wie in F i g. 1 dargestellt, ohne daß die Teile des unter Druck gesetzten Materials entweichen können.

Die Endflächen der Ambosse können senkrecht zur Druckrichtungsachse ihrer Druckzylinder verlaufen oder mit dieser Achse einen Winkel einschließen, um Querwirkungen hervorzurufen, die die Berührung oder das Gleiten der Amboßflächen aufeinander erleichtern, wobei die benachbarten Flächen dieser Ambosse immer einen Winkel von 120° mit den Endflächen einschließen, allgemein gesagt, einen Winkel, der dem gieich ist, um den zwei aufeinanderfolgende Ambosse voneinander getrennt sind.

Die Ausdehnung des Raums 13 erfolgt durch eine umgekehrte Bewegung der unbelasteten Druckzylinder derart, daß ihre Kolben gleichzeitig zurückgezogen werden, wobei der Winkelweg der Arbeitszylinder etwa durch Anschläge 16 begrenzt wird. F i g. 9 zeigt ein Beispiel für eine mechanische Steuerung, die gleichzeitig mindestens einen Arbeitszylinder auszulenken gestattet wobei die Achsen 11 mit tlner Mittelscheibe fest verbunden sind, deren Mittelpunkt bei 26 liegt und die durch ein Zahnradgetriebe 28-29 angetrieben wird, welches die Achsen 11 mit einem Hebelgetriebe 25-27 zu Drehbewegungen veranlaßt; das System ist ausrückbar, damit eine vollständige Schwenkbewegung der Druckzylinder möglich wird.

In den F i g. 1 und 2 fallen die Druckzylinderachsen mit der scharfen Kante der Endfläche des Ambosses zusammen. Diese Achsen können durch einen ganz anderen Teil dieser Fläche verlaufen, etwa um einen besseren Kontakt zwischen den einander zugeordneten Flächen der Ambosse zu erzielen.

In Richtung der Achse 0, 0' (F i g. 3), die senkrecht zur Wirkungsrichtung der Druckzylinder verläuft, ist der Raum 13 ständig an seinen beiden Enden durch die Ambosse 7, T der Kolben 6, 6', die unter der Druckwirkung der feststehenden Vertikalzylinder 5, 5' stehen, verschlossen.

Die Ambosse 7, T laufen gemäß F i g. 4 in ebene Flächen 18 aus, die sich ständig gegen horizontale Flächen, die an den Enden der Ambosse 3, 3', 3" in ausreichender Flächengröße ausgeführt sind, abstützen bzw. darauf gleiten.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 — vorzugsweise für sehr häufige Benutzung gedacht — sind die Endflächen der Ambosse 7, 7' als kegelstumpfförmige Pyramiden ausgeführt, wobei jede Fläche 19 ihre Entsprechung in einer ebenen Fläche gleicher Neigung auf jedem radialen Amboß findet. Während des Komprimierens werden die Ambosse 7, T etwas in ihre Druckzylinder zurückgeholt, wobei die Abdichtung durch den beständigen Kontakt ihrer Flächen aufrechterhalten wird.

Die Achsen der Druckzylinder müssen sich vorzugsweise gleichzeitig um gleiche Winkel verdrehen, und dit Vorwärtsbewegungen der Ambosse sollen vorzugsweise gleich sein. Zu diesem Zweck läßt sich die Gleichheit der Winkelverschwenkung der Druckzylinder I₁ Γ, 1" z. B. durch drei Zahnräder herbeiführen, deren Achsen 11 um gleiche Beträge von den Achsen der Säulen 4, 4', 4" entfernt sind, wobei diese Zahnräder mit Zahnsektoren kämmen, die fest verbunden sind mit den Druckzylindern, so daß diese sich gleichzeitig um gleiche Winkel bewegen müssen. Diese Zahnräder

und die Sektoren lassen sich durch zwei Preßwangen ersetzen, die um die Achsen 11 geschwenkt werden und die in Ausnehmungen eindringen, die in den Hauptteilen der Druckzylinder vorgesehen sind.

Außerdem sind an den Kolben der Arbeitszylinder Weganzeiger 22 vorgesehen, an denen aus einiger Entfernung das Vorwärtsschreiten jedes Ambosses abzulesen ist und mit denen von Hand oder mit bekannten Mitteln automatisch das Vorwärtsschreiten zu steuern ist, indem zum Beispiel der Druck oder die Fördermenge der Pumpen beeinflußt wird, die den jeweiligen Arbeitszylinder versorgen.

Um die Reibung zu verkleinern, werden die Gleitflächen der Ambosse vorzugsweise mit einer dünnen Schmiermittelschicht versehen; sie können mit einer schwachen Verjüngung gearbeitet werden, um die Fabrikationstoleranzen und elastische Verformungen auszugleichen.

Mindestens ein Amboß kann gegen Masse isoliert sein mit Hilfe von dünnen Schichten eines Elektroisoliermaterials, sofern es sich als nötig erweist, starke elektrische Ströme in den Zentralraum zu leiten. In gleicher Weise können die Gleitflächen schwache Nuten erhalten, um den Durchtritt des elektrischen Drahts zu ermöglichen, der in den Zentralraum läuft.

Bei einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung wurde zum Erreichen eines Enddruckes von etwa 80 000 bar/cm² in einem gleichseitigen Dreieckprisma von 6 cm Seitenlänge und 7 cm Höhe (also einem Volumen von ungefähr 125 cm³) eine Anordnung mit drei Horizontaldruckzylindern je 35001 und zwei Vertikaldruckzylindern je 15001 verwendet. Die von den Druckzylindern ausgeübten Kräfte sind demnach sehr hoch, jedoch sind die zurückgelegten Wege sehr klein.

Auf diese Weise lassen sich in dem Kompressionsraum die verschiedensten Untersuchungen anstellen, oder es lassen sich Industrieprodukte oder wissenschaftlich wichtige Gegenstände gewinnen, zu deren Herstellung ein hoher Druck erforderlich ist; z. B. können Polymerisationsvorgänge ablaufen, oder es lassen sich synthetische Diamanten und Kristalle herstellen, indem man die genannten Anordnungen dieses Kompressionsraums für diese Untersuchungen oder Produktionsvorgänge verwendet.

Natürlich lassen sich zahlreiche Änderungen vornehmen, die im Rahmen der Erfindung verbleiben.

Insbesondere ist in F i g. 6 ein viereckiger Kompressionsraum dargestellt; hier laufen die Achsen der vier Druckzylinder durch den Mittelpunkt der schrägliegenden Endflächen der Ambosse.

Um die Ambosse können auch Kunststoffdichtungen gelegt werden, wenn in dem Kompressionsraum Unterdruck hergestellt wird oder in Gegenwart eines bestimmten Gases gearbeitet werden soll.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung sehr hoher Drücke mit Hilfe von mindestens drei horizontal angeord- > neten Druckzylindern, die jeweils in Richtung ihrer, in einer gemeinsamen Ebene liegenden zusammenlaufenden Längsachse wirken, derart, daß sie eine Zentripetalkraft auf die je einen dazugehörigen Amboß tragenden Druckkolben ausüben, dessen ι ο vertikale, ebene Stirnfläche auf der ebenen Seitenfläche des jeweils benachbarten Ambosses gleitet und die somit zusammen mit Ambossen mit horizontalen Endflächen eine Innenkammer begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine vertikale Stirnfläche und Seitenfläche eines jeden Ambosses (3,3', 3") jeweils gleiche Winkel einschließen, die für alle in einer Ebene zusammenwirkenden Ambosse gelten und die gleich 360° dividiert durch die Zahl der in einer Ebene liegenden Druckzylinder sind, daß die Ambosse (7, 7') mit horizontalen Endflächen mit hydraulischem, vertikal gerichtetem Druck beaufschlagt sind und ferner, daß die Druckzylinder (1, 1', 1") um je eine Haltesäule (4, 4', 4") schwenkbar sind und die Achsen der Haltesäulen in der Druckrichtungsebene des entsprechenden Druckzylinders und senkrecht zur gemeinsamen Ebene der Druckzylinder angeordnet sind, derart, daß die Druckzylinder die Gleitbewegung der Oberflächen der Ambosse (3, 3', 3") aufeinander ihrer Geometrie folgend begleiten und die Parallelität der einander berührenden Amboßoberflächen dauernd aufrechterhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Druckzylinder (1,1', 1") synchronisiert ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen der Druckzylinder (1, Γ, 1") mit elektrischen Isolierschichten versehen sind und Vertiefungen zur Aufnahme von elektrischen Leitungsdrähten aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Schutz gegen Austreten von Material angebracht ist, indem Rinnen (24) aus Metall oder Kunststoff in den Winkeln der inneren Kammer (13) vorgesehen sind.